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Astronomie

Document "La main à la pâte"  
David Jasmin map@inrp.fr
INRP 29 rue d'Ulm, 75005 Paris Paris
Publication : Novembre 1997 Mise en ligne : Avril 1998
Avertissement documentation scientifique

Sommaire:

22/11/1998 : La rotation de la Terre autour du Soleil
23/11/1998 : Le Big Bang
25/12/1998 : Pourquoi la Terre ne tombe-t-elle pas ?
05/01/1999 : Pourquoi la Terre tourne-t-elle ?
18/01/1999 : Le fonctionnement des satellites
16/05/1999 : La Lune influence-t-elle la croissance des plantes et le comportement animal et humain?

11/06/1999 : La station MIR s'écrasera-t-elle sur le Gers ?
24/09/1999 : L'ombre des cadrans solaires pendant l'équinoxe
12/11/1999 : Le rouge dans l'univers
12/12/1999 : Quand débute le troisième millénaire?
28/01/2000 : Calculer le rayon de la Terre en reproduisant l'expérience d'Ératosthène
29/02/2000
La déclinaison de l'axe de chaque planète du système solaire par rapport au plan de l'écliptique
17/03/2000 La masse de la Terre
24/03/2000 Vider une bouteille d'eau sur la Lune
27/04/2000
Voit-on toujours la même face de la Lune ?
13/05/2000 Le calendrier grégorien, le système à base 60
30/05/2000 Pourquoi la marée est-elle plus importante en Atlantique qu'en Méditerranée 

La rotation de la Terre autour du Soleil
22/11/98 : Question de Bertrand Brisson, enseignant de cycle 2 à Huisseau sur Mauves (45), brnfubrisson@lemel.fr
Comment faire une expérience pour démontrer que la Terre tourne autour du Soleil ?

02/12/98 : Réponse de Janet Borg
Les enfants observent le "mouvement apparent" du Soleil autour de la Terre : c'est une réalité de leur vie quotidienne que d'observer que le Soleil se lève à l'est et se couche à l'ouest. Dans les livres, on rencontre une autre réalité : " la Terre tourne autour du Soleil ".

Comment leur faire appréhender cette contradiction ? Il faut leur faire saisir ce qu'est le mouvement relatif. Deux expériences peuvent être proposées :

- 1) Matériel : un petit manège de jeu d'enfant (lego, Fisher price ?), un personnage assis sur un banc, un arbre pour planter le décor.
Comparer les deux situations suivantes : le manège tourne et une fois par tour, on passe devant la personne assise / le manège est fixe et c'est la personne qui tourne autour : même fréquence de rencontre (si vitesse la même)
(peut être plus simple de se remémorer une séance réelle de manège ?)

- 2) Matériel : une longue feuille de papier blanc sur laquelle est dessiné un paysage avec, par exemple, un arbre à gauche et une maison à droite ; une feuille de rhodoïd transparent où est dessiné un petit chat (par ex), à hauteur de l'arbre quand les deux feuilles sont superposées.
Le but : que le chat " soit déplacé " de l'arbre à la maison.
Deux solutions possibles : soit on déplace le papier blanc de la droite vers la gauche (chat fixe), soit on déplace le chat de la gauche vers la droite (le paysage restant fixe).

Dans les deux cas, pour savoir " qu'est ce qui bouge ", on a besoin d'un " repère fixe ", indépendant des mouvements : l'arbre dans le premier exemple et la table qui supporte les papiers dans le deuxième cas.
Pour le système Terre - Soleil, c'est la même chose: il faut avoir un repère fixe, indépendant de la Terre et du Soleil, pour savoir si c'est la Terre qui tourne autour du Soleil ou le Soleil autour de la Terre. Ce repère fixe, ce sont les étoiles que l'on voit la nuit. Seules des observations répétées à plusieurs semaines d'intervalle feront constater aux enfants que le ciel au dessus de leur tête change au cours de l'année et que donc la Terre se déplace dans le ciel (s'ils sont patients, au bout d'un an, ils remarquent que c'est le même ciel !). Il n'y a pas d'expériences à leur proposer, mais seulement des observations, accompagnées de déductions de ce qu'ils ont vu avec les deux exemples de mouvement relatif proposées. Ce thème est développé dans les livres document et cahier d'exercices "Astronomie au cycle 3" de chez Magnard.

Ne surtout pas leur dire que ce qu'ils voient " est faux " ; c'est une réalité, leurs sens ne les trompent pas, ce mouvement apparent traduit le mouvement réel de la Terre autour du Soleil.

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Le Big Bang
23/11/98 : Question de Claude Lance, enseignant, Paul.Fort.64@wanadoo.fr

"En lisant un texte documentaire sur le calendrier nous avons appris que notre calendrier a été construit à partir de l'année solaire et du mois lunaire. De là, les élèves ont posé des questions sur le système solaire, sur la rotation de la terre autour du soleil et sur l'univers en général.
Les enfants ont voulu connaître les origines de notre univers et ont posé des questions que je vous soumets:
- Pourquoi y-a-t'il eu explosion ( big bang)?
- Comment était l'univers avant cette explosion? "

26/1198 Réponse de Gilles Henri 
De façon générale, la Science a beaucoup de mal a répondre à des questions du genre "pourquoi": elle se contente répondre à des questions du genre "comment" en essayant de trouver les lois décrivant au mieux les phénomènes
existants.
lorsque Einstein a trouve sa théorie de la Relativité Générale, il a tout d'abord pense qu'elle pouvait décrire un Univers stable, statique, éternel. En fait, d'autres scientifiques ont montre ensuite qu'un tel Univers ne serait pas stable (comme un crayon pose sur sa pointe!) L'Univers ne peut être qu'en mouvement: soit il se dilate, soit il se contracte.
Les observations montrent en effet que toutes les galaxies s'éloignent de nous, ce qui s'interprète comme un mouvement d'expansion général de l'Univers qui "gonfle" comme un soufflé au four (en revanche, contrairement à un gâteau, il n'a pas de surface "frontière". Je ne rentre pas dans ces détails mais je peux donner quelques explications complémentaires si besoin est).
L'Univers gonflant perpétuellement, on est conduit en remontant le temps à imaginer un moment dans le passé (il y a environ quinze milliards d'années) où toute la matière était réunie en un point de dimension nulle: c'est le big bang, qui peut donc être décrit comme une gigantesque "explosion". On ne sait d'ailleurs pas si ce mouvement d'expansion va continuer indéfiniment ou si l'Univers va finir pas se recontracter pour finir dans un effondrement inverse du Big Bang ou "Big Crunch"). Cela dépend de la densité de matière qu'il contient, qui est très difficile à déterminer.
La question naturelle qui vient alors "et avant le big bang?" est très délicate. Il faut savoir que la Théorie de la Relativité qui décrit ces phénomènes n'est pas parfaitement exacte. Sur des arguments très généraux, on pense qu'elle devient fausse justement lorsque l'Univers était de très petite taille (de l'ordre de 10 puissance (-35), beaucoup plus petite que tout ce qu'on peut atteindre avec les expériences actuelles). Il faudrait alors une théorie mélangeant la Relativité avec la Mécanique Quantique, qui décrit bien les phénomènes microscopiques. Malheureusement, cette théorie ou "gravitation quantique" n'a pas encore été trouvée, en tout cas pas de
manière satisfaisante. C'est un des sujets les plus difficiles et un des buts fondamentaux de la Physique Moderne. La plupart des physiciens pensent que dans cette théorie, la notion de temps elle-même deviendrait beaucoup plus floue et mal définie. Il se pourrait que le temps commence sans qu'il n'y ait rien "avant", comme la température commence à partir du zéro absolu (-273,15 °C) et qu'il n'y a rien "en-dessous". Une autre comparaison
possible est que si on va toujours vers le sud, on finit par arriver au pole sud où il n'y a plus rien "au sud". Le big bang pourrait être le "pôle sud" du temps...

