mercredi 5 décembre 2012

Marie Curie

              
               Lundi 3 décembre, Françoise FERNANDEZ nous présente la biographie de  Marie Curie,
femme  d’exception, qui a dédié sa vie à la science et a su affronter les préjugés de son époque
pour mener à bien ses travaux. 
Avec passion et humour, ce professeur va  nous exposer la vie d’une héroïne d’exception, si peu présente dans les manuels scolaires si ce n’est qu’a travers les recherches de son mari, Pierre Curie. 

                                                                

            Marie Curie de son vrai nom, Maria SKLODOWSKA  est née à Varsovie en 1867, dans une famille d’enseignants. C’est une jeune fille patriote, polyglotte, dans un pays où l’occupation russe se fait de plus en plus oppressante.
Son enfance est marquée par des problèmes financiers et surtout par le décès de sa sœur puis de sa mère toutes deux emportées par  la tuberculose.  
Pour subvenir à ses besoins et aider sa sœur Bronia à devenir médecin, Maria occupe un poste de préceptrice ; dans cette famille accueillante d’agronomes, elle découvre une bibliothèque impressionnante qui   fera naître en elle une formidable passion pour les  sciences.

Lorsque Bronia acquiert son indépendance financière, elle invite Maria à la rejoindre en France  .Assoiffée de connaissances, cette dernière entre à la Sorbonne , son  parcours sera  admirable et exceptionnel (licence de physique puis de maths).
Quelques années plus tard, Maria croise la route de Pierre Curie (fils de médecin, enseignant en physique –chimie), qui devient son mari et avec qui elle a deux filles Irène et Eve. Toute leur vie est vouée à la science. Soutenue par ce dernier, Marie CURIE poursuit ses études et sera reçue première à l’agrégation de physique.

            Le couple  consacre tout son temps aux rayonnements naturels de l’uranium dans un petit hangar à peine chauffé, transformé en laboratoire. Ils découvrent le polonium et le radium mais ne déposent aucun brevet et continuent de travailler dans des conditions extrêmement difficiles. Leurs travaux sont tout de même couronnés de succès, puisqu’en 1903, Marie CURIE est la première femme à obtenir le prix Nobel de physique.

En 1906, Pierre Curie  meurt renversée par une voiture à cheval ; le courage et la détermination de Marie prennent le dessus sur son désespoir puisque quelques mois plus tard elle  reprend le poste de son mari à la Sorbonne.
Elle se moque de son apparence physique, des convenances sociales, son seul combat restant la science ! Elle poursuit donc ses recherches sur le radium et obtient le prix Nobel de chimie en 1911, puis fonde un laboratoire d’étude de la radioactivité.
           
            Pendant la première guerre mondiale, Marie Curie met ses recherches au service de la santé en organisant un service mobile de radiographie pour soigner les blessés. Elle met alors en place une formation en radiologie.
A la fin de la guerre, elle se rend au Etats-Unis grâce à une journaliste anglaise qui l’aidera à obtenir 1 g d’uranium. La reconnaissance internationale de Marie Curie est incontestable. Elle  transmet sa passion à sa fille Irène qui prend sa succession. La santé de Marie Curie se dégrade, elle perd la vue, la manipulation d’éléments radioactifs n’étant pas étrangers à son état…elle meurt en 1934.

Chercheuse passionnée, symbole de courage, d’humanisme et de ténacité, les cendres de Marie Curie seront transférées en 1995 au Panthéon, monument dédié aux « Grands Hommes de la Nation » …


                                                                                                

mardi 4 décembre 2012

Les travaux pratiques sur la radioactivité

D'abord espérons que nos parents d'élèves ne tombent pas sur ce genre de photo.

L'après-midi est partagé en deux TP.

1/ Mise en évidence d'un rayonnement avec un compteur à scintillation et mesure d'un spectre.

Vaste programme me direz-vous ! Il faut le dire je n'ai pas tout compris: ni les tenants, ni les aboutissants.



Cet appareil est un détecteur à scintillation. Il est relié à un ordinateur qui utilise un logiciel nommé CASSYLAB. Il permet de déterminer le spectre d'une source inconnu et l'on parvient grâce à différentes mesures à connaître le matériau employé.
Mais ceci me dépasse complètement, je ne vais donc pas au-delà dans les explications.
Je me retrouve dans la situation d'un élève qui ne comprend rien à rien: position inconfortable pour un enseignant...

