La rotation de la Terre

Caractéristiques principales.
Durée de la rotation.
La durée d'une rotation complète dépend du référentiel choisi. Le jour sidéral, mesuré par rapport aux étoiles lointaines, dure environ 23 heures 56 minutes et 4 secondes. Le jour solaire, qui correspond au retour du Soleil au même méridien, est légèrement plus long : exactement 24 heures, en raison du déplacement simultané de la Terre sur son orbite autour du Soleil.

La rotation est légèrement variable, comme l'avait déjà envisagé Newton et soupçonné Lalande. Elle connaît d'infimes à-coups, sans doute explicables par des causes internes (mouvements tectoniques, phénomènes liées au champ magnétique terrestre). On verra plus loin qu'elle connît aussi un ralentissement séculaire explicable par un effet de marée, et mis en évidence notamment par les rapports des anciennes éclipses et par certains fossiles. Ces diverses variations, importantes sur de longues périodes, sont toutefois suffisamment petites à l'échelle humaine pour justifier qu'on puisse les négliger la plupart du temps. Ainsi, le ralentissement séculaire est-il évalué à un peu moins de 2 millisecondes par jour. Depuis 1972, ce décalage (ainsi que celui qui résulte de la différence de longueur entre le jour civil, mesuré par les horloges atomique, et le temps de rotation de la Terre) est compensé régulièrement en ajoutant ou retranchant une seconde à la durée de l'année.

L'inclinaison de l'axe de rotation.
L'axe de rotation de la Terre n'est pas perpendiculaire au plan de son orbite autour du Soleil (plan de l'écliptique). Il est incliné d'environ 23,5°. Cette inclinaison reste orientée dans la même direction au cours de l'année, ce qui fait que les différentes régions du globe ne reçoivent pas la même quantité d'énergie solaire tout au long de l'année. Ainsi, cette inclinaison de l'axe de la Terre a de nombreuses conséquences, comme les saisons, la variation de durée du jour et de la nuit, le jour et la nuit polaires ou les zones climatiques.

Les variations d'orientation de l'axe terrestre.
On a supposé jusqu'ici que l'axe de rotation est fixe dans l'espace. Ce n'est exact que sur des durées relativement courtes. A y regarder de plus près, l'axe de rotation de notre planète évolue cycliquement d'orientation, selon diverses périodes. Il décrit en particulier un lent mouvement conique, d'une période d'environ 26 000 ans, provoqué par l'attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil sur le renflement équatorial terrestre (La précession solaire). S'y superpose la nutation, une oscillation de faible amplitude (environ 9 secondes d'arc) et de période d'environ 18,6 ans.

Origine de la rotation.
La rotation de la Terre trouve son origine dans la formation du Système solaire, il y a environ 4,6 milliards d'années. À cette époque, un immense nuage de gaz et de poussières, appelé nébuleuse solaire, s'est contracté sous l'effet de la gravitation. En se contractant, ce nuage s'est mis à tourner de plus en plus rapidement en raison de la conservation du moment cinétique.

Au sein de ce disque en rotation se sont formés le Soleil et les planètes. Les nombreux chocs et rassemblements de matière qui ont donné naissance à la Terre lui ont transmis un mouvement de rotation. La jeune Terre tournait alors sur elle-même beaucoup plus vite qu'aujourd'hui.

Au cours du temps, l'influence gravitationnelle de la Lune et, dans une moindre mesure, celle du Soleil, a progressivement ralenti cette rotation par le phénomène des marées. Ce freinage explique pourquoi la durée du jour terrestre augmente très lentement au fil des millions d'années.

Conséquences de la rotation terrestre.
Alternance du jour et de la nuit.
La Terre étant un corps opaque et à peu près sphérique, le Soleil ne peut éclairer qu'un seul hémisphère à la fois. La rotation terrestre d'ouest en est fait défiler successivement chaque point de la surface dans la zone éclairée, puis dans la zone d'ombre. La frontière entre ces deux zones s'appelle le cercle d'illumination ou terminateur : c'est une ligne imaginaire qui sépare en permanence le côté jour du côté nuit, et qui n'est jamais rigoureusement perpendiculaire à l'axe de rotation en raison de l'obliquité terrestre.

