Pourquoi y a-t-il des saisons ?

Contrairement à une idée très répandue, les saisons ne viennent pas des variations de distance entre la Terre et le Soleil. La preuve : la Terre est au plus près du Soleil début janvier, en plein hiver dans l’hémisphère Nord, et les saisons sont inversées entre les deux hémisphères. La véritable cause est l'inclinaison de l’axe de la Terre, qui garde la même direction dans l’espace (vers l’étoile Polaire) pendant que la planète tourne autour du Soleil.

L’inclinaison de l’axe, cause des saisons

L’axe qui relie les pôles Nord et Sud est incliné d’environ 23,4° (23° 26') par rapport à la perpendiculaire au plan de l’orbite terrestre. Comme cette direction reste fixe, l’hémisphère Nord est tourné vers le Soleil pendant une partie de l’année (de mars à septembre), puis à l’opposé pendant l’autre.

L’hémisphère tourné vers le Soleil est plus chaud pour deux raisons :

1. Les rayons arrivent plus verticalement : un même faisceau de lumière se concentre sur une surface plus petite et chauffe davantage. Quand le Soleil est bas sur l’horizon, la même énergie s’étale sur une surface plus grande, comme la lumière d’une lampe de poche inclinée. Elle traverse aussi une plus grande épaisseur d’atmosphère.
2. Les jours sont plus longs : le sol reçoit de l’énergie plus longtemps qu’il n’en perd pendant la nuit.

À Paris, le Soleil culmine à environ 64° au-dessus de l’horizon au solstice de juin et à environ 18° seulement au solstice de décembre ; la journée dure environ 16 heures en juin et 8 heures en décembre.

Solstices et équinoxes

Les dates varient d’un jour selon les années, en raison du décalage entre l’année calendaire (365 ou 366 jours) et l’année tropique (environ 365,24 jours).

• Solstice vient du latin sol stitium, « arrêt du Soleil » : pendant quelques jours, la hauteur de midi du Soleil semble ne plus varier.
• Équinoxe vient du latin aequinoctium, « nuit égale ». En réalité, à l’équinoxe, le jour dure un peu plus de 12 heures, car la réfraction atmosphérique fait apparaître le Soleil avant son lever géométrique.

Pourquoi les saisons sont-elles inversées dans l’hémisphère Sud ?

Parce que lorsque l’hémisphère Nord est penché vers le Soleil, l’hémisphère Sud est penché à l’opposé. Quand c’est l’été en France, c’est l’hiver en Australie, en Argentine ou en Afrique du Sud ; Noël y tombe en plein été. À La Réunion, l’été austral, saison chaude et humide, va de novembre à avril.

Et à l’équateur ou aux pôles ?

• Près de l’équateur, le Soleil reste haut toute l’année et la durée du jour varie peu (environ 12 heures). Il n’y a pas de saisons thermiques marquées ; on y distingue plutôt des saisons sèches et des saisons des pluies.
• Aux pôles, les contrastes sont extrêmes : le Soleil ne se couche pas pendant environ six mois (jour polaire) puis ne se lève pas pendant six mois (nuit polaire).
• Les cercles polaires (environ 66,6° de latitude) marquent la limite au-delà de laquelle on connaît au moins un jour de Soleil de minuit en été et un jour sans lever de Soleil en hiver.
• Les tropiques (environ 23,4° de latitude) marquent la limite au-delà de laquelle le Soleil n’est jamais au zénith.

Le rôle (faible) de la distance au Soleil

L’orbite de la Terre est une ellipse presque circulaire. La distance au Soleil varie d’environ 3 % :

Cette variation modifie l’énergie reçue d’environ 7 %, bien moins que l’effet de l’inclinaison. Elle rend les étés de l’hémisphère Sud légèrement plus ensoleillés, mais l’immensité des océans austraux atténue cet écart. Elle explique aussi que l’été boréal soit le plus long : la Terre se déplace plus lentement sur son orbite lorsqu’elle est loin du Soleil, et le printemps et l’été durent ensemble environ 186 jours dans l’hémisphère Nord.

Pourquoi le plus chaud n’est-il pas au solstice ?

Le 21 juin est le jour où l’hémisphère Nord reçoit le plus d’énergie, mais les températures les plus élevées surviennent en général en juillet ou début août. Les océans et les sols mettent du temps à se réchauffer, puis à se refroidir : ils restituent la chaleur accumulée avec un retard de plusieurs semaines. C’est le même phénomène qui rend les après-midi plus chauds que le midi solaire.

Les saisons changent-elles à très long terme ?

Oui. L’inclinaison de l’axe oscille entre environ 22,1° et 24,5° sur un cycle d’environ 41 000 ans, et l’axe décrit lentement un cône (précession) en environ 26 000 ans. Combinées aux variations de la forme de l’orbite, ces oscillations, appelées cycles de Milankovitch, modifient la répartition de l’ensoleillement et rythment l’alternance des périodes glaciaires et interglaciaires depuis 2,6 millions d’années. La Lune stabilise l’inclinaison terrestre et évite des variations plus importantes. Ces changements, très lents, ne sont pas en cause dans le réchauffement climatique actuel.

Questions fréquentes

Les saisons sont-elles dues à la distance entre la Terre et le Soleil ?

Non. La Terre est au plus près du Soleil début janvier, pendant l’hiver de l’hémisphère Nord. Les saisons s’expliquent par l’inclinaison de l’axe de la Terre, qui modifie la hauteur du Soleil et la durée du jour.

Quel est le jour le plus long de l’année ?

Dans l’hémisphère Nord, c’est le jour du solstice d’été, le 20 ou le 21 juin. Le plus court est celui du solstice d’hiver, le 21 ou le 22 décembre. C’est l’inverse dans l’hémisphère Sud.

Les autres planètes ont-elles des saisons ?

Oui, si leur axe est incliné. Mars, inclinée d’environ 25°, a des saisons comparables à celles de la Terre mais deux fois plus longues. Uranus, inclinée d’environ 98°, connaît des saisons extrêmes de plus de 20 ans chacune.

Pourquoi les jours rallongent-ils après le 21 décembre ?

Parce qu’après le solstice d’hiver, l’hémisphère Nord commence à se tourner progressivement vers le Soleil sur l’orbite : chaque jour, le Soleil monte un peu plus haut et reste plus longtemps au-dessus de l’horizon, jusqu’au solstice de juin.