LES PHASES DE LA LUNE Il est d’abord nécessaire de tirer des conclusions claires de l’OBSERVATION d’un cycle de Lune : Nous sommes habitués à voir la Lune changer d’aspect de jour en jour, voici ce que nous pouvons observer : Deux jours après la nouvelle Lune, le soir, un petit croissant est visible vers le Sud-ouest peu de temps avant le coucher du Soleil, ce croissant se couche peu de temps après le Soleil1 Puis de jour en jour2 la Lune observée va sembler s’éloigner du Soleil dans le ciel tout en grossissant. Si nous tendons un bras vers le Soleil et l’autre vers la Lune nous matérialisons : α = angle (Lune, observateur, Soleil) qui est aussi l’angle (Lune, Terre, Soleil). Si α = aigu alors la Lune est toujours visible sous la forme d’un croissant -
α = droit premier quartier qu’il faut faire observer aux élèves en fin d’après –midi.
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α = obtus Lune dite gibbeuse plus « grosse » mais pas encore pleine …
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α = plat Pleine Lune qui se lève quand le Soleil se couche… LA LUNE MONTANTE S’OBSERVE LE SOIR 7
Premier quartier 5
9
Lune Gibbeuse
3 jours après N.L.
10
croissant Le contour faisant face au soleil est net.
2 14
Le contour opposé est moins net.
Lune cendrée
Angle α = Lune, Observateur , Soleil.
L’observateur EST
SUD
OUEST
La pleine Lune se couche vers l’ouest quand le Soleil se lève. Les matins suivant il faudra chercher la Lune vers l’ouest puis le Sud-ouest . Ce sera la Lune dite « descendante » ou « décroissante ».Le lendemain α 1
Car tous les Astres ont comme le Soleil un mouvement apparent diurne d’est en Ouest qui est dû à la rotation de la Terre. Lorsqu’on en a l’occasion, il faut faire remarquer aux élèves que ce mouvement diurne est le même pour tous les Astres ! 2 Lorsque nous observons la Lune d’un jour sur l’autre à peu près à la même heure. Nous percevons le mouvement propre de la Lune c’est à dire par rapport à la Terre. Au cours d’une même journée nous voyons le mouvement apparent.
est obtus et la Lune n’est plus pleine (elle est « rognée » sur le côté droit, celui qui est opposé au Soleil), elle est donc à nouveau gibbeuse et le restera pendant 6 jours tout en diminuant.. Ensuite, environ 21 jours après la Nouvelle Lune : α est de nouveau droit et c’est donc dernier quartier que nous pouvons faire observer aux élèves3 à la récréation du matin ! Le lendemain , l’angle α est de nouveau aigu, on observe un croissant visible au Sud-est au lever du soleil et qui pâlit ensuite. De jour en jour, l’angle α et le croissant diminuent. Puis la Lune n’est plus bien visible pendant 2 à 3 jours, ensuite tout recommence pour un nouveau cycle… LA LUNE DESCENDANTE S’OBSERVE LE SOIR 21 jours après la N.L.
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19 26 Lune Gibbeuse Dernier quartier 27
16
croissant
Le contour faisant face au soleil est net, le contour opposé ne l’est pas et change de jour en jour.
Angle α = Lune, Observateur , Soleil.
EST
SUD
14
OUEST
Un moyen simple de comprendre pour les élèves Un groupe restreint d’élèves sur la cour observe la Lune au premier quartier4 vers 16 heures . Un autre élève, situé entre la Lune et ses camarades, place la sphère de polystyrène vers le Soleil. Sous la direction du groupe qui observe en même temps la boule et la Lune, il doit chercher la position qui permettra à celui-ci de voir la même phase, à la fois sur la boule et sur la Lune. Cela sera réalisé lorsque le groupe d’élèves verra la Lune et la boule dans la même direction. A ce moment-là la Lune et la boule sont deux sphères éclairées par le Soleil et vues sous le même angle. Question La partie non éclairée de la boule est visible, pas celle de la Lune5, Pourquoi ? Parce que la boule reçoit la lumière du Soleil indirectement, diffusée (réfléchie si vous préférez …) par les objets environnants ( dont la cour de récréation). la Lune, elle, se trouve dans l’espace, le vide interstellaire et ne reçoit donc pas de lumière diffusée 6 3
N’oublions pas qu’il y a environ 9 premiers et derniers quartiers au cours d’une année scolaire ! Pour prendre un exemple, mais ce qui est décrit est réalisable quelque soit la phase de Lune 5 C’est sans doute cela qui tend à faire croire au élèves que la Lune « change réellement de forme ». Attention cette conception peut faire obstacle à la connaissance objective. L’activité que nous proposons ici peut permettre de dépasser cet obstacle surtout si on la réalise plusieurs fois au cours de l’année scolaire. 4
Vers midi coucher du dernier quartier en montagne.
Croissant de lune simulé avec une simple boule de polystyrène éclairée par le Soleil.
