Parabole 2011 - Académie de Guyane

PARABOLE 2011
L’Airbus A300 Zéro G
Terrain d’expérimentation unique
Premier projet guyanais retenu
« Et si Archimède, Galilée, Newton, Richer
pouvaient voler en apesanteur ? »
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Sommaire
1/ La campagne du CNES
• Principe de la campagne
• Présentation de l’activité
• Intérêts pédagogiques
• Moyen mis à disposition
2/ Description de notre projet
• Présentation du projet
• Acteurs du projet
• Objectifs
• Description des expériences
• Intérêts pédagogiques
• Réinvestissement des résultats
3/ Programme du séjour à Bordeaux
• Semaine de préparation
• Semaine de vol
• Informations concernant le vol parabolique
4/Annexe
• Attestation de participation
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1/ Présentation de la campagne « Parabole » du CNES
• Principe de la campagne :
Chaque année, le service Jeunesse et acteurs de l'Education du CNES propose aux classes de
lycées et aux étudiants de concevoir et réaliser des expériences qui pourront être mises en
œuvre dans des conditions proches de l’impesanteur, à bord de l'Airbus A300-OG.
Les vols paraboliques constituent un des rares moyens d'accès aux conditions de
micropesanteur.
Leur intérêt touche à la fois le domaine des sciences physiques et celui des sciences de la vie.
Dès la fin du mois de juin, un appel à candidatures permet de sélectionner trois projets de
lycée ainsi que trois projets étudiants. Les expériences des lycéens sont mises en œuvre au
cours de la campagne de vol du printemps suivant (1 semaine à Bordeaux généralement au
mois de mars). Cette année, exceptionnellement la campagne aura lieu début mai. Un des
élèves participera même au vol ! Ceux qui restent au sol participent bien sûr à la mise en
place des expériences et bénéficient d'un programme de visites culturelles et touristiques de
Bordeaux et sa région.
• Présentation de l'activité :
L'Airbus A300-0G est exploité par la Société Novespace filiale du CNES. Grâce à l'A300-0G, on
obtient un environnement à pesanteur réduite. Une série de manœuvres produisent des
périodes d'impesanteur à "0 g" (en fait, de l'ordre de 10-2g ) de 22 secondes. Chaque
parabole commence et se termine par une phase (appelée ressource) à 1,8 g.
Un vol dure en moyenne deux heures trente et comprend 30 manœuvres paraboliques.
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• Intérêts pédagogiques :
Différence entre poids et masse, étude des oscillations d'une masse, étude du
comportement d'une émulsion… autant de projets développés par des groupes d'élèves pour
comprendre le phénomène et les effets de l'impesanteur.
Moyens mis à disposition :
L'embarquement d'une expérience dans le cadre des vols paraboliques impose des
contraintes sur les matériaux utilisés, la masse, la taille, la consommation électrique et la
mise en œuvre de celle-ci. Afin de faciliter la prise en compte de ces critères, le service
Jeunesse et acteurs de l'Education du CNES met à disposition des projets lycéens un
châssis pouvant recevoir leurs expériences.
Le châssis est doté d'un caisson étanche pour l'utilisation de fluides et d'une partie ouverte
pour l'installation d'expériences mécaniques. L'ensemble est équipé d'un système de prise
de vue. Il est également possible de fixer sur le châssis un système d'acquisition de
données.
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2/Description de notre projet
• Présentation du projet :
L’apprentissage et le progrès sont toujours basés sur le savoir et le savoir faire de nos ancêtres.
En Guyane, ceci se vérifie d’autant plus, que les cultures traditionnelles sont multiples (créoles,
noir marrons, amérindiens, indiens, hmongs, européens…). D’autre part, les sciences physiques
font partie intégrante de notre monde moderne. Nous souhaitons donc allier les deux à travers
ce projet : Faire acquérir aux élèves l’importance du savoir empirique et le respect des anciens,
en les impliquant dans une aventure scientifique contemporaine.
En 1672, l'académie des sciences de louis XIV envoie une expédition à Cayenne. Sous la
direction de Cassini, Jean Richer est chargé de faire de nombreuses mesures astronomiques et
gravimétriques à Cayenne qui seront ensuite comparées à celles effectuées au même moment à
Paris. Une des découvertes de cette expédition est la variation de l'intensité de la pesanteur à la
surface de la Terre. C'est à l'aide d'un pendule pesant que Richer l’observe : il bat moins vite à
Cayenne qu'à Paris !
Notre objectif est d'étudier avec les élèves à travers l'histoire des sciences l'évolution de la
pensée en terme de gravité, de mesure de masse, du temps et de situation d'impesanteur.
L'étude portera sur Richer et Cassini mais également sur leurs prédécesseurs Archimède et
Galilée ainsi que leur contemporain Newton.
• Acteurs du projet :
Les acteurs du projet seront dix élèves de l'établissement composés de 2 équipes de 5
élèves par niveau (1ère S et Terminale S). Les élèves participants seront choisis au 2ème
trimestre sur lettre de motivation, entretien et sur l’implication. Ils joueront ensuite le rôle de
« délégués » de leur classe en terme d'expérimentation. Mais c'est l'ensemble des deux
classes qui sera impliqué dans le projet.
