Distance Terre-Lune : combien de kilomètres, et pourquoi ça varie

Levez le pouce à bout de bras un soir de pleine Lune : il suffit à la cacher entièrement. Elle paraît presque à portée de main, et pourtant il faudrait près de quatre mois de route sans arrêt, à 130 km/h, pour la rejoindre en voiture. La réponse tient en un chiffre rond, mais ce chiffre bouge chaque mois, et même d’une année à l’autre. Voici ce que vaut vraiment la distance Terre-Lune, pourquoi elle change, et comment les astronomes la mesurent aujourd’hui à quelques millimètres près.

384 400 kilomètres, en moyenne

La valeur de référence, celle que donne la NASA dans sa fiche consacrée à la Lune, est de 384 400 kilomètres. L’agence propose une image parlante : on pourrait aligner une trentaine de planètes de la taille de la Terre dans l’intervalle. Avec un diamètre terrestre d’environ 12 700 kilomètres, le compte tombe juste.

Autre façon de se représenter cet écart : la lumière, qui parcourt près de 300 000 kilomètres chaque seconde, met un peu moins d’une seconde et demie pour aller de la Lune jusqu’à nous. Quand vous regardez la Lune, vous la voyez donc telle qu’elle était 1,3 seconde plus tôt.

Cette distance représente une soixantaine de fois le rayon de la Terre, rayon que les Grecs avaient su estimer bien avant l’ère spatiale, comme le raconte l’histoire de ceux qui ont découvert que la Terre est ronde. Et en un tour complet, la Lune parcourt quelque 2,4 millions de kilomètres, un calcul qui ne demande que le rayon de son orbite et le nombre pi.

Pourquoi la distance change chaque mois

Le mot « moyenne » n’est pas là pour faire joli. L’orbite de la Lune n’est pas un cercle mais une ellipse, un cercle légèrement étiré, et la Terre n’en occupe pas le centre. Au cours d’un même tour, la Lune passe donc par un point le plus proche, le périgée, et un point le plus éloigné, l’apogée. Selon l’Observatoire de Paris et son institut de mécanique céleste, l’IMCCE, la distance varie ainsi chaque mois entre environ 356 000 et 406 000 kilomètres. Et ces extrêmes eux-mêmes changent d’un mois à l’autre, car l’attraction du Soleil déforme sans cesse l’orbite lunaire.

Cet écart de 50 000 kilomètres se voit. Au périgée, le disque lunaire est environ 14 % plus large qu’à l’apogée. Quand une pleine Lune tombe près du périgée, on parle de « super Lune » ; l’IMCCE réserve ce terme aux pleines Lunes situées à moins de 356 600 kilomètres. À l’œil nu, la différence reste difficile à juger, faute de point de comparaison. Rien à voir, en tout cas, avec la Lune géante qui se lève derrière les toits : celle-là est une illusion d’optique.

Ces variations sont sans rapport avec les phases de la Lune, qui dépendent de l’angle sous lequel nous voyons sa moitié éclairée, pas de la distance.

Comment on la mesure au centimètre près

Pendant des siècles, on a calculé cette distance par triangulation, en comparant la position de la Lune vue depuis deux lieux éloignés. Depuis 1969, on procède plus directement : on lui envoie de la lumière et on attend qu’elle revienne.

Les astronautes des missions Apollo 11, 14 et 15, puis deux missions soviétiques, Luna 17 et Luna 21, ont déposé sur le sol lunaire cinq panneaux de réflecteurs, des assemblages de prismes qui renvoient la lumière exactement dans la direction d’où elle vient. Des stations au sol, dont celle de l’Observatoire de la Côte d’Azur sur le plateau de Calern, près de Grasse, tirent de brèves impulsions laser vers ces cibles et chronomètrent l’aller-retour, environ deux secondes et demie. La lumière ayant une vitesse parfaitement connue, le temps donne la distance. D’après l’Observatoire de Paris, cette télémétrie permet de calculer le mouvement de la Lune avec une incertitude de l’ordre du centimètre sur dix ans, et elle a même servi à estimer la taille du noyau lunaire.

L’exercice est d’une difficulté redoutable : le faisceau s’élargit en route, les réflecteurs ne mesurent que quelques dizaines de centimètres, et seule une infime fraction de la lumière envoyée revient jusqu’au télescope.

Une Lune qui s’éloigne lentement

Ces mesures ont révélé un fait que l’on soupçonnait : la Lune s’éloigne de nous. L’Observatoire de Paris chiffre ce recul à 3,83 centimètres par an, mesurés depuis 1969. La cause est à chercher du côté des marées. La Lune soulève les océans terrestres, et le frottement de ces masses d’eau freine peu à peu la rotation de la Terre, dont les journées s’allongent imperceptiblement. En contrepartie, la Lune gagne de l’énergie et monte sur une orbite plus large.

À l’échelle d’une vie humaine, c’est moins de quatre mètres. Sur des milliards d’années, l’effet change tout, et reconstituer l’histoire du couple Terre-Lune reste un problème de recherche que l’IMCCE s’attache à accorder avec les archives géologiques.

Pour sentir cette distance autrement que par un chiffre, faites l’essai aux prochaines pleines Lunes : photographiez-la avec le même appareil et le même zoom, un soir où elle est proche du périgée puis quelques mois plus tard près de l’apogée (les éphémérides de l’IMCCE donnent les dates), et superposez les deux images. La différence de taille saute aux yeux, alors qu’elle échappe presque entièrement au regard direct.