Le mécanisme des éclipses

Les éclipses se produisent lorsque le Soleil, la Lune et la Terre sont parfaitement alignés. Cet alignement est possible à la Pleine Lune, lorsque la Terre s'interpose entre le Soleil et la Lune : on aura alors une éclipse de Lune. C'est également possible à la Nouvelle Lune, lorsque c'est notre satellite qui s'interpose entre nous et le Soleil : on a alors une éclipse de Soleil. Dans la suite, nous nous intéresserons uniquement au cas des éclipses de Soleil.

Mais alors pourquoi n'y a-t-il pas éclipse de Soleil à chaque Nouvelle Lune,c'est-à-dire une fois par mois ?

La raison est que la Lune tourne autour de la Terre sur un plan qui est incliné d'environ 5° sur l'écliptique (le plan de l'orbite de la Terre autour du Soleil). Le plus souvent, la Lune sera donc au-dessus ou en dessous de la ligne Terre-Soleil, le pinceau d'ombre qu'elle projette derrière elle allant donc se perdre dans l'espace loin au-dessus du pôle Nord ou en dessous du pôle Sud.

Pour qu'il y ait alignement parfait des trois astres, il faut que 2 conditions géométriques soient réunies :

1- que la Lune se trouve sur le plan de l'écliptique, ce qui n'est réalisé qu'en deux points (appelés noeuds) où l'orbite de la Lune coupe celle de l'écliptique (cela se produit 25 fois par an).

2- que le Soleil soit dans le prolongement de la ligne des noeuds (droite qui relie les deux noeuds), ce qui se produit deux fois par an.

Si ces deux conditions ne sont pas réunies, ce qui est le plus courant, aucune éclipse n'est visible depuis la Terre.

Source : J-P Caussil et Philippe Simonnet




Source : J-P Caussil et Philippe Simonnet

 

Les différents types d'éclipses de Soleil

Lorsqu'un astre est éclairé par le Soleil, il projette derrière lui un cône d'ombre et des zones de pénombres.

Si les conditions que nous avons définies précédemment sont réunies, et que le cône d'ombre de la Lune touche la surface de la Terre, un observateur situé à cet endroit pourra observer une éclipse totale de Soleil. Par un hasard extraordinaire, la Lune est en effet environ 400 fois plus petite que le Soleil mais aussi 400 fois plus proche que celui-ci. Dans le ciel, elle nous apparaît donc avec la même dimension apparente (1/2°) et peut donc occulter le Soleil exactement pendant quelques instants.

Dans les régions sur Terre couvertes par la pénombre de la Lune, on n'observe en revanche qu'une éclipse partielle, la Lune ne cache qu'une partie plus ou moins grande du Soleil. Notons qu'une éclipse totale de Soleil est toujours accompagnée d'une éclipse partielle en dehors de la zone de centralité. Ce sera le cas le 11 août prochain pour la majeure partie de la Belgique où on observera surtout une éclipse partielle.

Si, au moment de l'éclipse, la configuration des distances (rappelons-nous que les orbites de la Terre autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre sont elliptiques) séparant la Terre, la Lune et le Soleil est telle que l'extrémité du cône d'ombre ne touche pas la Terre, on assistera alors à une éclipse annulaire. La Lune paraissant trop petite ne cachera que la partie centrale de l'astre du jour en laissant visible un anneau de Soleil.

L'éclipse solaire du 11 août ne sera totale qu'à l'intérieur d'une bande étroite s'étendant de l'océan Atlantique à l'Inde. En dehors de cette zone, elle sera visible comme éclipse partielle sur un territoire beaucoup plus important.

La bande de totalité a une largeur de 110 km. C'est au centre de cette bande (appelée ligne de centralité) que la phase totale sera la plus longue : en moyenne 2 minutes. Dès que l'on s'éloigne de cette ligne, la durée de totalité raccourcit. Pour ceux qui se trouveront à la limite de la bande de totalité, elle ne durera plus que quelques secondes. En dehors de la zone de totalité, on pourra observer une éclipse très belle mais néanmoins partielle. Ainsi à Spa, le Soleil sera caché à 98% mais le ciel restera bleu et la couronne solaire ne sera pas visible. Pour tirer pleinement profit du spectacle, il convient donc de se rapprocher le plus du centre de la bande de totalité.

