--- title: "Le Soleil dans le ciel : jours et saisons" book: "Physique du primaire et du collège" subject: physics language: fr chapter: 18 exercises: 11 source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/18-le-soleil-dans-le-ciel-jours-et-saisons --- # Chapitre 18 — Le Soleil dans le ciel : jours et saisons En juin, tu joues dehors après le dîner dans une [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) dorée ; en décembre, les lampadaires s’allument avant que tu ne rentres de l’école. Le Soleil garde sa vieille habitude — il monte d’un côté, passe au plus haut, redescend de l’autre — mais sa route à travers le ciel n’est pas la même toute l’année. Suis-le pendant une année entière, et tu découvres les [saisons](#def-g3-sun-days-seasons-year). ## 18.1 La route changeante du Soleil **Exemple 18.1 (Route d’été, route d’hiver).** Observe l’arc du Soleil au cœur de l’été : il se lève tôt, monte très haut — presque au-dessus de ta tête à midi — et se couche tard : une route longue et haute, et une longue journée. Au cœur de l’hiver, l’arc est bas et court : le Soleil se lève tard, ne monte jamais bien au-dessus des toits, et se couche au milieu de l’après-midi. Entre les deux, au printemps et en automne, la route est moyenne — et le jour et la nuit se partagent les [heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock) presque également. ![Les deux routes extrêmes du Soleil au-dessus du même horizon. Le haut arc d’été demande de nombreuses heures ; le bas arc d’hiver est achevé au milieu de l’après-midi.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-sun-days-seasons/fig-d0569cd9d3f6.svg) *Les deux routes extrêmes du Soleil au-dessus du même horizon. Le haut arc d’été demande de nombreuses [heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock) ; le bas arc d’hiver est achevé au milieu de l’après-midi.* **Proposition 18.2 (La règle de midi).** En toute [saison](#def-g3-sun-days-seasons-year), le Soleil est au plus haut au milieu de la journée — et à cet instant, chaque [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) est la plus courte de la journée et pointe dans la même direction que l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi d’hier, et que celle de demain. Les [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi sont les flèches les plus fiables de la nature. **Exemple 18.3 (Lire la saison dans une ombre).** La *longueur* de l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi change avec la [saison](#def-g3-sun-days-seasons-year) : en été, le Soleil étant presque au-dessus de nos têtes, l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi d’un poteau n’est qu’un petit moignon ; en hiver, le Soleil restant bas, le même poteau jette à midi une longue [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow). Marque une fois par mois la pointe de l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi sur le sol, et les marques avanceront et reculeront au fil de l’année comme un lent balancier. ## 18.2 L’horloge d’ombre **Définition 18.4 (Cadran solaire).** Un *cadran solaire* est une horloge faite d’une [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) : un bâton ou une lame dressés au soleil, avec des repères tout autour indiquant où tombe l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) à chaque heure. À mesure que le Soleil parcourt son arc, l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) balaie les repères — lentement, sans bruit, et sans la moindre pièce mobile. **Méthode 18.5 (Construire une horloge d’ombre).** Un matin ensoleillé, à un endroit qui reste au soleil toute la journée : 1. planter un bâton bien droit dans un sol plat (ou le dresser dans un seau de sable) ; 2. toutes les [heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock) , à l’heure [pile](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/16-un-premier-circuit-electrique#def-g3-first-electric-circuit-battery) , marquer la pointe de son [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) avec un caillou et écrire l’heure dessus à la craie ; 3. continuer jusqu’au soir. Demain, l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) passera sur tes cailloux à l’heure dite : ton bâton donne maintenant l’heure. (Pour un temps, du moins — comme la [saison](#def-g3-sun-days-seasons-year) glisse, les [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) glissent aussi, et tes cailloux se tromperont peu à peu.) ![Un bâton, une journée : l’ombre balaie comme une aiguille lente, la plus longue aux deux bords du jour, la plus courte à midi.