Au-dessus de ta tête flotte un caillou de 73 milliards de milliards de tonnes. Pas de câble, pas de pilier, pas même un bout de scotch. Et pourtant, personne ne dort avec un casque. Le secret ? La Lune nous tombe dessus en permanence… et nous rate à chaque fois.
Scoop : la Lune est en train de tomber
Premier choc : la Lune tombe. Là, maintenant, pendant que tu lis. Elle est attirée par la Terre exactement comme une pomme qui se décroche de sa branche, ou comme ton téléphone qui glisse de ta poche (toujours côté écran, bizarrement). La différence ? La pomme part à l'arrêt. La Lune, elle, file de côté à environ 1 km par seconde : plus de onze fois la vitesse d'un TGV lancé à fond.
Or un objet lancé a une tendance têtue : si rien ne le dérange, il continue tout droit, à la même vitesse. C'est l'inertie. Sans la Terre, la Lune filerait donc tout droit vers le fond de l'Univers. Mais la Terre la tire sans arrêt : chaque seconde, la Lune avance d'un kilomètre et « tombe » d'environ 1,4 millimètre par rapport à sa ligne droite, moins que l'épaisseur d'une pièce de 1 centime ! Une chute ridicule, répétée sans fin, qui referme sa trajectoire en boucle.
Douglas Adams, l'auteur du Guide du voyageur galactique, avait la recette : pour voler, jette-toi par terre… et rate le sol. La Lune applique la méthode depuis des milliards d'années.
Le canon le plus fou de l'histoire
Pour expliquer cette chute ratée, Newton a imaginé une expérience impossible à réaliser (tant mieux, elle est un peu dangereuse), publiée en 1728, un an après sa mort. Installe un canon au sommet d'une montagne si haute qu'elle dépasse l'atmosphère, et tire à l'horizontale. Tir mou : le boulet retombe au pied de la montagne. Plus fort : il retombe plus loin. Encore plus fort : beaucoup plus loin… et là, la rondeur de la Terre s'en mêle. Pendant que le boulet tombe, le sol se dérobe sous lui.
Coïncidence magique : en une seconde, un objet lâché tombe d'environ 5 mètres, et sur 8 kilomètres, la surface de la Terre s'abaisse justement d'environ 5 mètres, à cause de sa courbure. Un boulet lancé à 8 km/s tombe donc exactement au rythme où le sol s'éloigne. Il tombe, il tombe… et n'arrive jamais. Bravo : tu viens d'inventer le satellite.
Petit défaut du plan : environ une heure vingt-cinq plus tard, le boulet revient par derrière… pile dans le dos du canonnier. Pense à te baisser.
Pour voir ça bouger : l'animation du canon de Newton.
La pomme et la Lune, même combat
Le coup de génie de Newton, c'est d'avoir compris que la force qui fait tomber la pomme est la même que celle qui retient la Lune : la gravitation. Tout ce qui a une masse attire tout ce qui a une masse. Toi aussi, tu attires ton voisin de table… mais si faiblement que ça ne compte pas comme excuse pour copier. Cette attraction faiblit vite avec la distance : deux fois plus loin, elle est quatre fois plus faible. Newton a tout résumé en une ligne :
F = G × m × M / d2
Ici, m et M sont les deux masses, d leur distance, et G un nombre minuscule, la constante de gravitation. Entre la Terre et la Lune, le calcul donne environ deux cents milliards de milliards de newtons. Sachant qu'une pomme de 100 grammes pèse à peu près 1 newton, ça fait le poids d'une sacrée corbeille de fruits. Cette loi t'attend en physique-chimie de Première.
Un câble invisible que personne ne lâche
Sur le schéma, la vitesse de la Lune suit son orbite (on dit qu'elle est tangente), tandis que la force de la Terre pointe vers le centre. Les deux sont perpendiculaires : la force ne fait ni gagner ni perdre de vitesse à la Lune, elle se contente de la faire tourner.
C'est le lancer du marteau des athlètes (une boule au bout d'un câble, pas l'outil de bricolage) : le câble tire la boule vers l'athlète, et la boule tourne. S'il lâche, elle part tout droit. Pour la Lune, la gravitation joue le rôle du câble… et personne ne le lâche jamais. En simplifiant un peu, on a parlé de cercle : l'orbite de la Lune est en fait une ellipse à peine aplatie, au programme de physique-chimie de Terminale.
Pour voir ça bouger : l'animation des orbites de Kepler, avec de vraies ellipses.
Dans l'ISS, la gravité est toujours là (si, si)
Imagine un ascenseur dont le câble casse (expérience strictement interdite) : la cabine et toi tombez ensemble, tes pieds n'appuient plus sur le plancher et ton sandwich flotte devant ton nez. C'est ça, l'apesanteur : la gravité est toujours là, mais plus rien ne t'empêche de tomber. Les astronautes vivent ça non-stop, en bouclant un tour de Terre en 90 minutes environ : une quinzaine de levers de Soleil par jour. Pas facile de régler son réveil.
Et pour dormir tranquille : la Lune s'éloigne même de nous d'environ 3,8 cm par an, à peu près la vitesse de pousse de tes ongles. Envie d'une pesanteur six fois plus faible qu'ici ? Pose un module en douceur dans notre jeu d'alunissage.
Si tu ne retiens qu'une chose
La Lune ne flotte pas : elle tombe vers nous sans arrêt, mais elle va si vite de côté qu'elle rate la Terre à chaque tour. Une orbite, c'est une chute qui ne finit jamais.
Pour aller plus loin
- Simulation du canon de Newton (Weber State University, en anglais)
- Apesanteur et impesanteur (Wikipédia)
- Cours, fiches et exercices corrigés : physique-chimie de Première 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
