Dans un récent article sur la notion de gravité et son acquisition au cours du développement de l’enfant, j’ai soumis les lecteurs de Rue89 à un exercice. Huit petites questions sur les phénomènes d’attraction des corps (célestes, bien sûr, on n’est pas sur Rue69). Voici le bilan, avec réponses officielles et commentaires.

La situation était la suivante : la Lune et une station spatiale sont en orbite autour de la Terre, tandis qu’un petit garçon prénommé Billy se balade dans l’univers, une pierre à la main. De là, je vous posais les questions ci-dessous.

Sans trop de surprise, 98% de « oui ». On attribuera les 2% restants à de l’étourderie, à un esprit de contradiction à tendance pathologique, ou à un sordide lendemain de cuite.

La Terre attire-t-elle la station orbitale ?

C’est « oui » à 94%. Et c’est la bonne réponse. Et heureusement ! Si la Terre n’exerçait aucune attraction sur la station, elle ne pourrait pas rester en orbite et prendrait la tangente, direction le vide intersidéral.

La station orbitale attire-t-elle la Terre ?

Toujours « oui » mais seulement à 80%. Pourtant, la station spatiale, comme la Lune, le Soleil, vous, moi, une feuille de papier ou Jupiter, chaque objet du plus petit au plus gros exerce bel et bien une force d’attraction sur la Terre.

Cette force est proportionnelle à la masse des objets : plus ils sont massifs, plus la force est élevée. En revanche, elle diminue avec la distance : plus deux objets sont éloignés, plus l’attraction entre eux est faible.

Le phénomène est ici plus rapide qu’une simple proportionnalité, car la force décroît en relation avec la distance mise « au carré » : quand la distance est multipliée par 2, la force est divisée par 4 (soit 2²) ; distance multipliée par 10, force divisée par 100 (soit 10²). Etc.

La loi de gravitation universelle, qui permet de calculer cette force, fut émise par le physicien anglais Isaac Newton en 1687 :

Avec G un nombre constant, mG et m’G les masses des deux objets impliqués, et « d » la distance qui les sépare.
Donc oui, la station spatiale exerce une force d’attraction sur la Terre. Même si cela ne se voit pas au final car elle est trop faible pour modifier la forme ou la trajectoire de notre planète.

L’attraction de la Terre par la station est-elle inférieure, égale ou supérieure à celle de la station par la Terre ?

Les avis sont partagés : pour 45% d’entre vous la station exerce une force d’attraction sur la Terre plus faible que celle de la Terre sur la station. Contre 36% de votants pour l’égalité et 19% qui jugent qu’elle est plus forte. Ces derniers ont peut-être mal compris la question...

Graphique : question 4 

Ici, la surprise est de taille : la majorité des participants s’est trompée ! La station attire la Terre avec une force d’intensité strictement égale à celle de la Terre sur la station. Le phénomène est décrit par une autre loi de Newton : deux corps exercent l’un sur l’autre des forces de même valeur, chacune tirant de son côté.

Cela peut paraître étonnant, contre-intuitif, vous avez le droit de ne pas y croire, mais c’est ainsi. La Terre exerce sur un corps humain, par exemple, une force d’environ 700 newtons. Suffisant pour le maintenir au sol.

Mais l’inverse est aussi vrai : un corps humain attire la Terre avec une force de 700 newtons ! Ce qui est trop faible pour que l’effet soit perceptible, vue la masse de la bestiole. Il n’empêche que cette force existe.

La Lune attire-t-elle la Terre ?

Ici on obtient 87% de « oui », soit un peu mieux que les 80% pour la station. L’explication est la même qu’à la question 4. Mais la Lune étant un objet massif, comparée à une station spatiale, son effet sur la Terre est maintenant visible : il est à l’origine des marées et de déformations sur la croûte terrestre. Moins violentes que les marées, heureusement.

Graphique : question 6 

On a quand même 5% de « non » à cette question. Une petite surprise aussi. Etourderies, ou réelle méconnaissance des phénomènes astronomiques ? Je penche pour la 2e solution, ça veut dire qu’il y a encore du boulot pour les vulgarisateurs scientifiques.