La durée respective du jour et de la nuit varie selon la latitude et la saison. À l'équateur, elle est approximativement égale tout au long de l'année, soit environ 12 heures chacune. Aux latitudes moyennes et élevées, elle fluctue considérablement : en été, les jours s'allongent parce que le cercle d'illumination englobe une plus grande portion de l'hémisphère incliné vers le Soleil, tandis qu'en hiver, la nuit domine. Aux cercles polaires et au-delà, ce déséquilibre atteint son paroxysme avec les phénomènes de jour polaire et de nuit polaire, durant lesquels le Soleil ne se couche pas ou ne se lève pas pendant plusieurs semaines consécutives.

Le terminateur n'est pas une ligne nette à la surface de la Terre en raison de l'atmosphère. Celle-ci diffuse la lumière solaire bien avant que le Soleil franchisse l'horizon géométrique, créant les phénomènes du crépuscule et de l'aube. Selon l'angle du Soleil sous l'horizon, on distingue le crépuscule civil, nautique et astronomique, chacun correspondant à un niveau d'obscurité croissant. Cette diffusion atmosphérique rallonge effectivement la durée de lumière perceptible au-delà de la stricte durée astronomique du jour.

L'alternance jour-nuit régit une immense partie des phénomènes biologiques terrestres. Les cycles circadiens des êtres vivants (humains, animaux, plantes) sont synchronisés sur ce rythme de 24 heures, régulant le sommeil, la température corporelle, la sécrétion hormonale, la photosynthèse et d'innombrables autres processus physiologiques. L'alternance thermique qui en découle conditionne également les cycles atmosphériques locaux, comme les brises de mer et de terre, qui s'inversent entre le jour et la nuit sous l'effet du réchauffement et du refroidissement différentiels des surfaces terrestres et marines.

Fuseaux horaires.
Puisque la Terre effectue une rotation complète de 360° en 24 heures, elle tourne de 15° par heure. Ce constat simple est à l'origine du système des fuseaux horaires : la surface du globe a été découpée en 24 tranches longitudinales théoriques de 15° chacune, à l'intérieur desquelles l'heure légale est conventionnellement identique. Le méridien de référence est le méridien de Greenwich, dit méridien zéro ou méridien origine, qui traverse le Royal Observatory de Londres et à partir duquel les fuseaux sont numérotés en heures positives vers l'est et négatives vers l'ouest.

Ce système a été adopté progressivement à partir de la fin du XIX^e siècle, sous l'impulsion du développement des chemins de fer et du télégraphe, qui rendaient insupportable la multiplicité des heures locales. Avant cette standardisation, chaque ville fixait son heure en fonction du passage du Soleil au méridien local, ce qui entraînait des différences de quelques minutes entre des villes voisines, incompatibles avec la gestion des horaires ferroviaires. La conférence internationale de Washington de 1884 établit officiellement le méridien de Greenwich comme référence mondiale.

Dans la pratique, les frontières des fuseaux horaires ne suivent pas des lignes méridionales rigoureuses. Elles sont déformées pour respecter des unités politiques, administratives ou économiques : un pays préfère souvent partager une même heure légale sur tout son territoire, même si celui-ci s'étend sur plusieurs fuseaux théoriques. La Chine, par exemple, applique une heure unique sur l'ensemble de son territoire pourtant large de cinq fuseaux théoriques. À l'inverse, certains pays ou territoires utilisent des décalages de 30 ou 45 minutes par rapport à l'heure pleine, comme l'Inde (UTC+5:30), le Népal (UTC+5:45) ou l'Australie du Sud (UTC+9:30).

La ligne de changement de date, placée approximativement sur le méridien 180°, est le lieu conventionnel où la date change : en la franchissant vers l'ouest, on avance d'un jour; vers l'est, on recule d'un jour. Cette ligne présente elle aussi des déviations importantes pour éviter de couper des archipels ou des territoires en deux dates différentes simultanées.

L'heure universelle coordonnée (UTC) sert aujourd'hui d'étalon mondial. Elle est définie par un ensemble d'horloges atomiques extrêmement précises, et constitue la base à partir de laquelle tous les fuseaux horaires sont exprimés sous forme de décalages positifs ou négatifs. L'UTC remplace l'ancien Temps Universel (UT1), directement lié à la rotation terrestre, dont les légères irrégularités nécessitent l'insertion périodique de secondes intercalaires pour maintenir l'écart entre UTC et UT1 inférieur à 0,9 seconde.

