La maîtresse nous a d’abord demandé combien de temps durait une journée. Certains pensaient 12 heures, d’autres, 24 heures.

La maîtresse a alors reposé la question en précisant qu’on cherchait à donner la durée d’une « journée » et non d’un « jour ». On s’est donc demandé s’il y avait une différence entre « jour » et « journée ». Comme nous n’étions pas d’accord, nous avons cherché dans le dictionnaire :
 jour : espace de temps de 24 heures correspondant à une rotation de la Terre sur elle-même
 journée : période de clarté comprise entre le lever et le coucher du soleil

Conclusion :
 le jour ne varie pas : il dure 24 heures
 la journée peut varier au cours de l’année

Nous avions remarqué que les journées étaient plus longues en hiver qu’en été. Pour savoir combien de temps exactement durait une journée, nous sommes allés regarder un calendrier solaire sur le site http://www.ephemeride.com/calendrie...

Quelques relevés :

• jour le plus long de l’année : le 21 juin 2011 :
   lever : 5h46
   coucher : 21h57 (journée de 16h11)

• jour le plus court de l’année : le 22 décembre 2011 :
   lever : 8h41
   coucher : 16h56 (journée de 8H15)

• 1er jour du printemps : le 21 mars 2011 :
   lever : 6h52
   coucher : 19h04 (journée de 12H12)

• 1er jour de l’automne : le 23 septembre 2011 :
   lever : 7h37
   coucher : 19h47 (journée de 12H10)

Remarques : La durée dure environ 12 heures les premiers jours du printemps et de l’automne. La journée peut durer de 8 heures environ (en hiver) à 16 heures en été. Entre les deux, les jours s’allongent ou diminuent progressivement.

Conclusion : La durée de la journée varie bien au fil de l’année.

Annonce de la question du défi :

« Pourquoi la durée de la journée varie-t-elle au cours de l’année ? »

Pour réfléchir à cette question, nous avons travaillé par groupes de 4-5 élèves.

Hypothèses des différents groupes :
 en hiver, la Lune tourne plus vite autour de la Terre qu’en été donc les jours sont plus courts
 les nuages cachent le soleil et il fait plus froid
 la Terre tourne moins vite en été donc le soleil reste plus longtemps et les journées sont plus longues
 la Terre tourne moins vite en hiver qu’en été donc la journée dure moins longtemps en hiver
 les jours sont plus longs quand la Terre tourne plus vite sur elle-même
 en hiver, la Terre est plus loin du Soleil qu’en été donc les journées sont plus courtes.

En réfléchissant à ces hypothèses, nous nous sommes rendus compte que nous n’étions pas tout à fait d’accord sur un point : comment expliquer la succession des jours et des nuits sur la Terre. Chaque groupe a donc réfléchi à cette question et a proposé une hypothèse et une expérience :

Puis nous avons réalisé les expériences :

 Expérience du groupe 1 :

Observations : Sur le côté de la Terre qui est éclairé par le Soleil, il fait jour. Quand la Terre tourne, le côté éclairé passe dans l’ombre (c’est la nuit) et ainsi de suite. La Lune ne joue aucun rôle ici.

 Expérience du groupe 5 :

Observations : La Lune fait une ombre sur une petite partie du côté éclairé de la Terre. Un côté de la Terre reste toujours dans l’ombre.

Conclusions : Ce n’est pas la Lune qui provoque la nuit sur Terre (elle ne peut produire qu’une éclipse). C’est parce que la Terre tourne sur elle-même que l’on passe du jour à la nuit et ainsi de suite.

Retour à la question du défi

Après cette expérience, nous sommes revenus aux hypothèses que nous avions données sur la question du défi et nous avons éliminé la deuxième (« les nuages cachent le soleil et il fait plus froid ») car elle ne pouvait pas expliquer le phénomène.