26/11/98 Réponse de Fabienne Casoli
Pourquoi y-a-t'il eu cette explosion (le Big Bang ?):
La bonne réponse est sans doute qu'on ne sait pas. Mais on peut expliquer pourquoi les astronomes pensent qu'il y a eu un moment dans le passé, disons il y a environ 15 milliards d'années, où l'Univers était comprimé dans une région très petite, beaucoup plus petite qu'un atome; l'Univers était donc très dense, et également très chaud. Il y a plusieurs raisons de penser cela, la première étant l'expansion de l'Univers, ce mouvement que l'on observe qui fait que toutes les galaxies s'éloignent les unes des autres. Quand on remonte en arrière dans le temps (on passe le film à l'envers), cela montre que dans le passé, l'Univers a dû être beaucoup plus petit que maintenant. (On peut utiliser les analogies bien connues du gâteau aux raisins qui gonfle dans un four, et où chaque raisin voit les autres s'éloigner; ou bien du ruban élastique sur lequel son cousus des boutons, et que l'on étire). (les autres raisons sont plus compliquées à expliquer)
En "remontant le film" on pourrait imaginer arriver jusqu'au moment où l'Univers n'est qu'un point. En fait, ce n'est pas possible de remonter ainsi dans le temps jusqu'au "bout" (?), parce qu'avant un certain moment dans l'histoire de l'Univers (le temps de Planck), on ne sait pas décrire l'Univers: les physiciens ne disposent tout simplement pas des équations qui leur permettraient de décrire une matière aussi inhabituelle (chaude, dense, etc.). En fait, c'est même pire que cela: ils ne sont même pas sûrs que les notions de temps et d'espace aient encore un sens.

Ce qui nous amène à la deuxième question: qu'y-avait-il avant ? On ne peut pas y répondre, car on ne sait pas ce que veut dire "avant" le Big Bang, parce qu'il est très possible que le temps lui-même, et l'espace, soient nés en même temps que l'Univers. On pourrait répondre qu'il n'y avait rien, mais ce rien est pire que le vide le plus absolu auquel nous puissions penser: quand on pense "vide", on pense habituellement "espace vide".... Et il y a peu de chances que l'on sache répondre à cette (excellente) question d'ici un bon moment.

Pourquoi il y a eu un Big Bang: on n'en sait rien. Certains scientifiques parlent de fluctuations de l'énergie du vide, mais ça n'aide pas beaucoup à répondre aux questions. En gros, ça veut dire que l'Univers est né de rien...ce qui laisse pas mal de marge de man¦uvre. Deux choses à noter à propos du Big Bang: ce "Grand Boum" est le nom qu'a été donné par dérision à cette théorie par un de ses adversaires (Fred Hoyle), mais il est resté. Par ailleurs, il faut faire attention quand on parle d'explosion: c'est une image commode mais qui ne correspond pas à la réalité (pour ce qu'on en sait). Quand on pense à une explosion, on pense à quelque chose qui éclate dans un espace pré-existant. Or ici l'espace naît en même temps que la matière. Dans le même ordre d'idées, il ne faut pas chercher dans quel direction de l'espace s'est produit le Big Bang : par définition, il s'est produit partout.
Mon explication est sans doute décevante, mais je crois qu'il ne faut pas rater l'occasion de signaler qu'il y a des choses que les scientifiques ne comprennent pas et des questions auxquelles ils ne savent pas répondre; en plus il s'agit ici de questions qui concernent également la philosophie.

référence possible (plutôt niveau collège): L'Univers, Les Documents (Gallimard Jeunesse)

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Pourquoi la Terre ne tombe-t-elle pas ?
25/12/98 Question d'Emmanuel Cailliet, enseignant d'un cycle 3 à l'école Corot (91),  emanouk@club-internet.fr
Pourquoi la Terre ne tombe-t-elle pas ? Pourquoi tourne-t-elle ?.
Ces questions sont apparues au cours d'une séquence sur la Terre et son relief !!
Voici la réponse qui a été faite à ces enfants de 9 ans :
- les planètes s'attirent les unes les autres et sont donc en équilibre : voilà pourquoi la Terre ne tombe pas.
Cette attirance permit également d'expliquer
- le phénomène des marées (océan - Lune)
- et le fait que les gens qui sont aux antipodes ne tombent pas (nous sommes attirés par cette énorme boule, nommée Terre, qui est sous nos pieds).
Par contre la notion de vitesse initiale pour expliquer le mouvement des planètes n'a pas été abordée.
La réponse faite était-elle correcte ?
Avez-vous d'autres réponses adaptées à des enfants de 9 ans ?

29/11/98 Réponse de Fabienne Casoli
"Pourquoi la Terre ne tombe-t-elle pas ? Pourquoi tourne-t-elle ?.
Ces questions sont apparues au cours d'une séquence sur la Terre et son relief!!
Voici la réponse qui a été faite à ces enfants de 9 ans :
- les planètes s'attirent les unes les autres et sont donc en équilibre : voilà pourquoi la Terre ne tombe pas.

Je ne suis pas trop d'accord avec cette réponse: en fait, on pourrait considérer que la Terre tombe en permanence vers le Soleil. Et les autres planètes n'interviennent pas dans l'affaire: seuls comptent la Terre et le Soleil.
Les faits: la Terre est attirée par le Soleil; elle ne tombe pas dessus, mais tourne autour. C'est la même chose qu'un satellite artificiel qui tourne autour de la Terre: il est attiré par elle, mais ne tombe pas parce qu'il tourne. Si on lance un objet en l'air avec suffisamment de vitesse, il re retombera pas mais sera "satellisé".
Tous les corps s'attirent les uns les autres, mais cette force est plus grande quand les corps sont plus massifs (essayer d'éviter de dire "plus gros").

Cette attirance permit également d'expliquer le phénomène des marées (océan - Lune)
Grosso modo, oui, mais le phénomène des marées est horriblement compliqué à expliquer. Par exemple, il y a à tout moment deux marées hautes dans les océans de la Terre: une juste "en-dessous" de la Lune, mais aussi une autre du côté opposé. Expliquer la présence de ce deuxième "bourrelet de marée" n'est pas complètement évident! Par ailleurs, les marées dans les océans terrestres dépendent non seulement de la Lune mais aussi du Soleil (marées de vives-eaux = pleine Lune ou nouvelle Lune, mortes-eaux = quartiers).

et le fait que les gens qui sont aux antipodes ne tombent pas (nous sommes attirés par cette énorme boule, nommée Terre, qui est sous nos pieds).
Suggestion pour approfondir cette notion: faire dessiner aux enfants une Terre avec 6 petits bonshommes qui lâchent un poids, l'un "en haut" (à midi, il vaut mieux ne pas parler de haut et de bas ici !), l'autre "en bas" (a 6 heures) et les quatre autres a 2 heures, 4 heures, 8 heures et 10 heures. Leur demander d'indiquer comment le poids va tomber. Si on leur fait faire ça en groupe, il y a des chances qu'une discussion intéressante s'ensuive...Très probablement, la plupart des trajectoires vont être parallèles à celle du poids que laisse tomber le bonhomme placé a midi...

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Pourquoi la Terre tourne-t-elle ?

05/01/1999 Question d'Emmanuel Cailliet, enseignant d'un cycle 3 à l'école Corot (91),  emanouk@club-internet.fr

Bonjour,
j'ai bien reçu la réponse de Fabienne Casoli, mais elle est incomplète (réponse à la 1ère question mais pas à la 2ème).
Je rappelle que la 1ère question était : pourquoi la Terre ne tombe-t-elle pas ?
La réponse de Fabienne Casoli indique que la Terre ne tombe pas sur le Soleil mais tourne autour. D'où mon attente quant à la 2ème question des enfants : pourquoi la Terre tourne-t-elle ?

07/01/1999 Réponse de Janet borg
La Terre tourne, parce qu'elle tourne depuis le début ! Elle tourne sur elle même en 24 heures et autour du Soleil en un an. Pour que les enfants comprennent pourquoi les planètes tournent (et aussi tous les objets qui composent l'Univers), on peut leur proposer de lancer plein de billes sur un plateau de jeu, et d'essayer d'analyser leurs mouvements : les billes se choquent entre elles, et à chaque choc, elles reçoivent ce qu'en physique on appelle « la quantité de mouvement » et qui leur donne l'impulsion qui guide leurs mouvements futurs, jusqu'au prochain choc. On demande aux enfants de suivre la trajectoire d'une bille donnee. C'est peut être plus facile avec des objets plus gros comme par exemple des balles de tennis ou ping pong , sur lesquelles ils ont fait des dessins permettant de visualiser la rotation, et qu'on peut aussi lancer en l'air en donnant de la main une impulsion induisant la rotation.

Si on leur dit qu'au début du système solaire, c'était une sorte de soupe où des cailloux de plus en plus gros se cognaient, se collaient, se rangaient petit à petit sur des orbites, pour former les planètes, ils peuvent comprendre que ces cailloux acquièrent un mouvement de rotation, sur eux mêmes d'une part et sur des orbites régulières d'autre part. On rejoint ici les réponses précédentes, qui expliquaient qu'en fait la Terre tourne autour du Soleil pour ne pas tomber dessus. Ce qui est plus difficile à admettre, c'est que ce mouvement ne s'arrête pas, et ce, parcequ'il n'y a pas, comme pour tous les mouvements terrestres, de freinage par la résistance de l'air. Les mêmes balles ou billes lancées dans l'eau sont freinées beaucoup plus vite. Eau/air/de moins en moins d'air jusqu'au vide : le mouvement est de moins en moins ralenti et peut se continuer.

