Il y a les phrases qu'on répète sans y penser, et les chiffres qui les rendent réellement stupéfiantes. « Le Soleil et la Lune font la même taille dans le ciel » fait partie des premières. Elle est vraie, tout le monde l'a vérifiée le 12 août dernier en regardant le disque lunaire mordre celui du Soleil. Mais elle ne prend son épaisseur que lorsqu'on ouvre le tableau des mesures et qu'on compare les ordres de grandeur.
Alors ouvrons-le. Diamètres, masses, distances moyennes, distances extrêmes, tailles apparentes en minutes d'arc, vitesse d'éloignement : voici les nombres officiels, tels que les publient la NASA, l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) rattaché à l'Observatoire de Paris, et les catalogues d'éclipses de référence. Aucun n'est arrondi au hasard, et plusieurs sont franchement difficiles à se représenter.
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- Le Soleil mesure environ 1 392 000 km de diamètre, la Lune environ 3 475 km : un rapport de 400.
- Le Soleil est à environ 149,6 millions de km de nous, la Lune à 384 400 km en moyenne : un rapport de 389. D'où la même taille apparente, environ un demi-degré.
- La Lune s'éloigne de 3,8 cm par an. Dans quelque 600 millions d'années, elle sera trop petite pour couvrir le Soleil : plus aucune éclipse totale.
Deux astres que rien ne rapproche, sauf un angle
Commençons par la comparaison la plus brutale. Si l'on posait la Lune sur le Soleil, il faudrait environ 400 exemplaires de notre satellite alignés bout à bout pour traverser l'étoile de part en part. En volume, l'écart devient inconcevable : le Soleil pourrait contenir plus de 64 millions de Lunes. Et si l'on compare des choses plus familières, la NASA rappelle qu'il faudrait environ 1,3 million de Terres pour remplir le volume du Soleil, et près de 333 000 Terres pour égaler sa masse.
Rien, absolument rien dans la nature physique de ces deux corps ne les rapproche. L'un est une boule de plasma dont la surface avoisine 5 500 °C et le cœur 15 millions de degrés. L'autre est un caillou rocheux, sans atmosphère, dont la masse représente à peine 1,2 % de celle de la Terre, soit environ un quatre-vingtième. Le seul point commun des deux, c'est l'angle sous lequel ils nous apparaissent. Cette coïncidence n'a rien d'obligatoire, et nous lui devons le plus beau spectacle du ciel : nous avons consacré un article entier à son improbabilité. Ici, place aux mesures.
Le Soleil : 1 392 000 km de diamètre et 149,6 millions de km de distance
Le diamètre du Soleil est établi à environ 1 391 400 km, valeur qu'on arrondit couramment à 1 392 000 km. Son rayon nominal, celui que retiennent les astronomes, est de 695 700 km. Autrement dit, la distance Terre-Lune, qui nous semble déjà un abîme, tiendrait moins de deux fois dans le seul rayon solaire, et un peu plus de trois fois et demie dans le diamètre complet de l'étoile.
La distance Terre-Soleil, elle, sert d'étalon à toute l'astronomie : c'est l'unité astronomique, fixée par convention internationale à 149 597 870,7 km. On l'arrondit à 149,6 millions de km, ou 150 millions dans la conversation courante. Mais cette distance n'est qu'une moyenne, car l'orbite terrestre est une ellipse. Au périhélie, début janvier, la Terre s'approche à environ 147,1 millions de km : l'IMCCE a mesuré 147 103 686 km pour le passage de janvier 2025. À l'aphélie, début juillet, elle s'éloigne à environ 152,1 millions de km, soit 152 093 250 km pour le passage de juillet 2023. Cinq millions de kilomètres d'écart, sans le moindre effet sur les saisons, contrairement à ce qu'on imagine souvent.
Un dernier repère, plus poétique : la lumière du Soleil met 8 minutes et 19 secondes à nous parvenir. Le Soleil que vous regardez au coucher a quitté sa surface avant que vous ne sortiez de chez vous.
La Lune : 3 475 km de roche à 384 400 km de nous
La Lune affiche un rayon moyen de 1 737,4 km, soit un diamètre d'environ 3 475 km. Ramené à des repères terrestres, cela correspond grosso modo à la distance Brest-Le Caire. Notre satellite est donc à peine plus du quart de la Terre en diamètre, cette dernière mesurant 12 742 km en moyenne.
Sa distance moyenne à la Terre est de 384 400 km, plus précisément 384 399 km pour le demi-grand axe de son orbite. C'est déjà neuf fois et demie le tour complet de notre planète, qui fait 40 075 km à l'équateur. Là encore, l'orbite est elliptique : la Lune s'approche à 362 600 km en moyenne au périgée et s'éloigne à 405 400 km en moyenne à l'apogée, avec des extrêmes qui descendent vers 356 500 km et montent jusqu'à 406 700 km selon les configurations. Un écart de plus de 12 %, largement suffisant pour changer la nature d'une éclipse.
Elle parcourt son orbite à environ 1,022 km/s, soit près de 3 680 km/h, et revient à la même phase tous les 29 jours 12 heures 44 minutes, la fameuse lunaison. Sa lumière, elle, ne met qu'environ 1,3 seconde à nous atteindre.
