Projet APERLA "Lumière du Soleil"

Le projet proposé par le centre d’astronomie de Saint-Michel l’Observatoire, en partenariat avec l’association Andromède (Marseille), l’association du planétarium Peiresc (Aix en Provence) et l’association Parsec-Astrorama (Eze), est issu d’un étroit partenariat au sein du réseau Culture science en Provence-Alpes-Côte d’Azur. Il a pour but de rapprocher les établissements de la région de sites de médiation en astronomie. Il propose aux lycéens des observations du Soleil et leur offre la possibilité d’étudier la révolution de la Lune et des satellites autour de la Terre et des planètes autour du Soleil (loi de Kepler) ainsi que les mouvements dans les galaxies et l’expansion de l’Univers.

Photo : Thomas Bresson

Objectifs pédagogiques

 

Physique-chimie :

- Illustrer la description et la mesure des objets de l’Univers (en utilisant l’année de lumière comme unité de longueur)
- Savoir interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile

 

SVT :

- Connaître les objets de l’Univers, et en particulier les planètes de notre système solaire
- Appréhender le rôle de l’énergie solaire reçue par les planètes

 

Mathématiques :

- Travailler sur les distances dans l’Univers
- Approcher les différents systèmes de repérage dans le plan et l’espace

 

Documentation :

- Savoir effectuer une recherche d’informations
- Savoir communiquer les résultats de cette recherche, sous forme de panneau d’exposition ou de compte-rendu

Descriptif du projet

 

Ce projet pluridisciplinaire s’adresse aux élèves de seconde du lycée, qui, dans le cadre de l’axe « Culture scientifique » du Volet Culturel du Projet d’Etablissement, doivent bénéficier d’une initiation à l’astronomie. Il s’articule autour de deux axes :

1/ Un planétarium pour tous

 

Toutes les classes de seconde travailleront sur le thème de l’Univers, essentiellement dans le cadre du programme de physique-chimie et de SVT et bénéficieront d’une séance de planétarium mobile au lycée (Action 2). Pour cette séance, ils seront encadrés par l’un de leur professeur de sciences (mathématiques, physique-chimie ou SVT) ou l’une des documentalistes. En amont de la séance, ils auront effectué des recherches documentaires au CDI et des TP en classe. Après celle-ci, ils devront réaliser des panneaux d’exposition sur le sujet, et/ou un compte-rendu pour le site du lycée.
Le planétarium mobile restera installé au lycée toute une semaine, de préférence au moment où les classes étudient le thème de l’Univers.

2/ Projet astronomie en MPS

 

Une classe ayant choisi l’enseignement d’exploration MPS (Méthodes et Pratiques Scientifiques) participera aux trois actions proposées. Cet enseignement est assuré par des professeurs de matières différentes : Maths – Physique, Maths – SVT ou SVT – Physique. Deux à trois thèmes sont abordés tout au long de l’année. Parmi les thèmes au programme, le projet « Lumière du soleil » s’inscrit dans le thème « sciences et vision du monde », et il pourra être conduit par une paire d’enseignants Maths – Physique.

Action 1 – Atelier Lumière et Soleil

 

Activités à mener en amont de l’atelier :

- Qu’est-ce qu’une onde ? Quels sont les outils mathématiques permettant de décrire une onde ?

Activité sur les fonctions sinus et cosinus. On pourra utiliser le logiciel Géogébra pour visualiser à l’aide de curseurs l’effet d’une variation de la longueur d’onde sur une sinusoïde, s’intéresser à la « somme » de deux ondes. On pourra aussi évoquer les travaux de mathématiciens célèbres (d’Alembert, Fourier…) ayant rendu possible l’étude théorique des ondes.

- La lumière et les illusions optiques :

Activité sur les trajectoires des rayons lumineux (déviés lorsqu’ils changent de milieu), étude géométrique (on pourra encore utiliser Géogébra). Etude en milieu inhomogène : on pourra observer comment l’indice varie en fonction de la température, et des trajectoires de rayons convexes ou concaves (mirages).

 

Atelier :

L’atelier « Lumière et Soleil » sera pris en charge par l’un des partenaires du projet : l’association Andromède (Marseille), l’association du planétarium Peiresc (Aix en Provence) ou l’association Parsec-Astrorama (Eze). Son contenu exact sera défini en début d’année scolaire.

Action 2 – Un planétarium au lycée

 

Activités à mener en amont de la séance de planétarium :

- Comment se repérer dans le ciel ?

Travail sur les repères et les outils mathématiques pour se positionner. (Origine, axes, unités, repères normés, orthonormés, notion de dimension d’un espace…). Systèmes de coordonnées (cartésiennes, polaires, sphériques).

- Trajectoires des planètes autour d’une étoile :

Qu’est-ce que l’équation d’une courbe ? Application au cas du cercle, puis de l’ellipse. On pourra tracer des ellipses (dans la cour du lycée) à l’aide d’une craie, de deux « piquets » et d’une ficelle. Observer de manière plus parlante les échelles de grandeurs (distance terre – lune, terre soleil, etc.)

 

Séance de planétarium :

La séance de planétarium sera intégrée à l’axe 1, donc prise en charge par le même intervenant. L’accent sera mis sur les distances et les trajectoires des planètes.

Action 3 – Visite d’un site astronomique

 

Activités à mener en amont de la visite de l’Observatoire du Pic des Fées :

- L’espace et le temps dans l’univers :

On pourra appréhender la relation entre l'espace et le temps, depuis le système solaire jusqu'à l'Univers dans son ensemble sous la forme ludique d'un voyage depuis la Terre jusqu'aux confins de l'Univers. On parlera des distances considérables dans la Galaxie, puis dans l'Univers. On travaillera surtout sur la relation espace-temps déduite de la vitesse finie de la lumière, expliquant que regarder loin, c’est regarder dans le passé.

- Comment mesurer une distance en astronomie ?

Aspect géométriques : méthode de triangulation, mesure par la parallaxe. Mesure de la taille de la terre par Eratosthène, la distance terre-lune.

 

Visite de l’Observatoire du Pic des Fées (Hyères) :

Au cours de l’année scolaire, les élèves bénéficieront d’une sortie à l’Observatoire du Pic des Fées. Celle-ci pourra porter sur une observation du soleil ou une observation nocturne.

 

Activités à mener en aval de chacune de ces trois actions :

Les élèves pourront présenter (par groupe) un compte rendu sur un ou plusieurs points abordés lors de l’activité, proposer des pistes de réflexion pour les prochaines séances.