Cliquez pour agrandir la carte ...

C'est pourquoi nous vous proposons avec le G.A.S une excursion en car sur le site mis à notre disposition par la petite ville de Vouziers, en plein sur la ligne de centralité dans la région de Reims.

L'éclipse commencera sur l'océan Atlantique à 9h30 Temps Universel (UT), ce qui correspond à 11h30, heure d'été de l'Europe centrale. L'ombre de la Lune glissera ensuite vers l'Est et atteindra à 12h10 les îles Scilly, et une minute plus tard les Cornouailles britanniques. La limite Sud de la zone de totalité, qui fera environ 100km de largeur, atteindra la côte normande à 12h16, précisément au moment où sa limite Nord quittera le territoire britannique. A 12h20, la ligne de centralité se trouvera entre Dieppe et le Havre, près de Fécamp, en France. La ligne de centralité se déplacera alors vers Rouen, puis Reims. Elle passera ensuite à Metz (durée de la totalité de 2 min 13 s), 50 km au Sud de la Belgique. L'éclipse sera aussi totale au Grand-Duché de Luxembourg (durée de 1 min 20 s à Luxembourg-Ville). Ensuite, l'ombre de la Lune atteindra le Sud de l'Allemagne : Stuttgart se trouve pratiquement sur la ligne de centralité avec une durée de la totalité de 2 min 20 s. L'éclipse totale passera ensuite sur l'Autriche (Salzbourg), la Hongrie, la Roumanie (avec la durée maximale de l'éclipse de 2 min 27 s près de Bucarest), la Bulgarie, la Turquie, l'Iran, la Paquistan et l'Inde jusqu'au Golfe du Bengale où la totalité se terminera à 14h36.

Ce n'est qu'au Sud d'une ligne Neufchâteau-Martelange que l'éclipse sera totale en Belgique (voir tableau et carte). Au Nord de cette ligne, on ne verra le Soleil que partiellement éclipsé. Sur la ligne Bouillon-Arlon, l'éclipse totale durera environ 1 min, tandis qu'elle durera 1 min 49 s à Virton. La fin de la totalité se produira à 12h29 près d'Athus. L'éclipse partielle se terminera à Ostende à 13h45, à Uccle à 13h47 et à Saint-Vith à 13h51.

1er contact      -      2eme contact      -      3eme contact      -      4eme contact

Le premier contact marque l'instant où la Lune, invisible jusque là, commence à avancer devant le disque solaire. Une très légère échancrure commence à se former sur le côté ouest du cercle parfait du limbe solaire. Peu à peu, une portion de plus en plus grande du disque lunaire masque le disque solaire.

Cette phase de l'éclipse est progressive et assez longue. Elle dure environ 1 heure lors de l'éclipse du 11 août. Tant que plus d'un tiers du disque solaire reste visible, le changement de luminosité ambiante est imperceptible. L'éclipse pourrait passer inaperçue pour un témoin non averti. Cette phase qui dure jusqu'au deuxième contact est en tout point équivalente à une éclipse partielle de Soleil, un phénomène nettement plus fréquent (derniers exemples en Belgique en mai 1994 et en octobre 1996) qu'une éclipse totale.

Durant les 20 à 30 dernières minutes, lorsque moins d'un tiers du disque solaire reste visible, un fin croissant se forme (attention il est toujours éblouissant), et devient de plus en plus fin.

Pendant cette période, il est amusant de voir se former une image du croissant lorsque la lumière solaire traverse n'importe quelle ouverture étroite. Ainsi, au pied des arbres, des milliers de croissants sont projetés sur le sol par les interstices entre les feuilles.

