LE PENDULE DE FOUCAULT EST INTIMEMENT

LIÉ À LA FORCE DE CORIOLIS

Il ne semble pas que Foucault ait été informé des travaux de Coriolis portant sur les lois de la dynamique dans un référentiel non inertiel, datant de 1832. C’est donc de manière purement empirique qu’il mena son expérience, et seulement après coup que les mécaniciens expliquèrent l’expérience par l’utilisation de la force de Coriolis. Si le principe général fut rapidement expliqué, il fallut attendre, quand même, beaucoup plus longtemps pour en comprendre toutes les subtilités.

Qu’est-ce que la force de Coriolis ?

La force de Coriolis est un phénomène physique qui se produit quand un objet bouge au sein d’un système de référence en rotation, comme la Terre par exemple.

On précise un peu plus :

On précise encore un peu plus. On peut dire que la force de Coriolis est une pseudo-force qui apparaît dans un référentiel en rotation R’ par rapport à un référentiel galiléen R considéré comme au repos. Il s’agit donc d’une force inertielle. Elle s’exerce perpendiculairement au mouvement d’un corps matériel dans ce référentiel en rotation et est proportionnelle à la vitesse de ce corps dans R’ ainsi qu’à la vitesse angulaire de rotation du référentiel R’ dans R. Ce n’est pas bien compliqué concernant le résultat empirique. Au-niveau mathématiques….

Quand un objet bouge dans un système de référence en rotation, il expérimente une force fictice appelée force de Coriolis, qui agit perpendiculairement à sa vitesse. Cette force fait que la trajectoire de l’objet se dévie, ce qui donne l’impression qu’il suit une courbe.

Ce phénomène trouve son origine dans la rotation de la Terre et sur son influence sur les objets en mouvement. Imagine que tu te trouves sur la Terre et que tu observes le mouvement d’un objet en ligne droite. De ton point de vue, l’objet semble se déplacer en ligne droite sans aucune déviation. Cependant, du point de vue d’un observateur situé dans l’espace, il verra que cet objet suit une courbe. Cette déviation est due à la rotation de la Terre. Et oui !

La force de Coriolis se manifeste par une force fictive agissant perpendiculairement à la vitesse d’un objet en mouvement dans un référentiel en rotation, comme la Terre. Dans l’hémisphère nord, cette force dévie le mouvement vers la droite, tandis que dans l’hémisphère sud, elle le dévie vers la gauche.

Il est important de noter que la force de Coriolis ne se manifeste que pour des objets se déplaçant sur de grandes distances ou à des vitesses importantes. Dans notre vie quotidienne, nous ne le remarquons pas dans les objets courants car son effet est très faible.

Allez, on anime tout ça.

La force de Coriolis a des effets sur plusieurs phénomènes naturels différents. Pour exemple, sur Terre, la force de Coriolis influe sur la direction des vents et des courants océaniques.

L’effet Coriolis peut se résumer simplement. Tout corps subira une déviation vers la droite de son mouvement dans l’hémisphère nord, vers la gauche dans l’hémisphère sud. Celle-ci est essentiellement visible à grande échelle et est d’autant plus marquée que l’objet circule vite et loin de l’équateur.

L’effet de Coriolis intervient à chaque fois que l’on considère un mouvement par rapport à un référentiel en rotation.

C’est donc quelque chose qui arrive :

• quand on marche sur un manège qui tourne
• quand on considère une fusée vis-à-vis d’un astre en rotation
• quand on regarde le déplacement des masses atmosphériques par rapport à la rotation de la Terre.

Les déviations de Coriolis des masses d’air finissent par mettre les dépressions en rotation et à former un cyclone rotatif.

Voici un petit film de 3’59 pour voir la force de Coriolis et son influence sur les cyclones, ouragans, etc… très intéressant !

Bon, on pourrait encore beaucoup en dire. Par exemple, on pourrait se demander par rapport à quoi le pendule de Foucault est fixe ? Et oui, à l’époque de Foucault, il existait un espace absolu par rapport auquel tous les mouvements sont définis. Cet espace immuable était donc un référentiel naturel pour l’oscillation du pendule.

Mais aujourd’hui, ma cousine préférée, l’espace ou plutôt l’espace-temps d’Einstein est une entité dynamique et la théorie de la relativité postule qu’il n’existe aucun référentiel privilégié. Dans l’univers le mouvement absolu n’existe pas, il est toujours relatif à un autre repère qui lui aussi est en mouvement. Pourtant on constate que le pendule de Foucault privilégie un référentiel précis puisque son plan indique une direction. Mais alors, par rapport à quoi le plan du pendule est fixe ? Et bien, tu vois, cette énigme n’est toujours pas résolue, à la date où est écrit cette rubrique soit février 2025, et est toujours sujette à controverse.

Mais il faut savoir s’arrêter, ami passionné.