Quel est le nom de la force qui maintient les objets en orbite autour de la Terre et est décrite par la loi de la gravitation ?

La force gravitationnelle est l’interaction qui attire les objets vers la Terre et permet leur maintien en orbite. Elle ne suspend pas un satellite au-dessus de la planète : celui-ci est en chute libre permanente, mais sa vitesse horizontale l’empêche de tomber directement au sol. La combinaison entre cette attraction dirigée vers le centre de la Terre et le mouvement du satellite produit une trajectoire orbitale.

Une attraction décrite par la loi de Newton

Selon la loi de la gravitation universelle formulée par Isaac Newton, deux corps s’attirent en fonction de leurs masses et de la distance qui les sépare. La Terre exerce donc une force gravitationnelle sur la Lune, sur les satellites artificiels et sur tout objet situé dans son voisinage. Cette force diminue lorsque la distance au centre de la Terre augmente, mais elle ne disparaît pas brutalement. À proximité de la surface terrestre, elle est notamment à l’origine du poids des objets.

Pourquoi un satellite reste en orbite

Un satellite possède une vitesse dirigée en partie parallèlement à la surface terrestre. La gravité courbe continuellement sa trajectoire vers le centre de la Terre, tandis que son mouvement l’entraîne vers l’avant. Il tombe ainsi en permanence, mais la surface de la Terre s’incurve sous sa trajectoire au même moment : il reste donc en orbite au lieu de s’écraser. Dans un référentiel inertiel, il n’est pas nécessaire d’invoquer une force centrifuge opposée à la gravité. La force gravitationnelle fournit l’accélération centripète qui modifie la direction de son mouvement.

Le rôle de la vitesse et de l’altitude

La forme d’une orbite dépend notamment de la vitesse initiale du satellite, de son altitude et de la direction de son lancement. Une vitesse adaptée peut produire une orbite presque circulaire ou elliptique. Si la vitesse est insuffisante, la trajectoire peut conduire l’objet à rentrer dans l’atmosphère ou à s’écraser. Si elle dépasse la vitesse de libération correspondant à sa position, l’objet peut quitter l’influence gravitationnelle terrestre sur une trajectoire d’échappement. Entre ces situations, une modification de la vitesse ne provoque pas nécessairement une fuite immédiate : elle peut simplement transformer l’orbite.

Le cas de l’orbite géostationnaire

Une orbite géostationnaire constitue un cas particulier. Elle est circulaire, située dans le plan de l’équateur, et le satellite y accomplit un tour en une durée égale à la période de rotation sidérale de la Terre, soit environ 23 heures 56 minutes. À une altitude d’environ 35 786 kilomètres au-dessus de l’équateur, le satellite conserve ainsi la même position apparente dans le ciel pour un observateur terrestre. Cette configuration résulte de l’équilibre entre la vitesse orbitale du satellite et l’attraction gravitationnelle terrestre, et non d’une absence de gravité à cette altitude.