Qu’est-ce que le solstice d’été ?

Ce jeudi 21 juin à midi et 7 minutes, heure de votre montre en France, vous êtes exactement au moment du solstice d’été et vous venez de basculer dans l’été. C’est aussi pour l’hémisphère nord le jour le plus long de l’année. À Toulouse par exemple, le Soleil se lèvera à 06h13 pour se coucher à 21h39 après avoir culminé au maximum à 69,8° de hauteur dans le ciel. Les jours suivants (et ceux d’avant) sont plus courts et l’astre du jour n’ira pas plus haut dans le ciel pour 2018. On doit tout ceci à la ronde de notre planète autour du Soleil et à l’inclinaison de son axe de rotation.

La Terre tourne de façon penchée

N’oublions pas en effet que l’axe de rotation de la Terre est incliné d’un peu plus de 23° par rapport à son orbite autour du Soleil. Cette inclinaison fait que la course du Soleil est plus ou moins longue dans le ciel en fonction de la position de la Terre sur son orbite. C’est ce qui explique que les jours sont plus longs en été et plus courts en hiver. Bien évidemment, plus on se rapproche de l’équateur et plus cette amplitude s’amenuise pour être nulle sur l’équateur même. Le schéma ci-dessous, réalisé en réunissant des diagrammes de l’IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides) et de Wikipédia, explique la situation.

Crédit : Cité de l’espace / IMCCE / CC BY-SA 2.0

Autre conséquence de l’inclinaison de l’axe de la Terre : les rayons solaires arrivent selon la période plus ou moins obliquement par rapport au sol. Donc une même surface ne reçoit pas le même ensoleillement. En période estivale, l’astre du jour passe plus haut dans le ciel que lors de l’hiver, donc le flux solaire reçu est plus important, ce qui explique la hausse des températures. Le jour du solstice, non seulement le Soleil passe au point le plus haut dans le ciel (à presque 70° pour Toulouse comme dit précédemment) mais il suit aussi sa course la plus longue, augmentant de fait l’ensoleillement reçu. Le 21 juin, notre étoile est aussi au zénith (donc à 90°) dans le ciel le long du Tropique du Cancer à 23° 27’ de latitude nord. Il doit son nom au fait que le Soleil était les jours du solstice d’été dans la constellation du Cancer, mais il y a 2000 ans ! Depuis, la précession des équinoxes a décalé sa position à la constellation des Gémeaux.

La vidéo ci-dessous montre la Terre lors de la semaine du solstice d’été de 2016. Elle a été réalisée à partir d’images de la caméra EPIC sur le satellite DSCOVR de la NASA. 

De plus, et toujours le 21 juin, le long du cercle polaire arctique à 66° 33’ de latitude nord, le Soleil ne se couche pas. C’est ce qu’on appelle le Soleil de Minuit ou jour polaire. Plus on va au nord du cercle polaire et plus le nombre de jours sans coucher de Soleil est important. Le maximum est logiquement au pôle Nord avec une «journée» de 6 mois de mars à septembre centrée sur le 21 juin.

Le solstice et le mécanisme des saisons est expliqué lors des 10 premières minutes de cette vidéo YouTube (surtout à partir de 04:30) qui reprend la série Tous sur Orbite.

Le solstice d’été et d’hiver… le même jour, 2 fois par an !

Soulignons que le solstice du 21 juin est celui de l’été pour l’hémisphère nord, mais aussi celui d’hiver pour l’hémisphère sud ! Dans cet hémisphère, il s’agit donc du jour le plus court de l’année. Et lors de l’autre solstice, le 21 décembre, il s’agit de celui d’hiver pour l’hémisphère nord et d’été pour l’hémisphère sud.

Les 2 photos de la Terre ci-dessous montrent bien le rôle de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre lors des 2 solstices annuels

La Terre par la caméra EPIC du satellite NASA DSCOVR. L’angle entre le Soleil, notre planète et le satellite est quasiment le même (environ 10°) pour les 2 clichés donc on peut aisément voir l’effet de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre.
À gauche, le solstice du 21 juin 2017 (d’été pour l’hémisphère nord et d’hiver pour l’hémisphère sud). L’axe de rotation est «penché» au nord au maximum vers le satellite : on voit bien mieux les latitudes nord avec notamment le Groenland en haut à gauche du disque terrestre.
À droite, le solstice du 21 décembre 2017 (d’hiver pour l’hémisphère nord et d’été pour l’hémisphère sud). La position de l’Afrique souligne spectaculairement le fait que l’axe de rotation de notre planète est cette fois-ci «penché» au nord vers l’arrière. On remarque aussi que l’Antarctique est cette fois-ci aisément visible.
Crédit : NASA/Cité de l’espace

