Démarche de modélisation en astronomie

Galilée (1564-1642)

MATIN  :  Observation, modélisation, confrontation, prévisions, interprétation...
Et où il est question d'Aristote, Ptolémée, Copernic, Galilée : ces hommes qui ont marqué l'histoire des sciences, et l'évolution des idées sur "le ciel et la Terre".
Diaporama utilisé ce matin.
Proposition d'activité : Découvrir stellarium en simulant les découvertes des satellites de Jupiter par Galilée en janvier 1610.
Document présentant ses observations. 

Nous avons abordés également mené une réflexion sur une démarche de modélisation en astronomie inscrite dans une épistémologie liée à la discipline...  (Ref: qu'est ce que la science de Alan F. Chalmers)

Remarque (EC) : Nous avons fait référence à Gaston Bachelard, pour évoquer le changement conceptuel et rappeler que la pensée commune doit être dépassée. En astronomie, nous sommes confronté à l'obstacle de l'expérience première, appelé également obstacle empirique. Nos sens nous trompent, ce que voit l'observateur terrestre doit être dépassé : " pour expliquer des phénomènes astronomiques, il est nécessaire de se décentrer, de changer de point de vue" Tout se passe comme si nous devions décoller de notre sol et voir le système Terre Soleil dans sa globalité..." - Faire de l'astronomie participe se défaire d'une vision égocentrique du monde. 

Démarche de modélisation : 

Noyau de modèle : La Terre peut être modélisée par une sphère, éclairée par le soleil remplacé par une lampe. 

Modèle d'une terre sphérique  en rotation autour de son axe.

Le noyau de modèle ne permet pas de rendre compte de l'alternance jour nuit si on ne considère pas que le soleil tourne autour de la terre, ou que la terre tourne sur elle même. 

Les modèles proposés sont discutés. La rotation de la Terre est mise en évidence par une expérience de mécanique réalisée par Foucault : " l'expérience du pendule de foucault"

Modèle d'une terre sphérique en rotation autour de son axe. Tourne de l'ouest vers l'est. 

Modèle d'une terre sphérique en rotation autour de son axe de l'ouest vers l'est, inclinée par rapport au plan de l'écliptique.

Réalisation d'une modélisation : Matériel Lampe (soleil),  boule déco en polystyrène(Terre) sur un axe,  punaises alignées du nord au sud de la planète (villes), mur et papier noirs. 

En faisant des prévisions à l'aide de ce modèle de Terre dont l'axe de rotation est perpendiculaire au plan de l'écliptique,  face au Soleil, on constate que toutes les villes situées à des latitudes différentes,  mais sur le même méridien, ont la même durée de journée. Elles entrent en même temps dans la partie éclairée (la journée), puis dans l'ombre (la nuit).

Confrontation avec la réalité, ou des simulations "reconnues" pour être conformes à la réalité. En utilisant Stellarium (planétarium) et en consultant le site du  bureau des Longitudes, on comprend que la durée de la journée et de la nuit de ces mêmes villes varie. 

Ce veut dire que le modèle utilisé pour prévoir n'est pas adapté. Nous venons de tester un énoncé scientifique : " La Terre tourne sur un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique" en montrant que cet énoncé ne peut pas interpréter la durée des journées différentes selon les latitudes... 

Stéllarium 

Le logiciel libre est en téléchargement sur le site http://www.stellarium.org/fr/

Cet énoncé est réfuté, le modèle n'est pas complètement satisfaisant (Ref. K popper - Logique des découvertes scientifiques)

1. Retour sur la modélisation : Comment conserver le modèle d'une terre tournant sur elle même autour de son axe de rotation qui rende compte des différences de durée de journée en fonction des latitudes. Réponse :  En ajoutant une hypothèse "ad hoc" (appropriée : On créé une hypothèse ad hoc pour tenter d'expliquer des faits qui paraissent réfuter une théorie.) 
2. Le modèle d'une terre en rotation autour son axe rend compte de beaucoup d'observations, et n'est pas à rejeter. Cela nous conduit à chercher comment modifier le modèle pour conserver ce qui "est fonctionnel". Pour cela on va tenter d'ajouter une hypothèse, qui permettrait d'observer des durées de journée variable en fonction des latitudes. Cela est l'objet de l'investigation scientifique qui peut être menée avec les élèves. La production attendue est la formulation de l'hypothèse ad hoc.
3. Retour sur le modèle qui permet cette fois d'interpréter les observations,  en considérant cette fois une Terre tournant autour de son axe de rotation incliné par rapport au plan de l'écliptique.
4. On pourrait poursuivre la problématisation en recherchant l'angle d'inclinaison de cet axe par rapport au plan de de l'écliptique.
   En recherchant la direction de cet axe, au cours de l'année... etc...

Remarque : Cette démarche scientifique permet de laisser ouvert le questionnement, tout en laissant la place à la critique, à la réfutation. La possibilité de réfuter les énoncées produits au cours de la recherche s'oppose à une vision dogmatique de la science. 

Références bibliographiques : 


SITE WEB :
– Comprendre les observations réalisées par Galilée.
http://strangepaths.com/observation-des-lunes-de-jupiter-mars-1613/2007/04/22/fr/– Les observations réalisée en 1613
http://moro.imss.fi.it/lettura/LetturaWEB.DLL?AZIONE=IMG&TESTO=E_5&PARAM=05-241.jpg– Théorie des 4 éléments : http://fr.wikipedia.org/wiki/Quatre_%C3%A9l%C3%A9ments– Galiléo Galilei 
http://fr.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei– Lettre au doge de Venise : 
http://www.lib.umich.edu/spec-coll/largegal1.html– Traduction du messager des étoiles en Italien : http://www.liberliber.it/biblioteca/g/galilei/sidereus_nuncius/html/nunzio.htm– Messager des étoiles : sources primaires 
http://imgbase-scd-ulp.u-strasbg.fr/displayimage.php?album=47&pos=0

- scientifique ou pas? http://www.universcience.tv/video-scientifique-ou-pas--3233.html


LIVRES : 

• Histoire des sciences : Galilée : Le messager des étoiles de Jean-Pierre Maury
Editeur : Editions Gallimard; Édition : Rééd. rev. (24 novembre 2005)
ISBN-10: 2070317137
• Qu'est ce que la science? de Alan F. Chalmers. Editeur d'origine:  La Découverte Langue:  Français EAN / ISBN: 9782253055068
• La formation de l'esprit scientifique : G. Bachelard- Edition Vrin 1971 ISBN : 978-2-7116-1150-8

Matériel : 
http://fr.opitec.com/opitec-web/st/Home
(Boule en polystyrène de 10cm de diamètre 0,69€ pièce)
(Set d'éclairage E10 : lampe, support, pile : 3,69€)