07/01/1999 Réponse de Gilles Henri
Je m'apprêtais à proposer une réponse plus nuancée. Tout d'abord il n'est pas évident de comprendre pourquoi le mouvement de révolution autour d'un astre est analogue a celui d'une chute. On peut proposer l'image de la
fronde: si un caillou est attache à une ficelle et que l'on tire sur la ficelle, il se rapproche de nous (équivalent de la "chute" sur un centre attracteur). Si maintenant on imprime un mouvement initial perpendiculaire à la ficelle, il se met à tourner tant que l'on tient fermement la ficelle (idem pour une fronde). Si on lâche la ficelle ou qu'on ouvre la fronde, le caillou part en ligne droite (ce qui n'est pas évident pour tout le monde et en particulier des enfants: on a tendance à imaginer une trajectoire courbe gardant une "mémoire" de la rotation, ce qui est faux). La rotation résulte donc de la combinaison d'une attraction ET d'une vitesse initiale perpendiculaire (d'un moment cinétique en langage de physicien), les deux sont indispensables: attraction sans vitesse perpendiculaire = chute en ligne droite. Vitesse sans attraction = ligne droite également.
L'expérience des balles de ping pong n'a malheureusement pas de force attractive, d'où des trajectoires droites entre les chocs qui ne permettent peut être pas de comprendre l'origine des trajectoires circulaires (en fait
elliptiques) des planètes.
Ceci dit il n'est pas du tout évident de comprendre l'origine des vitesses initiales : dans un modèle d'Univers simplifie parfaitement homogène et isotrope, il n'y a aucune raison pour que la matière se mette "spontanément" en mouvement relatif (autre que l'expansion d'ensemble qui ne provoque pas en soi d'apparition du moment cinétique). Il faut faire des théories très délicates de stabilité pour justifier l'apparition spontanée de mouvements de rotation (qui , une fois apparus, tendent effectivement à se conserver). La nébuleuse primitive ayant donné naissance au système solaire devait avoir un mouvement de rotation initial qui s'est reparti ensuite entre le Soleil et les planètes.

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Le fonctionnement des satellites
15/01/1999, question de Jean Reynes, enseignant, Gardinus@aol.com
" Pour aborder le fonctionnement des satellites (pourquoi ça tourne?) je prends l'exemple du pendule retenu par le fil: si la force est trop grande, le fil casse et il est éjecté; s'il n'a pas assez de vitesse il retombe sur la main. N'est-ce pas une expérience trop réductrice et trop éloignée de la vérité scientifique?

Cette expérience est en fait la même que celle de la "fronde" dont vous me parlez (ndrl : cf la réponse de Gilles Henri pourquoi le Terre tourne-t-elle ?"

Elle me gêne un peu car le "caillou" qui perd de sa vitesse retombe à la verticale mais pas toujours en direction de la main qui tient le fil. Cette expérience n'est elle pas plus significative si l'on emploie un élastique à la place du fil?
A titre perso pour me sentir moins léger j'aimerais comprendre la raison de la trajectoire elliptique avec variation de la vitesse en fonction de la distance par rapport au foyer. Sur l'encyclopédie ENCARTA, j'ai retrouvé les lois de Kepler mais je n'arrive pas à leur donner un sens...

PS: En école rurale je remplaçais l'expérience de la fronde en simulant avec 2 enfants (un retenu par l'autre avec une corde de quelques mètres) la fâcheuse aventure de la chèvre retenue par un piquet alors que le loup arrive: elle veut fuir mais comme la corde la retient, elle tourne... "

18/01/1999 Réponse de Gilles Henri
" Pour aborder le fonctionnement des satellites (pourquoi ça tourne?) je prends l'exemple du pendule retenu par le fil: si la force est trop grande, le fil casse et il est éjecté; s'il n'a pas assez de vitesse il retombe sur la main. N'est-ce pas une expérience trop réductrice et trop éloignée de la vérité scientifique?
Cette expérience est en fait la même que celle de la "fronde" dont vous me parlez (ndrl : cf. la réponse de Gilles Henri pourquoi le Terre tourne-t-elle ? "
Elle me gêne un peu car le "caillou" qui perd de sa vitesse retombe à la verticale mais pas toujours en direction de la main qui tient le fil. Cette expérience n'est elle pas plus significative si l'on emploie un élastique à la place du fil?


Comme toute comparaison, ces expériences ont leurs avantages et leurs inconvénients. Il y a deux différences de principe qui expliquent le comportement différent de celui d'un satellite:
1) Le caillou est soumis a plusieurs forces: la ficelle (ou l'élastique) qui l'attire vers le centre de rotation, mais aussi le poids qui l'attire vers le centre de la Terre, plus le frottement de l'atmosphère. Dans le cas d'une rotation rapide, mais pas trop (quelques tours par seconde) on peut négliger en première approximation ces deux dernières forces, et seule l'attraction de la ficelle est importante. Mais bien sur les frottements de l'atmosphère finissent par ralentir le mouvement, la tension de la ficelle nécessaire pour maintenir la rotation diminue, et le poids devient prépondérant...Pour le satellite, la force attractive de la Terre (ici identique au poids) est largement prépondérante, bien que le frottement de l'atmosphère finisse par devenir important à basse altitude et que les perturbations, par
exemple de la Lune, ne soit pas négligeables pour une description précise du mouvement.

2e problème: la force de la ficelle n'a pas la même expression que ,l'attraction gravitationnelle. Une ficelle n'est pas différente d'un élastique en principe: dans les deux cas, la force exercée est proportionnelle à son allongement, mais une ficelle sera beaucoup plus "raide" qu'un élastique, ce qui fait que la force augmente pour un allongement beaucoup plus petit, en pratique inobservable a l'œil nu. Un élastique permettrait donc de mieux visualiser la dépendance de la force par rapport a la distance, et en particulier d'obtenir des trajectoires non circulaires...malheureusement cette dépendance n'est pas la même que celle de la gravitation universelle: la force élastique AUGMENTE avec la distance alors que la force gravitationnelle DIMINUE (comme l'inverse du carre de la distance, merci M. Newton). Le mouvement du caillou ou du pendule n'est donc pas identique à celui d'un satellite (tout comme celui des élèves ci-dessous). Il n'en reste pas moins que ces expériences illustrent de
toute façon que la rotation vient de l'association d'une force "centrale" et d'une vitesse initiale perpendiculaire.
Moralité: rien n'est simple et il impossible de trouver des équivalents exacts aux phénomènes célestes...

A titre perso pour me sentir moins léger j'aimerais comprendre la raison de la trajectoire elliptique avec variation de la vitesse en fonction de la distance par rapport au foyer. Sur l'encyclopédie ENCARTA, j'ai retrouvé les lois de Kepler mais je n'arrive pas à leur donner un sens...

A mon avis il faut distinguer deux notions: la vitesse linéaire qui est la "vraie" vitesse de déplacement (en mètres par seconde) et la vitesse angulaire de rotation, qui correspond à  la vitesse à laquelle il faut tourner la tête pour suivre le mouvement des yeux a partir du centre (en tours ou degrés par seconde)
Les deux varient mais pour des raisons différentes.
- La vitesse angulaire de rotation varie avec la distance à cause de cette fameuse conservation du moment cinétique, qui existe chaque fois que seules des forces centrales (dirigées vers un centre fixe) agissent. L'absence
totale de force est d'ailleurs un cas particulier de force centrale: ce qui fait que cette variation s'observe aussi dans le cas d'un mouvement rectiligne uniforme! Prenez l'exemple d'un spectateur dans les tribunes de formule 1, en supposant qu'il regarde des voitures s'approcher de lui dans une ligne droite à vitesse constante: tant qu'elles sont loin, il tournera à peine la tête mais quand elles passent devant les tribunes, il doit la tourner très rapidement pour les suivre des yeux, bien que leur vitesse n'aie pas varié. La conservation du moment cinétique est presque "géométrique".
La seconde loi de Kepler (vitesse aréolaire constante) s'applique aussi dans ce cas comme dans tous les cas de force centrale. Ceci explique que les planètes doivent "tourner" plus vite (angulairement) autour du Soleil quand elles s'en rapprochent.
Il y a un autre phénomène dans la gravitation, c'est que la vitesse linéaire varie aussi. Ceci est dû a la force elle-même et est une réminiscence de la "chute" du corps. En se rapprochant du Soleil, une planète (ou une comète) "tombe" un peu et accélère son mouvement. Là, la géométrie ne suffit plus, il faut connaître la forme exacte de la force. La première loi de Kepler (trajectoire elliptique avec le Soleil a un foyer) et la troisième (carré des périodes proportionnels aux cubes des grands axes) résultent d'un calcul détaillé de la trajectoire et ne sont valables que pour une force attractive en m/r2, comme la gravitation (et elle seule, d'ailleurs). Pour d'autres forces, on aura d'autres trajectoires: un élastique (si il reste tendu) donnera une ellipse dont le centre attracteur est au milieu (et non au foyer), etc...Les corrections relativistes en particulier font aussi que les trajectoires des planètes ne sont pas exactement des ellipses. Il faudra avoir des conditions très particulières au départ pour avoir une trajectoire circulaire, comme par exemple un satellite géostationnaire dont l'orbite est précisément ajustée.
Qualitativement, on comprend quand même qu'une force attractive fera accélérer (dans le sens populaire de vitesse qui augmente) un corps qui se rapproche, et le contraire pour une force répulsive (p.ex. électrique entre
2 charges de même signe, expérience de Rutherford).