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-sun-days-seasons/fig-5a57c17b81d6.svg) *Un bâton, une journée : l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) balaie comme une aiguille lente, la plus longue aux deux bords du jour, la plus courte à midi.* ## 18.3 L’année et ses saisons **Définition 18.6 (L’année et les saisons).** Pendant que la Terre tourne une fois par jour sur elle-même, elle accomplit aussi un immense voyage *autour du Soleil* — un tour complet dure une *année*, environ $365$ jours. Au long de ce tour, la route du Soleil dans notre ciel s’élève puis s’abaisse lentement, et nous traversons les quatre *saisons* : le printemps, l’été, l’automne, l’hiver — puis le printemps de nouveau, tour après tour. **Exemple 18.7 (Les quatre quarts).** L’été : Soleil haut, journées longues, [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi courtes. L’hiver : Soleil bas, journées courtes, [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi longues. Le printemps et l’automne se placent entre les deux — et dans chacun d’eux arrive un jour particulier où le jour et la nuit durent exactement autant. Les paysans, les marins et les bâtisseurs d’autrefois ont appris à lire ce calendrier directement dans le ciel. ![Un tour de la Terre autour du Soleil — une année, quatre saisons. Pourquoi la route basse en hiver et la route haute en été ? Ce secret est gardé pour un chapitre plus loin, sur la famille Soleil–Terre–Lune.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-sun-days-seasons/fig-bef1bb58de61.svg) *Un tour de la Terre autour du Soleil — une année, quatre [saisons](#def-g3-sun-days-seasons-year). Pourquoi la route basse en hiver et la route haute en été ? Ce secret est gardé pour un chapitre plus loin, sur la famille Soleil–Terre–Lune.* **Remarque 18.8 (L’hiver n’est pas « plus loin »).** Il est tentant de deviner que l’hiver est froid parce que la Terre s’éloigne du Soleil. Eh bien non — la distance ne change presque pas, et quand c’est l’hiver ici, c’est l’été au même instant pour les enfants de l’autre moitié de la Terre, ce qu’aucun « plus loin » ne saurait expliquer ! La vraie clé est la *route basse* du Soleil : Soleil bas, [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) rasante, réchauffement faible. L’explication complète est promise pour un chapitre plus loin. ![Un midi d’hiver : le Soleil reste bas, la lumière arrive de biais, et les ombres s’allongent sur la neige.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-sun-days-seasons/img-f2e1bd15b3dd.jpg) *Un midi d’hiver : le Soleil reste bas, la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) arrive de biais, et les [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) s’allongent sur la neige.* ## 18.4 Exercices **Exercice 18.1 ★.** En quelle [saison](#def-g3-sun-days-seasons-year) l’arc du Soleil est-il le plus haut et le plus long ? Le plus bas et le plus court ? Quel effet cela a-t-il sur la longueur de la journée ? **Solution de Exercice 18.1.** Le plus haut et le plus long en été — d’où de longues journées ; le plus bas et le plus court en hiver — d’où de courtes journées. **Exercice 18.2 ★.** À quel moment de la journée l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) d’un poteau est-elle la plus courte ? Qu’a encore de particulier l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi, jour après jour ? **Solution de Exercice 18.2.** À midi, quand le Soleil est au plus haut. L’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi pointe en outre dans la même direction tous les jours de l’année — la flèche la plus fiable de la nature. **Exercice 18.3 ★.** Le même poteau jette à midi une [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de $2$ longueurs de botte en juin et de $7$ bottes en décembre. Explique la différence avec les deux routes du Soleil. **Solution de Exercice 18.3.** En juin, le Soleil parcourt sa route haute et se tient presque au-dessus de nos têtes à midi : l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) n’est qu’un petit moignon. En décembre, le Soleil reste sur sa route basse ; même à midi, sa [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) arrive de biais, et le même poteau jette une longue [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow). **Exercice 18.4 ★.** Comment un [cadran solaire](#def-g3-sun-days-seasons-sundial) donne-t-il l’heure ? De quoi son aiguille mobile est-elle faite ? **Solution de Exercice 18.4.