Le croissant solaire devient de plus en plus étroit tout en gardant le même éclat. Cela va produire une évolution continue et de plus en plus rapide. C'est à ce moment que les hommes et autres êtres vivants sentent l'imminence d'un phénomène inhabituel. Lentement, la température ambiante diminue. La chute de température peut atteindre 10°C environ (le moment le plus "frais" étant atteint environ 10 à 15 minutes après la totalité). Un vent peut se lever s'il n'y en avait pas, ou bien changer de direction et tomber complètement. Animaux et plantes se comportent comme à la tombée du jour. Les oiseaux se posent et se taisent, tandis que les animaux diurnes, sauvages ou domestiques, se préparent pour la nuit. Dans tout le pays, et sur de vastes régions d'Europe, la lumière du jour va décliner très fortement pendant une demi-heure environ avant le début de la totalité qui se produit en fin de matinée (environ 12h25, heure d'été) et marque le deuxième contact.

A partir de ce moment, les choses s'accélèrent. L'ombre de la Lune qui s'approche à plus de 2000 km/h engloutit tout, et soudain, il fait aussi noir que par une nuit de Pleine Lune. Le petit croissant de Soleil que l'on apercevait encore quelques instants auparavant a fini par éclater en petites perles scintillantes le long du bord gauche du Soleil. C'est ce qu'on appelle les grains de Baily .

Photograph Copyright 1998 by Fred Espenak
Cliquez sur l'image pour voir une séquence de l'apparition des grains de Baily

Ces jolis points brillants apparaissent car le disque lunaire n'est pas un disque parfait. Il est en effet modelé par les montagnes et vallées lunaires. Ce sont les derniers rayons de Soleil qui s'engouffrent dans ces vallées qui donnent ce magnifique phénomène qui ne dure que quelques secondes. Vous pourrez peut-être apercevoir une fine lueur rouge le long du limbe lunaire: c'est la chromosphère du Soleil, une mince couche de son atmosphère qui surplombe la photosphère et qui émet intensément dans la longueur d'onde de l'hydrogène (raie H alpha), d'où son nom (" shère de couleur "). Ensuite, C'est l'éclipse totale !

D'après toutes les personnes qui ont observé une éclipse, le début de la totalité est indescriptible. On aperçoit maintenant la fameuse couronne du Soleil, son atmosphère extérieure. Elle reste visible durant toute la totalité et on peut y remarquer de minces structures en forme de plumes et des structures beaucoup plus importantes appelées jets coronaux. De plus, à chaque éclipse, elle revêt une apparence différente en fonction de l'activité solaire. Si vous disposez de jumelles ou d'une petite lunette, vous pourrez également chercher les protubérances, ces exposions visibles au bord du Soleil sous forme de petites taches rouges.

Mais pendant la totalité, ne limitez pas votre observation au Soleil et la Lune ; jetez aussi un coup d'oil à ce qui vous entoure. L'étrangeté de l'obscurité rend le paysage fantomatique. Il fait frisquet. Le comportement des gens comme des animaux peut être bizarre.

Vous pourrez également apercevoir les planètes Vénus (à gauche et en dessous du Soleil) et Mercure ainsi que les étoiles (celles des constellations d'hiver) les plus brillantes comme Sirius et Bételgeuse.

Profitez au maximum de ce spectacle grandiose. il ne durera que 2 minutes !

La fin de la totalité survient aussi rapidemment que son début. Tous les phénomènes que l'on a pu observer au début se reproduisent maintenant dans l'ordre inverse et sur l'autre bord de la Lune (côté Ouest). On pourra revoir le rouge de la chromosphère solaire, puis l'anneau de diamant formé des grains de Baily.

A partir de cet instant, une partie de la surface brillante du Soleil réapparaît et il est impératif de remettre les différentes protections en place.

La Lune poursuit inlassablement sa course vers l'Est (vers la gauche) tandis que le disque solaire redevient visible dans tout son éclat. Durant les minutes qui suivent la totalité, la " nuit " refait place au jour. Plus d'une heure après la totalité, la dernière " bosse " sur le bord gauche du Soleil disparaît. C'est ce moment que l'on appelle le quatrième contact et qui marque la fin de l'éclipse.