PS: En école rurale je remplaçais l'expérience de la fronde en simulant avec 2 enfants (un retenu par l'autre avec une corde de quelques mètres) la fâcheuse aventure de la chèvre retenue par un piquet alors que le loup arrive: elle veut fuir mais comme la corde la retient, elle tourne... "
C'est tout a fait valable, avec même un bonus supplémentaire: cette expérience fait probablement mieux sentir que l'attraction est un phénomène MUTUEL entre deux corps. On verra nettement que les deux élèves doivent
mutuellement tourner autour d'un centre commun (probablement pas leur centre de gravite car le système n'est pas isolé, les élèves pouvant s'arc-bouter sur le sol). Ce n'est que dans le cas ou l'un des corps est beaucoup plus massif que l'autre (Soleil devant les planètes, Terre devant les satellites) qu'on peut dire par approximation que le léger tourne autour du lourd. En fait le lourd tourne aussi un peu, c'est ce qui est à la base de la détection indirecte de planètes extra-solaires par exemple.

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La Lune influence-t-elle la croissance des plantes et le comportement animal et humain?
04/05/1999 Question d'Annie Pacaud, enseignante de cycle 3 à Carquefou (44) moreau@pl.iufm.f
Y a-t-il des travaux scientifiques sur l'influence de la lune sur la croissance des plantes et le comportement animal et humain?

16/05/1999 Réponse d'Aurélien Barrrau
L'influence de la Lune pourrait avoir deux origines : son champ gravitationnel et son rayonnement. Aurélien Barreau, consultant en astronomie, nous donne quelques chiffres qui montrent que ces deux paramètres restent bien faibles comparés à la force de gravitation terrestre et au rayonnement solaire.

"En réponse a votre question concernant le rôle de la Lune dans les modifications des comportements et des phénomènes, on peut se référer à: P. Bianucci, "La Lune", Bordas, Paris, 1990.
En ce qui concerne la comparaison de l'intensité relative des forces, on peut donner les exemples suivants: ils comparent (Lune=1 par convention) les effets gravitationnels de différents éléments sur un être humain nouveau-né (La montagne est supposée à 1 km, la tour Eiffel à 500m et le médecin à 1m):

  Masse (kg) Distance (m) Force de  gravitation(Lune=1) Force  de marée (Lune=1)
Lune  7E22 4E8 1 1
Soleil    2E30 1.5E11 200 0.5
Mars    6E23 8E10 2E-4 1E-6
Uranus  9E25 3E12 2E-5 3E-9
Montagne 1E12 2000 0.5 100000
Tour Eiffel 2E8 500 2E-3 1600
Médecin 100 1 2E-4 80000

D'après "Sur l'astrologie" (Journal des Astronomes Français numéro 56) de F. Biraud et P. Zarka de l'Observatoire de Paris.

Pour un corps a la surface de la Terre: la masse de la Lune est 1.2% de celle de la Terre et sa distance est de 60.3 rayons terrestres. La force de gravitation lunaire est donc (proportionnelle a M/R^2) (60.3)^2/0.012 = 300000 fois plus faible que celle de la Terre.

Concernant le rayonnement, je n'ai pas de données précises mais l'albédo de la Lune (rapport entre la lumière réfléchi et la lumière reçue) étant voisin de 0.07, ça reste bien faible face au Soleil...

D'une façon générale, il est amusant de noter que pour une influence en 1/R^2 (ou R est la distance), comme c'est le cas pour la gravitation ou le rayonnement, chaque coquille sphérique centrée sur la Terre comptant un nombre d'astres proportionnel a R^2, la contribution varie  comme R^2 * 1/R^2=constante! Autrement dit, il n'y a aucune raison de se  limiter aux astres du système Solaire et on devrait prendre en compte tous  les constituants de l'Univers! Attention cependant aux "inhomogénéités locales" et a d'autres effets plus fins qui favorisent bien-sur le Soleil et la Lune en ce qui concerne le rayonnement reçu par exemple... "

18/05/1999 Réponse de Gilles Henri :
"Tout cela est parfaitement exact. Reste quand même la possibilité, qui n'est pas ridicule, que les organismes vivants aient développe des cycles biologiques analogues aux cycles circadiens pour s'adapter à la périodicité mensuelle de l'éclairement lunaire, présentant éventuellement un avantage sélectif. Par exemple des espèces menacées par des prédateurs ont plus intérêt a sortir les nuits de nouvelle lune que de pleine lune..."

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La station Mir s'écrasera-t-elle sur le Gers ?
10/06/1999 Question d'élèves transmise par Marie-Jo Antoine, enseignante à Duran dans le Gers
Message de l'enseignante : " En ce moment dans le Gers, ils sont devenus fous! C'est à qui va aller le plus loin le 11/08 (jour de l'éclipse de soleil).
Deux thèses auxquelles croient certaines familles et qui le font bien passer aux enfants :
-il y aurait un volcan endormi sous notre cathédrale et l'explosion est prévue pour le 11!
-Mir dégringole pile sur le Gers et sur Auch!
Je suis un peu à bout d'arguments, depuis 3 semaines, face à toutes ses rumeurs et à la crédulité de mes élèves.
Question de l'élève :
"Je suis un élève de l'école de Duran, j'ai appris que la station Mir allait tomber sur le Gers et sur Paris.Enfin c'est ce qu'on entend dire.
Est-ce des bétises,ou la vérité?
Si cela est possile,comment un batimemt peut détruire un département comme le Gers?
Quelle est la taille de la station Mir?
La maîtresse dit que la station Mir brulera dans l'atmosphère,est-ce vrai?

21/06/1999 Réponse de Jean Lilesten :
Des stations telles que MIR sont équipées de générateurs d'énergie à bord, qui leur permettent entre autre de traverser l'atmosphère nocturne pendant un temps relativement long (plus d'une heure). A l'altitude à laquelle elle évolue, MIR, comme les autres satellites en orbite basse (quelques centaines de kilomètres) va à environ 8 km par seconde, c'est à dire près de 30 000 km/h. Sur Terre, l'éclipse se déplacera à environ 2850 km/h, vitesse à peu près semblable à l'altitude de MIR. La bande dans laquelle l'éclipse sera totale est de 110 km. C'est à dire que MIR (qui ne se déplace pas d'est en ouest) risque de passer environ 4 centièmes de secondes dans cette bande ! Ce calcul simple aurait pu être fait par P. Rabane. Mais ses dires tiennent de l'affabulation plus que de la science.
Par ailleurs, lorsqu'un satellite tombe sur la Terre, il brûle dans l'atmosphère. Seuls les plus gros, comme MIR, peuvent toucher le sol avant d'être totalement consummés. Cela est déjà arrivé avec Skylab il y a quelques années. L'un des problèmes actuels de la branche de l'astronomie qu'on appelle la "météorologie de l'espace" est de prévoir le point d'impact. Pour cela, nous devons considérablement augmenter nos connaissances sur la concentration de l'atmosphère à haute altitude. En l'état actuel des choses, il nous est totalement impossible de prévoir ce point d'impact avant quelques minutes de la chute, et encore est-ce avec une piètre précision. Prétendre qu'un objet peut s'écraser sur le Gers ou sur Paris tient de la divination, pour ne pas dire d'élucubrations.
Cela peut être amusant, mais ne l'est pas du tout dès lors que des enfants s'affolent à l'idée d'être écrasés sous un objet venu du ciel.