L’attraction de la Terre par la Lune est-elle inférieure, égale ou supérieure à celle de la Lune par la Terre ?

Au moins vous êtes logiques dans vos erreurs, on obtient rigoureusement les mêmes résultats qu’à la question 4. Les deux forces sont, là encore, égales. La majorité se trompe à nouveau, preuve qu’il ne faut pas toujours la croire. Preuve aussi que le commun des lecteurs de Rue89 ne maîtrise pas totalement les phénomènes de la gravitation, et que l’intuition nous joue bien des tours. A méditer, tout ça...

8. Billy est maintenant sur une planète jaune, inconnue, où il n’y a pas d’air. Il part se promener, vêtu de son scaphandre et sa pierre à la main. S’il la lâche, que fait-elle ?

Elle tombe au sol : 90%
Elle flotte : 7%
Elle part vers l’espace : 3%

Ouf, la majorité a de nouveau raison. La pierre est soumise, comme sur la Terre ou sur la Lune, à la force d’attraction de la planète. Il y existe donc, comme sur n’importe quel astre, une gravité, même si celle-ci n’a pas la même intensité que sur Terre : elle dépend notamment de la masse de la planète en question.

Parmi les justifications données aux réponses à la question 8, certaines sont récurrentes. Ainsi, 20% de ceux qui se sont trompés pensent que la pierre ne tombe pas sur la planète inconnue parce qu’il n’y a pas de gravité. Celle-ci n’existerait que sur Terre. J’espère que mes explications vous ont fourni un début de correction dans votre vision de l’espace...

A nouveau 20% de mauvaises réponses sont justifiées par le fait que sur la planète inconnue, il n’y a pas d’air, donc pas de gravité. Or l’attraction n’a absolument rien à voir avec la présence d’une atmosphère. Au contraire, l’air crée une nouvelle force, les « frottements », qui s’opposent à la gravité !

C’est à cause des frottements qu’une feuille de papier tombe moins vite que la même feuille roulée en boule. La même expérience réalisée dans le vide, c’est-à-dire sans air, et une feuille plane tomberait à la même vitesse qu’une froissée !

Master physique et instinct scientifique

On trouve aussi des aveux du genre « j’ai répondu au pif », ou pire : « instinct scientifique ». J’espère que celui-là ou celle-là a choisi une filière en arts appliqués ou en cosmétiques de luxe, domaines où l’instinct scientifique a peu de chances de provoquer des drames.

On appréciera aussi ceux qui expliquent que la pierre ne tombe pas parce qu’il n’y a « pas d’apesanteur ». Il me semble que sans apesanteur, on a de la pesanteur, donc le caillou devrait tomber, non ? Vite, un Doliprane !

D’autant que l’un d’entre vous explique : « comme tout objet sur la terre, la pierre est soumise au poids P qui s’exerce depuis son centre de gravité de manière verticale vers le bas ». Génial ! Mais pourquoi a-t-il répondu que la pierre flottait, alors ?

Terminons avec deux justifications choisies maintenant parmi les bonnes réponses. Pourquoi la pierre tombe ? Mais enfin, c’est parce que « je suis sorti l’an dernier de math spé », voyons. Et pour un autre, c’est simplement car « je suis en master physique ». Preuve que la maîtrise scientifique de la notion de gravité n’est pas systématiquement corrélée à une maîtrise de la notion d’humilité.

La dernière donnée importante du questionnaire est le nombre de participants : 2242. J’avoue que je ne m’attendais pas à un tel chiffre, donc mon dernier commentaire sera : MERCI à vous ! Rue89 est une rue vivante et participative, merci pour votre assiduité. Vivement 2010 que ça continue.

Merci enfin aux membres du laboratoire ECCD de l’Université de Toulouse - le Mirail qui sont à l’origine de ce questionnaire, utilisé au cours d’une étude sur l’acquisition de la notion de gravité au cours du développement de l’enfant : Michèle Guidetti, directrice de l’ECCD, Sören Frappart, doctorante qui a mené l’étude, et Valérie Frède, coordinatrice de cette thématique de recherches au sein du laboratoire.