1 INTRODUCTION 2
1 Introduction
Lorsqu’on d´ebute en physique, on commence le plus souvent par l’´etude
de la m´ecanique. On apprend vite les lois de Newton ainsi que la loi de la
gravitation que l’on applique aux probl`emes de corps c´elestes en rotation.
Par exemple le syst`eme terre-lune ou terre-soleil. Ce probl`eme en apparence
tr`es simple est pourtant bien plus difficile qu’il n’y paraˆıt. En effet, si l’on
consid`ere un syst`eme `a 3 corps, il n’y a plus de solution analytique aux
´equations du mouvement. Il est alors impossible de pr´evoir la trajectoire
des corps par l’analyse. Il est donc impossible de pr´evoir l’´evolution exacte
du syst`eme solaire puisqu’il faut tenir compte de 10 corps (au moins) pour
obtenir les ´equations du mouvement.
Pour tenter de comprendre la trajectoire d’un tel mouvement, il faut utiliser
une simulation num´erique. C’est ce que nous allons faire dans cette ´etude.
Dans un premier temps, nous allons analyser un syst`eme double afin de
v´erifier la validit´e du sch´ema en comparant les r´esultats obtenus avec ceux
que l’on obtient par l’analyse. Dans un deuxi`eme temps, nous allons observer
l’´evolution d’un ast´ero¨ıde plac´e `a un des points de Lagrange du syst`eme
terre-lune.
2 Syst`eme double
On consid`ere un syst`eme constitu´e de deux plan`etes de masse m1 et m2
qui interagissent uniquement gravitationellement.
2.1 Conditions initiales
Le choix d’un bon r´ef´erentiel pour ce probl`eme est primordial. On sait
que le centre de masse du syst`eme n’est pas acc´el´er´e puisqu’il ne subit aucune
force externe ; il est donc en translation rectiligne `a vitesse constante. On peut
donc choisir un r´ef´erentiel li´e au centre de masse sans avoir de probl`eme. Ce
sera un r´ef´erentiel d’inertie.
On suppose connue la position et la vitesse initiale du premier corps : ~x1(0)
respectivement ~v1(0). Dans ces conditions, il faut calculer la position et la
vitesse initiale du 2`eme corps de telle sorte que leur trajectoire soit une ellipse
(dans le r´ef´erentiel du centre de masse). Cette situation est repr´esent´ee sur
l’image 1.
La position du centre de masse du syst`eme est donn´ee par :
Pimi~xi
Pimi
=m1~x1+m2~x2
m1+m2
=~xG(1)