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L'ombre des cadrans solaires pendant l'équinoxe
24/09/1999 Question de Jean Reynes, enseignant de cycle 3 à l'école primaire publique de la Chartreuse Villefranche de Rouergue (12) , Gardinus@aol.com
Envisageant la construction de cadrans solaires avec mes élèves du cm2 j'ai commencé par leur proposer l'exercice suivant : repérer l'ombre toutes les demi-heures d'un petit cône de bois (8 cm de hauteur) posé sur une plaque de contreplaque horizontale. J'ai été surpris de voir qu'entre 10 heures et 17 heures (heures où il y a le soleil dans la cour de l'école), tous les points étaient alignés sur une droite. Cette droite à un angle de 95° par rapport à l'axe nord-sud.
J'ai été également surpris de voir que l'angle balayé par l'ombre pendant une heure de temps n'est pas toujours le même : il est par exemple de 15 degrés entre 10 heures et 11 heures et de 21 degrés entre 13 heures et 14 heures. De même, je ne comprends pas pourquoi en six heures de temps (entre 10 heures et 16 heures par exemple) il n'y a pas un angle de 90 degrés.
J'aimerais savoir si ces résultats sont normaux où s'il y a eu erreur au cours de cette expérience.
Nous sommes à l'équinoxe et j'ai imaginé que l'angle de ma ligne d'ombre par rapport à l'axe nord-sud représente l'inclinaison de la terre et que cela devrait inversé au printemps. Par contre, j'imagine qu'au solstice d'hiver j'aurai une ligne perpendiculaire à l'axe nord-sud mais plus éloignée du cône et à celui de l'été une ligne toujours perpendiculaire à l'axe nord-sud mais très proche du cône.
Il ne s'agit là que de mes interprétations et je me demande ce qu'il y a de juste dans ses propos.

30/09/1999 Réponse de Gilles Henri
"Tout d'abord bravo pour votre esprit d'observation et la précision de ces mesures! Même si les interprétations ne sont pas tout a fait justes...
Pour traiter de ce genre de problème, on a souvent le choix entre plusieurs représentations géométriques suivant le repère qu'on choisit (lié au centre de la Terre, à l'observateur, au soleil...). Je vous propose une solution, mais il y en a sûrement d'autres et peut être plus compréhensible!
Je considère une représentation "de Ptolémée" dont on sait qu'elle est incorrecte pour la dynamique du système solaire mais qui du point de vue du mouvement relatif de la Terre et du Soleil est parfaitement équivalente a celle de Copernic. La Terre est donc considérée comme FIXE, comme par conséquent tout point de sa surface, dont le sommet du cône en bois, qu'on appellera comme les grecs "gnomon".
Le mouvement diurne est un mouvement de l'ensemble des astres (y compris le Soleil) en 24 h (très exactement 23h56') autour de l'axe Nord Sud. Le mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil se traduit ici par un mouvement supplémentaire du Soleil autour de la Terre en un an dans un plan, l'écliptique, qui n'est pas bien sûr perpendiculaire a l'axe Nord-Sud (le plan perpendiculaire a l'axe N-S est le plan équatorial). L'écliptique fait l'angle bien connu de 27°31' avec l'équateur.

En 24 h, le Soleil semble donc décrire un cercle autour de l'axe N-S. Mais la plupart du temps, l'axe T-S n'est PAS perpendiculaire à l'axe de rotation car le Soleil n'est pas dans le plan équatorial. La ligne Terre Soleil décrit donc apparemment un CONE dans l'espace en 24h. Ce cône est aussi décrit par la ligne qui joint le Soleil au sommet du gnomon . Il est d'axe de révolution N-S (matérialisé par exemple par la direction de l'étoile polaire). La trajectoire apparente de l'extrémité de l'ombre est l'intersection de ce cône avec le plan horizontal , qui comme on le sait en mathématiques est en général une ellipse.

Cependant dans le cas particulier de l'équinoxe, comme vous l'avez judicieusement remarqué, le Soleil se trouve a l'intersection de l'écliptique et du plan équatorial (direction du point gamma au printemps, et posée à l'automne). Dans ce cas particulier seulement, l'axe TS est perpendiculaire à l'axe des pôles, et le Soleil semble décrire un cercle dans le plan équatorial. L'ombre est également parallèle à ce plan, et la projection de ce plan sur la surface horizontale donne une droite que vous avez observée. A mon avis, cette droite est exactement orientée Est-Ouest, donc à 90° de la direction N-S. La mesure de 95° doit être due à une légère erreur, peut être dans le repérage de la direction du Nord? (si elle est effectuée avec une boussole, il faut tenir compte de la déclinaison magnétique). En dehors de l'équinoxe, et en particulier aux solstices, vous observerez une ellipse de grand-axe E-O.

L'angle horaire de l'ombre tourne régulièrement dans le plan équatorial, mais pas sa projection sur le plan horizontal (les angles ne sont pas conservés dans une projection oblique), ce qui explique que les angles parcourus au sol par l'ombre en une heure ne sont pas constants. De même, la projection oblique d'un angle de 90° sur un plan n'est pas en général un angle de 90°, sauf quand un des côtés est parallèle au plan de projection. A part donc l'angle 6h-12h et 12h-18h (correspondant au lever, midi ou coucher du Soleil, c'est à dire les directions E-O et N-S), l'angle fait par l'ombre à 6h d'intervalle ne sera pas un angle droit."

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Le rouge dans l'univers
12/11/1999 Question d'Aurélie Muller, enseignante de cycle 3 à l'école de l'IUFM de Colmar, anima@cybercable.tm.fr
Pour ce qui est de la couleur des astres causée par la température et la composition chimique, il n'y a pas de problème.
Ce que j'ai du mal a saisir c'est le décalage vers le rouge : On m'a parle d'effet Doppler que je comprends en Physique, mais la je ne vois pas le rapport :
La variation longueur d'onde (v/c).
Le fait est donc que si la galaxie que je regarde s’éloigne je la verrais plus dans le rouge que si elle ne s’éloignait pas. Mais pourquoi vers le rouge ..
Et comment a partir de ce spectre virant au rouge on peut être sûr que l’étoile n'est pas en fin de vie mais que tout simplement elle s’éloigne ?
Enfin voilà le décalage vers le rouge n'est pas encore très clair pour moi et s'il ne l'est pas je ne pourrais répondre aux questions des enfants sur ce sujet..

 17/11/1999 Réponse de Gilles Henri
Pour préciser ce que vous dites, la relation de l'effet Doppler (qui n'est vraie qu'approximativement pour des faibles vitesses) est valable algébriquement, c'est a dire avec un signe + ou - : si la source s’éloigne la vitesse est comptée positivement et la variation de longueur d'onde est aussi positive donc la longueur d'onde augmente, si elle se rapproche c'est le contraire, la longueur d'onde diminue.
L'expression "décalage vers le rouge" s'applique donc aux couleurs du visible qui se rapprochent du rouge (côté des grandes longueurs d'onde) lorsque la source s’éloigne : le jaune tendant vers l'orange, le bleu vers le vert etc...(l'inverse quand elle se rapproche).
Cet effet serait effectivement très difficile (en fait impossible) à séparer de l'effet de température si il n'y avait que l’émission thermique dite "du corps noir" qui relie la couleur d'une étoile à sa température. On peut en effet montrer que l'effet du décalage Doppler sur une émission thermique de corps noir est exactement équivalent à celui d'une variation de température. Heureusement il y a d'autres caractéristiques du spectre des étoiles qu'on peut détecter: ce sont les raies spectrales caractéristiques de chaque atome ou ion : par exemple le sodium émet deux raies intenses, qui donnent la couleur jaune-orangée caractéristique des réverbères aux carrefours. L'important est que la position ( en longueur d'onde) de ces raies est indépendante de la température, seule leur intensité en dépendant. Un décalage en longueur d'onde ne peut venir QUE de l'effet Doppler (ou d'un très fort champ gravitationnel, mais ce dernier effet n'existe que dans des conditions très extrêmes, autour des trous noirs par exemple). En mesurant la longueur d'onde apparente de raies bien connues (ce qui suppose de les avoir correctement identifiées , ce qui n'est pas toujours facile pour les grands décalages...), on mesure bien la vitesse d’éloignement de l'étoile ou de la galaxie dans son ensemble (toutes les raies des étoiles se superposant approximativement au même endroit)."

