Le coucher de soleil le plus précoce n'a pas lieu au solstice d'hiver, vraiment ?
― Jour court et tombée de la nuit rapide, ce sont deux choses différentes
Le jour le plus court de l'année, c'est bien le solstice d'hiver. Pourtant, le jour où il fait noir le plus tôt le soir n'est pas le solstice. À Tokyo, cela arrive environ deux semaines plus tôt, début décembre. Et le matin où le jour se lève le plus tard survient après le Nouvel An. Ce décalage est créé par le « midi solaire », qui recule chaque jour un peu plus.
Début décembre. Il n'est pas encore 17 heures, et dehors il fait déjà nuit noire. « Cette année, la nuit tombe vraiment tôt », pensez-vous.
Puis le solstice d'hiver passe, et l'année change. On se dit : « maintenant, les jours vont s'allonger ». Pourtant, le matin reste sombre. On a même l'impression que les trajets de janvier sont plus sombres que ceux de décembre.
Ce n'est pas une impression. Le « jour le plus court » du calendrier et le « coucher de soleil le plus précoce » ou le « lever de soleil le plus tardif » que nous ressentons ne tombent en réalité pas le même jour.
Le décalage tient à seulement deux raisons
La durée du jour est minimale au solstice d'hiver. Près du point le plus bas, la pente est douce. Pendant les deux semaines autour du solstice, la durée du jour ne varie que de quelques dizaines de secondes par jour.
L'heure à laquelle le soleil culmine n'est pas fixée à midi pile sur nos montres. En décembre, elle recule de près de 30 secondes chaque jour. Même quand la durée du jour n'évolue plus, ce décalage-là continue.
Quand on additionne ces deux effets, le sens du décalage s'inverse entre le soir et le matin. Voyons cela dans l'ordre.
D'abord, regardons la durée du jour
À Tokyo, fin novembre, la durée du jour se réduit de près d'une minute par jour. Mais à l'approche du solstice, ce rétrécissement ralentit de plus en plus. Le jour du solstice, il s'arrête presque complètement.
C'est comme une balle lancée en l'air : au point le plus haut, elle semble s'immobiliser un instant. Près du point de retournement, le changement devient très lent. Pendant la semaine qui précède et celle qui suit le solstice, la durée du jour ne varie au total que d'une à deux minutes.
Autrement dit, « autour du solstice d'hiver, la durée du jour est pratiquement stable ». C'est alors l'autre facteur qui détermine l'heure du coucher du soleil.
Le coupable : le « midi solaire » qui recule chaque jour
Nos montres découpent la journée en exactement 24 heures. Mais le temps qui sépare deux passages successifs du soleil au plus haut point dans le ciel du sud n'est pas exactement de 24 heures. Il varie, plus long certains jours, plus court d'autres.
Deux raisons à cela. D'abord, la trajectoire de la Terre autour du Soleil n'est pas parfaitement circulaire mais légèrement elliptique. Plus la Terre est proche du Soleil, plus elle se déplace vite. Ensuite, l'axe terrestre étant incliné, la direction dans laquelle le Soleil traverse le ciel change selon les saisons.
Combinés, ces deux effets font que l'heure de culmination du soleil avance ou recule progressivement tout au long de l'année. Ce décalage est appelé équation du temps. Or début décembre correspond justement à la période où l'heure de culmination recule le plus vite.
L'heure du coucher de soleil s'obtient en ajoutant « la moitié de la durée du jour » à « l'heure de culmination ». Si la durée du jour est stable alors que la culmination continue de reculer, le coucher de soleil recule lui aussi. Voyez la figure 1.
Pourquoi le matin se décale dans l'autre sens
L'heure du lever de soleil s'obtient en soustrayant « la moitié de la durée du jour » à « l'heure de culmination ». Le point clé : ici, c'est une soustraction, contrairement au soir.
Avant le solstice, l'effet du raccourcissement du jour l'emporte, et le lever de soleil ne cesse de reculer. Après le solstice, le jour commence à s'allonger, mais cet allongement reste minime. Or, le recul de la culmination, lui, se poursuit. C'est pourquoi le lever de soleil continue de reculer un moment après le solstice.
Résultat : le coucher de soleil atteint son point de retournement avant le solstice, et le lever de soleil après. Observons cette addition et cette soustraction dans la figure 2.
