Questions aux experts

L'explication se trouve dans de nombreux livres mais n'est pas forcément simple pour tout le monde!!
L'erreur à éviter est de croire que les saisons sont dues à la variation de la distance de la Terre au Soleil. Certes cette distance varie car l'orbite n'est pas exactement circulaire mais elliptique (ovale), et de plus le Soleil n'est pas au centre mais en point décalé du centre, appelé foyer. Mais cette variation de distance est très faible et insuffisante pour expliquer les saisons. De plus, cette variation est dans le bon sens pour l'hémisphère sud mais pas pour l'hémisphère Nord: quand la Terre est au plus prés du Soleil, c'est bien l'été dans l'hémisphère Sud mais c'est l'hiver dans l'hémisphère Nord. Si la cause des saisons était cette variation de distance, les 2 hémisphères devraient avoir la même saison en même temps!
L'explication correcte vient de ce que l'axe de rotation de la Terre est incliné par rapport au plan de son orbite (plan appelé aussi écliptique), c'est a dire qu'il n'est pas perpendiculaire à ce plan, mais qu'il fait un angle d'environ 23° avec la perpendiculaire. L'autre fait important est que d'après les lois de la Mécanique, il tend à garder sa direction pratiquement constante par rapport aux étoiles dans le mouvement de la Terre autour du Soleil (Cette direction est approximativement par hasard celle d'une étoile visible à l'il nu, appelée Étoile Polaire). En fait cette direction varie très lentement, mais cette variation est imperceptible a l'échelle humaine (l'axe décrit un cône en 26 000 ans). On peut donc la négliger pour des courtes périodes.
Avec un dessin, on s'aperçoit bien qu'à un certain point de l'orbite, l'axe de la Terre pointe vers le Soleil du côté Nord, mais dans la direction opposée du côté Sud. Cela a deux conséquences importantes : pour un habitant de l'hémisphère Nord, d'une part le jour dure le plus longtemps, d'autre part le Soleil est le plus haut dans le ciel à chaque heure de la journée, ce qui augmente d'autant la température du sol. C'est l'inverse pour l'hémisphère Sud. C'est donc le solstice d'été dans l'hémisphère Nord, et d'hiver dans l'hémisphère Sud (21 juin). Inversement au point opposé de l'orbite, l'axe pointe en direction du Soleil du côté Sud, et dans la direction opposée du côté Nord. C'est donc le Solstice d'hiver au Nord et d'été au Sud (21 décembre) Entre les deux, il y a deux positions ou l'axe est perpendiculaire a la ligne Terre Soleil : ce sont les équinoxes, de printemps ou d'automne, ou le jour et la nuit sont de durées égales (12 h) partout sur la Terre. On définit alors l'été comme la période séparant le solstice d'été et l'équinoxe d'automne, l'automne entre l'équinoxe et le solstice d'hiver...etc...En fait les jours ont la même durée de part et d'autre d'un solstice, donc au printemps ou en été ils durent + de 12 heures et en automne et en hiver moins de 12 h. L'été est plus chaud que le printemps car la chaleur s'est accumulée pendant plus longtemps, et inversement l'hiver est plus froid que l'automne.

Voila, les explications sont grandement facilitées par un dessin, il y en a dans tous les livres de vulgarisation de l'astronomie!

Tout d'abord, insister avec les enfants pour leur ôter une idée simple, mais tenace et fausse, de leur tête : la distance Terre -Soleil n'est pour rien dans l'alternance hiver - été. La proximité des jeux olympiques de Sydney devrait leur faire comprendre l'absurdité d'une telle affirmation : mi septembre c'était le printemps et les "jeux d'été" en Australie, alors que chez nous, c'est l'automne et bientôt l'hiver. Donc été en hémisphère sud = hiver dans l'hémisphère nord, et vice versa. Il est donc évident que la distance de la Planète Terre au Soleil ne peut pas être l'explication, d'autant plus que l'on représente toujours l'ellipse comme très allongée alors qu'elle est pratiquement circulaire.
La cause des saisons sur Terre est l'inclinaison de la planète sur son axe d'environ 23°, par rapport au plan de l'écliptique qui est le plan moyen comprenant l'ensemble du système solaire. Si l'axe était perpendiculaire à ce plan, il n'y aurait pas de variation saisonnière de l'ensoleillement moyen. Commencer par regarder ce qui se passe aux pôles : prendre un globe
terrestre (donc incliné sur son support) + une ampoule placée assez loin, qui représente le Soleil et regarder l'éclairement des pôles quand la terre tourne autour du soleil. Il y a une position où le pole nord est complètement éclairé (et il n'y a pas de nuit quand la Terre tourne sur elle
même en 24 heures) et le pole sud dans la nuit ; une autre où c'est le contraire : on a respectivement les situations d'été dans l'hémisphère nord puis sud (vérifier que si l'axe était perpendiculaire, ce ne serait pas le cas)
Pour aborder ensuite la situation des zones tempérées, c'est un peu difficile à voir d'emblée sur un globe. Il faut faire comprendre aux enfants que les saisons proviennent en fait de l'étalement plus ou moins important de la même quantité d'énergie solaire (= lumière + chaleur) sur une région de la planète. Pour ça, mettre la lumière soleil a une extrémité d'un tube de Sopalin vide : à l'autre extrémité, sort une certaine quantité d'énergie solaire. Si, a la sortie, on met un papier quadrille, on peut compter les carreaux éclairés, et donc l'étalement de la lumière solaire.
Sur un papier mis perpendiculairement à l'axe du tube, il y aura moins de carreaux éclairés que sur un papier mis très incline (les faire compter) : dans le premier cas, il "fait plus chaud par carreau" que dans le deuxième cas.
Une fois que cela est compris, on revient au globe éclairé, on met une gommette sur la position de la France, on fait tourner le globe autour de la lumière pour simuler l'année et enfin, pour certaines positions, on fait tourner le globe sur lui même pour simuler jour - nuit, et on constate
qu'il y a une position pour laquelle il "fait plus chaud par gommette" (= été), et que pour cette position, les jours sont plus longs que les nuits, et une autre position pour laquelle il fait "fait moins chaud par gommette" (= hiver), et que pour cette position, les jours sont plus courts
que les nuits. Ils n'auront pas de difficulté à admettre les situations intermédiaires (= printemps et automne) ainsi que l'opposition hémisphères Nord et Sud, si les étapes précédentes ont été assimilées.
Est ce expliquer simplement les saisons ? Je n'en sais rien, mais, a mon sens, c'est un moyen de leur faire retenir le principe fondamental qui gouverne les saisons sur Terre. On peut après pousser plus loin et mettre des gommettes sur un tropique (latitude de 23°) et constater que rien ne change (ni dans l'éclairement ni dans l'alternance jour-nuit) quand la terre tourne autour du soleil, que sur l'équateur, c'est presque comme aux tropiques, comparer les hémisphères nord et sud, etc...
Les pluies, et autres signes de variations saisonnières ne sont plus du domaine de l'astrophysicien mais du géographe.