Le solstice d'été expliqué simplement

Le solstice d'été se produit lorsque l'inclinaison de la Terre oriente au maximum un hémisphère vers le Soleil. Celui-ci atteint alors sa déclinaison la plus élevée dans le ciel de cet hémisphère, ce qui produit la plus longue durée de jour de l'année. Le phénomène dépend donc de la géométrie terrestre, et non d'un rapprochement exceptionnel entre la Terre et le Soleil.

Pourquoi l'inclinaison de la Terre provoque-t-elle le solstice ?

L'axe de rotation terrestre n'est pas perpendiculaire au plan de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Il est incliné d'environ 23,4 degrés. Au cours de l'année, son orientation reste presque parallèle à elle-même dans l'espace, tandis que la Terre avance sur son orbite. Chaque hémisphère est ainsi alternativement penché vers le Soleil, puis à l'opposé.

Au solstice de juin, l'hémisphère Nord présente son inclinaison maximale vers le Soleil. Six mois environ plus tard, la situation est inversée. Cette alternance structure le cycle astronomique qui relie le printemps, l'été, l'automne et l'hiver.

Le solstice n'est pas une journée entière : c'est un instant astronomique précis correspondant à une position particulière de la Terre sur son orbite.

Si l'axe terrestre n'était pas incliné, la durée du jour varierait très peu au fil de l'année et les saisons astronomiques telles que nous les connaissons n'existeraient pas. Une inclinaison plus forte amplifierait au contraire les variations saisonnières d'ensoleillement.

Déclinaison solaire : ce que mesure réellement le solstice

La déclinaison solaire est l'angle entre la direction du Soleil et le plan de l'équateur terrestre. Elle joue, sur la sphère céleste, un rôle comparable à celui de la latitude sur la Terre. Au solstice boréal, elle atteint son maximum, proche de +23,4 degrés. Le Soleil se trouve alors à la verticale du tropique du Cancer au midi solaire.

Ce maximum a plusieurs conséquences observables dans l'hémisphère Nord :

• le Soleil atteint sa plus grande hauteur annuelle à midi solaire ;
• son lever se produit vers sa position la plus septentrionale sur l'horizon ;
• son coucher se produit également plus au nord qu'aux autres périodes ;
• sa trajectoire apparente au-dessus de l'horizon est la plus longue de l'année ;
• les rayons solaires arrivent plus directement sur le sol qu'en hiver.

Le mot « solstice » évoque un Soleil qui semble s'arrêter. Autour de cet instant, la déclinaison varie très lentement avant de repartir dans l'autre sens. La hauteur du Soleil et la durée du jour changent donc peu pendant plusieurs journées, même si elles ne sont pas rigoureusement constantes.

Pourquoi la durée du jour dépend-elle de la latitude ?

L'effet du solstice s'accentue quand on s'éloigne de l'équateur. Près de celui-ci, le jour et la nuit restent proches de douze heures toute l'année. Aux latitudes moyennes, comme en France métropolitaine, l'écart entre les journées estivales et hivernales devient nettement perceptible. Au-delà du cercle polaire, le Soleil peut ne pas se coucher autour du solstice d'été local.

Cette différence vient de l'angle sous lequel chaque latitude coupe la zone éclairée de la Terre. Plus un lieu est situé au nord pendant le solstice boréal, plus sa rotation quotidienne le maintient longtemps du côté éclairé. Dans l'hémisphère Sud, le même instant correspond au jour le plus court, car cet hémisphère est alors incliné à l'opposé du Soleil.

La durée indiquée entre lever et coucher n'est toutefois pas une mesure géométrique parfaite. Elle tient généralement compte du bord supérieur du disque solaire et de la réfraction atmosphérique, qui rend le Soleil visible alors qu'il se trouve encore légèrement sous l'horizon. La qualité de l'atmosphère, mise en perspective par la Journée internationale de l'air pur pour des ciels bleus, influence aussi la netteté avec laquelle l'horizon et la lumière solaire sont perçus, sans modifier la cause astronomique du solstice.

Le jour le plus long n'est pas forcément celui du lever le plus tôt

Le solstice marque le maximum de la durée totale comprise entre le lever et le coucher du Soleil. Pourtant, selon la latitude, le lever le plus matinal peut survenir avant le solstice et le coucher le plus tardif après celui-ci.

Ce décalage s'explique par la variation du midi solaire au cours de l'année. L'orbite terrestre est légèrement elliptique et l'axe de la Terre est incliné : la durée séparant deux passages successifs du Soleil au méridien n'est donc pas parfaitement uniforme lorsqu'elle est comparée à l'heure régulière de nos horloges. Cette différence est décrite par l'équation du temps.

Il faut ainsi distinguer quatre repères :

1. l'instant du solstice, défini par la déclinaison solaire maximale ;
2. la journée civile contenant cet instant ;
3. la date du lever de Soleil le plus précoce ;
4. la date du coucher de Soleil le plus tardif.

Ces repères sont proches, mais ils ne coïncident pas nécessairement. Le même principe de géométrie orbitale aide à comprendre les changements de lumière observés lors des autres passages saisonniers, notamment à l'approche de l'automne.

Aphélie et inertie thermique : deux décalages à comprendre

La distance au Soleil ne provoque pas l'été

L'aphélie est le point de l'orbite où la Terre se trouve le plus loin du Soleil. Il est atteint au début de juillet, donc peu après le solstice boréal. Cette proximité dans le calendrier démontre que la chaleur estivale de l'hémisphère Nord ne vient pas d'une Terre plus proche du Soleil.

La distance modifie légèrement la quantité totale d'énergie reçue, mais elle n'explique pas l'alternance opposée des saisons entre les deux hémisphères. Le facteur décisif est l'inclinaison de l'axe : elle agit à la fois sur l'angle d'arrivée des rayons et sur le nombre d'heures d'ensoleillement. L'orbite terrestre et son inclinaison sont aussi des repères essentiels pour comprendre la place de la planète évoquée lors du Jour de la Terre.

Pourquoi les plus fortes chaleurs arrivent-elles après le solstice ?

Après le solstice, les jours commencent à raccourcir dans l'hémisphère Nord, mais le sol et les océans peuvent continuer à se réchauffer. Pendant un certain temps, l'énergie solaire reçue au cours d'une journée reste supérieure à l'énergie renvoyée vers l'espace. La température moyenne augmente donc encore.

Ce retard porte le nom d'inertie thermique saisonnière. Les continents réagissent relativement vite, tandis que l'eau se réchauffe et se refroidit plus lentement. Les nuages, les vents, l'humidité, le relief et la circulation atmosphérique modulent ensuite les températures réellement observées. Le solstice fixe ainsi un maximum astronomique d'éclairement quotidien, pas un maximum automatique de température.