23/11/1999 Question d'Aurélie Muller, enseignante de cycle 3 à l'école de l'IUFM de Colmar, anima@cybercable.tm.fr
Vous dites donc que si je connais les raies équivalentes à des éléments chimiques, il m'est possible de savoir si les raies que j'observe sur mon spectre sont dues simplement à la composition chimique de l'astre ou au décalage vers le rouge .
Enfin j'espère avoir bien compris !!
Mais le problème est que si on ne connaît pas la composition chimique de l'astre, comment peut-on alors faire la différence entre ce qu'on croit être des éléments chimiques et le simple fait qu'il y a décalage vers le rouge ? Comment être sure que ce n'est pas un élément chimique qui est rarement dans ce type d'astre ?
Au début de l’étude de spectres, on ne connaissait pas la composition chimique exactement des astres alors comment a-t-on pu faire la différence entre des raies donnant les éléments chimiques et celles qui indiquent ce fameux décalage ?

25/11/1999 Réponse de Claudine Kahane
S'il n'y avait que quelques raies dans les spectres stellaires, on pourrait peut-être imaginer que par une coïncidence merveilleuse ces raies une fois décalées par effet Doppler tombent justement sur les fréquences d'autres raies existantes. Il serait alors impossible de distinguer un spectre du premier type décalé par effet Doppler d'un spectre du deuxième type non décalé. Avec quelques raies, cela tiendrait du miracle, mais avec les dizaines de raies que comptent les spectres stellaires, qui dessinent souvent des "motifs" très caractéristiques (des associations de raies bien reconnaissables comme des doublets, des triplets,...) c'est tout a fait impossible. Il peut arriver que certaines raies demeurent "non identifiées", mais il y a toujours suffisamment de raies identifiées dans les spectres pour effectuer des mesures très précises de décalage Doppler.
Cela ne sert d'ailleurs pas seulement, loin s'en faut, a mesurer le mouvement d’éloignement des galaxies. On en tire des informations très fines sur le mouvement de la matière a la surface, ou proche de l’étoile : chute sur l’étoile, éjection, rotation..."

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Quand débute le troisième millénaire ?
12/12/1999 Question de Vincent Chevillon, enseignant de cycle 3 à l’école de zil ( 51) V.CHEVILLON@wanadoo.fr
Quand le troisième millénaire commence-t-il du point de vue astronomique? Pourquoi ?

15/12/1999 Réponse de Gilles Henri :
Je dirai personnellement que ce n'est pas réellement une question astronomique, la numérotation des années et des siècles étant purement conventionnelle (la notion même de troisième millénaire ne concerne que les chrétiens, qui ne sont qu'une partie de l’humanité!).
L'argument habituel contre le fait de commencer le troisième millénaire le 1er janvier de l'an 2000 est bien connu : comme il n'y a pas eu d'an zéro (hélas!), le premier siècle s’étend de l'an 1 a 100 inclus, le deuxième de 101 a 200 etc..et le XXe de 1901 a 2000.de même le deuxième millénaire s'étend de 1001 a 2000 et donc le début du troisième millénaire est le premier janvier de l'an 2001 a 0h...Ceci dit comme l'importance de l’événement est essentiellement psychologique, libre a chacun de faire commencer le premier siècle en -1, ou de le faire terminer en 99 en ne considérant qu'il n'a eu que 99 ans...et de ne pas se priver de faire la fête pour de simples questions de sémantique!

15/12/1999 Réponse de Fabienne Casoli
Je ne suis pas totalement d'accord avec Gilles Henri quand il dit qu'on peut faire commencer le siècle quand on veut. Il y a des règles pour cela, de la même manière qu'on ne peut pas faire commencer l'année le 31 décembre (là aussi c'est parfaitement conventionnel). Et la règle pour les siècles et les millénaires est tout a fait claire ! Voir à ce sujet le serveur Web du BdL ( http://www.bdl.fr/Granpub/an2000.html ailleurs.gif (1328 octets)   )

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Calculer le rayon de la Terre en reproduisant l'expérience d'Ératosthène
28/01/2000 Question d’ Abdelkader Belgherbi, enseignant en cycle 3 à l’école Jean Alloitteau Vinça ( 66), Abdelkader.Belgherbi@wanadoo.fr
Je désire mener avec mes élèves du CM2 un relevé d'ombre sur le méridien "passant" par notre commune et en un autre point de ce méridien distant de 800 km ou plus. J'ai proposé l'expérience d'Eratosthène à partir de la situation problème suivante :
La découverte d’ Ératosthène
Au troisième siècle avant Jésus-Christ, à Alexandrie en Egypte vivait un homme du nom d'Ératosthène. Il dirigeait la grande bibliothèque d'Alexandrie, et c'est là qu'un jour un papyrus attira son attention. Il y lut qu'à Syène, ville du sud située près des premières chutes du Nil, le 21 juin à midi, un bâton planté à la verticale ne jetait pas d'ombre. Ce jour-là, alors que midi approchait les ombres des colonnes du temple raccourcissaient ; à midi elles avaient disparu.
Tout autre que lui aurait négligé cette observation. Mais Eratosthène était un esprit scientifique et en réfléchissant sur ce phénomène apparemment banal, il changea le monde. En effet il eut la présence d'esprit de vérifier si, autour de midi, le 21 juin, à Alexandrie, un bâton vertical jetait une ombre. L'expérience fut positive.
Il se posa alors la question suivante:
" Comment se fait-il qu'à Syène un bâton planté verticalement n'ait pas d'ombre, alors qu'au même moment à Alexandrie, beaucoup plus au Nord, un bâton planté verticalement a une ombre ?
Face à cette question les élèves ont proposé plusieurs hypothèses dont l'une est :
"le bâton est planté en des endroits différents ce qui explique que le soleil soit présent ou pas ou qu'il éclaire différemment"
Pour vérifier leurs hypothèses, leurs propositions étaient les suivantes :
oeil.gif (620 octets)aller en Egypte, planter un bâton à Alexandrie et à Syène (Assouan aujourd'hui)
oeil.gif (620 octets)Planter deux bâtons en France en respectant la distance Syène-Alexandrie et "l'alignement" constaté sur la carte d'Egypte entre Syène-Alexandrie.
Nous aimerions donc mener un relevé d'ombre en plusieurs points (au moins deux) sur le méridien passant par Vinça (commune des Pyrénées Orientales) et en d'autres points (communes) qu'il nous reste à définir .
S'il vous est possible de déterminer ce tracé, pourriez-vous nous l'indiquer , dans le cas contraire auriez-vous des contacts disposés à nous aider ?

31/01/2000 Réponse de Fabienne Casoli :
"S'il s'agit seulement de refaire l’expérience d'Eratosthène, je pense que c'est assez simple a faire, mais plus difficile a comprendre. J'ai lu des compte rendus d’expériences faites avec des classes (plutôt en fin de sixième). Ce n'est pas la peine d'attendre midi, puisque de toutes façons :
oeil.gif (620 octets)midi vrai est diffèrent de midi en temps civil,
oeil.gif (620 octets)il y aura une ombre aux deux endroits.
Par ailleurs, pour la précision des mesures, il faut prendre un grand bâton (dans ce que j'ai lu, il s'agissait d'un poteau de volley). Et puis bien sûr, se synchroniser pour faire la mesure à la même heure.
Les difficultés que je vois:
oeil.gif (620 octets)bien comprendre que les rayons lumineux du Soleil sont parallèles
oeil.gif (620 octets)faire attention à ne pas les dessiner parallèles a l’équateur !
oeil.gif (620 octets)relier les quantités mesurées (longueurs des ombres, hauteurs des poteaux) au rayon de la Terre en passant par des angles ne me parait pas du tout évident (d'ailleurs, la plupart des adultes non scientifiques sèchent sur ce problème)
oeil.gif (620 octets)enfin, quand on ne dispose pas du calcul trigonométrique (tangentes...), la précision de la mesure me parait douteuse. Je suppose que l’idée est de faire un dessin du poteau et de son ombre à l’échelle et de mesurer l'angle avec un rapporteur. La précision est, me semble-t-il, de l'ordre du degré.
Or la différence entre les deux angles (un pour chaque latitude), qui est la quantité cherchée, est de l'ordre de 5 degrés. Je pense qu'on peut faire des erreurs assez considérables, puisque l'erreur sur la longueur du méridien est directement proportionnelle à celle qu'on fait sur chaque mesure d'angle (x2) ! Il ne faut donc pas s'attendre à une précision meilleure que 20 pour-cent...(sans compter les erreurs de mesure des ombres, de hauteur des poteaux, de la distance entre les deux villes sur un atlas, etc.) "

Voir aussi à ce sujet la réponse de Mireille Hibon pour le réseau des formateurs.

