« Cette étoile est à 4 années-lumière. » Si tu as entendu « 4 ans de voyage », c'est raté : l'année-lumière n'est pas une durée, c'est une distance. Une distance si énorme qu'aucun mètre ruban n'y survivrait. Alors comment mesure-t-on l'éloignement d'une étoile qu'on ne pourra jamais aller toucher ? Avec la lumière, un peu de géométrie… et ton pouce.
La lumière, ce bolide imbattable
Dans le vide, la lumière parcourt 299 792 458 mètres chaque seconde. Pas « environ » : exactement, car depuis 1983, c'est cette vitesse qui sert à définir le mètre. En une seconde, la lumière ferait sept fois et demie le tour de la Terre. Le son, à côté, se traîne à 340 m/s, près de 900 000 fois moins vite : voilà pourquoi tu vois l'éclair bien avant d'entendre le tonnerre.
Même ton téléphone, tu le vois en léger différé : à 30 cm de tes yeux, sa lumière met un milliardième de seconde à t'arriver. Pas de quoi rater une notification. La propagation de la lumière est au programme de physique-chimie de Seconde.
Une année-lumière, c'est loin comment ?
L'année-lumière, c'est tout simplement la distance que parcourt la lumière en un an. Une année compte environ 31,6 millions de secondes ; multiplie par la vitesse de la lumière, et tu obtiens un nombre qui donne le vertige :
1 année-lumière ≈ 9,46 × 1015 m, soit environ 9 460 milliards de kilomètres
Pour te faire une idée : en voiture à 130 km/h, sans pause pipi, sans péage et sans jamais dormir, il te faudrait plus de 8 millions d'années pour parcourir une seule année-lumière. Prévois des sandwichs. Beaucoup de sandwichs.
Du coup, « ça fait des années-lumière que je ne t'ai pas vu » est aussi bizarre que « ça fait des kilomètres que je t'attends ». Tu peux le faire remarquer au prochain repas de famille, c'est toujours très apprécié. Et pour dompter ces nombres géants, essaie notre jeu sur la notation scientifique.
Le ciel est un vieux replay
La lumière va vite, mais pas infiniment vite. Tu vois donc les astres tels qu'ils étaient quand leur lumière est partie. La Lune ? Avec 1,3 seconde de retard. Le Soleil ? Avec environ 8 minutes et 20 secondes : le coucher de soleil que tu prends en photo est déjà de l'histoire ancienne. Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche après le Soleil, t'envoie une lumière vieille de plus de 4 ans. En astronomie, le direct n'existe pas.
Et ça va bien plus loin. La galaxie d'Andromède, l'un des objets les plus lointains visibles à l'œil nu par une nuit bien noire, est à environ 2,5 millions d'années-lumière. Sa lumière est partie avant même l'apparition de notre espèce, Homo sapiens : tu regardes une photo plus vieille que l'humanité.
Le coup du pouce
Mais comment mesurer la distance d'une étoile sans y aller ? Petite expérience d'abord.
Les astronomes font pareil, avec un petit problème : il leur faut deux « yeux » très, très écartés. Leur astuce ? Utiliser la Terre elle-même. En six mois, elle passe d'un côté du Soleil à l'autre et se retrouve à environ 300 millions de kilomètres de son point de départ. On observe une étoile proche en janvier, puis en juillet : elle semble s'être décalée d'un poil par rapport aux étoiles bien plus lointaines du fond du ciel. Plus elle est proche, plus elle « saute ». En mesurant ce saut, un peu de géométrie du triangle donne la distance.
Pour voir ça bouger : l'animation des saisons, où la Terre fait le tour du Soleil et change de point de vue tous les six mois.
Seul souci : le saut est minuscule. Pour Proxima du Centaure, l'angle p du schéma vaut environ 0,77 seconde d'arc (une seconde d'arc, c'est un 3 600e de degré) : l'angle sous lequel tu verrais une pièce de 1 euro posée à plus de 6 km. Les astronomes ont même inventé une unité sur mesure, le parsec : la distance d'une étoile dont la parallaxe vaut 1 seconde d'arc, soit environ 3,26 années-lumière. Dans le premier Star Wars, Han Solo se vante d'un trajet bouclé en « moins de douze parsecs », comme si c'était un chrono. Les fans se disputent encore pour savoir si c'est une erreur.
La course à la parallaxe (et son perdant malchanceux)
Pendant des siècles, les astronomes ont cherché ce petit saut sans le trouver. Il a fallu attendre 1838 pour que l'Allemand Friedrich Bessel publie la première mesure fiable, celle de l'étoile 61 du Cygne, à environ 11 années-lumière, grâce à un instrument d'optique d'une précision redoutable. Sa cousine, la lunette astronomique, est étudiée en physique-chimie de Terminale.
Aujourd'hui, on fait bien mieux depuis l'espace, loin de l'atmosphère qui fait trembloter les étoiles. Le satellite européen Gaia, lancé fin 2013 et mis à la retraite en 2025, a mesuré la parallaxe de plus d'un milliard d'étoiles. Sa précision pour les plus brillantes : quelques cent-millièmes de seconde d'arc, à peu près l'épaisseur d'un cheveu vue à 1 000 km. Pour les autres galaxies, même Gaia ne voit plus rien bouger : les astronomes passent alors à d'autres méthodes.
Si tu ne retiens qu'une chose
L'année-lumière est une distance, pas une durée : environ 9 460 milliards de kilomètres. Et plus tu regardes loin dans le ciel, plus tu regardes loin dans le passé.
Pour aller plus loin
- L'année-lumière (Wikipédia)
- La parallaxe (Wikipédia)
- La mission Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA, en anglais)
- Cours, fiches et exercices corrigés : physique-chimie de Seconde et physique-chimie de Terminale.
Soufiane ISMAILI ALAOUI — ingénieur diplômé de l'INSA Lyon, passé par les classes préparatoires MP, professeur de mathématiques et de physique-chimie. Il donne des cours particuliers à domicile en Île-de-France et en ligne. Découvrir son parcours
