Ombre et pénombre

La formation des ombres

La lumière peut être arrêtée, absorbée, par un écran, comme chacun le sait. Derrière cet écran se forme une zone d'ombre. Dans tous les phénomènes que nous pouvons couramment observer, la lumière se propage en ligne droite, et la formation des ombres est un problème de géométrie très simple. L'expérience nous montre aussi que si la source lumineuse est de très petites dimensions les ombres portées ont un bord net, alors que si la source est étendue, la transition ombrelumière est douce : on dit qu'il y a une zone de pénombre. C'est pourquoi un portrait fait au flash est souvent peu flatteur : le réflecteur du flash est de très petites dimensions, et chaque imperfection du visage, soulignée par une petite ombre nette, est crûment mise en évidence; les photographes professionnels, pour les portraits, utilisent au contraire les sources lumineuses les plus grandes possibles, appelées boîtes à lumière, placées le plus près possible du modèle.

L'éclipse de Soleil

La Lune est le seul satellite naturel de la Terre. A une distance moyenne de 384000km, elle tourne autour de nous en un peu plus de 27 jours. Le plan de son orbite est différent de celui de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Cette différence d'un peu moins de 6 degrés fait que les trois astres sont assez rarement alignés. Dans ce cas, on peut avoir une éclipse. Premier cas, la Lune s'interpose entre le Soleil et la Terre. Notre satellite projette alors une ombre sur la surface terrestre. Cette ombre est floue, car le Soleil a une étendue appréciable, et ne projette donc pas d'ombres à bords nets. Il y a au centre du cône d'ombre de la Lune une partie totalement noire, d'où l'on ne peut voir aucun point du Soleil, et en périphérie une zone dégradée d'où l'on peut voir plus ou moins de cette surface. Selon la distance de la Lune à la Terre, celle-ci intersecte ou non le cône d'ombre totale. Si c'est le cas, les points de la surface terrestre situés dans cette ombre ne voient absolument plus la surface solaire, et on a une éclipse totale de Soleil, en ces points. Cette zone d'éclipse totale se déplace sans cesse sur la Terre, suivant en cela le mouvement de la Lune. En un point donné la durée de l'éclipse totale est au maximum de deux minutes et demie environ, le temps qu'il faut à la tache de l'ombre de la Lune pour défiler au dessus de l'observateur. Si ce n'est pas le cas, en tout point de la Terre, on voit encore plus ou moins de la surface solaire, et on a une éclipse partielle de Soleil. Dans le cas particulier où les trois astres sont exactement alignés, mais où la distance Terre-Lune est trop grande pour que l'on ait une éclipse totale, une mince couronne de surface solaire reste visible, et on parle alors d'éclipse annulaire de Soleil. Les éclipses de Soleil ne sont globalement pas très rares, mais par contre les éclipses totales visibles en un lieu donné le sont. Le 11 août 1999 a eu lieu au-dessus de l'Europe occidentale, de l'Europe centrale, des Balkans et du Moyen-Orient une belle éclipse totale de Soleil; c'était un événement à ne pas manquer !

L'éclipse de Lune

Cette fois, c'est la Terre qui passe entre le Soleil et la Lune. La Terre est quatre fois plus grosse que la Lune, son ombre est beaucoup plus étendue, et les conditions d'alignement et de distance sont donc beaucoup moins critiques. On observe beaucoup plus d'éclipses de Lune par la Terre que d'éclipses de Soleil. Là encore, l'astre éclipsé peut passer entièrement dans la partie centrale, opaque, de l'ombre de la Terre, et on observe une éclipse totale de Lune, ou bien passer partiellement dans cette zone opaque, et on parle d'éclipse partielle de Lune, ou enfin ne passer que dans la zone dégradée externe de l'ombre, donnant une éclipse de Lune par la pénombre, évidemment moins spectaculaire. Il faut noter que dans le cas de l'éclipse totale la Lune ne s'éteint pas complètement, mais apparaît souvent rougeoyante, un phénomène que nous expliquerons plus tard...