La gravitation

Qu’est-ce que la gravitation ?
En 1687, Newton réalise que les forces qui nous retiennent sur le sol, encore appelées « poids », ont exactement la même nature que celles qui font graviter les planètes autour du Soleil. La force gravitationnelle est cette force d’attraction qui s’exerce entre deux masses, et qui est à la fois proportionnelle au produit des deux masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

Mais si toutes les masses s’attirent, pourquoi ne voit-on pas le stylo posé sur cette table se rapprocher du gobelet qui s’y trouve ?

Parce que les deux masses, celle du stylo et celle du gobelet, sont faibles, donc leur produit également. Pour que les effets de cette force se fassent sentir, il faut qu’au moins l’une des deux masses soit considérable, correspondant à celle d’une planète par exemple. Notez au passage que les rôles joués par les deux masses étant interchangeables, la Terre attire autant votre corps que votre corps attire la Terre.

Si ces deux forces ont même intensité, pourquoi, lorsque je saute, est-ce moi qui retombe sur Terre, et non la Terre qui me suit dans mon mouvement ?

A cause de l’inertie, dont j’ai parlé dans ma précédente chronique : la même force suffit à modifier votre mouvement, parce que votre masse est faible, mais pas celui de la Terre, dont la masse est considérable.

Notre masse est-elle la même en tout point de l’Univers ?

Nous faisons généralement une confusion entre la masse d’un corps, qui est invariante et s’exprime en kilogramme, et son poids, qui est la force gravitationnelle qu’exerce sur elle une autre masse, et qui lui dépend du point où elle est située et s’exprime en Newton. Ainsi, une masse de 10 kg a sur le sol terrestre un poids d’environ 98 Newton, mais sur le sol lunaire, où l’attraction est six fois moindre, un poids de seulement 16 Newton. Notre pèse-personne serait donc déréglé si on l’installait sur la Lune, puisqu’il prétend mesurer une masse alors qu’en réalité il mesure un poids, et devrait être gradué en Newton : peu importe, puisqu’il est étalonné pour donner sur Terre une valeur de masse convenable ! Et il existe un point sur l’axe Terre-Lune, appelé point de Lagrange, où les forces gravitationnelles exercées par les deux planètes s’équilibrent : c’est à cet endroit, plus proche de la Lune que de la Terre puisque l’attraction lunaire est plus faible que l’attraction terrestre, que les fusées des missions Apollo devaient se retourner pour amorcer leur décélération, le risque n’étant plus alors de retomber sur Terre… mais de s’écraser sur la Lune.

Mais comment précisément peut-on s’arracher de l’attraction terrestre ?

Si vous lancez verticalement une balle de tennis à la vitesse de 100 mètres par seconde, soit 360 km/h, elle retombera dans vos mains. Si vous la lanciez à la vitesse de 1 km/s, c’est-à-dire dix fois plus rapidement, elle retomberait toujours dans vos mains. Mais si vous atteigniez une vitesse de 11,2 km/s, en négligeant toutefois les frottements dus à l’air, elle ne retomberait plus jamais sur Terre, mais serait embarquée dans un voyage sans retour vers les confins de l’Univers. Cette vitesse est la vitesse de libération de l’attraction terrestre au niveau du sol : c’est par conséquent celle qu’il faut communiquer à tous les lanceurs de satellites, de sondes ou de missions spatiales. Se libérer de l’attraction lunaire est plus aisé, et nécessite une vitesse de seulement 2,4 km/s, tandis que se libérer de l’attraction du Soleil nécessiterait une vitesse de 620 km/s ! Et si l’astre dont on voulait se libérer était tellement volumineux et tellement massique que la vitesse de libération excédait la vitesse de la lumière dans le vide, à savoir 300 000 km/s, même la lumière ne pourrait pas s’en échapper, si bien que cet astre demeurerait dans l’obscurité : c’est ce qu’on appelle un « trou noir ».

L’attraction permet également de se rendre plus facilement vers une planète ?

Oui, et l’on fait même mieux : envoyer une sonde en direction de Jupiter, la plus attractive des planètes du système solaire, alors que cette sonde est en réalité destinée à une autre planète, aux seules fins de bénéficier de son attraction, comme une embarcation qui se laisserait dérouter par un courant marin et, en dépit de ce chemin plus long, réaliser de substantielles économies de carburant : on appelle cela de l’assistance gravitationnelle.

(Emission "La chronique scientifique" sur Radio Notre-Dame, 29/03/2019)