Simulateur pilotable du système solaire
| Auteur du projet | Catherine Garcia-Maisonnier |
| Discipline enseignée | Sciences Physiques |
| Etablissement | Collège René Cassin - 86 150 L'Isle-Jourdain - Académie de Poitiers |
| Niveau scolaire | Collège |
| Nature du projet | Atelier scientifique |
| Catégories | Astronomie, Technologie |
| Support | CD-ROM, Exposition |
| Opérations | Concours C.Genial |
| Partenaires | Entreprise Tramétal de l'Isle-Jourdain (M.Denis Auché) pour la réalisation des ellipses ;Espace Pierre Mendes France (Eric Chapelle) |
| Résumé | Réalisation d’une maquette du système solaire motorisée simulant la révolution des planètes(animées indépendamment) autour du soleil en respectant le plus fidèlement possible les traject |
Détail du projet : http://ateliersciences.blogspot.com/
1- La naissance du projet
Dans les classes de 5° du collège , différents chapitres sont consacrés au système solaire, aux phases de la lune ou aux éclipses. L’astronomie est souvent un domaine où les phénomènes sont très abstraits et souvent bien difficiles à comprendre, étant donné les dimensions vertigineuses auxquelles il faut faire face. L’idée de modéliser à une échelle plus réduite permet de se faire une représentation plus simple de la réalité.Jusque là , nous nous sommes efforcés d’emmener des élèves (ceux de l’atelier scientifique) à Paris au Palais de la découverte ou à la Cité des Sciences et de l’Industrie où ils ont, entre autres, pu observer de telles maquettes mais, malheureusement, ces dernières ne correspondent pas toujours à la réalité ! De plus, l'observation d'une maquette en tant que modèle n'amène pas forcément à un questionnement sur les phénomènes réels qui ont été simplifiés lors de la construction ; tandis que sa construction active à partir de données à simplifier est bien plus pertinente.D’où l’idée de fabriquer nos propres maquettes en respectant un cahier des charges précis et le plus réaliste possible, lesquelles permettront aux élèves de comprendre les phénomènes que l’on devra modéliser et réduire à notre échelle. C’est donc par une démarche d’investigation sur des phénomènes complexes que l’on aboutira à créer et comprendre l’objet « maquette ».
2-Les fonctions voulues de la maquette
La maquette réalisée au cours de l’année scolaire 2007-2008 aura différentes fonctions :
-montrer le système solaire en respectant l’échelle des distances entre les planètes
-montrer un système solaire en mouvement grâce à la motorisation des planètes du système solaire (sauf Pluton)
-illustrer la notion de trajectoire et d’excentricité des orbites ( circulaire ou elliptique)
-avoir un déplacement relatif de l’ensemble des planètes les unes par rapport aux autres en respectant les vrais rapports entre les vitesses orbitales moyennes des vraies planètes.
-illustrer la notion de plan de l’écliptique en représentant les inclinaisons relatives des plans des orbites entre eux.
-Être démontable pour pouvoir être exposée dans différents lieux et utilisée comme outil pédagogique.
3-Les compétences développées chez les élèves
La réalisation d’une telle maquette incite les élèves à une vraie recherche et vise le développement de différentes compétences :
-Savoir prélever des informations dans une source documentaire
-Confronter différentes sources d’informations pour vérifier les données astronomiques
-Utiliser l’Internet (b2i)
-Etre responsable d’une tâche au sein de l’équipe
-Utiliser l’outil mathématique (proportionnalité, géométrie, calcul, conversion de mesures…)
4- Les étapes de la réalisation
Les élèves ont commencé leurs premières recherches sur Internet, dans des livres d’astronomie, et ont ainsi pris conscience des différentes caractéristiques que nous devrons respecter au mieux en tenant compte des difficultés liées aux dimensions…C’est ainsi que dans un premier temps, ils ont cherché à représenter le système solaire à une échelle réduite, puis ils ont tracé sur papier les différentes trajectoires de ces planètes en découvrant que ce n’était pas des trajectoires circulaires mais elliptiques ! Ils ont alors dû rechercher comment tracer une ellipse avec une ficelle et deux crayons( et donc ont découvert la notion de foyer). Ils ont travaillé sur la proportionnalité pour trouver des dimensions suffisamment grandes pour observer le mouvement de chaque planète et suffisamment raisonnables pour que la maquette soit exposable. De même, une autre échelle devra être appliquée à la taille des planètes pour que celles-ci soient observables avec leurs principales caractéristiques et qu’elles logent sur la maquette. C’est ainsi que les élèves, après quelques recherches, ont abouti à certaines conclusions concernant cette maquette. Cette dernière devra respecter certains points :
-Trajectoires elliptiques
-Trajectoires inclinées
-Notion de vitesse moyenne orbitale des planètes
-Révolution dans des plans bien déterminés
-Respect d’une échelle des distances pour le tracé des trajectoires
-Respect d’une échelle des tailles (sans tenir compte du soleil) pour les planètes
-Respect d’une échelle de vitesse de révolution
Le travail des élèves consistera non seulement à trouver, mais aussi à réfléchir et enfin à réaliser cette maquette avec les différentes contraintes énumérées.
5-Les tâches seront effectuées par des groupes différents:
*Pour le tracé des ellipses, travail avec une entreprise locale (Tramétal) pour utiliser un procédé de découpe au laser d’anneaux elliptiques tout en gardant à l’esprit que ces anneaux devront en plus être démontables et repositionnables rapidement (travail sur plan, discussion avec un professionnel, découverte d’un logiciel professionnel, découverte d’une entreprise…).
*Insertion d’un système de pieds réglables pour obtenir non seulement les bonnes hauteurs mais aussi les bonnes inclinaisons (recherches des bonnes valeurs et d’un système réglé et repositionnable très rapidement).
*Système de coulisse des planètes à travers les ellipses (plan, essais, prototype).
*Fabrication des planètes à bonne échelle (papier collé sur des cerceaux de bonne taille).
*Fabrication d’un système électronique permettant de réduire la vitesse des moteurs avec grande précision sans perte de puissance (montages électroniques à essayer, ajuster puis réalisation sur circuit à souder).
*Réalisation d’un pupitre de commande permettant de mettre en fonctionnement l’ensemble des planètes à la bonne vitesse, lequel permettra aussi de choisir de ne faire fonctionner deux ou trois planètes à la vitesse désirée en accélérant ou ralentissant les vitesses pour montrer différents phénomènes comme la rétrogradation de mars ( synthèse, plan, réalisation du câblage).
*Fabrication de panneaux exposables sur les caractéristiques des différentes planètes.
*Fabrication d’un panneau relatant les différentes difficultés trouvées et les solutions apportées.
*Réalisation d’un diaporama relatant les caractéristiques et les grandes étapes de cette réalisation.
Ces travaux ont lieu dans une salle spécifique du collège (excepté la découpe au laser qui a lieu au sein de l'entreprise Tramétal) tous les jeudis de 13h à 14h, les vendredis de 13h à 15 h et certains mercredis après-midis . Après un premier travail de recherches collectif, chaque groupe travaille indépendamment et expose régulièrement l'avancée des travaux. Les enseignants supervisent, suggèrent des pistes de recherches, posent les limites de la recherche, recadrent si besoin est, surveillent l’avancée des travaux, réunissent les élèves pour les synthèses, veillent à faire respecter les règles de sécurité et responsabilisent les élèves.
