Orbites elliptiques
Une orbite elliptique est la trajectoire en forme d’ellipse que suit un corps céleste — planète, comète, satellite — autour d’un autre corps sous l’effet de la gravité. Décrites mathématiquement par Johannes Kepler au début du XVIIè siècle, les orbites elliptiques sont la règle dans le système solaire : toutes les planètes suivent des ellipses autour du Soleil, qui occupe l’un des deux foyers de chaque ellipse.
Les lois de Kepler
La première loi de Kepler stipule que les planètes décrivent des ellipses dont le Soleil occupe l’un des foyers. La deuxième loi stipule que le segment reliant une planète au Soleil balaie des aires égales en des temps égaux — ce qui signifie que la planète se déplace plus vite quand elle est près du Soleil (au périhélie) et plus lentement quand elle est éloignée (à l’aphélie). La troisième loi relie la période orbitale au demi-grand axe de l’ellipse.
Excentricité et forme de l’orbite
L’excentricité d’une ellipse mesure son degré d’aplatissement, de 0 (cercle parfait) à 1 (parabole). L’orbite de la Terre est quasi-circulaire, avec une excentricité de 0,017. Les comètes ont souvent des orbites très allongées avec des excentricités proches de 1, qui les amènent très près du Soleil avant de les éloigner aux confins du système solaire.
Importance en astronomie
Comprendre les orbites elliptiques est fondamental pour prédire les positions des planètes, planifier les missions spatiales et évaluer les risques d’impact d’astéroïdes. Les trajectoires des sondes spatiales exploitent habilement la mécanique orbitale — en particulier les assistances gravitationnelles — pour atteindre des destinations lointaines avec un minimum de carburant.
Exemple concret
La comète de Halley a une orbite très elliptique avec une excentricité de 0,967. Son périhélie (le point le plus proche du Soleil) se situe à 0,59 UA (entre Vénus et le Soleil), tandis que son aphélie (le point le plus éloigné) se situe à 35 UA, au-delà de Neptune. Cette orbite extrêmement allongée explique sa période orbitale de 76 ans.
Questions fréquentes
Pourquoi les orbites sont-elles elliptiques et non circulaires ?
C’est une conséquence directe de la loi de gravitation universelle de Newton. Une ellipse, et plus généralement une conique (ellipse, parabole, hyperbole), est la solution mathématique des équations du mouvement sous une force gravitationnelle en 1/r². Le cercle est un cas particulier d’ellipse (excentricité nulle).
Les orbites sont-elles stables indéfiniment ?
Non parfaitement. Les interactions gravitationnelles entre planètes perturbent les orbites sur de longues périodes. Ces perturbations sont généralement faibles et les orbites restent stables sur des milliards d’années, mais peuvent sur des échelles de temps très longues provoquer des instabilités dans le système solaire.
Les satellites artificiels suivent-ils aussi des orbites elliptiques ?
Oui. La plupart des satellites artificiels suivent des orbites elliptiques. L’orbite circulaire est un cas limite atteint en pratique avec une certaine précision. La Station spatiale internationale, par exemple, suit une orbite quasi-circulaire à environ 400 kilomètres d’altitude.