Mouvement apparent des astres.
La rotation terrestre sur elle-même crée l'illusion que l'ensemble de la voûte céleste tourne autour de la Terre en sens inverse, c'est-à-dire d'est en ouest. Ce mouvement apparent, appelé mouvement diurne, est le plus immédiatement perceptible : le Soleil semble se lever à l'est, culminer au sud dans l'hémisphère nord, et se coucher à l'ouest; les étoiles décrivent des arcs de cercle dans le ciel nocturne; la Lune suit une trajectoire analogue.

L'axe autour duquel s'effectue ce mouvement apparent coïncide exactement avec l'axe de rotation terrestre, prolongé dans l'espace. Dans l'hémisphère nord, cet axe céleste pointe à proximité de l'étoile Polaris (l'étoile Polaire, dans la Petite Ourse), distante d'environ 433 années-lumière et située à moins d'un degré du pôle nord céleste. Dans l'hémisphère sud, le pôle sud céleste ne possède pas d'étoile brillante aussi proche. Autour de ces points fixes, toutes les étoiles semblent effectuer une rotation complète en 23 heures 56 minutes, soit la durée du jour sidéral.

Les étoiles proches du pôle (appelées circumpolaires) ne se couchent jamais sous l'horizon pour un observateur situé à une latitude suffisamment élevée : elles décrivent des cercles complets autour du pôle céleste et restent visibles toute la nuit, toute l'année. Le nombre d'étoiles circumpolaires augmente avec la latitude : au pôle, la totalité de la voûte céleste visible est circumpolaire et aucune étoile ne se lève ni ne se couche.

La hauteur à laquelle le Soleil culmine dans le ciel varie au fil de l'année en raison de la combinaison de la rotation terrestre et de la révolution orbitale, ainsi que de l'obliquité de l'axe. Mais c'est bien la rotation quotidienne qui produit le déplacement continu et régulier du Soleil d'heure en heure. À l'équinoxe, le Soleil se lève exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest, quel que soit le lieu d'observation sur Terre. Sa vitesse de déplacement angulaire apparent est d'environ 15° par heure, soit un diamètre solaire (environ 0,5°) toutes les deux minutes environ, ce qui est perceptible à l'oeil nu lors d'un coucher ou d'un lever.

Le mouvement apparent des astres a été pendant des millénaires le fondement de la navigation astronomique, de la mesure du temps et de l'élaboration des calendriers. La reconnaissance du fait que ce mouvement est une illusion due à la rotation terrestre (et non un mouvement réel des astres) est l'une des révolutions conceptuelles majeures de l'astronomie, fermement établie par les travaux de Copernic, Galilée et Newton.

Effet Coriolis.
L'effet Coriolis est une conséquence directe de la rotation terrestre sur le comportement des objets en mouvement à la surface du globe. Dans un référentiel tournant comme la Terre, tout corps se déplaçant librement (masse d'air, courant océanique, projectile balistique) subit une déviation apparente par rapport à sa trajectoire rectiligne théorique. Cette déviation n'est pas due à une force réelle agissant sur le corps, mais à la rotation du référentiel lui-même : c'est une force fictive ou pseudo-force, mathématiquement nécessaire pour décrire correctement le mouvement dans un repère non inertiel.

La règle de déviation est simple : dans l'hémisphère nord, tout corps en mouvement est dévié vers la droite par rapport à sa direction de déplacement; dans l'hémisphère sud, la déviation s'effectue vers la gauche. À l'équateur, l'effet est nul. Son intensité est proportionnelle à la vitesse du corps, à la latitude (maximale aux pôles), et à la vitesse de rotation angulaire de la Terre.

L'intensité de cet effet est exprimée par le paramètre de Coriolis
f = 2Ω sin φ, où Ω est la vitesse angulaire de rotation terrestre (7,27.10^-5 rad/s) et φ est la latitude. Plus on s'éloigne de l'équateur, plus f est grand et plus l'effet est marqué.

Les courants océaniques sont soumis au même mécanisme. Les grands gyres océaniques (ces systèmes de courants circulaires à l'échelle des bassins) sont en grande partie organisés par l'effet Coriolis conjointement aux vents de surface. Dans l'hémisphère nord, les gyres tournent dans le sens horaire; dans l'hémisphère sud, dans le sens antihoraire. Les courants comme le Gulf Stream dans l'Atlantique nord sont des expressions directes de cette dynamique.

