Pourquoi la Terre a-t-elle des saisons ?

La succession des saisons résulte principalement de l’inclinaison de l’axe de rotation terrestre. Cet axe n’est pas perpendiculaire au plan de l’orbite de la Terre autour du Soleil : il forme un angle d’environ 23,5 degrés avec la ligne qui serait perpendiculaire à ce plan. Au cours de sa révolution, la Terre conserve approximativement la même orientation dans l’espace. Chaque hémisphère est donc tour à tour incliné vers le Soleil, puis dans la direction opposée. Cette géométrie modifie à la fois l’angle d’arrivée des rayons solaires et la durée d’éclairement quotidienne.

Des rayons plus ou moins directs

Lorsque l’hémisphère nord est incliné vers le Soleil, les rayons solaires y arrivent plus directement : la même quantité d’énergie se répartit sur une surface plus réduite. Dans le même temps, les journées sont plus longues et les nuits plus courtes, ce qui augmente la quantité d’énergie reçue au cours d’une journée. C’est l’été dans l’hémisphère nord. Six mois plus tard, la situation s’inverse : les rayons arrivent plus obliquement, les jours raccourcissent et l’énergie reçue diminue, ce qui correspond à l’hiver. L’hémisphère sud connaît alors la saison opposée. La distance entre la Terre et le Soleil varie légèrement au cours de l’année, mais cette variation n’est pas la cause principale des saisons : si elle l’était, les deux hémisphères connaîtraient l’été et l’hiver au même moment.

Le rôle des solstices et des équinoxes

Les solstices correspondent aux deux moments de l’année où l’effet de l’inclinaison terrestre est maximal pour l’un des hémisphères. Au solstice d’été de l’hémisphère nord, celui-ci est orienté vers le Soleil : la durée du jour y atteint son maximum annuel et le Soleil suit une trajectoire plus haute dans le ciel. Au solstice d’hiver, l’orientation est opposée et la durée du jour atteint son minimum. L’axe terrestre n’est pas davantage incliné lors d’un solstice qu’à un autre moment de l’année ; c’est sa position relative par rapport au Soleil qui change au cours de l’orbite. Les équinoxes se produisent lorsque ni l’hémisphère nord ni l’hémisphère sud n’est orienté préférentiellement vers le Soleil. Celui-ci est alors au zénith au niveau de l’équateur, et la durée du jour et de la nuit est approximativement égale dans la plupart des régions, avec de légères différences liées notamment à l’atmosphère et à la définition du lever et du coucher du Soleil.

Des effets différents selon la latitude

L’inclinaison de l’axe terrestre agit partout, mais ses conséquences varient selon la latitude. Près de l’équateur, la hauteur du Soleil et la durée du jour changent relativement peu au cours de l’année ; les saisons thermiques y sont donc souvent moins contrastées que dans les latitudes moyennes. Dans de nombreuses régions tropicales, l’alternance des périodes sèches et humides joue un rôle plus visible que celle des températures, même si les régimes climatiques diffèrent d’un endroit à l’autre. Aux latitudes élevées, en revanche, la durée du jour varie fortement. Les régions situées au-delà des cercles polaires peuvent connaître, selon la saison, des périodes de jour continu ou de nuit continue. Cette variation de l’éclairement renforce les contrastes entre l’été et l’hiver.

Une inclinaison qui évolue très lentement

L’inclinaison de l’axe terrestre n’est pas parfaitement immuable à l’échelle des temps géologiques : elle varie lentement sous l’effet des interactions gravitationnelles au sein du Système solaire. Ces changements se produisent sur des milliers d’années et peuvent modifier l’intensité des contrastes saisonniers à très long terme. Ils ne doivent toutefois pas être confondus avec le mécanisme annuel des saisons. À l’échelle d’une année, c’est bien l’inclinaison actuelle d’environ 23,5 degrés, combinée à la révolution de la Terre autour du Soleil, qui fait alterner les saisons et explique leur opposition entre les deux hémisphères.