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Limite de Roche : à quelle distance une lune est-elle disloquée par les marées ?

Calculez la limite de Roche d'une planète ou d'une étoile pour un satellite rigide ou fluide, à partir du rayon et de la masse volumique de l'astre et de celle du satellite.

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Résultats

Limite de Roche pour un satellite rigide

9 485

Limite de Roche pour un satellite fluide

18 368

L'orbite est au-delà de la limite de Roche
Limite fluide en rayons de l'astre
2,88
Orbite ÷ limite de Roche fluide
20,93

Quand les marées disloquent une lune

Un satellite est étiré par la gravité de la planète autour de laquelle il tourne, car sa face proche est attirée plus fort que sa face éloignée. Loin de la planète, la gravité propre du satellite résiste sans peine à ces forces de marée. Plus près, il existe une distance où l’étirement l’emporte : un corps tenu par sa seule gravité se disloque. C’est la limite de Roche, du nom de l’astronome Édouard Roche, professeur à l’université de Montpellier, qui l’a calculée en 1848.

Les formules

Avec R le rayon du corps principal, ρM sa masse volumique et ρm celle du satellite :

  • Satellite rigide : d ≈ 1,26 × R × (ρM ÷ ρm)^(1/3)
  • Satellite fluide : d ≈ 2,44 × R × (ρM ÷ ρm)^(1/3)

Le cas rigide traite le satellite comme une sphère solide qui garde sa forme. Le cas fluide le laisse s’allonger sous l’effet des marées, ce qui le fragilise : sa limite est environ deux fois plus éloignée. Les corps réels, faits d’éboulis, de glace et de roche dotés d’une certaine cohésion, se situent entre les deux.

Exemple : la Lune et la Terre

La Terre a un rayon de 6 371 km et une masse volumique moyenne de 5,51 g/cm³ ; celle de la Lune est de 3,34 g/cm³. Le rapport des masses volumiques vaut 1,65, dont la racine cubique est 1,18 :

  • Limite rigide : 1,26 × 6 371 × 1,18 ≈ 9 485 km du centre de la Terre
  • Limite fluide : 2,44 × 6 371 × 1,18 ≈ 18 368 km, soit 2,88 rayons terrestres
  • La distance moyenne de la Lune, 384 400 km, vaut environ 21 fois la limite fluide : elle ne court aucun risque.

Anneaux et comètes brisées

L’essentiel des anneaux de Saturne se trouve à l’intérieur de sa limite de Roche, où la glace et la roche ne peuvent pas s’agglomérer en lune. En 1992, la comète Shoemaker-Levy 9 est passée sous la limite de Roche de Jupiter et s’est fragmentée en plus de vingt morceaux, qui ont percuté la planète deux ans plus tard. Phobos, la lune de Mars, se rapproche lentement de sa planète et devrait se disloquer en anneau d’ici quelques dizaines de millions d’années.

Limites du modèle

Les formules supposent un satellite sans résistance mécanique, sur une orbite circulaire. Un petit astéroïde rocheux ou un engin spatial est tenu par des liaisons chimiques et non par la gravité : il peut orbiter bien en deçà de la limite. Le calculateur s’applique aux lunes, aux comètes et aux grands corps dont la cohésion vient surtout de leur gravité.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la limite de Roche ?

La distance en deçà de laquelle les forces de marée d'une planète ou d'une étoile l'emportent sur la gravité propre d'un satellite, qui se disloque. Elle porte le nom de l'astronome montpelliérain Édouard Roche, qui l'a calculée en 1848.

Pourquoi deux valeurs ?

Un corps rigide résiste mieux aux marées qu'un corps fluide, qui s'allonge et se brise plus loin. La formule rigide utilise un coefficient de 1,26, la formule fluide environ 2,44. Les lunes réelles se situent entre les deux.

Pourquoi les anneaux de Saturne sont-ils à l'intérieur de la limite de Roche ?

En deçà de la limite, la matière ne peut pas s'agglomérer en lune : elle reste sous forme d'anneaux de glace et de roche. L'essentiel des anneaux principaux de Saturne se trouve à l'intérieur de sa limite de Roche, ses grandes lunes au-delà.

Un satellite artificiel peut-il orbiter sous la limite de Roche ?

Oui. La Station spatiale internationale orbite bien en deçà de la limite de Roche de la Terre, car elle est tenue par sa structure et non par sa propre gravité. La limite ne concerne que les corps dont la cohésion vient surtout de la gravité.

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