Pour les autres hypothèses, nous n’avons réalisé que trois expériences :

1) Voici l’expérience réalisée pour les hypothèses suivantes :

« - la Terre tourne moins vite en été donc le soleil reste plus longtemps et les journées sont plus longues
 la Terre tourne moins vite en hiver qu’en été donc la journée dure moins longtemps en hiver
 les jours sont plus longs quand la Terre tourne plus vite sur elle-même. »

Commentaires : « Je tourne lentement... je tourne plus vite... »

Observation : Si la Terre tourne plus lentement, la journée dure plus longtemps, et la nuit aussi.

Conclusion : Comme la durée d’un jour est de 24 heures, aussi bien en été qu’en hiver, il n’est pas possible que la journée et la nuit s’allongent en même temps (sinon, un jour durera plus de 24 heures). Donc si la durée de la journée varie, ce n’est pas parce que la Terre ralentit à certains moments de l’année (celle-ci tourne toujours à la même vitesse).

2) Voici l’expérience réalisée pour la quatrième hypothèse :

« La Terre est plus proche du Soleil en été qu’en hiver donc les journées sont plus courtes. »

La Terre est proche du Soleil.

La Terre est loin du Soleil.

Observation : Que l’on mette la boule (Terre) à 5 cm ou à 40 cm de la lampe (Soleil), la limite jour-nuit reste la même.

Conclusion : Le fait que la Terre soit plus éloignée du Soleil n’explique pas que la durée du jour varie.

3) Voici l’expérience réalisée pour la dernière hypothèse :

« En hiver, la Lune tourne plus vite autour de la Terre qu’en été donc les jours sont plus courts. »

Commentaires : « Je la tourne lentement... je la tourne plus vite... »

Observation : Que la Lune tourne vite ou lentement autour de la Terre, la limite jour-nuit ne change pas.

Conclusion : Le mouvement de la Lune n’explique pas la variation de la durée de la journée.

Recherches documentaires

Comme nos expériences ne nous ont pas permis d’apporter une réponse à l’énigme, nous avons décidé de chercher des informations dans des dictionnaires, encyclopédies, manuels et documentaires.

Un des groupes a trouvé une information intéressante aux pages 4-5 de la revue BTj n°455 intitulée « La Terre tourne » (Pemf) : la Terre est légèrement inclinée (alors que dans nos expériences, nous l’avions mise droite). D’ailleurs, en regardant le globe de la classe, on s’est dit qu’on aurait pu y penser plus tôt…

Reproduction des schémas du documentaire avec notre matériel :

Commentaires : Non, pas comme ça, sinon, ça ne change rien. Ici, c’est Paris. Quand la Terre est mise comme ça, il fait jour plus longtemps. Au pôle Sud, il fait nuit tout le temps, et au pôle Nord, jour tout le temps.

Commentaires : La croix, c’est toujours Paris. Quand la Terre est dans cette position, le jour dure moins longtemps. Et maintenant, au pôle Nord, il fait toujours nuit, et au pôle Sud, il fait toujours jour.

La maîtresse nous a ensuite demandé d’expliquer par une expérimentation comment on passait du premier schéma au second.

Trois propositions ont été faites :

Première proposition :

Conclusion : La durée du jour reste la même tout le temps.

Deuxième proposition :

Conclusion : Lorsque la Terre est penchée comme ici, la durée du jour est la même (il fait jour moins longtemps dans les deux cas).

Troisième proposition :

Conclusion : Ici, lorsque la Terre reste penchée dans le même axe, la durée du jour est plus longue lorsque la Terre se trouve d’un côté du Soleil, et plus courte lorsqu’elle se trouve de l’autre côté.

En revenant sur le documentaire « La Terre tourne », nous avons remarqué que la Terre était toujours inclinée en direction de l’étoile polaire.

Réponse à l’énigme :

La durée de la journée varie au cours de l’année car :
 La Terre tourne autour du Soleil
 La Terre tourne sur elle-même
 La Terre est inclinée
 La Terre est toujours orientée vers un même point : l’étoile polaire.