Les marées, comme chacun sait, sont dues à l'interaction gravitationnelle entre la Terre et la Lune. Pas seulement, d'ailleurs : le Soleil a son mot à dire, ce qui explique qu'il y ait des grandes marées et des petites marées en fonction de la position respective de ces deux astres par rapport à la Terre. Les marées soulèvent l'eau des océans mais elles déforment aussi la croûte terrestre (de façon beaucoup moins visible, bien sûr).

Ce que l'on sait moins, c'est que les marées éloignent la Lune de la Terre et allongent la période de rotation de la Terre sur elle-même. Comment cela est-il possible ? Pour le comprendre, imaginons la petite expérience suivante. Supposons tout d’abord que nous ayons installé un arbre de rotation sur un châssis et que cet arbre soit entraîné par un moteur. Disposons sur cet arbre un cylindre qui peut tourner autour de lui avec un frottement visqueux. On parle de frottement visqueux entre deux pièces lorsque le couple de frottement est proportionnel à la vitesse de rotation relative entre elles. Si on en reste là et qu’on met en marche le moteur, le cylindre va tourner à la même vitesse que l’arbre (on néglige les effets d’inertie).

Deuxième phase de l’expérience. On peint le cylindre comme indiqué sur la figure ci-après (c’est très important) et on fixe sur le cylindre un levier que l’on relie par un ressort à un point fixe. Cette fois, lorsqu’on met en marche le moteur, l’arbre tend à entraîner le cylindre mais celui-ci ne peut pas suivre le mouvement. Le ressort se tend et retient le levier. L’arbre tourne mais le cylindre exerce un couple de freinage sur celui-ci. A l’autre bout de la chaîne, le levier tire sur le ressort.

Quel rapport y a-t-il entre notre dispositif d’essai et le couple Terre-Lune ? L’arbre et son moteur représentent la Terre qui tourne autour de son axe. Le cylindre peint représente la matière qui se déforme sous l’effet des marées et qui se déplace à la surface de la Terre. Le point fixe est la Lune (elle tourne beaucoup moins vite que la Terre sur elle-même et on peut négliger ce mouvement). Le ressort représente l’effet des marées qui tend à maintenir celles-ci dans l’axe Terre-Lune.

La Terre tourne sur elle-même 27 fois plus vite que la Lune par rapport à elle. Au cours de ce mouvement, elle tend à entraîner la déformation due aux forces de marée. La Lune ne se laisse pas faire et ramène la couverture à elle… Il en résulte un couple de freinage sur la Terre. Et qui dit action dit réaction : la Lune en contrepartie tend à être accélérée. L’énergie de rotation qui est perdue par la Terre est transmise à la Lune, ce qui maintient l’énergie totale constante. Or, lorsqu’on accélère un satellite, on augmente le rayon de son orbite. La Lune a donc tendance à s’éloigner de la Terre. L’effet est minime, un peu moins de 3,7 cm par an, mais suffisant pour être mesuré par laser grâce aux miroirs déposés sur le sol lunaire par les missions Apollo.

Le ralentissement de la Terre est encore plus subtil… Un peu plus deux millisecondes par siècle pour la période de rotation de la Terre ! Pour donner un ordre de grandeur, cela veut dire que dans 2,4 millions d’années, il n’y aura plus d’année bissextile ni de 29 février. Tant pis pour ceux qui sont nés ce jour-là. Plus personne ne leur souhaitera leur anniversaire. La mesure du temps étant l’une des mesures les plus précises qui soient, les horloges atomiques ont permis aux astronomes de vérifier cette lente dérive. Par ailleurs, l’étude de la croissance des coraux a montré que l’année comptait 400 jours de 22 heures au Devonien (il y a 400 millions d’années).

A l’échelle d’une vie humaine, cela n’a que peu d’impact. Deux millisecondes sur la durée d’une journée, environ 3 m pour la distance Terre-Lune, à comparer aux près de 400 000 km que fait cette distance. Mais si on ramène cela à l’âge de la Terre, c’est loin d’être négligeable. D’autant que plus on remonte dans le temps, plus cet effet était important. En passant le film à l’envers, on aurait donc l’impression d’un emballement du phénomène ! Selon les spécialistes, peu de temps après la formation de la Lune, celle-ci orbitait à une distance beaucoup plus proche de la Terre (30 000 km ?) et la Terre tournait beaucoup plus vite sur elle-même (en 6 heures). Je vous laisse imaginer l’ampleur des marées. Nos grandes marées d’équinoxe ne sont que de petites ridules à la surface d’une mare comparées à ce qu’elles étaient alors !

Le phénomène de ralentissement que nous avons évoqué n’est, bien sûr, pas propre à la Terre. C’est lui qui explique la raison pour laquelle la Lune nous expose toujours la même face. Cela n’a pas toujours été le cas (la coïncidence serait bien étonnante). Cependant, la Lune étant beaucoup plus petite que la Terre (1,23% en termes de masse, 2% en volume) le ralentissement a été beaucoup plus rapide. Jusqu’à parvenir à l’état d’équilibre actuel : la Lune tourne très lentement sur elle-même et sa période de rotation est en synchronisme avec sa rotation autour de la Terre. Le même phénomène est à l’œuvre sur la planète Mercure. Cette fois, c’est la Soleil qui en est responsable. La période de rotation de Mercure sur elle-même est de 88 jours ! La moitié d’une année mercurienne. Compte tenu de l’énorme disproportion entre Mercure et le Soleil, cela n’a eu aucun effet sur celui-ci…

Lorsqu'elles ne sont pas synchronisées (ou lorsque leur orbite est excentrique), l'effet des marées conduit à un sérieux malaxage des planètes ou des lunes en orbite rapprochée. La déformation constante et tournante (par rapport à leur propre rotation) qu'elles subissent entraîne un échauffement du fait des nombreuses frictions internes qui en résultent. Cet échauffement est perceptible sur Io, une lune de Jupiter, et Enceladus, une lune de Saturne. La chaleur produite alimente de puissants geysers qui traversent l'épaisse couche de glace qui recouvrent ces lunes. La sonde Cassini les a photographiés et a pu en analyser la composition, confirmant leur origine.