On croit souvent que les jours s'allongent après le Nouvel An, mais si l'on ne regarde que le soir, le creux est déjà atteint début décembre. Au jour du solstice, la nuit tomberait environ 4 minutes plus tard que le jour le plus précoce.
Ce décalage diminue à mesure que l'on va vers le nord. Aux hautes latitudes, la durée du jour varie fortement même autour du solstice, ce qui compense le recul de la culmination. À l'inverse, plus on est proche de l'équateur, plus le décalage est grand.
En résumé
« Le solstice d'hiver est le jour le plus court » est vrai. « Le solstice d'hiver est le jour où il fait noir le plus tôt » est faux. Ces deux idées sont souvent confondues, mais elles désignent des choses différentes. Comme la durée du jour reste stable autour du solstice tandis que l'heure de culmination continue de reculer seule, le point de retournement du soir avance, et celui du matin recule.
Le solstice ne décide que de la « durée » du jour.
C'est le midi solaire, toujours en retard, qui décide de « l'heure » à laquelle il fait noir.
Pour comprendre pourquoi les saisons existent, voir Pourquoi les saisons existent-elles ?. Sur le décalage entre la longueur de l'année et le calendrier, voir Pourquoi la date de l'équinoxe d'automne change-t-elle selon les années ?.
- Sur le site de calcul du calendrier de l'Observatoire astronomique national du Japon, cherchez les heures de lever et de coucher du soleil pour votre ville, du 1er décembre au 31 janvier, et notez-les sur papier.
- Parcourez uniquement la colonne du coucher de soleil du haut vers le bas, et repérez le jour où l'heure est la plus précoce. Il devrait se situer avant le solstice.
- Faites de même avec la colonne du lever de soleil pour trouver l'heure la plus tardive : cette fois, elle se trouve après le Nouvel An. En calculant chaque jour « l'heure exactement à mi-chemin entre le lever et le coucher », vous verrez directement ce point reculer peu à peu.
En comparant une île du sud avec Hokkaidō, vous constaterez aussi que le nombre de jours de décalage change.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules, liens avec les manuels scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, chaque niveau est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « sciences de la Terre, niveau de base » au lycée
- Lycée+Approfondissement lycée, ou encadré des manuels
- UniversitéNon enseigné au lycée : matière universitaire spécialisée (mécanique céleste, astrométrie)
- RecherchePas encore une théorie établie même à l'université : sujet activement étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Culmination : moment où le soleil atteint son point le plus haut de la journée, plein sud. On l'appelle l'heure de culmination.
- Équation du temps : écart entre l'heure déterminée par le mouvement réel du soleil et l'heure régulière indiquée par une montre. Sur une année, elle oscillerait entre environ moins 14 minutes et plus 16 minutes.
- Périhélie : point où la Terre est la plus proche du Soleil. Elle le franchit début janvier, en plein cœur de l'hiver japonais.
CollègeLycéeVérification par le calcul : de combien le coucher du solstice est-il plus tardif que le jour le plus précoce ?
L'heure du coucher de soleil s'obtient en ajoutant la moitié de la durée du jour à l'heure de culmination. Pour début décembre à Tokyo, suivons la variation quotidienne avec des valeurs approximatives. Sans symboles : les écarts d'heure sont exprimés en secondes, les durées en jours.
| Recul quotidien de l'heure de culmination (début déc.) | environ 25 secondes |
| Réduction quotidienne de la durée du jour (début déc.) | environ 25 secondes |
| Nombre de jours entre le coucher le plus précoce et le solstice | environ 17 jours |
| Avance du coucher due à la réduction du jour (n'agit qu'à moitié) | 25 ÷ 2 = 12,5 (secondes) |
| Retard net du coucher par jour | 25 − 12,5 = 12,5 (secondes) |
| Cumul sur les 17 jours jusqu'au solstice | 12,5 × 17 = 212,5 (secondes) |
| Converti en minutes | 212,5 ÷ 60 ≈ 3,5 (minutes) |
On estime ainsi que le coucher de soleil au solstice est plus tardif de 3 à 4 minutes environ que le jour le plus précoce. La valeur réelle observée à Tokyo est d'environ 4 minutes, ce qui confirme cette estimation. Autrement dit, l'écart n'est que de quelques minutes : une différence invisible à l'œil nu, qui n'apparaît qu'une fois mise en tableau.