Tous les chiffres réunis dans un tableau
| Grandeur | Soleil | Lune | Rapport |
|---|---|---|---|
| Diamètre | environ 1 391 400 km | environ 3 475 km | 400 pour 1 |
| Rayon | 695 700 km | 1 737,4 km | 400 pour 1 |
| Distance moyenne à la Terre | 149 597 870 km (1 unité astronomique) | 384 400 km | 389 pour 1 |
| Distance minimale | environ 147,1 millions de km (périhélie) | environ 356 500 km (périgée) | |
| Distance maximale | environ 152,1 millions de km (aphélie) | environ 406 700 km (apogée) | |
| Diamètre apparent vu de Terre | environ 31,5' à 32,5' d'arc | 29,3' à 34,1' d'arc | quasi identique |
| Masse comparée à la Terre | environ 333 000 fois | environ 0,0123 fois (un quatre-vingtième) | |
| Temps de trajet de la lumière | 8 min 19 s | environ 1,3 s |
Le tableau met en évidence la seule ligne qui compte pour les éclipses : celle des diamètres apparents. Le Soleil oscille dans une fourchette étroite, autour d'un demi-degré. La Lune, elle, balaie une fourchette bien plus large, de 29,3 à 34,1 minutes d'arc. Autrement dit, la Lune passe une partie de l'année en dessous du Soleil en taille apparente, et une autre partie au-dessus.
Périgée, apogée, périhélie : les variations qui font les totales et les annulaires
C'est ici que les chiffres cessent d'être décoratifs et deviennent décisifs. Une éclipse de Soleil est totale si, ce jour-là, le disque lunaire est apparemment plus grand que le disque solaire. Elle est annulaire si c'est l'inverse : la Lune, trop petite, laisse dépasser un anneau de lumière tout autour d'elle.
Le scénario le plus favorable combine donc une Lune proche du périgée et une Terre proche de l'aphélie, en juillet. La Lune paraît alors au maximum de sa taille, le Soleil au minimum de la sienne, et la totalité peut durer plusieurs minutes. Le scénario inverse, Lune à l'apogée et Terre au périhélie en janvier, donne mécaniquement une éclipse annulaire, parfois très longue : celle du 26 janvier 2028 offrira jusqu'à 10 minutes 27 secondes d'anneau.
Le diamètre apparent de la Lune varie de plus de 12 % au fil du mois, celui du Soleil de 3 % seulement sur l'année. C'est cette différence d'amplitude qui décide, éclipse après éclipse, entre l'anneau de feu et la nuit en plein jour.
Une conséquence contre-intuitive de ces nombres mérite d'être signalée : le diamètre apparent moyen de la Lune est légèrement inférieur à celui du Soleil. Sur le long terme, les éclipses annulaires sont donc un peu plus fréquentes que les éclipses totales. La nuit en plein jour est bien la version rare du phénomène.
3,8 centimètres par an : le chiffre qui condamne les éclipses totales
Le nombre le plus troublant du dossier n'est ni un diamètre ni une distance, mais une vitesse. La Lune s'éloigne de la Terre d'environ 3,8 cm par an. Ce n'est pas une estimation théorique : la valeur est mesurée depuis 1969 par tir laser sur les réflecteurs déposés à la surface lunaire par les missions Apollo 11, 14 et 15, une expérience à laquelle la station française de la Côte d'Azur participe. L'interprétation la plus récente de ces cinq décennies de mesures donne 3,83 cm par an.
La cause est le frottement des marées. L'attraction lunaire déforme les océans terrestres, mais la Terre tourne plus vite que la Lune n'orbite : le bourrelet de marée est légèrement en avance sur la Lune et la tire vers l'avant, ce qui l'expulse doucement vers une orbite plus haute. En retour, la Terre freine et nos journées s'allongent imperceptiblement.
Trois virgule huit centimètres, c'est une fois et demie le diamètre d'une pièce de 2 euros. Étalé sur un million d'années, cela fait 38 kilomètres. Sur des centaines de millions d'années, l'effet devient fatal au spectacle : les astronomes estiment que dans environ 600 millions d'années, la Lune sera devenue trop lointaine, donc trop petite dans notre ciel, pour recouvrir entièrement le Soleil. Il ne restera que des éclipses annulaires et partielles. Nous vivons, à l'échelle du système solaire, dans la brève fenêtre où les totales sont possibles.
Quelques comparaisons pour se représenter le vertige
Les chiffres bruts restent abstraits tant qu'on ne les ramène pas à notre échelle. Voici quatre transpositions qui fonctionnent bien, et qui sont toutes calculables à partir du tableau ci-dessus.
- La maquette d'une bille. Réduisez la Terre à une bille de 1 cm de diamètre. La Lune devient un grain de 2,7 mm, placé à 30 cm. Le Soleil, lui, devient un ballon de 1,09 m de diamètre, posé à 117 mètres de la bille. Aucune image de manuel scolaire ne respecte cette échelle : elle ne tient pas sur une page.
- Le trajet en voiture. À 130 km/h sans jamais s'arrêter, rejoindre la Lune prendrait environ 123 jours. Rejoindre le Soleil demanderait environ 131 ans.
- Le demi-degré. La taille apparente commune du Soleil et de la Lune, un peu plus d'un demi-degré, correspond à celle d'une pièce de 1 euro tenue à environ 2,70 mètres de l'œil. C'est minuscule, et c'est pourtant tout l'enjeu d'une éclipse.
- Le couloir Terre-Lune. Alignées bout à bout, les sept autres planètes du système solaire totalisent environ 380 000 km en diamètres moyens, et près de 388 000 km si l'on retient les diamètres équatoriaux. Elles tiennent donc, tout juste, dans l'espace qui nous sépare de la Lune, et sans aucune difficulté lorsque celle-ci est à l'apogée.
Retenez surtout la double coïncidence du 400 : quatre cents fois plus large, quatre cents fois plus loin. Deux nombres qui n'ont aucune raison d'être égaux, qui ne l'ont pas toujours été et qui ne le resteront pas. Chaque éclipse totale est donc un peu plus qu'un beau spectacle : c'est un instantané d'une configuration temporaire, dans laquelle nous avons la chance d'être nés.
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