Ce week-end marque le rituel semestriel du changement d'heure. Saviez-vous que la durée d'une journée ne varie pas de manière uniforme au fil des jours ?
Nous passons de l'heure d'été à l'heure d'hiver. Deux fois par an, nous avançons ou reculerons nos horloges d'une heure. Cela relance invariablement le débat sur l'utilité de cette pratique et son éventuelle suppression. L'heure d'été a été réintroduite en Belgique et aux Pays-Bas en 1977, en réponse aux crises pétrolières des années 1970, comme mesure d'économie d'énergie. (Un écho à l'actualité avec les alertes sur les pénuries d'électricité potentielles.)
L'objectif était d'aligner les heures d'ensoleillement sur nos horaires de travail. À l'opposé, dans l'Antiquité romaine, le jour était divisé en douze heures entre lever et coucher du soleil, rendant l'heure d'été plus longue qu'en hiver. Notre vision moderne, précise à la seconde près (notamment pour les réseaux sociaux, le GPS ou les radars routiers), rend cela inimaginable.
Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les journées sont plus longues en été qu'en hiver ? Est-ce identique partout sur Terre ? La variation quotidienne est-elle constante ?
Pour répondre, adoptons un modèle scientifique précis de notre planète.
La Terre, sphérique, tourne sur elle-même en 24 heures. Le côté éclairé est le jour, l'autre la nuit. À rotation constante, un point en équateur alterne équitablement jour et nuit, si l'axe était perpendiculaire au Soleil. Or, il est incliné d'environ 23°.
À l'équateur, jour et nuit durent 12 heures. Dans l'hémisphère Nord, les jours d'hiver sont plus courts ; dans l'hémisphère Sud, c'est l'inverse. La latitude influence fortement : au-delà du cercle polaire arctique, le Soleil ne se lève pas en hiver. L'axe terrestre, fixe dans l'espace, pointe vers le Soleil en été nordique et s'en éloigne en hiver. Aux équinoxes, jour et nuit durent chacun 12 heures.
La durée du jour dépend ainsi de la latitude et de la saison. Allons plus loin.
Elle oscille annuellement, avec un pic au solstice d'été et un minimum à celui d'hiver. Cette périodicité suggère une courbe sinusoïdale, qui s'ajuste bien aux données réelles, bien que perfectible.
Examinons les différences quotidiennes : une sinusoïde pour le modèle, mais avec pics aplatis pour les mesures réelles, accentués aux hautes latitudes. Cela pointe vers l'inclinaison axiale et la latitude.
Il faut calculer la fraction du cercle de latitude exposée au Soleil quotidiennement, via trigonométrie.
(Section pour les curieux ; saut possible.)
À gauche, vue 3D schématique ; à droite, projection 2D sur le cercle de latitude. α est la latitude, β l'inclinaison axiale (max. 23°26'12.6" au solstice, nulle à l'équinoxe). La durée du jour est 24 h × (360° - 2γ)/360°, où cos(γ) = adjacent/hypoténuse. Avec rayon terrestre R, hypoténuse = R sin(α), adjacent ≈ R cos(α) sin(β). La formule donne :
24 h × [1 - (2/360°) × acos( cos(β) / cos(α) )] (simplifiée pour clarté).
Pour Bruxelles, la courbe modélisée colle parfaitement aux observations : aplatissement des pics, variations quotidiennes maximales reproduites. Testez avec ce fichier Excel.
Source des heures de lever/coucher : https://www.astro.oma.be/GENERAL/INFO/nzon/zon_2018.html
Ce modèle a été développé il y a six mois, inspiré d'un tweet de Philippe Smet.
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