** Le Soleil balaie l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) du bâton le long des repères horaires à mesure qu’il parcourt son arc ; on lit l’heure au repère que touche l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow). L’aiguille mobile, c’est l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) elle-même. **Exercice 18.5 ★.** Dans [Méthode 18.5](#met-g3-sun-days-seasons-build), pourquoi le bâton doit-il rester à un endroit ensoleillé toute la journée ? Qu’advient-il de l’horloge par temps nuageux — et la nuit ? **Solution de Exercice 18.5.** Si l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) d’un mur avale le bâton à une certaine heure, cette heure ne pourra jamais être ni marquée ni lue. Sous les nuages, l’horloge n’a plus d’aiguille — plus d’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) — et la nuit non plus : un [cadran solaire](#def-g3-sun-days-seasons-sundial) ne fonctionne que tant que le Soleil travaille. **Exercice 18.6 ★.** Combien de temps la Terre met-elle pour faire un tour autour du Soleil ? Combien de [saisons](#def-g3-sun-days-seasons-year) tiennent dans un tour ? Range-les dans l’ordre, en partant du printemps. **Solution de Exercice 18.6.** Une année — environ $365$ jours. Quatre [saisons](#def-g3-sun-days-seasons-year) par tour : le printemps, l’été, l’automne, l’hiver. **Exercice 18.7 ★.** Combien de jours y a-t-il à peu près dans une année ? Et — d’après un chapitre précédent — combien d’[heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock) dans une journée ? Quel voyage de la Terre produit chacun des deux ? **Solution de Exercice 18.7.** Environ $365$ jours dans une année ; $24$ [heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock) dans une journée. La journée est un *tour* de la Terre sur elle-même ; l’année est un *tour* de la Terre autour du Soleil. **Exercice 18.8 ★.** Cite deux indices, visibles de ta fenêtre en une seule semaine, qui te disent si tu es en plein été ou en plein hiver sans calendrier. **Solution de Exercice 18.8.** Par exemple : l’heure à laquelle les lampadaires s’allument (la nuit avant le dîner annonce l’hiver) ; la hauteur du Soleil à midi ; la longueur des [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de midi ; la possibilité de jouer dehors à la [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) du jour après le dîner. **Exercice 18.9 ★.** Quand c’est l’hiver chez toi, quelle [saison](#def-g3-sun-days-seasons-year) est-ce pour les enfants de l’autre moitié de la Terre ? Que prouve cela au sujet de l’idée « l’hiver arrive parce que la Terre entière est plus loin du Soleil » ? **Solution de Exercice 18.9.** C’est l’été chez eux, au même instant. Si la Terre entière était plus loin du Soleil, *tout le monde* aurait l’hiver en même temps — l’idée est donc forcément fausse. La vraie cause est la route basse et sa [lumière](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-source) rasante. **Exercice 18.10 ★★.** Une jardinière plante les cailloux de son horloge d’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) en mars. En juin, l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) ne touche plus les cailloux aux [heures](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#ex-g2-measuring-time-clock) marquées. Le bâton a-t-il bougé ? Explique ce qui a dérivé, à l’aide de [Exemple 18.3](#ex-g3-sun-days-seasons-shadowlength). **Solution de Exercice 18.10.** Le bâton n’a pas bougé — c’est la route du Soleil qui a changé. De mars à juin, l’arc est monté plus haut, et les [ombres](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) ont raccourci et se sont déplacées : l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) manque donc les cailloux posés pour la route de mars. Un [cadran solaire](#def-g3-sun-days-seasons-sundial) se lit avec sa [saison](#def-g3-sun-days-seasons-year). **Exercice 18.11 ★★.** Une exploratrice se réveille sans montre ni téléphone, voit le Soleil exactement au plus haut, et une heure plus tard trouve l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de sa tente déjà plus longue que la tente n’est haute. Vers quelle heure s’est-elle réveillée, à peu près, et est-elle plus proche du plein été ou du plein hiver ? Argumente à partir de la règle de midi et de la longueur de l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow). **Solution de Exercice 18.11.** Le Soleil au plus haut signifie qu’elle s’est réveillée à midi. Si, une heure plus tard seulement, l’[ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) de la tente est déjà plus longue que la tente n’est haute, le Soleil doit rester très bas même près de midi — la route basse de l’hiver : elle est plus proche du plein hiver.