LycéeLycée+Pourquoi l'équation du temps existe-t-elle ?
LycéeL'orbite terrestre autour du Soleil est une ellipse légèrement aplatie ; la Terre va plus vite quand elle est proche du Soleil. Pendant ces périodes rapides, la Terre met un peu plus de temps à se réorienter face au Soleil, ce qui allonge légèrement la journée. C'est la première composante de l'équation du temps : elle se manifeste par une oscillation annuelle.
Lycée+La seconde composante vient de l'inclinaison de l'axe terrestre. Le Soleil suit une trajectoire inclinée par rapport à l'équateur céleste ; ramené à un simple déplacement est-ouest, son mouvement paraît tantôt plus rapide, tantôt plus lent selon la saison. Cette composante se manifeste par une oscillation semestrielle. La courbe réelle de l'équation du temps est la somme de ces deux oscillations. Début décembre correspond justement à l'une des périodes où la pente de cette courbe combinée est la plus forte de l'année.
UniversitéLe Soleil moyen, et la définition même du temps
En astrométrie, on considère non pas le Soleil réel, mais un Soleil fictif se déplaçant à vitesse constante sur l'équateur céleste. On l'appelle le Soleil moyen, et le temps défini d'après sa culmination est le temps solaire moyen. C'est celui que suivent nos montres. L'équation du temps n'est autre que l'écart entre le Soleil réel et le Soleil moyen. De plus, la vitesse de rotation de la Terre varie très légèrement, si bien que l'heure standard actuelle est basée non pas sur la rotation terrestre mais sur les vibrations atomiques, ajustée au besoin par des secondes intercalaires.
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Fluctuations de la vitesse de rotation terrestre On observe ces dernières années des jours où la rotation de la Terre s'accélère légèrement. La part respective du noyau, du manteau, des océans et de l'atmosphère dans ce phénomène reste débattue.
- Évolution à long terme de la forme de l'orbite L'aplatissement de l'orbite terrestre et l'inclinaison de l'axe changent lentement sur des cycles de dizaines de milliers d'années. La forme de l'équation du temps devrait évoluer d'autant, mais le lien avec les archives climatiques du passé fait encore l'objet de recherches.
- Correspondance avec le ressenti La sensation que « la nuit tombe tôt » dépend non seulement de l'heure du coucher, mais aussi de la durée du crépuscule et de la météo. La façon dont chacun perçoit les saisons reste une question ouverte, à la frontière entre psychologie et météorologie.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « l'état actuel des connaissances ». Les valeurs varient légèrement selon le lieu et l'année : pour une heure exacte, consultez le calendrier officiel de votre région.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Section correspondante |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ Terre et espace (mouvement diurne du Soleil) | Le terme de culmination, et la façon dont se déterminent lever et coucher du soleil |
| Lycée | Sciences de la Terre de base ・ Mouvement de la Terre | L'orbite elliptique et la variation saisonnière du mouvement du Soleil |
| Lycée+ | Sciences de la Terre ・ Sphère céleste et temps | Les deux composantes de l'équation du temps et leur combinaison |
| Université | Astrométrie ・ Mécanique céleste | Le Soleil moyen, le temps solaire moyen, les secondes intercalaires |
| Recherche | Géodésie ・ Rotation terrestre | Fluctuations de la vitesse de rotation et recherche de leurs causes |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Luminosité au retour du travail, obscurité du matin, horaires d'activités extérieures ou scolaires |
- Bureau de calcul du calendrier de l'Observatoire astronomique national du Japon (国立天文台 暦計算室) (heures de lever, coucher et culmination par localité)
- Observatoire astronomique national du Japon (国立天文台) (explications sur le calendrier et les phénomènes astronomiques)
- Observatoire astronomique national du Japon (éd.), *Rika Nenpyō* (理科年表, Almanach scientifique), Maruzen Publishing (chaque édition annuelle, tableaux de lever, coucher et équation du temps)
- Nagasawa Kō, *Calcul du lever et du coucher du soleil ― Comment déterminer les heures de lever et de coucher des astres* (日の出・日の入りの計算 ― 天体の出没時刻の求め方), Chijin Shokan
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des repères approximatifs destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Les heures réelles de lever et de coucher du soleil varient selon le lieu et l'année ; pour des valeurs exactes, veuillez consulter un calendrier officiel comme celui de l'Observatoire astronomique national du Japon.