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La déclinaison de l'axe de chaque planète du système solaire par rapport au plan de l'écliptique
29/02/2000
Question de Géraldine THOMAS, accompagnatrice scientifique en Seine-St-Denis, à l'école  gerathomas@aol.com 
Les élèves de CM1 construisent une maquette du système solaire. Ils
voudraient placer les axes de rotation propres à chaque planète (l'axe autour duquel la planète tourne sur elle même). Pouvez vous nous donner la déclinaison de l'axe de chaque planète par rapport au plan de l'écliptique?

01/03/2000 Réponse de Gilles Henri
Trouvé sur le site web suivant :
http//atmos.nmsu.edu/jsdap/encyclopediawork.html

Planète   Angle de l'axe des pôles par rapport a la normale au plan orbital de la planète  ascension droite  déclinaison de l'axe polaire
Venus    177.40 272.78 67.21
Terre  23.40  0.00  90.00
Mars  25.20  317.57  57.52
Jupiter  3.10  268.04  64.49
Saturne  26.70  39.36  83.45
Uranus  97.90  257.43  -15.10
Neptune  29.00  295.33  40.65

La première colonne donne l'information demandée (angle de l'axe par rapport à la perpendiculaire à l'écliptique). Une valeur supérieure à 90 ° signifie une rotation rétrograde (contraire à celle de la Terre) , pour Venus et Uranus.
Cet angle ne permet pas de positionner complètement les axes de rotations puisqu'il définit seulement un cône autour de la normale à l'écliptique. Une information plus précise est donnée par les deux dernières colonnes qui donnent les coordonnées (ascension droite et déclinaison) du point de la voûte céleste vers lequel pointent ces axes. Si il y a une étoile brillante au voisinage de ces points, ce serait "l'Étoile Polaire" de cette planète...

01/03/2000 Réponse de Fabienne Casoli

Mercure 0 degré
Venus 178 degrés
Terre 23,5
Mars 24
Jupiter 3
Saturne 27
Uranus 98
Neptune 30
Pluton 99
(si l'angle est supérieur à  90 degrés, la rotation de la planète sur
elle-même est rétrograde par rapport au sens dans lequel elle parcourt son orbite).
Source les planètes, Daniel Benest, Points Sciences.

01/02/2000 Réponse de David Le Mignant
Vous trouverez
sur le site SkyEye - Planetary Data http://www.obliquity.com/skyeye/misc/planet.html 
 les valeurs de l'angle d'inclinaison de
l'équateur de la planète par rapport a son plan orbital, mais aussi la valeur de l'angle d'inclinaison du plan orbital de la planète par rapport a l'écliptique.
Le site est en anglais, mais les angles sont bien en degrès!

02/03/2000 Réponse de Janet Borg

Ces données existent dans divers livres de vulgarisation d'astro. Les voici

Planètes Rayon (en km) inclinaison distance au Soleil (en km)
Mercure   2400  0°  58 millions 
Vénus   6000  2°  110 millions
Terre 6400  23°   150 millions  150 millions
Mars 3400 24°  230 millions
Jupiter   71000 3°  780 millions 
Saturne   60000 29°  1400 millions 
Uranus   25000  97°  2900 millions 
Neptune 24000 29° 4500 millions

Il y donc 3 familles axe quasi perpendiculaire, axe incline + ou - cf la Terre et Uranus. Il me semble que de toute manières, une telle maquette est difficile, sinon impossible, à construire (voir valeurs distances/ rayons, et encore, il manque le rayon solaire) ! Cette inclinaison, responsable du phénomène des saisons, est un plus à rajouter, quand on parle d'une planète particulière (comparer les saisons sur Venus et la Terre par ex ou voir que "c'est presque pareil" sur la Terre et Mars, etc ...)

02/03/2000 Complément de réponse de Gilles Henri
C'est curieux de constater que les valeurs données suivants les
sources, bien que très proches peuvent varier de plus de 1°! la première colonne de mes données correspond effectivement à  l'angle de l'axe des pôles par rapport a la normale au plan orbital de la planète et non à l'écliptique (cf David Le Mignant) il parait effectivement difficile de réaliser une maquette prenant en compte les inclinaisons des plans orbitaux qui n'est de toutes façons que de quelques degrés... en revanche on peut s'amuser a positionner les axes en ascension droite et déclinaison, même si ça parait aussi un peu difficile a expliquer au niveau CM1..

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La masse de la Terre
17/03/ 2000 Question de Didier Blandin, enseignant de cm1 à l'école élémentaire Pierre Brosselette à Paris didier.blandin@freesbee.fr
Pendant une séance sur le système solaire et l'étude de la Terre.(rotation, révolution...). On disait que la masse de la Terre était de 156 x 10 puissance 21 et les élèves, une fois le nombre écrit au tableau m'ont demandé comment on le lisait et comment pouvait-on évaluer sa masse?

23/03/2000 Réponse de Jean Matricon :
Quand on donne une masse, il est de bon ton d'en donner l'unité. S'il s'agit de kg, le nombre est FAUX, le nombre correct étant 5,98 x 10 exposant 24. Ceci n'est qu'un détail, la vraie difficulté étant de donner un sens à ce nombre. Le fait de dire que la masse de la terre est d'environ six millions de milliards de milliards de kg apporte-t-il une lumière ? Personnellement, je ne pense pas. Toute évocation de ce nombre ne dit rien de plus que le nombre lui-même, à condition de savoir exprimer les puissances de 10. On peut s'amuser en évoquant le fait qu'il y a autant de kg dans la masse de la terre qu'il y a de molécules d'eau dans un verre plein. Discuter de la masse de la terre n'a en soi que peu d'intérêt, et si le but de l'opération est de faire découvrir le sens des très grands nombres, il vaudrait sans doute mieux en prendre d'un peu moins énormes, mais plus accessibles à l'imagination, par exemple le nombre de verres d'eau qu'il faudrait pour boire toute la méditerranée, qui est quand même de 50 millions de milliards! Toute la population de la terre buvant un verre toutes les 10 secondes pendant 3 ans, etc,etc...

24/03/2000 Réponse de David Le Mignant
Je me souviens avoir regardé lors d'un atelier d'astronomie, un petit film sur les puissances de dix. Je ne peux dire s'il est adapté réellement aux classes de cycle 1 ou 2 mais je pense qu'il peut être une bonne source d'information pour un enseignant de ces cycles. 
Je n'ai pas la référence exacte mais ce film  est répertorié à l'adresse suivante :
http://www.wfi.fr/formavision/catfr/it190003.htm 

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Vider une bouteille d'eau sur la Lune
24/03/2000 Question du CM2 de l’école de
Villefort en Lozère ep.villefort@wanadoo.fr
"Si on vide une bouteille d'eau sur la Lune, que va- t-il se passer sachant que : 
- sur la terre l'eau qui se vide est remplacée par l'air qu-il y a autour
- sur la lune il n'y a pas d'air. 
l'eau va t-elle tomber de la bouteille ? 
Si oui par quoi sera t-elle remplacée ?
Nous nous sommes heurtés à cette interrogation au cours d'une séance sur les gaz. La question de départ était : Qu'y a-t-il dans une bouteille vide ? Les expériences effectuées nous ont amenés à la conclusion que le contenu d'une bouteille vide ouverte était remplie de la même matière que le milieu ambiant, soit de l'air si on se trouve sur la terre. Mais qu'en est-il si on se trouve dans un milieu où il n'y a pas d'air ? 
...Et impossible de faire le déplacement sur la lune pour vérification avant une centaine d'années !!!"

25/03/2000 Réponse d’Aurélien Barreau
Il ne faut pas avoir peur du vide !!! L'eau ne tombe pas de la bouteille à cause de la présence d'air mais a cause de la force de gravitation qui l'attire vers le sol. En fait, la présence d'air va même plutôt gêner l'opération: à l'intérieur de la bouteille, se crée une dépression au fond qui n'équilibre pas la pression atmosphérique poussant du côté du goulot. 
Il s'ensuit qu'une bouteille complètement retournée se vide assez difficilement sur la Terre. S'il n'y avait pas d'air, il n'y aurait pas de pression atmosphérique du côté du goulot et la bouteille ne s'en viderait que mieux (un peu comme quand on perce un trou dans le fond). Autrement dit, dans le vide l'eau n'est remplacée par rien, mais ça ne l'empêche pas de s'écouler sous l'effet de la gravitation ! Sur la Lune, il faudrait aussi tenir compte de ce que la gravité est plus faible que sur la Terre, mais c'est là un autre problème. 

25/03/2000 Réponse de Fabienne Casoli :
Oui, l'eau va tomber, mais en bloc.
Et surtout, elle va se mettre a bouillir (s'évaporer), puisqu'on la met dans le vide. L'eau sera remplacée par de la vapeur d'eau, et cette vapeur d'eau va se diluer dans le vide environnant, et la bouteille sera finalement pleine de vide...

