Pourquoi l'eau reste-elle à la surface de la Terre alors que celle-ci tourne si rapidement ?

Bonjour,

Dans l'Univers, deux corps qui ont une masse, exercent l'un sur l'autre une action attractive à distance, appelée gravitation universelle. Cette force d'attraction a été modélisée par Isaac Newton, et est d'autant plus forte que les corps sont massifs et proches l'un de l'autre.Tous les objets restent ainsi sur Terre grâce à la gravitation universelle ou force de gravité. Cette force agit pour maintenir l'eau attachée à la surface de la Terre, même lorsque la planète tourne sur elle-même.

Équation de la force gravitationnelle (Loi universelle de la gravitation de Newton) :

F = (G⋅m1⋅m2) / (r*r)

avec

• F : la force gravitationnelle entre deux objets,

• G : la constante gravitationnelle (6.67430×10−11 m3 kg−1 s−26.67430×10−11m3kg−1s−2),

• m1 ​ et m2​ sont les masses des deux objets,

• r est la distance entre les centres des deux objets.

Dans le cas de l'eau sur Terre:

• m1​ est la masse de la Terre

• m2​ est la masse de l'eau sur Terre

L'eau est bien considérée comme un objet ayant une masse : les molécules (H2O) restent rapprochées pour former le liquide eau, principalement grâce à deux forces : les liaisons hydrogène et dans une moindre mesure les forces de Van der Waals. Une liaison hydrogène se produit lorsque l'hydrogène d'une molécule d'eau est attiré par l'atome d'oxygène d'une autre molécule d'eau. Ces liaisons hydrogène plutôt fortes contribuent à maintenir les molécules d'eau rapprochées. En plus des liaisons hydrogène, les molécules d'eau interagissent et se rapprochent grâce aux forces de Van der Waals, qui sont des interactions électrostatiques faibles entre les dipôles permanents de différentes molécules.

La planète Terre tourne sur elle-même en presque 24 h, ce qui fait qu’un point situé à l’équateur a une vitesse de rotation de plus de 1600 km/h (ce point parcourt 40.000 kilomètres en 24 heures). Lorsque la Terre tourne, une autre force, la force centrifuge résultant de cette rotation, tend à pousser les objets vers l'extérieur depuis l'axe de rotation.

Cependant, la force gravitationnelle compense largement cette force centrifuge, ce qui maintient ainsi l'eau à la surface de la Terre. C'est donc la combinaison de la force de gravité et de la force centrifuge qui permet à l'eau des océans, des mers, des lacs et des rivières de rester sur la Terre, malgré la rotation de notre planète.

A noter :

Le phénomène des marées répond lui aussi au principe de l'attraction gravitationnelle. On a l'impression que la Terre se déforme sous l'effet des marées, avec l'eau des océans qui est attirée par la Lune.

Pour l'oeil humain, la surface de l'océan apparait le plus souvent plate, car le rayon de courbure de la Terre est très faible. Cependant, il est parfois possible de voir cette courbure de la Terre si l'horizon est bien dégagé.

Cependant, si à l'échelle globale, les surfaces de l'eau restent relativement plates à l'oeil nu malgré la courbure inhérente à la rondeur de la Terre, divers facteurs tels le vent, les courants et d'autres forces extérieures peuvent perturber temporairement cette uniformité. La topographie des océans permet d'étudier les mouvements de la surface océanique et la variation des niveaux des océans.

Dans nos collections : 

Toute la physique dans un verre d'eau / Clément Santamaria

Eaux : tous les savoirs, toutes les histoires, tous les pouvoirs, tous les espoirs / Florence Thinard, Caroline Carissoni et Jean-Baptiste de Panafieu ; sur une idée de Florence Thinard

L'eau dans l'univers / Johan Kieken

Eau : un élément vital, un trésor menacé / Jean-Marie Vigoureux

L'eau sur la Terre : propriétés physicochimiques et fonctions biologiques / Christophe Lécuyer

Bonne journée,