Revenons à l’hémisphère nord et son solstice d’été du 21 juin. Vous vous demandez alors peut-être pourquoi l’été n’a pas déjà commencé puisqu’après le 21 juin les jours vont raccourcir ? Ce décalage s’explique par l’inertie thermique de notre planète. C’est un peu comme lorsque vous allumez le chauffage dans une pièce : il faut un moment pour que la température atteigne le niveau souhaité. À l’inverse, le même principe d’inertie thermique explique pourquoi la saison d’hiver débute alors que les jours rallongent après le solstice d’hiver du 21 ou 22 décembre. Vous aurez compris que la même date est le solstice d’été dans l’hémisphère sud.

Le solstice (d’été ou d’hiver) n’est pas fidèle au 21 juin

Mais pourquoi est-il écrit le solstice du 21 ou 22 décembre ? En fait, on pourrait aussi parler du solstice du 21 ou 22 juin. Le calendrier grégorien, qui est aujourd’hui le plus répandu, a été établi sous le pape Grégoire XIII en 1582 afin de tenir compte des subtilités de la mécanique céleste. Sans cet impératif, un calendrier accumule les dérives et finit par proposer des dates qui ne correspondent plus aux saisons réelles ! N’oublions pas au passage qu’une année ne se compte pas en nombre de jours exacts (365,25 en moyenne). Il faut surtout impérativement intégrer la précession des équinoxes : l’axe de rotation de la Terre décrit un cône en presque 26000 ans. En raison de ce mouvement l’année dite tropique (d’un équinoxe de printemps à un autre) est plus courte de 20 minutes que l’année sidérale (la Terre revient sur la même position sur son orbite dans un repère fixe par rapport aux étoiles). Et 20 minutes chaque année prend de grandes proportions au fil des siècles. C’est pourquoi lors de l’adoption du calendrier grégorien qui succéda au calendrier julien (établi sous la Rome antique) il fut édicté que le lendemain du jeudi 4 octobre 1582 serait le vendredi 15 octobre : 10 jours à la trappe pour recaler les dates sur les saisons réelles.

Les ajustements du calendrier grégorien (avec sa règle affinée des années bissextiles par rapport au julien) font que le solstice d’été (pour l’hémisphère nord) peut tomber du 19 au 22 juin avec le 21 juin comme date la plus fréquente. En 1975 c’était un 22 juin et en 2008 un 20. Sur la page de l’IMCCE indiquée ci-après, on apprend ainsi que le solstice de juin se déroulera un 22 en 2203, 2207, 2211, 2215 et 2302. L’année 2488 verra le premier solstice un 19 juin du calendrier grégorien.

Le détail est expliqué sur cette page de l’IMCCE.
On y retrouve ce schéma de la durée des saisons pour l’année 1998.

Les dates des équinoxes et du solstice de décembre peuvent aussi varier légèrement. Au final, les ajustements du calendrier grégorien assurent que les saisons restent «calées» sur les mois qui leur sont traditionnellement attribués. Ceci dit, l’orbite de la Terre n’est pas un cercle parfait. Au plus près, notre planète est à 147 millions de km du Soleil et au plus loin à 152 millions de km (au passage la Terre est au plus loin début juillet donc on voit que c’est l’inclinaison de l’axe de rotation qui fait les saisons et non la légère variation de cette distance). Mécanique céleste oblige, la vitesse à laquelle la Terre parcourt son orbite (107000 km/h en moyenne) varie légèrement et c’est ce qui explique que les saisons n’ont pas la même durée. Dans l’hémisphère nord, le printemps (3 mois et 1 jour en 2018) et l’été (3 mois et 2 jours) sont ainsi plus longs de quelques jours que l’automne (2 mois et 29 jours) et l’hiver (2 mois et 27 jours).

Le calendrier, formidable outil dérivé de l’observation du ciel afin d’obtenir un repérage des saisons fiable (indispensable pour l’agriculture), a évolué au fil de l’histoire de notre civilisation. Le calendrier grégorien n’est cependant pas infaillible puisqu’on estime qu’il se décalera de 3 jours sur 10000 ans.

Pour en savoir plus sur le fascinant sujet des calendriers (lié aux solstices et aux subtilités du parcours de la Terre autour du Soleil), nous vous suggérons de (re)voir cet épisode de l’émission C’est pas sorcier.