la mer, la marée
Les forces de marée, on les connaît comme les responsables des marées : la mer qui monte et qui descend deux fois par jour, à cause de l’action de la Lune et du Soleil.

Bien-sûr, la montée des océans est une des conséquences de l’effet des marées et ici on va voir ce que sont les forces de marée et tout ce que ça peut faire.

Les forces de marée

Les forcées de marée sont dues au fait qu’un astre a toujours un côté qui est plus proche d’un autre astre que son autre côté. Le côté qui fait face à l’autre astre est donc davantage soumis à son influence gravitationnelle (cette influence dépendant bien-sûr de la distance à l’autre astre).

Quand la Lune se trouve au-dessus d’un océan, elle attire vers elle cette masse d’eau, qui forme alors une bosse à la surface de la Terre. La Terre étant en rotation, cette bosse se déplace et quand elle atteint les cotes, le niveau monte et on dit qu’il est « marée haute ».

Ceci a lieu également pour la terre ferme : les continents sont eux aussi soumis à ces forces. On estime à environ 40 cm la hauteur de soulèvement des continents (contre plusieurs mètres pour les océans).

Ces forces sont là à cause de la présence des autres astres : la Lune et le Soleil, mais le déplacement de la marée, elle, provient de la rotation de la Terre sur elle-même.

La Lune qui présente toujours la même face à la Terre, n’a pas de « bosse » qui se déplace. La force de marée due à la Terre existe, mais il n’y a pas cette marée haute / basse qui en est la conséquence (indépendamment du fait de l’absence d’eau, bien-entendu).

Les conséquences de ces forces

Que ce soit pour la Terre ou pour tout autre astre en rotation, le soulèvement quotidien de la croûte terrestre provoque une friction des entrailles de la planète : la Terre est sans cesse étirée sur un axe passant par la Lune.

Or, s’il y a friction, il y a des frottements et du coup ça chauffe ! Une partie de la chaleur interne de la Terre provient ainsi des forces de marée.

Cet échauffement est similaire à celle subie par un bloc d’acier en rotation à proximité d’un aimant : si le bloc d’acier est en rotation dans un champ magnétique, des courants induits dits « de Foucault » apparaissent au sein du métal. L’acier présentant une résistance électrique assez forte, ces courants sont dissipés par effet Joule sous la forme de chaleur : le bloc d’acier chauffe.

Cette chaleur est de l’énergie, et l’énergie est une quantité qui se conserve. Par conséquent, si de la chaleur est produite, sa vitesse de rotation — qui est de l’énergie cinétique — diminue.

Pour info, ce principe est utilisé dans les systèmes de freinage des trains, des poids-lourds et des voitures électriques : pour freiner, un aimant est activé à côté de la roue, et les courants de Foucault dissipent l’énergie de rotation de la roue sous forme de chaleur et la roue ralentie et le véhicule freine (les trains et les voitures électriques captent même les courants induits pour recharger les batteries, comme une dynamo).

Tout comme le bloc d’acier constitue un conducteur électrique et qui chauffe puis ralenti lorsqu’il se trouve au sein d’un champ magnétique, une planète ou une lune en rotation constitue une masse et chauffe puis ralenti si elle se trouve dans un champ gravitationnel.

Dans le premier cas, c’est un courant électrique (donc des électrons en mouvement) qui en sont responsables, dans le second cas, celui de la planète, c’est le mouvement de malaxation de la roche et des magmas qui constituent les frottements responsables de l’échauffement.

Le cas de la lune Io et de Jupiter

jupiter et io (similation)
Jupiter et Io. La tache noire sur Jupiter est l’ombre d’Io : autrement dit, une éclipse solaire par Io sur Jupiter. ([image réalisée avec Celestia)

La chaleur de la Terre provient en partie de ça (le reste provenant de la chaleur primordiale et de désintégrations radioactives présentes naturellement dans le manteau). Pour certains astres en revanche, la chaleur interne est presque exclusivement due aux forces de marée !

C’est le cas d’Io, une des quatre lunes galiléennes de Jupiter, et celle qui se trouve la plus proche de la planète. La friction des entrailles d’Io est telle que des volcans apparaissent exclusivement à cause de ça. La très grande masse de Jupiter ainsi que la proximité de l’orbite d’Io à la planète font d’Io l’astre le plus actif du système solaire !

Notons tout de même que dans le cas d’Io, la lune n’est plus en rotation sur elle-même (le ralentissement progressif l’ayant complètement stoppée). Néanmoins, l’orbite de cette lune n’est pas parfaitement circulaire : la Lune est donc sans cesse approchée puis éloignée de Jupiter. C’est ce mouvement qui provoque la malaxation de ses entrailles, et donc son échauffement.

