Bonjour, nous allons nous intéresser
aujourd'hui au pendule de Foucault.
Foucault est ce célèbre physicien qui, au 19e siècle, 
matérialisa la rotation de la Terre
au moyen d'un dispositif très simple.
On peut voir un pendule de Foucault
dans différents musées comme au Panthéon
ou au musée des Arts et Métiers.
Que voit-on ?
Le pendule est une sphère de métal
pendue tout au bout d'un fil d'acier.
La sphère oscille régulièrement au-dessus d'une table.
On s'attend donc à ce que
l'axe d’oscillation du pendule ne bouge pas.
Or, on s'aperçoit que l’oscillation tourne
et qu'il fait un tour complet à Paris
en une trentaine d'heures.
Il n'y a aucune force qui
tire ou pousse la sphère sur le côté.
On en déduit donc qu'en réalité c'est la table
qui tourne à cause de la rotation  de la Terre.
Pour bien comprendre ce qui se passe, plaçons-nous
au pôle nord sur l’axe de rotation de la Terre.
La Terre tourne exactement sous le pendule.
Cette rotation ne change pas la force de gravité.
Il n'y a donc aucune raison pour que la sphère pendue
au bout de son fil suive le mouvement de la Terre.
L'axe d'oscillation du pendule va rester fixe
tout au long de la rotation de la Terre sur elle-même.
Que se passe-t-il pour quelqu'un qui observe le pendule?
L'observateur tourne avec la Terre
et reste fixe par rapport au sol.
Pour lui c'est l’axe d’oscillation du pendule qui tourne
dans le sens des aiguilles d'une montre
et fait un tour complet en 24 heures.
Comme nous sommes au pôle,
le Soleil tourne autour de l’observateur
et l'ombre du pendule tourne en même temps que lui.
Au pôle sud, il se passe exactement la même chose
sauf que le pendule semble tourner dans l'autre sens,
celui contraire aux aiguilles d'une montre.
Recommençons l’expérience à l’équateur.
Cette fois-ci, la verticale est perpendiculaire
à l'axe de rotation de la Terre.
Contrairement à ce qui se passe aux pôles,
le sol ne tourne pas AUTOUR de l’axe du pendule
mais AVEC lui en l'entraînant.
C'est comme si la Terre ne tournait pas
et que le pendule était installé
dans un train se déplaçant à vitesse constante.
Avec la taille de la Terre,
le trajet du train est quasiment une ligne droite.
Newton nous dit que le pendule se comporte
dans un train en mouvement
exactement comme s'il était à l'arrêt en gare.
L'axe d'oscillation ne bouge pas.
On peut dire en quelque sorte que
le pendule de Foucault ne marche pas à l'équateur.
L'image de la ligne droite est très bonne car à l’équateur,
en une seconde, le train parcourt 465 m
pendant que sa trajectoire ne s'incurve
vers le bas que de trois petits centimètres.
On peut négliger ces 3 cm.
Et que se passe-t-il aux latitudes intermédiaires
comme par exemple à Paris où l'expérience
a été réalisée pour la première fois.
Eh bien il va se passer
une combinaison des deux effets.
La Terre tourne
un peu AUTOUR de l'axe du pendule et un peu AVEC.
Pour visualiser comment les deux effets se combinent,
on marque sur le sol
un axe sud-nord le long d'un méridien
et un axe ouest-est selon un parallèle.
Pour un observateur situé à côté du pendule,
ce repère reste fixe tout au long de la journée.
Si on regarde ce qui se passe
pendant quelques secondes,
le repère se déplace d'ouest en est
en entraînant le pendule avec lui.
C'est l'effet équateur.
A l'arrivée, le repère sud-nord
est toujours sur un méridien.
Si on prolonge les axes de départ et d'arrivée,
on voit qu'ils se croisent
sur l' axe de rotation de la Terre.
Ils ne se sont pas parallèles.
Il y a donc une rotation du sol sous le pendule.
C'est en quelque sorte l’effet pôle.
On peut visualiser comment l'angle de rotation du repère
varie en fonction de l'angle de rotation de la Terre.
Ca dépend de la latitude.
Si, au départ, le pendule oscille
exactement sur le méridien,
au pôle nord, il reste aligné sur ce méridien de départ
et semble donc avoir tourné
par rapport au méridien d'arrivée
d'un angle qui vaut l'angle de rotation de la Terre
durant ces quelques secondes.
Si on se rapproche de l'équateur, l'axe d'oscillation
reste toujours parallèle au méridien de départ.
Mais comme l'angle entre les deux méridiens diminue,
le pendule semble tourner de moins en moins.
A l'équateur, les deux méridiens sont parallèles,
l’axe d’oscillation du pendule
ne tourne plus avec la Terre.
En continuant dans l'hémisphère sud,
l'angle se remet à grandir
mais dans l'autre sens cette fois ci,
jusqu'au pôle sud.
Il se retrouve immobile sur le méridien de départ,
comme au pôle nord.
On peut quand même se demander
pourquoi l'explication du train qu'on a utilisée
pour l'équateur ne marche pas ici.
En effet, pourquoi ne pas considérer que l'expérience
se fait dans un train qui se déplace
sur la sphère terrestre immobile le long d'un parallèle?
Sur cette modélisation,
l'axe oscillation ne devrait-il pas rester
immobile par rapport au sol
comme dans le train de l'équateur?
Eh bien oui et heureusement,
le modèle du train s'applique.
Et dans ce train, l'axe  d'oscillation du pendule
reste immobile comme l équateur.
Il faut juste ne pas se tromper de train !
Il faut prendre un train équatorial,
c'est-à-dire un train qui se déplace
le long d'un grand cercle
dont le centre est le centre de la Terre.
C'est par rapport à cette trajectoire équatoriale
que l'axe d'oscillation reste fixe.
Or ce grand cercle centré sur le centre de la Terre
descend vers le Sud
par rapport à la trajectoire réelle le long du parallèle.
L’axe d'oscillation du pendule
reste fixe par rapport à ce grand cercle,
donc il tourne par rapport
à la trajectoire réelle le long du parallèle,
on revient au même résultat que précédemment.
En conclusion, la rotation de la Terre fait tourner
l’axe d'oscillation du pendule.
Lorsque nous sommes immobiles sur le sol,
c'est donc comme s'il existait une force supplémentaire
sur le pendule en mouvement.
Cette force apparente s'appelle la force de Coriolis.
A bientôt
