Questions aux experts

Bonjour,

En gravitation classique dite newtonienne, tous les corps s'attirent proportionnellement au produit de leurs masses et en fonction inverse du carré de leur distance (c'est-à-dire que pour deux corps de masse donnée, s'ils sont plus loin, il s'attirent moins : si la Lune était deux fois plus loin de la Terre qu'elle ne l'est aujourd'hui, la force d'attraction qui s'exerce entre les deux serait quatre fois moindre (et les marées seraient moins fortes, et on n'aurait plus d'éclipses du soleil, triste monde...).
Ce phénomène est effectivement fondamentalement lié à la présence de matière (donc à son existence).

La chimie des étoiles n'a rien à voir avec leur masse. Un kg de plumes a la même masse qu'un kg de plomb et c'est le kg qui importe pas sa forme (sauf quand ça nous tombe sur la tête, bien sûr). Or plumes et plomb, ce n'est qu'une question de chimie, le plomb, c'est... du plomb, les plumes, c'est du carbone, de l'oxygène, de l'hydrogène et plein d'autres espèces chimiques que j'ignore mais leur force d'attraction est définie par ce 1 kg.

L'image de l'aimant peut permettre de comprendre que la Terre n'a pas de dessus ou de dessous (les australiens ne tombent pas - voir http://www.fondation-lamap.org/fr/topic/13323 à ce sujet) car tout le monde est attiré vers le centre mais attention qu'il y a une grosse différence entre aimantation et gravitation car la gravitation ne fait qu'attirer alors que l'aimant a deux pôles et n'est pas aussi symétrique dans ses effets (deux aimants peuvent se repousser...).

Il n'y a donc aucun lien entre champ magnétique (qui se manifeste par les pôles du même nom) et l'attraction. L'attraction aura toujours lieu même si la planète n'avait pas de champ magnétique puisque c'est seulement la masse qui importe. Les pôles magnétiques révèlent juste la direction de l'aimant fabriqué par la Terre. Cette direction n'est pas constante et si elle est souvent quasi alignée avec l'axe des pôles, ce n'est pas toujours le cas.
Ce champ s'inverse, s'annule même peut-être par brefs instants. La seule conséquence est la baisse de la protection par le champ magnétique du bombardement de particules venant du soleil (ce qui cause les aurores boréales et australes). Enfin, ce champ magnétique est provoqué par la présence d'un noyau liquide en rotation dans la Terre qui engendre des courants électriques qui produisent le dit champ magnétique. Quand le noyau terrestre se sera totalement refroidi, ces courants disparaitront. Il restera un champ magnétique résiduel (on dit rémanant) piégé dans les matériaux ferreux mais le pouvoir attractif de la Terre ne sera pas changé.

J'en profite pour saluer une lectrice attentive de ces notes, Djamilla T. qui ne manquera pas de lire celle-ci non plus.

Bonjour,
Pour parler de la gravitation, surtout ne pas parler de magnétisme. Tout simplement parce que des aimants peuvent se repousser l'un l'autre comme ils peuvent aussi s'attirer. En revanche, deux masses s'attirent toujours.
Dans le vide, tous les objets chutent de la même façon et cela quelque soit leur masse. Sur le net, il existe quelques films qui illustrent ce fait déroutant. En classe, j'utilise la vidéo de la plume et du marteau réalisée sur la Lune : https://www.youtube.com/watch?v=5C5_dOEyAfk
Mais aussi les vidéos suivantes : dans une cloche à vide : https://www.youtube.com/watch?v=EevMOYosNsU
dans une grande chambre à vide : https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs
Bien cordialement,
Marie-Thérèse Lehoucq

Une précision : l'attraction de l'étoile ne dépend pas de sa chimie si on est suffisamment loin de l'étoile. Mais si on en est très près ou même posé sur sa surface, alors la taille de l'étoile va jouer (tout se passe comme si la masse de l'étoile était en un point au centre et qu'on s'en tienne à la distance qui est son rayon : on comprend donc que si le rayon est petit la force d'attraction sera plus forte car on sera plus près du centre de l'étoile : une étoile de petit diamètre aura une grande attraction à sa surface). Or ce rayon dépend de la composition chimique de l'étoile. Donc indirectement, et si on est près de l'étoile l'attraction va dépendre de la composition chimique (pour des raisons complexes trop longues à évoquer ici)

Bonjour,
Comme tous les champs, le champ de gravitation n'est pas facile à concevoir, déjà par la majorité des adultes, a fortiori par des enfants.
Il s'agit, comme vous le dites, d'une force d'attraction entre deux corps possédant une masse : cette force est proportionnelle à la masse de chacun des deux corps et inversement proportionnelle au carré de leur distance. De fait, la composition chimique de ces corps, quels qu'ils soient, n'est pas en jeu dans ce phénomène, de même que leurs propriétés magnétiques qui ne relèvent pas du même champ.
Il est vrai que l'on utilise souvent l'analogie avec le champ magnétique car il permet de mettre en évidence un champ qui, comme celui de la gravitation bien que de nature différente, attire les objets dans toutes les directions vers un même point. Pour autant, il ne s'agit que d'une analogie et non d'un modèle et la gravitation, comme dit au-dessus, n'a pas de lien avec les propriétés magnétiques.
L'analogie peut être visualisée en mettant des personnages type Playmobil collés avec de la patafix sur un globe terrestre (ils sont tous selon la verticale du lieu et leurs pieds sont en direction du centre de la Terre) et un ensemble de boussoles disposées en cercle autour d'au aimant (elle pointent toutes vers l'aimant) ... mais il faut bien insister sur le fait que ce n'est qu'une analogie entre "champs" (de gravitation et magnétique) et non d'un phénomène identique.
Cordialement
Michel Ouliac ... ex-IUFM