2/ Mise en situation d'expérimentation.

Si nous ne comprenons pas tout par contre ce TP permet de travailler la démarche d'investigation.

 
Au travail

 
Voici le compteur



 
L'attente

Nous allons faire varier les paramètres ( distance, matériaux) en faisant attention de n'en changer qu'un seul à la fois. Pour chaque expérimentation, nous essayons d'émettre des hypothèses puis nous vérifions et mettons en commun.

Ces deux jours aux Cézeaux nous auront permis de découvrir le bâtiment de physique du campus et de côtoyer des enseignants chercheurs. Nous avons échangé également avec les trois professeurs de collège qui étaient avec nous.




Les rayons cosmiques

Le rayonnement cosmique  a été découvert en 1912 par Victor Hess. Sa principale source est le Soleil par l'intermédiaire des vents solaires qui créent des aurores polaires. Ailleurs sur Terre, le champ magnétique terrestre nous en protège. L'autre source est liée à l'explosion d'étoiles (Supernova) qui expulse de la matière à grande vitesse dans toutes les directions : les poussières d'étoiles. Cela se produit 1 à 2 fois par siècle dans notre galaxie.
Les rayons cosmiques ont des trajectoires complexes à cause des nombreux champs magnétiques baignant notre galaxie. En approchant de la Terre, ils entrent en collision avec les noyaux atomiques présents dans la haute atmosphère. Cela produit un phénomène appelé gerbe atmosphérique (particules en cascade) découvert par Pierre Auger en 1938. 
On estime le flux moyen des rayons cosmiques au niveau du sol à 180 particules/m2/s .
Les muons qui traversent l'atmosphère et pénètrent le sol seraient l'une des sources de mutation génétique naturelle.
La détection des muons qui remontent par la Terre peut aussi se faire sous l'eau. 


L'arche cosmique permet de capter les signaux des muons qui la traversent.





Scintillateur: Partie du capteur qui reçoit les photons (lumière) libérés par les muons. Ceux-ci sont canalisés vers le photomultiplicateur qui les transforment en impulsion électriques.







Le photomultiplicateur permet d'amplifier les signaux des muons et de les transformer en impulsions électriques.











Image floue (désolé l'émotion sans doute) d'un capteur permettant la tomographie des volcans : Sorte de radiographie des volcans utilisant les rayons cosmiques.




Un électroscope

lundi 3 décembre 2012

La radioactivité

Invisible pour les êtres vivants, la radioactivité peut faire peur ou susciter l'intérêt, elle n'en demeure pas moins un phénomène naturel.
Nous voilà engagés dans le monde de l'infiniment petit!
1. Quelques bases

L'atome contient un noyau et des électrons.
Le noyau contient des protons (charge électrique positive) et des neutrons (sans charge électrique).
protons + neutrons = nucléons
ex:      12
             6 C carbone stable   (12 : nombre de nucléons, 6 : nombre de protons)

"isotopes"  (non stables)          13                  14
                                               6 C          6 C (fameux carbone 14)

La chimie (et donc la biologie) ne fait pas la différence entre les "isotopes".
Lorsque le noyau n'est pas stable, l'atome excité a trop de masse ou trop d'énergie (souvent trop de neutrons).
Albert Einstein nous le dirait simplement par la "célébrissime" formule:
                        

E=mc2



Un "isotope" déséquilibré se transforme pour "maigrir": 
c'est la radioactivité.

Il y a trois types de radioactivité:
  • Alpha : perte de 2 protons soit 4 nucléons
  • Bêta :  perte d'un électron
  • Gamma :  perte de particules (aussi appelée perte d'énergie).
Les particules Alpha ont une pénétration très faible dans l'air : une simple feuille de papier parvient à les arrêter. Les particules Bêta ont un faible pouvoir pénétrant, elles parcourent plusieurs mètres dans l'air : une feuille d'aluminium arrête leur progression. Les particules Gamma ont un très grand pouvoir pénétrant, elles parcourent des centaines de mètres et pénètrent les organismes : une forte épaisseur de béton ou d'acier est nécessaire pour les arrêter.
Les rayonnements ionisants possèdent l'énergie nécessaire à l'arrachement d'un ou plusieurs électrons aux atomes ou aux molécules qu'ils pénètrent.
La période radioactive T est très importante pour saisir l'ampleur du phénomène car elle correspond au temps nécessaire pour diviser par 2 la radioactivité. Cela revient à dire qu'il faut 10 périodes pour diviser la radioactivité par 1 000 (exactement par 1 024).
ex:  T = 5 730 ans pour le carbone14
       T = 4,5 milliards d'années pour l'Uranium 238
L'activité est exprimée en becquerel (Bq) et correspond au nombre de désintégrations par seconde.
Pour les fruits et légumes, l'activité est d'environ 100 Bq/kg. 
C'est la même chose pour les humains, soit 5 000 Bq pour une personne de 50 kg.
En France, l'activité moyenne du sol est de 2 000 Bq/kg, elle atteint 8 000 Bq/kg sur les sols granitiques en Auvergne.
Supprimer toute radioactivité naturelle est impossible! 