En balistique à longue portée, l'effet Coriolis est suffisamment important pour devoir être pris en compte dans les calculs de tir. Un obus ou un missile parcourant plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres s'écarte notablement de la trajectoire qu'il aurait dans un espace non tournant. De même, dans le domaine spatial, les trajectoires des fusées et des satellites sont calculées en tenant compte de la rotation terrestre, ce qui constitue d'ailleurs un avantage : les lancements vers l'est profitent de la vitesse de rotation de la Terre pour gagner de l'énergie cinétique.

Aplatissement aux pôles.
La Terre n'est pas une sphère parfaite. Sa rotation engendre une force centrifuge qui s'exerce perpendiculairement à l'axe de rotation, et dont l'intensité est maximale à l'équateur (où la distance à cet axe est la plus grande) et nulle aux pôles. Lors de la formation et de la consolidation de la planète, alors que les matériaux étaient encore suffisamment plastiques pour se redistribuer, cette force a provoqué un renflement de la matière à l'équateur et un aplatissement aux pôles.

La forme réelle de la Terre est celle d'un ellipsoïde de révolution aplati, parfois appelé géoïde dans sa définition plus précise qui tient compte des irrégularités de la répartition des masses internes. Le rayon équatorial est d'environ 6378 km, tandis que le rayon polaire n'est que d'environ 6357 km, soit une différence d'environ 21 km. L'aplatissement f est défini comme le rapport (Réquateur − Rpôle) / Réquateur, et vaut approximativement 1/298,257, soit environ 0,335 %. Cette valeur est faible, mais géodésiquement significative.

Cet aplatissement a des conséquences directes sur l'intensité de la pesanteur en surface. La pesanteur résulte de la combinaison de la gravitation newtonienne et de la force centrifuge due à la rotation. À l'équateur, on est plus éloigné du centre de la Terre, la force gravitationnelle est donc légèrement plus faible; de surcroît, la force centrifuge y est maximale et s'oppose partiellement à la gravité. Ces deux effets conjugués font que la pesanteur est plus faible à l'équateur (environ 9,78 m/s²) qu'aux pôles (environ 9,83 m/s²), une différence d'environ 0,5 %. En pratique, un objet pesant 100 kg à l'équateur pèse environ 100,5 kg aux pôles, ce qui a des implications concrètes pour la métrologie, la balistique et la géodésie.

Le renflement équatorial joue également un rôle important en mécanique céleste. La masse supplémentaire concentrée à l'équateur perturbe le champ gravitationnel terrestre, ce qui a des effets mesurables sur les orbites des satellites artificiels : leurs plans orbitaux précèdent lentement autour de l'axe polaire, un phénomène appelé précession des noeuds, exploité délibérément pour les orbites héliosynchrones des satellites d'observation. C'est aussi ce renflement équatorial qui est la cible préférentielle de l'attraction lunaire et solaire, et qui est à l'origine de la précession des équinoxes à l'échelle des millénaires, bouclant ainsi le lien entre l'aplatissement terrestre et la dynamique à long terme de l'axe de rotation.

Ralentissement progressif.
Le ralentissement de la rotation terrestre est un phénomène continu, dont le moteur principal est l'interaction gravitationnelle entre la Terre et la Lune, amplifiée dans une moindre mesure par l'attraction du Soleil.

La Lune exerce une force de gravité qui déforme légèrement la Terre, en particulier ses océans. Cette déformation crée les marées, mais en raison de la rotation terrestre, plus rapide que la révolution de la Lune autour de la Terre, le bourrelet de marée ne se trouve pas exactement dans l'axe Terre-Lune : il est entraîné légèrement en avance par la rotation. Ce décalage angulaire fait que la masse du bourrelet exerce en retour une traction gravitationnelle sur la Lune, lui transmettant de l'énergie orbitale, tandis que la réaction de cette traction sur la Terre s'oppose à sa rotation. C'est ce couple de freinage qui constitue le mécanisme fondamental du ralentissement.

Les marées océaniques jouent le rôle le plus important dans ce processus. Lorsque les masses d'eau se déplacent sous l'effet des forces de marée, elles frottent contre les fonds marins, notamment dans les mers peu profondes comme les plateaux continentaux, la mer du Nord ou la baie de Fundy. Cette dissipation d'énergie par friction visqueuse et turbulence convertit l'énergie cinétique de rotation de la Terre en chaleur, ralentissant ainsi progressivement la planète. On estime que les marées océaniques sont responsables d'environ 98 % de la dissipation totale d'énergie rotationnelle.

