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La durée d’une journée sur Terre n’est pas fixe, mais varie en fonction des forces de marée gravitationnelles exercées par le Soleil et la Lune. Ces forces font tourner la Terre plus ou moins vite, selon un équilibre qui a évolué au cours de l’histoire de notre planète. Comment cet équilibre s’est-il établi et comment peut-il changer à l’avenir ?
Un équilibre temporaire entre les forces de marée
La durée d’une journée sur Terre est de 24 heures, mais elle n’a pas toujours été la même. En effet, la rotation de notre planète sur son axe est influencée par les forces de marée gravitationnelles de la Lune et du Soleil, qui créent des renflements dans les océans et dans l’atmosphère.
La Lune est le principal facteur qui ralentit la rotation terrestre, car elle tire sur le renflement des marées océaniques avec sa gravité. Ce phénomène entraîne une perte de moment angulaire de la Terre, qui se transfère à la Lune, ce qui fait qu’elle s’éloigne progressivement de nous. La Lune s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années et elle était beaucoup plus proche de la Terre qu’aujourd’hui. La Terre tournait aussi beaucoup plus vite, et une journée durait moins de 10 heures.
Le Soleil, quant à lui, a un effet inverse sur la rotation terrestre, car il tire sur le renflement des marées thermiques dans l’atmosphère avec sa gravité. Les marées thermiques sont causées par la différence de température entre le jour et la nuit, qui crée des ondes qui se propagent autour de la planète. Le Soleil accélère donc la rotation terrestre en augmentant son moment angulaire.
Des astronomes de l’université de Toronto et de l’université de Bordeaux, dirigés par Hanbo Wu, de Toronto, ont découvert que les marées thermiques ont joué un rôle crucial dans l’évolution de la durée d’une journée sur Terre. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Science Advances.
Une période de résonance entre les marées thermiques et la rotation terrestre
Les chercheurs ont utilisé des modèles globaux de circulation atmosphérique et des preuves géologiques des bandes dans les roches sédimentaires correspondant aux marées vives et mortes dans le passé pour reconstruire l’histoire des forces de marée sur Terre. Ils ont constaté qu’entre 2,2 milliards d’années et 600 millions d’années, les marées thermiques sont entrées dans une fréquence de résonance avec la rotation terrestre.
Une résonance est une sorte d’amplification qui se produit lorsque deux phénomènes oscillent à la même fréquence ou à une fréquence multiple. Donc, les marées thermiques peuvent se renforcer si elles se déplacent autour de la Terre avec une période proche ou égale à celle de la rotation terrestre.
Il y a environ 2,2 milliards d’années, les marées thermiques ont commencé à se déplacer autour de la Terre avec une période de près de 10 heures, tandis que la durée du jour terrestre était de 19,5 heures. C’était une résonance de 2:1, qui a amplifié les marées thermiques au point que le renflement atmosphérique s’est agrandi et que la traction du Soleil est devenue suffisamment importante pour égaler celle de la Lune.
Ainsi, pendant cette longue période de temps, le ralentissement de la rotation terrestre par les marées lunaires a été compensé par l’accélération provoquée par les marées thermiques. La durée d’une journée terrestre n’a pas continué à ralentir, mais est restée à 19,5 heures.
Les conséquences du changement climatique sur les forces de marée
Cette situation de résonance entre les marées thermiques et la rotation terrestre a pris fin il y a environ 600 millions d’années, lorsque les deux forces de marée se sont désynchronisées. Depuis lors, la rotation terrestre a recommencé à ralentir, et la durée d’une journée a augmenté jusqu’à atteindre 24 heures aujourd’hui.
Cependant, cette évolution n’est pas linéaire, car elle dépend de la température de l’atmosphère, qui contrôle la vitesse des ondes thermiques. Lorsque l’atmosphère se réchauffe, elle se dilate, et les marées thermiques se déplacent plus vite autour de la Terre. Cela modifie leur fréquence de résonance avec la rotation terrestre.
Or, le changement climatique actuel provoqué par les activités humaines entraîne une augmentation de la température terrestre, qui pourrait avoir des conséquences sur les forces de marée. Selon Norman Murray, du Canadian Institute for Theoretical Astrophysics à l’université de Toronto, « en augmentant la température terrestre avec le réchauffement climatique, nous faisons également augmenter cette fréquence de résonance – nous éloignons notre atmosphère de la résonance ».