Au total, l'éclipse aura duré environ deux heures et demie, dont deux minutes et 23 secondes au maximum pour la totalité.

Evènement céleste rare et spectaculaire, une éclipse totale de Soleil doit nous laisser un souvenir inoubliable et non des séquelles permanentes.

Malheureusement, à chaque éclipse, on recense plusieurs centaines de cas de brûlures de la rétine. Ces brûlures entraînent une baisse de la vision centrale, des déformations visuelles, une modification de la vision des couleurs, une tache sombre au centre du champ de vision. Elles sont d'autant plus insidieuses qu'elles sont indolores et apparaissent rapidement. En outre, les cellules détruites ne se régénèrent jamais .

Lors de la dernière éclipse de Soleil visible aux Etats-Unis, on a dénombré plus de mille cas de cécité définitive d'un oeil et plus de dix mille cas de cécité temporaire !

Le danger vient du fait que le Soleil émet des quantités phénoménales d'énergie mais pas uniquement sous la forme de la lumière visible qui est celle à laquelle notre oil est sensible (et qui peut nous éblouir si elle est trop intense).

Le Soleil émet également du rayonnement infrarouge (IR) : c'est la chaleur que nous ressentons. Ces IR causent des lésions aux cellules du fond de l'oeil en élevant leur température de 10 à 20°C (réaction thermique).

Le Soleil émet aussi des ultraviolets UV (à l'origine du bronzage de la peau) qui produisent des modifications biochimiques au niveau de ces cellules (réactions photochimiques).

Ces deux rayonnements sont d'autant plus nocifs pour la vue que notre vision n'est pas capable de nous informer de leur présence puisqu'on ne les voit pas ! Alors que trop de lumière visible cause, elle, un réflexe douloureux de contraction de la pupille, nous donnant l'alerte. D'où le danger d'observer avec de mauvais filtres qui arrêteront la lumière visible (d'où dilatation de la pupille) et laisseront passer (sans que nous ne nous en rendions compte) en grande quantité les IR et les UV !

On ne le répétera jamais assez : regarder directement le Soleil est très dangereux ! Tant que l'éclipse n'est pas totale, il faut impérativement protéger ses yeux de façon adéquate.

Les seuls filtres efficaces sont les filtres en mylar ou polymère, disponibles auprès d'opticiens spécialisés en astronomie et les asssociations d'astronomes amateurs. Ces filtres ont deux objectifs : réduire l'intensité lumineuse (un facteur 10.000 généralement) et filtrer les rayonnements UV et IR.

- Le mylar est constitué d'une fine feuille de plastique transparente recouverte sur les deux faces d'une très fine couche d'aluminium. Il est facilement reconnaissable avec son aspect bleu argenté (parfois doré). Son avantage principal est qu'on peut l'acheter sous forme de feuille bon marché et que l'on peut le découper pour, par exemple, réaliser un filtre à adapter à l'avant d'une paire de jumelles ou d'un télescope.

Ses inconvénients sont cependant nombreux : il est très souple et très fragile (la moindre rayure le rend inutilisable), l'image du Soleil est bleue, présente une auréole floue, la résolution est dégradée et l'observateur voit le reflet de ses yeux sur la face argentée.

- Les filtres polymères sont constitués d'une feuille de polymère teintée et traitée dans la masse. Ce type de filtre est idéal pour être monté sous forme de lunette d'éclipse car il ne présente pas les défauts du mylar.

Il supporte les rayures (tant que la feuille n'est pas transpercée), l'image du Soleil est orangée et très nette et il y a peu de reflets gênants.

Cependant, il n'est pas utilisable pour l'adapter devant un télescope.

Pour l'observation directe à l'oil nu, nous vous recommandons les lunettes spéciales éclipses en polymère qui constituent sans aucun doute les meilleures du marché. Vous pourrez vous les procurer à prix modique auprès des clubs d'astronomie (60 FB à la boutique du G.A.S.). Achetez-en suffisamment pour tous les membres de votre famille si vous ne voulez perdre aucun moment de ce rendez-vous unique. Vérifiez que ces lunettes portent le label de qualité et de sécurité CE.