Les marées solides, c'est-à-dire la déformation de la croûte et du manteau terrestre sous l'effet des forces de marée, contribuent également, mais dans une proportion bien moindre. La Terre n'est pas un corps parfaitement rigide : ses roches se déforment élastiquement, et cette déformation engendre aussi une dissipation d'énergie par frottement interne, bien que beaucoup plus faible que celle des océans.

Le bilan énergétique de ce mécanisme est régi par la conservation du moment cinétique total du système Terre-Lune. L'énergie et le moment angulaire perdus par la rotation terrestre sont en grande partie transférés à l'orbite lunaire. La Lune accélère donc légèrement sur son orbite, ce qui, contre-intuitivement, l'éloigne de la Terre (un corps en orbite plus haute se déplace en réalité moins vite, mais possède un moment cinétique orbital plus grand). Cet éloignement est mesuré avec précision grâce aux réflecteurs laser déposés sur la Lune par les missions Apollo : il est d'environ 3,8 cm par an.

Le ralentissement lui-même est extrêmement lent à l'échelle humaine. La durée du jour augmente d'environ 1,4 à 2 milliseconde par siècle. Pourtant, projeté sur des milliards d'années, l'effet est considérable. Les archives géologiques en témoignent : l'étude des stromatolithes fossiles et des coraux anciens, dont les couches de croissance reflètent les cycles journaliers et annuels, indique qu'il y a 500 millions d'années, l'année comptait environ 420 jours, et le jour ne durait que 21 heures environ. À l'époque de la formation de la Terre, il y a 4,5 milliards d'années, la rotation était si rapide que le jour ne durait peut-être que 6 à 8 heures.

À ce ralentissement de fond s'ajoutent des variations à plus court terme, irrégulières et de sens parfois contraire. Les mouvements de masse à l'intérieur de la Terre (notamment dans le noyau externe liquide, dont les flux de métal fondu peuvent modifier légèrement la répartition du moment cinétique interne) provoquent des fluctuations de la durée du jour sur des échelles de temps de quelques années à quelques décennies. De même, les phénomènes saisonniers comme les déplacements de masses atmosphériques, la fonte et l'accumulation des glaces polaires, ou encore les variations du niveau des nappes phréatiques, induisent de petites accélérations ou décélérations périodiques de la rotation. Ces effets sont suffisamment significatifs pour nécessiter l'ajout régulier de secondes intercalaires au temps universel coordonné (UTC), afin de maintenir la synchronisation entre les horloges atomiques et la rotation réelle de la Terre.

À très long terme, si aucun autre phénomène n'intervenait, la Terre et la Lune tendraient vers un état de rotation synchrone mutuelle, dans lequel la Terre présenterait toujours la même face à la Lune,  comme la Lune le fait déjà avec la Terre aujourd'hui. La durée du jour terrestre serait alors égale à la période orbitale de la Lune, soit environ 47 jours actuels. Cet état final de verrouillage gravitationnel est cependant si lointain dans le temps que le Soleil sera devenu une géante rouge bien avant qu'il soit atteint.

Preuves de la rotation de la Terre.
Les étoiles ne tournent pas réellement autour de la Terre, venons-nous de dire, leur mouvement diurne n'est qu'une apparence produite par le mouvement de rotation de la Terre. Cette proposition qui ne pose aujourd'hui aucun problème a été dans le passé l'objet de débats. De fait, la rotation de la Terre ne s'observe pas directement à l'oeil nu : on ne sent pas la Terre tourner, et pendant la majeure partie de l'histoire humaine, c'est l'hypothèse inverse (un cosmos en rotation autour d'une Terre immobile) qui a prévalu, même si l'hypothèse de la possible la rotation de la Terre est ancienne. Elle a été formulée dès l'Antiquité par des auteurs comme Héraclide du Pont et Aristarque de Samos. Au Moyen Âge, leurs thèses furent encore discutées par Buridan et Oresme, puis, à partir la Renaissance, la cosmologie copernicienne, reprenant d'ailleurs certains arguments avancés au Moyen Âge, installe les bases de la vision qui s'imposera finalement au XVII^e siècle, même si c'est au prix de quelques convulsions comme le procès de Galilée. 