• Objectifs :
- Susciter la motivation des élèves pour les sciences
- Dynamiser la filière scientifique dans l’établissement
- Revaloriser l’image très négative que les élèves ont d’eux mêmes et de l’établissement
- Travailler en équipe
- Pratiquer une vraie démarche scientifique sur du long terme
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- Ouverture vers l’extérieur au niveau géographique (découvrir la métropole et les infrastructures
de Bordeaux, échange avec un lycée parisien pour l’expérience de Richer)
- Ouverture vers le monde du travail (collaboration avec les ingénieurs du CNES et de Novespace)
- Susciter des vocations pour pourvoir les postes qualifiés de la base spatiale de Kourou.
- Promouvoir la Guyane hors du département pour son dynamisme et sa créativité
• Description des expériences :
Le pendule pesant de Richer :
Une réplique de cette expérience historique a déjà été effectuée en 2006 par le lycée Léon Gontran
Damas de Guyane et trois lycées de métropole à l'aide de pendules strictement identiques, dont un
est toujours présent en Guyane (cf. http://isheyevo.ens-lyon.fr/eaae/groupspace/richercayenne/richer-2006/Richer_Experience
). Nous voudrions pour notre part reproduire et prolonger
l'expérience de Richer en s'interrogeant sur le comportement de son pendule en impesanteur. Il
s’agit d’un pendule rigide d’un mètre auto entretenu, alimenté en 220V, avec des capteurs de
passage couplés à des chronomètres, qui nous permettront de mesurer la période du pendule et ses
variations.
Mesure d’un étalon de masse :
Les élèves devront construire leur propre étalon de masse, réaliser les mesures de masse en classe,
puis sur les différentes phases du vol. L’étalon de masse sera réalisé en classe en tenant compte
des contraintes techniques. Nous pensons à un cube étanche contenant de l’eau qui sera fixé sur
une balance de précision. Grâce à une mise en parallèle entre la masse observée et l’accéléromètre,
nous souhaitons illustrer la différence entre la masse et le poids.
Tirs balistiques et principe d’inertie :
A l’aide d’un lanceur balistique qui nous permettrait de faire varier l’angle de départ, la vitesse
initiale et la masse d’un projectile, nous souhaitons observer les différentes trajectoires. Ce
projectile dont le matériau reste à définir sera rattaché au lanceur. Ce module sera intégré dans la
partie mécanique du châssis. Tous les tirs seront filmés pour une exploitation ultérieure. L’étude
portera sur la différence de comportement du projectile sur Terre et en impesanteur.
Poussée d’Archimède et impesanteur :
A travers deux expériences simples du bouchon qui flotte et du ludion, nous souhaitons observer
comment se comportent ces systèmes en impesanteur. Les élèves auront préalablement émis des
hypothèses par rapport aux expériences qu’ils auront réalisées en classe. Les vidéos permettront de
valider ou d’infirmer leurs conjectures.
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• Intérêts pédagogiques du projet et liens avec le référentiel:
En première scientifique : Mécanique du point, notion de masse volumique, de densité, la
poussée d'Archimède. Les élèves pourront inclure le projet dans leurs TPE. Libre choix leur sera
donné dans la détermination de leur sujet d’étude.
En terminale scientifique : Lois de Newton (chute libre, trajectoire d'un projectile...)
L'aspect historique doit nous permettre de collaborer avec les enseignants d'histoire géographie
et de français pour les premières. En philosophie, les élèves de terminale pourront aborder
l’épistémologie.
• Réinvestissement des résultats :
Un blog sera créé pour que tous les élèves du lycée puissent suivre au quotidien l’avancement de
nos travaux.
Les vidéos seront exploitées à l’aide de logiciels de traitement d’image en mécanique. Nos
résultats seront publiés sur le site du lycée et sur le site du rectorat de Guyane dans les
ressources pédagogiques.Une publication nationale via le site Educnet est envisagée.
Toujours grâce aux vidéos obtenues lors du vol, les élèves réaliseront de petits films
pédagogiques sur les différents thèmes abordés avec un logiciel de montage vidéo. Ces vidéos
seront mises à disposition du grand public sur le site du lycée, du rectorat et du CNES.
Un partenariat pourra être mis en place avec le lycée Gontran Damas menant de nombreuses
activités à thématique « espace », pour favoriser les échanges en incluant nos élèves dans tous
les projets entamés (Calisph’air, club astronomie, Argonautica, lâchers de ballon sonde…. ) et à
venir.
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3/ Programme du séjour à Bordeaux
• Semaine de préparation :
Du 2 au 6 mai 2011 : Un enseignant sur place pour les derniers préparatifs.
• Semaine de vol :
Du 9 au 13 mai 2011 :
- Lundi 9 : Visite et briefing de sécurité, installation expériences 1 er vol.
- Mardi 10 : 1 er vol, démontage expériences 1 er vol, installation expériences 2 ème vol.
- Mercredi 11 : 2 er vol, démontage expériences 2 ème vol, installation expériences 3 ème vol.
- Jeudi 12 : 3 ème vol, démontage expériences 3 ème vol.
- Vendredi 13 : utilisé en cas de report de l’un des vols.
• Informations concernant le vol parabolique :
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4/Annexes
attestation de sélection :
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