Il y a 1,4 milliard d’années, les journées duraient 18h sur Terre

La Lune ralentit progressivement la vitesse de rotation de la Terre. Les astronomes cherchent à déterminer comment ce ralentissement a évolué au cours du temps en regardant les archives géologiques.

Les journées sur Terre n’ont pas toujours duré 24h. Avec le temps, la vitesse de rotation de notre planète ralentit et la durée du jour s’allonge inexorablement. Actuellement, elle s’accroît de deux millièmes de seconde par siècle. C’est imperceptible à l’échelle d’une vie humaine, mais considérable sur des temps géologiques! Ce ralentissement est même un peu trop rapide, à vrai dire…

En effet, la perte de vitesse de la Terre est provoquée par les forces de marées exercées par la Lune. En d’autres termes, notre satellite nous freine. Pour compenser cette perte de vitesse, la Lune s’éloigne peu à peu de nous, de 3,8 cm par année. On peut le mesurer de manière très précise en envoyant un laser vers des réflecteurs installés sur notre satellite par des astronautes des missions Apollo il y a plus de 50 ans. Mais ce rythme est trop élevé selon les astronomes: cela voudrait dire que la Lune était collée à nous il y a 1,5 milliard d’années… Or la Lune s’est formée peu ou prou en même temps que la Terre, et à bonne distance, il y a 4,5 milliards d’années.

«Nous savons qu’il y a un problème et nous connaissons son origine probable», explique Jacques Laskar, astronome à l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE), à Paris, spécialiste de ces questions. «Ce sont les mers et les océans qui favorisent le ralentissement. Sans eux, il serait dix fois moins rapide.» Comme la répartition et la profondeur de ces étendues d’eau a varié avec le temps, le ralentissement ne s’est pas toujours fait de la même manière.

Dans de nouveaux travaux parus lundi dans les PNAS, deux chercheurs ont étudié une formation géologique chinoise vieille de 1,4 milliard d’années qui présentent des changements imputables aux variations d’intensité des saisons. Ce qui permet de remonter à la distance qui nous séparait de la Lune à cette époque. Et donc à la durée du jour. Tentons de comprendre pourquoi.

L’hiver correspond à la saison pendant laquelle votre hémisphère est penché du mauvais côté du Soleil. Mais, comme l’axe de rotation de la Terre change au cours du temps, cela ne se produit pas toujours au même moment de la révolution autour du Soleil. Actuellement, l’hiver dans l’hémisphère nord correspond au moment où la Terre est au plus proche de notre étoile. Nous vivons donc des hivers «atténués».

Les saisons varient en intensité en fonction du temps

Actuellement, l’axe de rotation de la Terre décrit un cône complet tous les 20.000 ans, ce qui rythme ces variations des intensités des saisons. Mais cette vitesse «de précession», qui dépend de la distance Terre-Lune, ralentit elle aussi. En parvenant à trouver des alternances d’hivers (ou d’étés) atténués et rigoureux dans les archives géologiques, les astronomes espéraient pouvoir définir le temps que mettait l’axe de rotation de la Terre à décrire un cône complet à une époque donnée.

C’est exactement ce que viennent de réaliser Stephen Myers, de l’université Wisconsin-Madison, et Alberto Malinverno, de l’université Columbia, qui se sont penchés sur les données de la formation géologique chinoise de Xiamaling. Et ils ont trouvé une vitesse de précession 70% plus importante qu’aujourd’hui. Selon leurs calculs, la Lune était ainsi à 340.000 km de la Terre il y a 1,4 milliard d’années. Ce qui correspond à une durée du jour terrestre comprise à l’époque entre 18 et 19h.

«Cette technique devrait maintenant être appliquée à d’autres formations géologiques de différentes périodes pour retracer plus finement, et sur de plus longues périodes, l’histoire du couple Terre-Lune», souligne Jacques Laskar. Les études de ce type pourraient donc fleurir dans les années à venir.

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