Les marées : que sont-elles vraiment ? S'appliquent-elles uniquement à la Terre ?
On sait depuis Newton que les marées sont dues à l'action de la Lune et, à un moindre degré, au Soleil. Plus généralement, les phénomènes de marées, c'est-à-dire des déformations mutuelles de deux corps en orbite l'un autour de l'autre, jouent un rôle important en mécanique céleste : la dissipation sous forme de chaleur lors des frottements engendrés par ces déformations entraîne des modifications importantes dans leurs périodes de rotation et/ou de révolution ; en effet, dans le système solaire, l'orbite des planètes est en fait peu modifiée par les effets des marées dus au Soleil. Par contre les mouvements des satellites des planètes ont souvent été profondément affectés par les marées. Pour exemple, c'est à cause des marées que nous observons toujours la même face de la lune, de la Terre.
L'étude du mouvement des objets de notre système solaire est fondée sur le théorème de la gravitation universelle que nous avons déjà énoncée et expliquée. Les lois de Kepler rendent compte de façon suffisamment précise du mouvement des planètes. néanmoins, ces mouvements sont fort complexes car chacune des planètes est perturbée par toutes les autres. En fait, les marées sont des phénomènes généraux qui résultent de la déformation des corps célestes sous l'influence des forces de gravitation. Ce phénomène a altéré les vitesses de rotation de certaines planètes et changé considérablement les orbites, les vitesses, et la direction des axes de rotation de nombreux satellites de planètes. Ce sont les principaux effets des marées sur le mouvement des planètes et des satellites qui sont responsables des changements les plus notables ayant affectés notre système solaire depuis le début de son histoire.
Conséquences sur le système {Terre - Lune}
C'est Darwin, à la fin du siècle dernier, qui donna la première explication correcte de l'effet des marées et de ses conséquences sur la rotation de la Terre et sur le mouvement orbital de la Lune.
Sous l'effet de l'attraction de la Lune, la Terre se déforme périodiquement : ce sont les marées. Si les marées dans les océans sont des phénomènes visibles, on sait moins que la Terre se déforme elle-même dans son ensemble au rythme des océans. A l'équateur, l'amplitude des déformations périodiques du sol peuvent atteindre 30 cm, ces déformations s'accompagnent de frottements dans les océans et entre les différentes couches du manteau terrestre. Les marées se manifestent avec un certain retard par rapport à leur course, qui est le passage de la Lune (ce retard atteint 10 min pour les marées solides et parfois plusieurs heures pour les marées océaniques). En raison des frottements, une partie de l'énergie associée au déformations se dissipe en chaleur. cette énergie dissipée diminue l'énergie cinétique de rotation de la Terre qui, par la suite, ralentit progressivement (durée du jour qui augmente de 2 millièmes de sec par siècle). Voir tableau de la durée du jour depuis la naissance de la Terre
On peut considérer, à première vue, que le système {Terre - Lune} est isolé dans l'espace (ce qui signifie que la résultante des forces s'exerçant sur le système est nulle et donc que γ=0, par la règle de Newton); ce qui signifie que le moment cinétique total, somme du moment cinétique orbital et du moment cinétique de rotation, se conserve: la diminution du moment cinétique de rotation de la Terre due aux marées (allongement des jours) est alors compensée par une augmentation simultanée du moment cinétique orbital de la Lune autour de la Terre: ceci se traduit par un allongement progressif de la distance Terre - Lune, et d'une diminution de la vitesse de révolution de la Lune, prévue par la 3ème loi de Kepler. Voir le schéma du système Terre - Lune
Il y a 350 millions d'années, la durée d'une année était la même, mais elle comptait 400 jours de 22 heures: mathématiquement, la Terre tournait plus vite sur elle-même ce qui confirme les conséquences explicitées susditement. A cette même période, la Lune était beaucoup plus proche de la Terre et le nombre de périodes de révolution de la Lune autour de la Terre était beaucoup plus grand.
ou
Suite de l'exposé avec l'explication mathématique de l'effet des marées
Suite de l'exposé avec le pendule de Cavendish