Bonjour,
Votre première réponse est bonne.
La force de gravitation ne dépend pas de la composition chimique des astres.De la masse uniquement.
Cette force est toujours attractive.
Rien à voir avec la force electro-magnétique qui peut être attractive et ou répulsive qui elle dépend entre autre de la composition chimique des astres (Fer, Nickel...)
Force magnétiques terrestres dont la source provient des mouvements du noyau riche en Fer et Nickel générant un champ polarisé comparable à un gigantesque aimant.
Aucun lien donc avec la gravitation.
D'autres spécialistes pourront éclairer votre lanterne
Bon courage
Y

Tous les corps s'attirent mutuellement en fonction de leur masse (quel que soit le matériau, quel que soit son état (solide, liquide, gazeux, … quelle que soit sa composition chimique) et ce phénomène d’attraction gravitationnelle existe depuis que la matière existe et est « universel » ; il faut de plus préciser « et en fonction de leur distance », même si la portée est très grande. Plus ils sont proches plus ils s’attirent.
Le Soleil et la Terre s’attirent, la Lune et la Terre s’attirent de la même façon. C’est le même phénomène d’attraction gravitationnelle appelé aussi gravitation universelle.
La légende veut que Newton ait découvert cette loi en observant la chute des pommes… Souvent on énonce cette loi universelle en indiquant qu’une pomme tombe d’un arbre comme la Lune tombe sur la Terre ce qui mérite une explication car comme le disait Paul Valéry « Il fallait être Newton pour apercevoir que la Lune tombe, quand tout le monde voit bien qu’elle ne tombe pas. »
La pomme, si elle se décroche de l’arbre, tombe sur la Terre du fait de cette attraction réciproque (qui a plus d’effet sur la pomme que sur la Terre !). La lune n’en finit pas de tomber sur la Terre…
La Lune « tombe sur la Terre », cela signifie qu’à chaque instant la force d’attraction oblige la Lune à quitter la trajectoire rectiligne qu’elle aurait en l’absence de la Terre. La Lune ne se précipite pas directement vers la Terre parce qu’elle est animée d’une grande vitesse (environ 1 kilomètre par seconde). Les deux actions combinées provoquent une satellisation de la Lune autour de la Terre.
Ce n’est pas parce que la Terre a des pôles magnétiques, qu’elle interagit avec la pomme ou la Lune mais seulement parce qu’elle a une masse et la pomme, le Soleil ou la Lune, aussi.

L’attraction magnétique est un tout autre phénomène qui dépend des propriétés des matériaux et aussi de la distance entre les objets. Elle n’existe qu’entre matériaux dits ferromagnétiques tels que fer, nickel, cobalt.
Dans ce phénomène il y a, sur les objets qui interagissent, des pôles magnétiques de deux types qu’on appelle Nord et Sud. Les pôles de même type se repoussent les pôles de types différents s’attirent.
Notons que le magnétisme de la Terre résulte du déplacement de métal en fusion composé principalement de fer et de nickel dans le noyau (externe) de la Terre. Globalement La Terre se comporte comme un immense aimant droit possédant un pôle magnétique Nord et un pôle magnétique Sud.
On peut évoquer aussi l’attraction électrostatique : deux corps chargés électriquement s’attirent si leurs charges sont de signes opposés ; on peut observer ce phénomène en disposant des petits bouts de papier légers sur une surface propre sèche et en frottant une règle en plexiglass avec un chiffon de tissu synthétique ou de laine : lorsqu’on approche la règle, les petits papiers viennent s’y coller !
C’est un troisième phénomène d’attraction. Comme l’attraction magnétique (et pas comme l’attraction gravitationnelle universelle), elle dépend des propriétés des matériaux, mais cette fois de leurs propriétés électriques, à savoir leur facilité à perdre ou gagner des charges électriques. Nos cheveux par temps sec ont tendance à suivre la brosse, des T-shirts en synthétique se collent et produisent parfois, lorsqu'on les sépare, de superbes éclairs de décharge (de très faible intensité mais bien visibles et sensibles).
Quant à la « gravité », c’est une autre façon de parler de l’interaction gravitationnelle en privilégiant l’un des corps massifs en interaction, par exemple la Terre (mais ce peut être aussi la Lune).
La Lune à une masse plus faible que la Terre, l’attraction sur un même cosmonaute y est six fois plus faible que sur la Terre. La masse du cosmonaute n’a pas changé mais son poids sur la Lune est différent.
La gravité y est plus faible que sur Terre. On dit aussi que la pesanteur sur la Lune est plus faible que sur la Terre (voir Tintin sur la Lune !)
Un autre phénomène est l’impesanteur : Un cosmonaute comme Thomas Pesquet dans une capsule ne ressent plus l’attraction de la Terre, il flotte ; il est en « impesanteur », l’attraction de la Terre sur lui, sur la capsule et sur tous les objets qui l’entourent existe toujours mais il n’en ressent plus les effets, parce qu’il tombe en permanence avec l’ISS comme la Lune tombe sur la Terre. Albert Einstein imaginait une personne dans une cabine d’ascenseur qui tombe en chute libre. Pendant toute la durée de la chute la personne flotte dans la cabine tout comme son chapeau sa pipe et son parapluie…

Christian Larcher