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Durée du jour et de la nuit

CollègeGéographieDurée du jour selon la latitude et la déclinaison solaire : cos H = (sin h₀ - sin φ sin δ) / (cos φ cos δ)

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À propos de cette expérience

En juin, Londres bénéficie de plus de 16 heures de lumière du jour, tandis que Sydney en a moins de 10 ; à l’équateur, chaque journée dure environ 12 heures. Cela s’explique par l’inclinaison de l’axe terrestre. Au fil de sa révolution autour du Soleil, la Terre incline d’abord l’hémisphère nord, puis l’hémisphère sud vers le Soleil, si bien qu’une plus grande partie de chaque cercle de latitude est éclairée. Choisissez un lieu et une date, observez le cercle de latitude se partager entre le jour et la nuit, et suivez les heures de lumière du jour au fil de l’année.

Objectifs pédagogiques

  • Explique pourquoi la durée du jour change au cours de l’année en raison de l’inclinaison de l’axe de la Terre.
  • Décrivez comment la durée du jour dépend de la latitude aux solstices et aux équinoxes.
  • Expliquez le soleil de minuit et la nuit polaire à l’intérieur des cercles polaires.
  • Comparez la durée du jour dans les hémisphères Nord et Sud à la même date.
  • Calculez la hauteur du Soleil à midi à partir de la latitude et de la date.

Comment l’utiliser

  1. 1Choisissez Londres au solstice de juin. Quelle partie du cercle jaune et du cercle bleu est éclairée ? Relevez la durée du jour.
  2. 2Gardez la même date et choisissez Singapour, puis Tromsø. Comment la répartition du cercle change-t-elle ?
  3. 3Choisissez les équinoxes de mars et de septembre. Que remarquez-vous sur la durée du jour partout dans le monde ?
  4. 4Comparez les courbes orange et bleue du graphique. Pourquoi sont-elles symétriques l’une de l’autre ?
  5. 5Trouvez la latitude la plus basse où il fait jour pendant 24 heures au solstice de juin. De quelle ligne du globe s’agit-il ?
  6. 6Désactivez le réglage de réfraction. Pourquoi la journée raccourcit-elle de quelques minutes ?

Le modèle

Déclinaison du Soleil : la latitude où il se trouve au zénith à midi le jour d
Angle horaire H du coucher du soleil à la latitude φ ; h₀ vaut −0,833° avec réfraction et 0° sans
Durée du jour : la Terre tourne de 15° par heure
Hauteur du Soleil au-dessus de l’horizon au midi solaire local

Hypothèses

  • La Terre est une sphère dont l’axe est incliné de 23,44°, et l’orbite est considérée comme circulaire ; la déclinaison suit donc un simple cosinus. Les dates réelles des solstices et des équinoxes peuvent différer d’un ou deux jours.
  • Les heures sont exprimées en temps solaire local, le midi correspondant au moment où le Soleil est au plus haut. L’heure affichée dépend également des fuseaux horaires, de l’heure d’été et de l’équation du temps.
  • Lorsque la réfraction est activée, le lever et le coucher du soleil correspondent au moment où le bord supérieur du Soleil touche l’horizon, comme dans les almanachs. Les collines, les bâtiments et la hauteur de l’observateur ne sont pas pris en compte.
  • L’année compte 365 jours ; les années bissextiles ne sont pas prises en compte.

À essayer en classe

  1. Q1Pourquoi la durée du jour à l’équateur est-elle presque exactement de 12 heures toute l’année ?
  2. Q2Aux équinoxes, chaque endroit bénéficie d’environ 12 heures de lumière du jour. Utilise le globe pour expliquer pourquoi.
  3. Q3Pourquoi la durée du jour varie-t-elle beaucoup plus au cours de l’année dans une ville située à 60° N que dans une ville située à 30° N ?
  4. Q4Quelle serait la durée du jour au cours de l’année si l’axe de la Terre n’était pas du tout incliné ?
  5. Q5Explique pourquoi la période la plus chaude de l’été arrive souvent plusieurs semaines après le jour le plus long.

Foire aux questions

Pourquoi la journée dure-t-elle encore légèrement plus de 12 heures à l’équinoxe ?

L’atmosphère dévie la lumière du Soleil au-dessus de l’horizon, et le lever du soleil est considéré comme ayant lieu lorsque le bord supérieur du Soleil apparaît, et non son centre. Ensemble, ces effets ajoutent quelques minutes à chaque extrémité de la journée. Désactive la réfraction pour voir les 12 heures purement géométriques.

Pourquoi le soleil de minuit est-il visible dans les endroits situés à l’intérieur du cercle polaire arctique ?

En juin, le pôle Nord est incliné de 23,44° vers le Soleil. Tout point situé à moins de 23,44° du pôle reste dans la moitié éclairée de la Terre pendant toute sa rotation, si bien que le Soleil ne se couche jamais.

Le jour le plus long est-il le même que celui où le soleil se lève le plus tôt ?

Pas exactement. Les heures de lever et de coucher du Soleil sont également décalées par l’équation du temps. Ainsi, dans de nombreux endroits, le lever du Soleil le plus matinal a lieu quelques jours avant le solstice de juin, et le coucher du Soleil le plus tardif, quelques jours après.