Comprendre l'équinoxe de printemps

L'équinoxe de printemps est l'instant où le Soleil, dans son mouvement apparent annuel, franchit l'équateur céleste du sud vers le nord. Ce phénomène se produit simultanément pour toute la Terre, même si sa date civile dépend du fuseau horaire. Il ne garantit pas une égalité parfaite entre le jour et la nuit, notamment à cause de la réfraction atmosphérique, du diamètre apparent du Soleil et de la définition du lever et du coucher.

Que se passe-t-il exactement lors de l'équinoxe ?

Pour décrire la position des astres, les astronomes prolongent dans le ciel le plan de l'équateur terrestre. Cette projection imaginaire forme l'équateur céleste. Ils définissent également l'écliptique, qui correspond au trajet annuel apparent du Soleil devant les étoiles.

L'écliptique est incliné d'environ 23,4 degrés par rapport à l'équateur céleste, conséquence de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre. Ces deux grands cercles se coupent en deux points. Le passage du Soleil par l'un d'eux correspond à l'équinoxe associé au printemps dans l'hémisphère Nord. Six mois environ plus tard, son passage par l'autre point accompagne l'équinoxe associé à l'automne boréal.

Un équinoxe est un instant défini par une configuration astronomique, et non une journée entière.

Le Soleil ne traverse évidemment pas une ligne matérielle. Le phénomène est décrit depuis la Terre dans un repère céleste. En formulation simplifiée, le centre apparent du Soleil passe de la moitié sud à la moitié nord de la sphère céleste. Sa déclinaison est alors voisine de zéro, tandis que sa trajectoire coupe l'équateur céleste.

Pourquoi parle-t-on de mouvement apparent du Soleil ?

Chaque jour, le Soleil semble se déplacer d'est en ouest principalement parce que la Terre tourne sur elle-même. A cette rotation quotidienne s'ajoute une évolution plus lente de sa position parmi les étoiles, produite par la révolution de la Terre autour du Soleil. C'est ce second mouvement apparent qui conduit successivement aux équinoxes et aux solstices associés à l'été et à l'hiver.

Autour de l'équinoxe de mars, la déclinaison solaire augmente. Dans l'hémisphère Nord, la trajectoire quotidienne du Soleil devient plus haute et sa durée de présence au-dessus de l'horizon s'allonge. Dans l'hémisphère Sud, l'évolution est inverse. Le phénomène astronomique est mondial, mais son interprétation saisonnière dépend donc de l'hémisphère.

Les quatre repères à distinguer

• L'équateur terrestre est le grand cercle situé à égale distance des pôles.
• L'équateur céleste est sa projection sur la sphère céleste.
• L'écliptique représente la trajectoire annuelle apparente du Soleil.
• Le point équinoxial est l'une des intersections entre l'écliptique et l'équateur céleste.

Pourquoi la date de l'équinoxe varie-t-elle ?

Le retour du Soleil au même équinoxe définit l'année tropique. Sa durée moyenne est proche de 365 jours, 5 heures et 49 minutes, et non de 365 jours exactement. Une année civile ordinaire laisse donc un décalage de plusieurs heures. Sans correction, l'équinoxe glisserait progressivement dans le calendrier.

Le calendrier grégorien compense ce décalage par une succession d'années communes de 365 jours et d'années bissextiles de 366 jours. Les années divisibles par 4 sont en principe bissextiles, mais les années séculaires ne le sont que si elles sont divisibles par 400. Cette règle produit une durée calendaire moyenne très proche de l'année tropique, sans lui être parfaitement identique.

La variation observée résulte de plusieurs facteurs combinés :

1. le reliquat d'environ six heures accumulé après une année commune ;
2. le jour supplémentaire des années bissextiles, qui ramène l'équinoxe vers une heure plus précoce ;
3. la règle particulière appliquée aux années séculaires ;
4. les petites variations de la durée de l'année tropique et du mouvement orbital terrestre ;
5. le fuseau horaire, qui peut placer un même instant universel sur deux dates civiles différentes selon le lieu.

La mécanique du calendrier peut être rapprochée des notions de cycles et de mesures mises en valeur par la Journée de Pi et des mathématiques. Elle explique pourquoi une date traditionnelle fixe ne suffit pas à déterminer scientifiquement l'équinoxe.

Pourquoi le jour et la nuit ne durent-ils pas exactement douze heures ?

Le mot équinoxe évoque une nuit égale au jour, mais l'observation réelle ne correspond pas exactement à cette image. Les horaires usuels du lever et du coucher sont calculés lorsque le bord supérieur du disque solaire apparaît ou disparaît à l'horizon, et non lorsque son centre le franchit. Le diamètre apparent du Soleil ajoute ainsi quelques minutes de lumière.

La réfraction atmosphérique accentue cet effet. Près de l'horizon, l'atmosphère courbe les rayons lumineux et fait paraître le Soleil légèrement plus haut que sa position géométrique. Il devient visible avant que son disque n'ait réellement atteint l'horizon au lever et reste visible après son passage géométrique sous l'horizon au coucher.

La durée mesurée dépend aussi de la latitude, de l'altitude de l'observateur et de l'horizon local. Reliefs, bâtiments ou horizon marin modifient l'observation effective, sans changer l'instant astronomique de l'équinoxe.

L'équilux, une notion distincte

Le jour où la durée calculée entre lever et coucher est la plus proche de douze heures est parfois nommé équilux. Sa date dépend de la latitude et des conventions de calcul. Aux latitudes tempérées de l'hémisphère Nord, l'équilux printanier survient généralement avant l'équinoxe de mars. Il ne constitue pas un repère astronomique universel.

L'équinoxe décrit donc une position du Soleil dans un système de coordonnées célestes, tandis que l'équilux décrit une durée d'éclairement pour un lieu donné. Cette distinction est utile lorsqu'on interprète les horaires solaires, notamment autour du Jour de la Terre, période où l'évolution de la lumière quotidienne devient particulièrement perceptible dans l'hémisphère Nord.

Ce qu'il faut retenir pour interpréter une date

• L'équinoxe correspond à un instant mondial calculable avec précision.
• Sa date locale dépend du fuseau horaire utilisé pour exprimer cet instant.
• Sa variation calendaire vient principalement de l'écart entre 365 jours et l'année tropique.
• Les années bissextiles limitent l'accumulation de cet écart.
• Le jour de l'équinoxe dure généralement un peu plus de douze heures entre le lever et le coucher conventionnels.
• L'égalité la plus proche entre jour et nuit peut survenir à une autre date selon la latitude.