Questions to the experts

La Terre tourne, parce qu'elle tourne depuis le début ! Elle tourne sur elle même en 24 heures et autour du Soleil en un an. Pour que les enfants comprennent pourquoi les planètes tournent (et aussi tous les objets qui composent l'Univers), on peut leur proposer de lancer plein de billes sur un plateau de jeu, et d'essayer d'analyser leurs mouvements : les billes se choquent entre elles, et à chaque choc, elles reçoivent ce qu'en physique on appelle « la quantité de mouvement » et qui leur donne l'impulsion qui guide leurs mouvements futurs, jusqu'au prochain choc. On demande aux enfants de suivre la trajectoire d'une bille donnée. C'est peut être plus facile avec des objets plus gros comme par exemple des balles de tennis ou ping-pong , sur lesquelles ils ont fait des dessins permettant de visualiser la rotation, et qu'on peut aussi lancer en l'air en donnant de la main une impulsion induisant la rotation.

Si on leur dit qu'au début du système solaire, c'était une sorte de soupe où des cailloux de plus en plus gros se cognaient, se collaient, se rangeaient petit à petit sur des orbites, pour former les planètes, ils peuvent comprendre que ces cailloux acquièrent un mouvement de rotation, sur eux mêmes d'une part et sur des orbites régulières d'autre part. On rejoint ici les réponses précédentes, qui expliquaient qu'en fait la Terre tourne autour du Soleil pour ne pas tomber dessus. Ce qui est plus difficile à admettre, c'est que ce mouvement ne s'arrête pas, et ce, parcequ'il n'y a pas, comme pour tous les mouvements terrestres, de freinage par la résistance de l'air. Les mêmes balles ou billes lancées dans l'eau sont freinées beaucoup plus vite. Eau/air/de moins en moins d'air jusqu'au vide : le mouvement est de moins en moins ralenti et peut se continuer.

Je m'apprêtais à proposer une réponse plus nuancée. Tout d'abord il n'est pas évident de comprendre pourquoi le mouvement de révolution autour d'un astre est analogue a celui d'une chute. On peut proposer l'image de la fronde: si un caillou est attache à une ficelle et que l'on tire sur la ficelle, il se rapproche de nous (équivalent de la "chute" sur un centre attracteur). Si maintenant on imprime un mouvement initial perpendiculaire à la ficelle, il se met à tourner tant que l'on tient fermement la ficelle (idem pour une fronde). Si on lâche la ficelle ou qu'on ouvre la fronde, le caillou part en ligne droite (ce qui n'est pas évident pour tout le monde et en particulier des enfants: on a tendance à imaginer une trajectoire courbe gardant une "mémoire" de la rotation, ce qui est faux). La rotation résulte donc de la combinaison d'une attraction ET d'une vitesse initiale perpendiculaire (d'un moment cinétique en langage de physicien), les deux sont indispensables: attraction sans vitesse perpendiculaire = chute en ligne droite. Vitesse sans attraction = ligne droite également.
L'expérience des balles de ping-pong n'a malheureusement pas de force attractive, d'où des trajectoires droites entre les chocs qui ne permettent peut être pas de comprendre l'origine des trajectoires circulaires (en fait elliptiques) des planètes.
Ceci dit il n'est pas du tout évident de comprendre l'origine des vitesses initiales : dans un modèle d'Univers simplifie parfaitement homogène et isotrope, il n'y a aucune raison pour que la matière se mette "spontanément" en mouvement relatif (autre que l'expansion d'ensemble qui ne provoque pas en soi d'apparition du moment cinétique). Il faut faire des théories très délicates de stabilité pour justifier l'apparition spontanée de mouvements de rotation (qui , une fois apparus, tendent effectivement à se conserver). La nébuleuse primitive ayant donné naissance au système solaire devait avoir un mouvement de rotation initial qui s'est reparti ensuite entre le Soleil et les planètes.