SIMULATION D’UN CYCLE DE LUNE PHASE PAR PHASE HYPOTHESE « Lorsque la Lune tourne autour de la Terre, nous ne voyons plus sa partie éclairée sous le même angle. » Afin de vérifier cela par beau temps, prenons un globe terrestre pour faire la Terre et notre sphère de polystyrène de 10 cm pour la Lune et comme source de lumière toujours le vrai Soleil par beau temps. Une première idée consiste tout naturellement à faire tourner la boule « Lune » autour du Globe et de « venir voir sur le globe ce qu’un terrien voit de la Lune ». Mais alors le globe terrestre n’est plus vraiment nécessaire : notre tête jouera parfaitement le rôle de la Terre et nos yeux seront ceux de l’observateur. En faisant tourner la sphère autour de nous, nous constatons que sa «phase », c’est à dire sa partie éclairée, varie en fonction de l’angle α = (Sphère, observateur, Soleil) exactement comme la phase de la vraie Lune variait avec l’angle α. Ceci bien sûr valide notre simulation et l’hypothèse de départ.
Pleine Lune et premier quartier simulés à l’IUFM 6
En fait ce n’est pas toujours vrai. Lorsque le croissant est fin au crépuscule ou à l’aube, le reste de la Lune est visible sous la forme d’un disque pâle mais aux contours bien net, on appelle cela la lumière cendrée de la Lune qui s’explique par le fait que la partie non éclairée de la Lune fait face à la partie de la Terre où il fait jour et en reçoit donc de la lumière
Question : Dans quels sens tourne la Lune autour de la Terre ? On observe bien dans la réalité le premier croissant (position 2) avant le premier quartier (position 3). La Lune tourne donc de (2) à (3). Question : Pourquoi n’y-t-il pas une éclipse à chaque lunaison ?7 La Terre tourne autour du Soleil dans un plan appelé l’écliptique. La Lune, elle, tourne autour de la Terre dans un autre plan qui incliné à 5°. Elle ne se situe dans le plan de l’écliptique8 qu’au moment où elle passe à l’intersection de ces deux plans.
Question : Comment expliquer que l’on puisse voir la Lune aussi de jour ? C’est peut être la crainte de se voir poser cette question qui rend les enseignants réticents à faire observer la Lune à leurs élèves. Alors pour calmer cette crainte donnons deux réponses : l’une rapide et l’autre plus complète. Réponse rapide : Le croissant par exemple est assez proche du Soleil dans le ciel, il apparaît donc presque aux même heures que le Soleil, c’est à dire pendant le jour. En réalité peu de gens observent cecroissant car il ne devient brillant qu’au crépuscule. Mais vous, maintenant, grâce à l’angle aigu, vous saurez le trouver ! Réponse plus complète : 7
C’est la raison pour laquelle nous avons dit qu’il y avait Pleine Lune pour α proche de 180 degrés et nouvelle Lune pour â proche de 0 degré . 8 Etymologie : Lorsque la Lune se trouve dans l’écliptique une éclipse peut être envisagée. Simple, non ?
La photo ci-contre montre comment il est possible de simuler un premier quartier avec : le vrai Soleil pour jouer son propre rôle, la petite boule de polystyrène qui joue le rôle de la Lune et la grande celui de la Terre, les rayons solaires sont tous parallèles sont représentés par les flèches rouges.
Lune
Un terrien ne peut voir la Lune que s’il est situé audessus de la règle rouge sur la photo.
Tout observateur remplissant cette condition verra bien un premier quartier. D’autre part s’il tend un bras vers la « Lune » et l’autre vers le « Soleil » il matérialisera un angle droit. C’est bien ce que l’on observe dans le cas réel. La simulation est donc valable. La photo montre bien que la moitié des terriens qui voient la Lune sont dans le jour et l’autre moitié dans la nuit. On peut donc se contenter de cette explication.
R A Y O N S
S O L A I R E S
N Terre
Précisons pour ceux qui le souhaitent, la Terre tourne d’est en ouest et comme la photo est prise au-dessus du pôle Nord ( N sur la photo), je l’imagine tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre9 et le petit carré bleu tourne avec elle. Le petit carré bleu, symbolisant un terrien arrive dans le jour, c’est son matin. Puis il passe face au Soleil au niveau de la règle rouge, c’est son Midi, et là il commence à voir la Lune, le premier quartier se lève à midi solaire. Il sera visible tout l’après midi (donc à la récréation aussi !), puis en début de nuit jusqu’à minuit. EN CLASSE : -
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FAIRE OBSERVER LA LUNE DE JOUR : le plus simple le premier quartier avant la sortie des élèves. demander au élèves d’observer le lever de pleine Lune ( au coucher du Soleil) et éventuellement son coucher le matin. Ensuite organiser l’observation des autres phases et faire un tableau-bilan.
Il faut aller « sur » la terre afin de voir comment on y voit la Lune !
En ce qui concerne les simulations être prudent : à voir selon le niveau et la motivation des élèves : se cantonner peut être aux quartiers, la pleine Lune et la nouvelle Lune. Ce n’est pas un sujet si facile car les élèves doivent tantôt s’imaginer être dans l’espace et tantôt sur la Terre …
M Chantal centre IUFM de Melun version modifiée juin 2008 9
Vu du pôle sud, c’est le contraire ! Ne faisons pas apprendre aux élèves que la Terre tourne dans le sens inverses des aiguilles d’une montre !