A l'époque, il est vrai, les défenseurs de la rotation de la Terre ne disposaient encore que d'arguments reposant sur la vraisemblance. Le premier reposait, justement, sur l'invraisemblance de la révolution réelle des astres selon ce que montre le mouvement diurne. Eu égard à leurs distances, il faudrait que les étoiles se déplacent à des vitesses gigantesque pour parvenir à boucler un tour en une seule journée; il faudrait aussi pouvoir expliquer pourquoi toutes sont animées exactement du même mouvement. Le second argument reposait sur une analogie : les autres planètes, le Soleil, la Lune, etc., tournent sur eux-mêmes. Il est difficile de croire que la Terre échapperait à cette règle. Les arguments les plus probants seront pour la plupart de nature dynamique et, mis bout à bout, convergeront vers une image cohérente du phénomène. 

La première preuve expérimentale directe et convaincante fut ainsi fournie en 1851 par Léon Foucault  qui suspendit un pendule de 67 mètres de longueur sous la coupole du Panthéon à Paris, muni d'une pointe traçant son passage sur un lit de sable. Le plan d'oscillation d'un pendule libre, en l'absence de toute perturbation, doit rester fixe par rapport à un référentiel inertiel, c'est-à-dire par rapport aux étoiles lointaines. Or, l'expérience montra que ce plan semblait tourner progressivement par rapport au sol, d'environ 11° par heure à la latitude de Paris, dans le sens des aiguilles d'une montre. L'interprétation est la suivante : ce n'est pas le plan du pendule qui tourne, mais bien le sol (et donc la Terre) qui se dérobe sous lui. La vitesse de rotation apparente du plan dépend de la latitude : elle est de 15° par heure aux pôles (rotation complète en 24 heures), et s'annule à l'équateur, conformément aux prédictions théoriques. Cette expérience, répétable et quantitativement exacte, constitua la première démonstration physique accessible au public de la rotation terrestre.

L'expérience du gyroscope, ou gyrocompas, fournit une preuve de même nature. Un gyroscope dont l'axe de rotation est libre conserve son orientation dans l'espace inertiel. Si la Terre tourne, l'axe d'un gyroscope initialement orienté dans une direction quelconque semblera se déplacer par rapport aux repères terrestres. Un gyroscope dont l'axe est initialement horizontal finit par s'aligner spontanément avec l'axe de rotation terrestre, c'est-à-dire pointer vers le nord géographique, et non le nord magnétique. Ce phénomène, exploité dans les gyrocompas de navigation, est une conséquence directe et mesurable de la rotation de la Terre.

L'aplatissement des pôles, évoqué précédemment, constitue également une preuve. Newton avait prédit dès la fin du XVII^e siècle que si la Terre était en rotation, la force centrifuge devait provoquer un renflement équatorial et un aplatissement polaire. Des expéditions géodésiques menées au XVIII^e siècle (notamment celle de Maupertuis en Laponie (1736-1737) et celle de La Condamine en Équateur (1735-1744)) confirmèrent que le degré de méridien était plus long près du pôle qu'à l'équateur, prouvant ainsi l'aplatissement prédit. Celui-ci n'a de sens physique que si la Terre est en rotation : une planète sphérique au repos n'aurait aucune raison de présenter ce renflement équatorial.

Les variations de la pesanteur mesurées à différentes latitudes s'inscrivent dans le même raisonnement. La pesanteur est légèrement plus faible à l'équateur qu'aux pôles, non seulement parce que l'on y est plus éloigné du centre de la Terre, mais aussi parce que la force centrifuge liée à la rotation s'y oppose partiellement à l'attraction gravitationnelle. Ces variations sont mesurables avec précision par des gravimètres, et leurs valeurs correspondent exactement aux prédictions calculées à partir de la vitesse de rotation terrestre connue. Une Terre immobile devrait présenter des valeurs de pesanteur uniformes, ce qui n'est pas le cas.

La déviation vers l'est des corps en chute libre est une preuve plus subtile. Un objet lâché depuis une grande hauteur ne tombe pas exactement à la verticale du point de lâcher : il dévie légèrement vers l'est. Ce phénomène s'explique par le fait que le sommet d'une tour se déplace vers l'est légèrement plus vite que sa base, puisqu'il est plus éloigné de l'axe de rotation et donc soumis à une vitesse linéaire plus grande. L'objet lâché conserve cette vitesse initiale vers l'est supérieure à celle du sol, et tombe donc un peu en avant du point situé à la verticale de son point de départ. Cette déviation, prédite par Newton, fut mesurée expérimentalement dès le XVIII^e siècle, notamment par Giovanni Battista Guglielmini à Bologne entre 1789 et 1792, puis confirmée avec plus de précision par d'autres expérimentateurs au XIX^e siècle.