C'est seulement durant la totalité (à Vouziers pendant 2min 17s et pas une seconde de plus) que vous pourrez les enlever afin de profiter du spectacle merveilleux du  " Soleil noir " et de sa couronne. Mais n'oubliez pas de remettre vos lunettes dès la fin de la totalité !

Nous vous mettons en garde contre l'utilisation des filtres " bricolés " qui tous présentent un réel danger à cause, soit de leur incpacité à filtrer les IR et les UV, soit à leur inhomogénéité : les morceaux de verre noircis à la flamme d'une bougie, les filtres polarisants, les plaques rayons X exposées (radiographies), les négatifs couleurs ou les négatifs noir et blanc ne contenant pas d'émulsion argentine, une ou plusieurs paires de lunettes de Soleil, les CD et disquettes.

Toutes les méthodes permettant d'observer directement le Soleil présentent un risque, aussi efficace que soit le filtre choisi. Pour exclure ces risques, il y a un moyen radical : c'est l'observation indirecte qui consiste à projeter l'image du Soleil et observer cette image.

La méthode la plus simple consiste à percer un minuscule trou dans une grande feuille de carton et de laisser passer la lumière du Soleil par ce trou. De cette manière, on obtient une image du Soleil, qui sera projetée sur un écran ou sur un mur blanc. La grandeur de l'image projetée dépendra de la distance entre le trou et l'écran sur lequel l'image est projetée. La taille de l'image est cependant asez petite : elle augmente d'environ 1 cm par mètre de distance.

Sur le même principe, on peut également projeter une image du Soleil au moyen d'un boîte (à chaussures par exemple) dont une face est percée d'un minuscule trou et dont un côté latéral est découpé. Plus la boîte est longue, plus l'image du Soleil sera grande.
Voici un site (en anglais) expliquant comment fabriquer une chambre noire [pinhole camera] pour observer l'éclipse.

Pour obtenir une plus grande image du Soleil éclipsé, on peut utiliser des jumelles, une lunette ou un télescope qui servira à projeter l'image sur un écran.

Source : European Southern Observatory

Avec ce montage, il est possible d'obtenir une image de 10 cm de diamètre pour un écran situé à seulement 20 ou 30 cm de l'oculaire. Pour éviter que le télescope ne chauffe trop, on utilisera un diaphragme que l'on placera devant la lentille afin de limiter l'entrée de lumière. Il est évident qu'il ne faut surtout pas regarder dans le télescope pour le diriger vers le Soleil ! Au moment où la lumière solaire pénètre dans l'instrument, il suffit d'une fraction de seconde pour endommager la rétine. On orientera le télescope vers le Soleil en réduisant au maximum l'ombre de la lunette.

Si vous possédez une lunette ou un télescope, vous pourrez l'utiliser durant les phases partielles pour observer les taches solaires et suivre la progression de la Lune. Bien sûr, cela nécessite une protection de type Mylar devant l'ouverture de l'appareil. Il est également plus prudent de diaphragmer l'ouverture du télescope. Il existe d'autres filtres pleine ouverture de bien meilleure qualité que le mylar. Il s'agit de filtres en verre optique recouverts d'une couche métallique (nickel-chrome) qui donnent une très bonne image du Soleil mais sont onéreux. Si vous désirez observer le Soleil régulièrement, nous vous conseillons sans hésiter cet achat.

Remarquons que l'on trouve souvent, avec les petits instruments vendus dans le commerce, des filtres solaires qui se vissent sur l'oculaire : ces filtres sont très dangereux ! En effet, la lumière solaire (non atténuée) traverse tout le système optique et est concentrée à proximité du filtre qui peut se briser.

C'est seulement durant la totalité que vous pourrez retirer ces protections, pour éventuellement découvrir les petits détails comme les protubérances. Mais il faut prendre beaucoup de précautions et recouvrir le télescope suffisamment tôt avant la fin de la totalité.