Enfin, je l’ai dit un peu plus haut : s’il y a production d’énergie sous forme de chaleur, il y a une consommation d’énergie cinétique de rotation de l’astre. L’astre ralentit donc et va finir par s’arrêter de tourner complètement sur lui-même. Pour Io, c’est déjà le cas. Pour notre Lune terrestre également.
Par contre, la Terre, elle, tourne encore sur elle-même, mais ça ne sera donc pas pour l’éternité non plus.

Au sein du couple Terre-Lune, la Terre finira donc par présenter toujours la même face à la Lune, comme la Lune actuellement. On dira alors que la Terre sera en verrouillage gravitationnel vis-à-vis de la Lune, et on peut dire que la Lune est déjà verrouillée gravitationnellement vis-à-vis de la Terre.

Pluton et Charon, eux, sont déjà tous les deux en verrouillages gravitationnel l’un vis-à-vis de l’autre.

Une énergie qu’il est possible de puiser à distance

Les forces de gravitation sont toujours là quand on se trouve près d’une planète (tout comme la force d’un aimant est toujours là). Il ne faut pas confondre la force (inépuisable et constante) avec un travail (un déplacement, une déviation ou une déformation due à cette force).

Pour qu’une force de gravité puisse être une source d’énergie, il faut qu’il y ait un travail, généralement un déplacement, quelque part : l’eau d’un barrage tombe par gravité. C’est cette chute qui constitue le déplacement et donc le travail. Si l’eau n’est pas en mouvement, on ne peut pas produire de l’électricité avec.

Dans le cas des marées, c’est la rotation de la Terre qui constitue la source d’un mouvement. C’est elle qui va pouvoir travailler et c’est sur cette rotation qu’on va pouvoir « brancher » un générateur électrique.

En l’occurrence, dans l’exemple des marées océaniques, la montée et la descente de l’eau 2 fois par jour constitue un déplacement de masse d’eau, et c’est donc ça qui va pouvoir faire tourner une turbine, reliée à un générateur et produire de l’électricité.

En d’autres termes : si l’on a bien compris, on peut dire que l’énergie marémotrice c’est capter l’énergie de rotation de notre planète : à chaque fois que l’on allume une lampe alimentée par l’énergie marémotrice, on consomme un peu de rotation Terrestre.

Rassurez-vous tout de même : l’énergie est dissipée de toute façon par le frottement des océans : ce n’est donc pas votre lampe qui va stopper la Terre, sans compter que l’énergie de rotation de la Terre est considérablement plus grande que ce que l’on consomme en électricité.

Image d’en-tête par Matti Vuorre

6 commentaires

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Sbgodin wrote:

Hello,

Il me semble que lors d'un verrouillage gravitationnel, la lune ne s'arrête pas de tourner. Dans cas, la position des étoiles depuis un observateur fixe ne changerait pas.

Au contraire, la lune tourne avec une période égale à celle de sa révolution autour de la terre.

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seb wrote:

C'est donc de là que vient le réchauffement climatique, on ne peut rien y faire... :)

Plus sérieusement, si la Terre s'arrête de tourner, quel en serait les conséquences? Bien sur il n'y aurait plus de notion de jour et de nuit, il y aurait un coté jour et chaud et un coté nuit et froid, mais est ce que ça aurait un impacte sur la gravité par exemple ou le champs magnétique terrestre?

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Le-Gritche wrote:

Merci pour cet article !

La chaleur de la Terre provient en partie de ça (le reste provenant de la chaleur primordiale et de désintégrations radioactives présentes naturellement dans le manteau).

Connait-on les proportions actuelles de ces sources d'énergie thermique ?

la lune n’est plus en rotation sur elles-mêmes

Coquille ou ai-je loupé un raisonnement ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Le-Gritche : je ne les connais pas, mais ça doit pouvoir s’estimer, en mesurant le ralentissement de la rotation terrestre (et donc l’énergie dissipée en chaleur) et en connaissant le taux d’uranium et de potassium dans le manteau terrestre.

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AdnX wrote:

Moi qui croyais tout savoir sur les marées... Merci!

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Le Hollandais Volant wrote:

@AdnX : De rien :)

Si c’est un sujet qui t’intéresse, il y a cette machine centenaire et entièrement mécanique de prédiction des marées : https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_%C3%A0_pr%C3%A9voir_les_mar%C3%A9es (fabriquée par Lord Kelvin).

Il y en a une, exposée au Musée des Arts et Métiers, à Paris. Si elle n’a pas bougée, elle est actuellement visible dans l’expo sur les 7 unités du monde (jusqu’au 5 mai).
La voilà en photo (c’est de moi) : https://couleur-science.eu/img/27/machine-a-prevoir-les-marees.jpg


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