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Voit-on toujours la même face de la Lune ?
27/04/2000 Question de Stéphane Jung, animateur astronomie au collège Jean Jaurés dans l’Eure, EPS.Jj@ac-rouen.fr
Animant un atelier d'astronomie dans le cadre des parcours diversifiés au collège, 2 élèves partaient en vacances de Pâques à la Réunion. Avant leur départ, ils se sont posé la question suivante :
Est-ce que la géographie lunaire que l'on peut voir dans l'hémisphère Sud est identique à celle que l'on peut voir dans l'hémisphère Nord ? Voit-on toujours la même face de la lune ?

28/04/2000 Réponse de Janet Borg
Proposer aux élèves une maquette pour comprendre pourquoi on voit toujours la même face de la Lune depuis un point quelconque de la Terre : une mappemonde sur laquelle une gommette symbolisera l'enfant en France et une autre sur l'île de la Réunion. Faire tourner au niveau de l'équateur, mais assez loin (ce n'est pas évident à réaliser ! en la piquant sur du fil de fer rigide ou une aiguille à tricoter) une balle de ping-pong sur laquelle des dessins au feutre auront été faits qui permettent de reconnaître l'avant et l'arrière de la balle. TRES IMPORTANT: quand la balle fait un tour complet autour de la Terre, elle fait un tour complet sur elle même. Pendant le même temps, la Terre aura peu avance sur sa trajectoire autour du Soleil (ça prend 28 jours, par rapport aux 365 jours d'un tour complet). Les enfants concluront d'eux mêmes.
Dans les classes du primaire, des groupes d'enfants peuvent mimer la scène. Peut-être qu'au collège aussi !

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Le calendrier grégorien, le système à base 60
13/05/2000
Question Frédéric Simon, enseignant à l'école Pierre Loti d'Istanbul, fredo@superonline.com
Suite à un travail de réflexion que nous avons mené en conseil de cycle III, nous souhaiterions savoir  :
Quel est le fondement du calendrier grégorien ? 
Pourquoi les années sont divisées en mois, puis en semaines, puis en jours de 24 heures ? 
Pourquoi n'y aurait-il pas trente heures dans un jour, et pourquoi 60 secondes dans une minute et non 100 ?

 15/05/2000 Réponse de Catherine Nozières
Depuis le début de l'écriture le calendrier babylonien et égyptien (-3000 env) est essentiellement basé sur l'observation de la lune et de ses phases -soit un retour a une même phase de 29,53 jours environ-; ces sociétés agricoles avaient comme repère cyclique l'année des saisons (floues au départ), soit entre 12 et 13 mois lunaires (synodiques) mais plus proche de 12 (354 jours) que de 13. Quand un moyen relativement précis de déterminer la longueur de l'année solaire a été conçu ou tout au moins quand un repère astronomique (lever héliaque en Mésopotamie ou crues du Nil en Égypte associées au lever héliaque de Sirius) a été repéré, le calendrier devint luni-solaire avec 12 mois lunaires de 29 ou 30 jours selon les observations
du retour à la phase choisie. Quand le 1er de l'an était trop éloigné du début d'un mois, on rajoutait un mois supplémentaire (année de 13 mois)
Par ailleurs, les égyptiens  ont détermine vers -3000 une année de 365jours ; l'etat géré par des fonctionnaires a mis au point un calendrier plus systématique vers -2800 ou on voit apparaître l'influence de leur système décimal : année de 12 mois de 30 jours + 5 jours supplémentaires dits epagomènes, le mois est découpé en 3 semaines de 10 jours, il y a 3 saisons de 4 mois.
L'année est alors vague; au cours des 2,5 millénaires d'histoire les 1/4 de jours par an manquants se sont accumulés (100 jours en 400 ans) l'hiver devenait l'été et réciproquement.
Mais les agriculteurs continuaient à fonctionner sur la base de l'année de 12 ou 13 mois
La périodicité de ces intercalations est établie par les Babyloniens vers 450 avt J.C pour l'ensemble du royaume : cycle de 19 ans dit un peu abusivement comme étant le cycle du grec Méton -> 12 années de 12 mois + 7 années de 13 mois le tout étant stable par rapport au soleil avec 1 jour de décalage tous les 300ans approximativement.(utilisé par les hébreux , puis les
arabes de la péninsule arabique (sauf après l'hégire : Mahomet souhaite se démarquer de l'emprise des religieux de l'époque), puis par les chrétiens jusqu'a la reforme du pape Grégoire pour déterminer la date de Paques.

En bref :
La base de notre mois (très malmené par les romains) a pour origine le mois lunaire (synodique)
La découpe en semaine de 7 jours est probablement babylonienne tardive reprise par les hébreux; il semble que 10 jours soient trop longs cf. Le calendrier révolutionnaire français.
Le nombre de mois (12) dans l'année des saisons découle de l'organisation en mois lunaire; la division du cercle en 360 degrés est un parallèle (12 fois 30° USh (degré babylonien) avec la découpe de l'année: elle est héritée de la Mésopotamie par l'intermédiaire des astronomes grecs qui comptaient à la suite de Babyloniens en système sexagésimal. La division de la nuit en 12 "heures" est une découpe égyptienne aux environs de 2200 av JC, par symétrie 12 heures de jour soit 24 heures au total (origine : observation des étoiles décanales (levers héliaques tous les 10 jours successivement) à l'époque du lever héliaque de Sirius.
L'heure est divisée par les astronomes grecs en 60 unités (façon babylonienne) et puis encore en 60 secondes.
Nota: dans l'antiquité le seul système numérique convenable à de la science
théorique et expérimentale était le système de numération de position à base 60 des Babyloniens (existe des 3200 av JC) ; surtout avec ce fait remarquable que ce système permettait tout naturellement de définir des chiffres inférieurs a l'unité -> n/60ieme, n'/3600ieme etc; il ne manquait qu'un vrai zéro  qui était soit un vide soit un point.
La reforme de Grégoire cherche à re-situer, mais dans le cadre existant déjà, une date de Paques qui a dérivé au cours des siècles mais qui doit rester aux environs de l'équinoxe de printemps pour que le miracle de la soit-disant éclipse de soleil des Textes -a une époque impossible (époque de la pleine lune)- soit préservée.

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Pourquoi la marée est-elle plus importante en Atlantique qu'en Mediterranée ? 
31/05/2000 Question de Véronique Freydier, enseignante de cycle 3 à l’école d’Arcay ( 18) cfreydier@aol.com
Nous nous demandons pourquoi la marée est plus importante en Atlantique qu'en Méditerranée car une petite fille de CE1, lors de ces vacances en corse, a attendue désespérément la marée basse pour aller pécher a pieds!!!!
Cette discussion faisait suite à une classe de découverte a jard sur mer.

06/06/2000 Réponse de Gilles Henri
Sans trop rentrer dans les détails techniques, on peut dire que la marée est due à l'influence conjointe de la Lune et du Soleil (l'influence de la première étant environ deux fois plus forte) qui tend à déformer la surface des océans pour leur donner une forme de ballon de rugby (en exagérant bien sûr). Le volume total de l'eau étant constant, il y a donc des zones où la surface est plus élevée que la moyenne (haute mer) et des zones où la surface est plus basse (basse mer). La Terre tournant en 24h, chaque point de sa surface passe deux fois par la haute mer et deux fois par la basse mer, sauf phénomènes locaux un peu trop compliqués a expliquer. D'où au bord de l'océan deux marées hautes et deux marées basses par 24H;
Mais pour que le niveau varie, il faut bien que de l'eau puisse être transférée des zones de haute mer vers les zones de basse mer, ce qui peut se faire dans les océans qui communiquent largement entre eux à l'échelle de la Terre, par ce qu'on appelle les courants de marée. En revanche si l'on considère une petite étendue d'eau isolée du reste, la marée ne peut rien changer: prenons le cas extrême d'une cuvette d'eau ou d'une piscine, il est évident que l'attraction de la lune n'a aucune influence sur le niveau puis qu'aucune arrivée extérieure n'est possible!!
La Méditerranée étant une mer de petite taille et presque fermée, est analogue à une grosse piscine avec cependant une petite ouverture par le détroit de Gibraltar. Lorsque l'onde de marée haute arrive dans l'Océan Atlantique, elle commence par remplir lentement la Méditerranée, mais elle n'a pas le temps de se mettre à niveau (de se "remplir") avant que la marée basse suivante arrive : d'où un phénomène de marée non nul, mais d'amplitude faible. (environ 50 cm je crois..)..ce qui est très déroutant pour ceux qui ont l'habitude de l'océan..et vice-versa!

 

 

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