La gravité à la surface de la Terre


Enigme 2
Pourquoi la fusée Ariane décolle-t-elle de Kourou en Guyane ?
Parce qu'il fait souvent beau
Parce qu'il fait sec
Parce c'est une région peu peuplée
Parce que c'est à l'équateur

La réponse était : Parce que c'est à l'équateur

De fait Kourou en Guyane, utilisée par l'Europe, est la base la plus proche de l'équateur (latitude 5°). D'autres bases de lancement très couramment utilisées sont également situées le plus possible au sud des pays responsables des lancements. Les Etats Unis utlise la base de Cap Canaveral (latitude 28°5) en Floride. La Russie utilise et loue au Kazakhstan la base de lancement de Baïkonour (latitude 46°).

Le fait de lancer une fusée à l'équateur permet d'économiser une partie de l'énergie -donc du carburant- nécessaire à la fusée afin de se libérer de l'attraction terrestre. On peut évaluer la consommation supplémentaire nécessaire par rapport à un lancement à l'équateur pour les différentes bases de lancement :

  • Kourou : 0,9 % d'énergie en plus
  • Cape canaveral : 27,1 % d'énergie en plus
  • Baîkonour : 55 % d'énergie en plus

Pourquoi l'énergie pour se libérer de l'attraction terrestre est-elle plus faible près de l'équateur ?
Le coupable est l'intensité de la pesanteur que l'on note g. Celle-ci n'est effectivement pas identique en tous points de la Terre. Aux pôles g = 9,832 m / s² ; à Paris g = 9,809 m / s² (qui est la valeur moyenne de l'intensité de la pesanteur à la surface de la Terre) et à l'équateur g = 9,780 m / s². On constate donc que g augmente quand la latitude augmente. A quoi sont dues ces variations ? Plusieurs phénomènes interviennent pour expliquer ces différences:

  • La Terre n'est pas parfaitement ronde mais légèrement aplatie au niveau des pôles. Les pôles sont donc plus proches du centre de la Terre que l'équateur. g dépend justement de la distance au centre de la Terre. Plus cette distance augmente plus g diminue donc g est bien plus grande aux pôles qu'à l'équateur. Pour la même raison , plus l'altitude sera grande, plus g diminuera.
  • La Terre tourne sur elle-même ce qui entraîne une force centrifuge qui tend à nous "expulser" de la planète à la manière d'une voiture qui prend un virage. Cette force centrifuge est maximale à l'équateur et nulle aux pôles. Elle compense pour une très petite partie la force de gravitation qui nous attire vers le centre de la Terre. La pesanteur est la résultante de ces 2 forces (voir ci-dessous) et donc par conséquence g diminue à l'équateur.

    La force centrifuge dessinée ci-dessus est bien plus grande que celle réellement observée ; la pesanteur n'est pas dirigée exactement vers le centre de la Terre.

    Remarque : si la Terre tournait sur elle-même 17 fois plus vite, la force centrifuge serait plus grande que la force de gravitation et les habitants situés à l'équateur seraient éjectés dans l'espace !
  • Localement g peut dépendre également de la constitution du sous-sol, de la présence d'une montagne. La mesure de g que l'on peut effectuer avec une précision de l'odre du millardième est d'ailleurs utilisée pour la recherche de minerais, pétrole ou eau. Cette technique s'appelle la gravimétrie.

 

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