Lumière, ombres et phases de la Lune

• Une source primaire produit sa propre lumière : le Soleil et les autres étoiles, une flamme, une lampe allumée, un écran allumé.
• Un objet diffusant (on dit aussi objet éclairé) ne produit pas de lumière : il renvoie dans toutes les directions une partie de celle qu’il reçoit. La Lune, les planètes (Vénus, « l’étoile du berger », n’est pas une étoile), un mur, une feuille, la toile d’un cinéma.
• Pour voir un objet, il faut que de la lumière venant de cet objet entre dans l’œil. L’œil reçoit la lumière, il n’en envoie pas. Dans le noir complet, on ne voit rien, même un objet blanc.

• Dans un milieu homogène (la même matière partout) et transparent (air, eau, verre), la lumière se propage en ligne droite : c’est la propagation rectiligne. Elle se propage aussi dans le vide : celle du Soleil traverse l’espace pour arriver jusqu’à nous.
• On la représente par un rayon lumineux : une droite munie d’une flèche qui indique le sens de propagation, de la source vers l’objet ou vers l’œil.
• Un faisceau de lampe torche n’est visible que si des poussières ou des gouttelettes (brouillard, fumée) diffusent une partie de sa lumière vers notre œil.
• Un matériau transparent laisse passer la lumière et on voit nettement à travers (vitre, eau claire, air) ; translucide, il laisse passer la lumière sans qu’on distingue les formes (papier calque, verre dépoli d’une douche) ; opaque, il ne la laisse pas passer (bois, carton, métal, rideau occultant).

• L’ombre propre est la partie de l’objet qui n’est pas éclairée (le côté tourné à l’opposé de la source).
• L’ombre portée est la zone sombre qui se forme derrière l’objet, sur un écran, un mur ou le sol : c’est la région que la lumière ne peut pas atteindre, puisqu’elle va en ligne droite.
• La source, l’objet et l’ombre portée sont alignés : l’objet est entre la source et son ombre, et l’ombre est à l’opposé de la source. Soleil à l’ouest, ombre vers l’est.
• Avec plusieurs sources, un objet donne plusieurs ombres portées, une par source : un joueur de foot sous quatre projecteurs a quatre ombres. Là où les ombres se superposent, aucune source n’éclaire : c’est plus sombre.

• On déplace un seul élément à la fois, les deux autres restant fixes : c’est la seule façon de savoir ce qui change la taille de l’ombre.
• On rapproche l’objet de la source (ou la source de l’objet) : l’ombre devient plus grande.
• On éloigne l’écran : l’ombre devient plus grande. Objet collé contre l’écran : l’ombre a la taille de l’objet.
• Avec une petite lampe, l’ombre portée sur un écran parallèle à l’objet n’est jamais plus petite que l’objet. Avec le Soleil, très lointain, les rayons arrivent presque parallèles : l’ombre sur un écran parallèle a pratiquement la taille de l’objet.

Déplace l’objet, puis l’écran, un seul à la fois. Observe les rayons qui rasent les bords de l’objet : ils délimitent l’ombre portée. Quand l’objet se rapproche de la source ou que l’écran s’éloigne, l’ombre grandit.

• Par rapport au sol, le Soleil se déplace dans le ciel de l’est vers l’ouest en passant par le sud (vu de France). Ce mouvement apparent est dû à la rotation de la Terre sur elle-même.
• L’ombre du bâton tourne en sens inverse : vers l’ouest le matin, vers le nord au milieu de la journée, vers l’est le soir.
• Plus le Soleil est haut, plus l’ombre est courte. Elle est la plus courte au midi solaire, quand le Soleil est au plus haut, plein sud. En France, ce moment n’est pas à 12 h à l’horloge : plutôt vers 13 h en hiver et vers 14 h en été (heure légale).

• La Lune est toujours éclairée à moitié par le Soleil (la moitié tournée vers lui). Selon la position de la Lune par rapport à la Terre et au Soleil, on voit une plus ou moins grande partie de cette moitié éclairée : ce sont les phases.
• Dans l’ordre : nouvelle lune (invisible : sa face éclairée est tournée à l’opposé de nous), premier croissant, premier quartier, gibbeuse croissante, pleine lune, gibbeuse décroissante, dernier quartier, dernier croissant. Le cycle complet, la lunaison, dure environ 29,5 jours.
• Les phases ne sont pas dues à l’ombre de la Terre. À la pleine lune, la Terre est à peu près entre le Soleil et la Lune ; à la nouvelle lune, la Lune est à peu près entre la Terre et le Soleil.
• Pleine lune : elle se lève vers le coucher du Soleil et reste visible toute la nuit. Premier quartier : visible l’après-midi et le soir. Dernier quartier : visible la seconde moitié de la nuit et le matin. On voit donc souvent la Lune en plein jour.
• Moyen mnémotechnique (hémisphère Nord) : ajoute une barre verticale au croissant. Éclairé à droite, il forme un p : premier croissant, la Lune croît. Éclairé à gauche, il forme un d : dernier croissant, la Lune décroît. Même logique pour les quartiers.

Fais avancer les jours (curseur ou bouton Lecture). À gauche, la Lune tourne autour de la Terre, toujours éclairée à moitié côté Soleil ; le trait bleu marque la moitié tournée vers nous. À droite, observe ce qu’on en voit depuis la France : la phase dépend seulement de la position de la Lune.

• Éclipse de Lune : Soleil, Terre et Lune alignés dans cet ordre, la Lune entre dans l’ombre de la Terre. Elle ne peut avoir lieu qu’à la pleine lune.
• Éclipse de Soleil : Soleil, Lune et Terre alignés dans cet ordre, la Lune cache le Soleil. Elle ne peut avoir lieu qu’à la nouvelle lune. Il n’y en a pas tous les mois, car l’orbite de la Lune est légèrement inclinée : le plus souvent, l’alignement n’est pas parfait.
• Ne jamais regarder le Soleil directement, même avec des lunettes de soleil ou pendant une éclipse : la rétine peut être brûlée sans douleur et de façon définitive. Seules des lunettes d’éclipse certifiées, ou la projection de son image à travers un petit trou, sont sûres.