Questions to the experts
Ciel, Terre, Univers
Quel est l'avantage de faire décoller une fusée à l'équateur ?
Pourquoi une fusée qui décolle de l'équateur peut-elle embarquer un pourcentage non négligeable de masse utile en plus, par rapport à une fusée qui décollerait de Roubaix (dans le Nord-Pas-de-Calais) ?
Elle le peut parce que, sur l'équateur, la vitesse linéaire d'un point de la Terre est plus grande qu'à Roubaix. Cela fonctionne comme une fronde : plus la boucle est longue, plus la pierre partira vite, donc loin. La vitesse angulaire de la Terre est, en chacun des points de sa surface, d'un tour en 24 heures (soit 72,7 millionième de radian par seconde).En revanche, la vitesse linéaire (produit de la distance à l'axe de rotation par la vitesse angulaire) dépend du lieu : la distance à l'axe est maximum à l'équateur (égale au rayon terrestre) et nulle aux pôles (par où passe l'axe de rotation de la Terre). Plus précisément, la distance à l'axe est égale au produit du rayon terrestre par le cosinus de la latitude.
A l'équateur, la vitesse linéaire de la Terre est de 464 mètres par seconde, ce qui n'est pas négligeable. Bilan : il est préférable de lancer ses fusées d'un point situé aussi proche que possible de l'équateur. De ce point de vue, Kourou est favorisée, les bases russes le sont moins. C'est aussi cet impératif qui a motivé la création d'une base de lancement flottante et mobile par un consortium privé russo-américain (je crois...) : la fusée peut être lancée de n'importe quel point océanique du globe !
Pour compléter les excellentes réponses de mes confrères, il faut aussi mentionner qu'en plus de la force centrifuge supérieure, l'attraction gravitationnelle est également un peu plus faible à l'équateur qu'aux pôles.
En effet, justement à cause de cette force centrifuge et d'une certaine plasticité du globe terrestre, celui-ci n'est pas exactement sphérique mais légèrement aplati en "soucoupe volante". L'attraction gravitationnelle étant d'autant plus faible que la distance au centre est grande, les objets "pèsent" un peu moins lourd à l'équateur. Cet effet s'ajoute à celui de la force centrifuge.
Au total, la gravité apparente est d'environ 0,5% plus faible à l'équateur qu'au pôle. Si vous avez des problèmes de poids, pesez vous à l'équateur, vous gagnerez quelques centaines de gramme... sur une balance électronique étalonnée aux pôles ! (pour être précis, votre vraie masse exprimée en grammes ne changera pas, mais votre poids, mesuré par les physiciens en Newton, sera plus faible).
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Comme tout objet qui tourne, la Terre subit une force centrifuge (celle qui vous oblige à vous pencher dans les virages pris à vive allure pour ne pas tomber à l'extérieur du virage...) proportionnelle à sa vitesse de déplacement en rotation.
Or la Terre tourne comme un corps solide (du moins pour sa surface), et donc avec une vitesse de rotation angulaire constante. La vitesse de déplacement est d'autant plus grande qu'on est loin de l'axe de rotation. Aux pôles, la vitesse linéaire de rotation pour un observateur qui a les deux pieds sur l'axe de rotation est de l'ordre du mètre par vingt-quatre heures (chaque épaule parcourt un cercle d'environ 1 m de long); même un escargot avance plus vite. L'effet centrifuge est nul ou presque.
A l'équateur, on parcourt par contre 40 000 km en 24 heures soit 40 millions de fois plus qu'aux pôles. La force centrifuge est donc bien plus grande. Roubaix est évidemment un cas intermédiaire. Donc, si cette force centrifuge n'est pas suffisante pour vous soulever du sol (elle reste beaucoup plus faible que l'accélération gravitationnelle qui nous colle au sol), elle aide quand même à pousser les fusées et le gain de poussée est maximal à l'équateur. Sur la masse énorme de la fusée, le gain se traduit en quelques kg, ce qui n'est pas négligeable, compte tenu du prix du kg en orbite...