2.  Notion de dose
La dose absorbée est la quantité de radiation absorbée par la matière. Elle est exprimée en Gray (Gy).
Pour les êtres vivants, on prend en compte les différents types de radioactivité et on l'exprime en sievert (Sv). 1 Sv = 1 J/kg. 
Quels risques ? pour quelle dose?
Plus la dose reçue est élevée plus les dégâts sont importants, plus la durée d'exposition est élevée plus les dégâts sont importants. 
La dose létale est de 5 Sv (DL50) elle correspond à la dose mortelle pour la moitié des sujets.
Le Radon est un gaz rare radioactif, sa présence est importante sur les sols granitiques (notamment dans le Massif central). Il y est certes dangereux mais n'empêche pas d'y avoir des centenaires! 
3. Quelques apports de la radioactivité
La radioactivité naturelle:
La datation au carbone14 uniquement pour les organismes de moins de 50 000 ans.
La datation de roches sédimentaires pour encadrer l'âge d'un fossile (ex Lucy)
La radioactivité artificielle:
Les rayonnements ionisants sont particulièrement utilisés en médecine dans le domaine de l'imagerie médicale, de la radiothérapie ou de la chimiothérapie.
Le cobalt 60 produit dans les centrales nucléaires trouve des applications en médecine ou dans l'industrie.

dimanche 2 décembre 2012

Réalisation d'objets électriques


APRÈS MIDI :  validation des acquis sur les séances "électricité" par la construction d'un jeu et d'un "cadeau Joyeux Noël".


 - Après 4 séances sur l'électricité 
(allumer une ampoule , allumer une ampoule à distance, interrupteur , montage en série, isolants et conducteurs, courts circuits)   
- Évaluation des compétences acquises par la construction:
  . d'un jeu question réponses  faisant intervenir l'électricité pour valider    les réponses.
   .d'un élément décoratif thème " Joyeux Noël".






Le fil rouge sur l'attache parisienne bleue, le fil noir sur .... Admirez la concentration des concepteurs.
Entendu:

  • "qui m'a encore piqué la pince à dénuder? .."
  • "mon emballage est plus élégant que le tien ..." 



 



Les branchements dans l'élément décoratif  "Joyeux Noël."
nb: par respect de la vie privée des participants, nous avons choisi cette réalisation , plutôt qu'une autre ...  au fonctionnement plus aléatoire ... 



Les branchements dans le jeu questions / réponses.














Article rédigé par Gilles Astier

vendredi 30 novembre 2012

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 adaptéNous 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 : 
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€)



jeudi 29 novembre 2012

Programmation du travail en astronomie

Quelles observations réaliser en Astronomie à l'école? 
A. Ombre et lumière 
Conditions de vision ; Formation des ombres.

B. Le ciel est la Terre
Démarche fondée sur l’investigation scientifique  : Alternance jour nuit. 
Objectif : Construction d'un modèle de la Terre : sphère tournant sur elle même de l'ouest vers l'est et dont l'axe de rotation est incliné par rapport au plan de l'écliptique. 
Observation
  1. Mouvement apparent du soleil
  2. Relevé des positions du Soleil sur une sphère transparente : document
  3. L'ombre d'un gnomon 

Diaporama utilisé en formation

Démarche de modélisation : 
Le ciel et la Terre  : alternance jour nuit : construction d'un modèle de Terre tournant sur un axe incliné par rapport au plan de l'écliptique d'ouest en est.

Votre travail : Prendre des photographies des différentes étapes de la modélisation en précisant les hypothèses ad hoc qu'il faut ajouter au modèle à chaque étape, pour permettre de rendre compte des observations réalisées (l'ombre du gnomon, relevé des positions du soleil sur une sphère transparente, et  mouvement apparent du soleil)