L'effet Coriolis, dont les manifestations ont été décrites précédemment, constitue en lui-même une preuve observationnelle permanente. La rotation systématique des cyclones dans des sens opposés selon l'hémisphère, la déviation des vents vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud, l'organisation des grands gyres océaniques, l'usure asymétrique des rails de chemin de fer (plus prononcée sur le rail droit dans l'hémisphère nord en raison de la déviation des trains) sont autant de manifestations cohérentes et quantifiables d'une unique cause : la rotation de la Terre. L'ensemble de ces phénomènes est prédit avec une précision remarquable par les équations de la mécanique dans un référentiel tournant, et ne trouverait aucune explication cohérente dans un modèle de Terre immobile.

Le mouvement apparent des étoiles fournit une preuve supplémentaire lorsqu'il est analysé rigoureusement. Les étoiles décrivent des arcs de cercle autour du pôle céleste, dont la vitesse angulaire est constante et identique pour toutes, quelle que soit leur distance. Si c'était la voûte céleste qui tournait réellement, cela supposerait que des objets distants de plusieurs milliers d'années-lumière effectuent des trajectoires circulaires de dimensions colossales en seulement 24 heures, à des vitesses fantastiquement supérieures à celle de la lumière. Une telle hypothèse est physiquement absurde. La seule explication cohérente est que les étoiles sont fixes et que c'est l'observateur (solidaire de la Terre) qui est en rotation.

La mesure directe par interférométrie à très longue base (VLBI = Very Long Baseline Interferometry) constitue aujourd'hui la preuve la plus précise. Cette technique combine les signaux radio reçus par des radiotélescopes séparés de plusieurs milliers de kilomètres, en les corrélant pour obtenir une résolution angulaire extrême. En comparant en continu les positions apparentes de quasars (des objets extragalactiques si distants qu'ils peuvent être considérés comme absolument fixes dans l'espace) les réseaux VLBI mesurent directement et en temps réel la rotation de la Terre, avec une précision de l'ordre du microarcseconde. Ces mesures permettent non seulement de confirmer la rotation, mais aussi d'en suivre les infimes variations de vitesse, les balancements de l'axe, et les irrégularités liées aux mouvements atmosphériques ou du noyau.

Les satellites artificiels et la navigation par GPS apportent une confirmation quotidienne et technologiquement critique. Les orbites des satellites sont calculées dans un référentiel inertiel, indépendant de la rotation terrestre. Pour qu'un signal GPS permette de localiser un récepteur au sol avec une précision métrique ou submétrique, il faut que la rotation de la Terre soit prise en compte avec une exactitude extrême dans les algorithmes de calcul. Le fait que le système GPS fonctionne (et fonctionne précisément) constitue une validation permanente et pratique du modèle de rotation terrestre. Toute erreur dans la valeur ou la description de cette rotation se traduirait immédiatement par des erreurs de positionnement cumulatives et aisément détectables.

Enfin, le ralentissement progressif de la rotation, attesté comme on l'a vu par les archives géologiques et biologiques fossiles, ferme la boucle de manière éloquente. Le fait que des organismes ayant vécu il y a 500 millions d'années enregistrent dans leurs structures de croissance des années d'environ 420 jours, et que cet enregistrement soit cohérent avec les lois physiques de la dissipation par marées et de la conservation du moment cinétique, démontre que la rotation terrestre s'inscrit bien dans un cadre dynamique précis et vérifiable. 

Emmanuel Di Folco, Pourquoi le Terre tourne-t-elle?, Le Pommier, 2006. - Pourquoi la Terre tourne-t-elle? Quels sont précisément les mouvements de notre planète? Sont-ils vraiment inaccessibles à nos sens? Quelles sont leurs conséquences? Quand et comment la Terre a-t-elle commencé de tourner? Tournera-t-elle toujours? Pour les plus jeunes... (couv.). Alexandre Koyré, Chute des corps et mouvement de la Terre de Kepler à Newton, Vrin.