AINSI FONT FONT FONT LES PETITS

PHOTONS !...

ou

Comment créer des décharges électriques aux couleurs des

aurores polaires ?

Vous voici ici en la possession du dossier de Marion Leroy et de David

Salomé, tous deux candidats aux olympiades de la physique 2005. Celui-ci a pour but de vous faire connaître et de vous expliquer le travail que nous menons depuis presque un an et qui au départ, portait sur les aurores polaires : un sujet fascinant et intriguant. Etant donné le vif intérêt pour la physique que nous éprouvons tous les deux, nous avons eu dans l’idée d’étudier de plus près ce phénomène, afin de comprendre les changements de sa couleur et les conditions dans lesquelles il se déroule.

Après de nombreuses recherches qui ont satisfait quelque peu notre curiosité, l’idée nous vînt de nous investir réellement dans un projet, d’où cette participation aux Olympiades de la physique 2005. Cette étude approfondie des aurores polaires avait à l’origine pour objectif d’en reproduire une à partir du matériel de lycée disponible. Compte tenu des

difficultés à reproduire les mêmes conditions de température et de pression dans la haute atmosphère, nous avons réorienter quelque peu notre projet, et axer vers une caractéristique des aurores essentielle: leurs couleurs. Comment expliquer une telle variété de couleurs ? Voila donc la question que nous avons choisie d’aborder pour pouvoir démarrer ce projet, sachant que l’aboutissement de ce dernier serait de reproduire les principales couleurs d’une aurore polaire. Notre dossier comportera plusieurs parties, significatives des différentes étapes par lesquelles nous sommes passés pour mener à bien notre projet. -La première concerne les aurores polaires dans leurs généralités : qu’est ce qu’une aurore? Comment se forme-elle ? A quelle altitude ? Quelles sont ses différentes couleurs ? Enfin comment ces dernières changent-elles ? -La seconde expose la nature du projet et le dispositif expérimental utilisé.

- les schémas des différentes expériences sont détaillés . - une analyse des couleurs obtenues à l’issu des différentes expériences

est réalisée. Nous décrivons notamment l’utilisation du spectromètre, nous permettant de connaître les différentes longueurs d’ondes d’une lumière.

1/ Généralités sur les Aurores polaires. Autrefois appelés « lumières de Dieu », ces phénomènes électriques engendrés par

le vent solaire ont déjà suscité la curiosité de nombreux scientifiques. Vues depuis la Terre ou d’une navette, les aurores polaires restent l’un des plus beau spectacle observable dans la nature.

Qu’est ce qu’une aurore polaire ? L’aurore polaire est un spectacle d’une beauté unique ; elle est dite boréale pour

l’hémisphère nord et australe pour l’hémisphère sud. Ce phénomène astronomique est causé par la rencontre de particules solaires avec l’atmosphère terrestre.

Comment se forment-elles ? Pour comprendre, il faut savoir que notre étoile le Soleil, rayonne une quantité

considérable d’énergie et expulse de gigantesques quantités de matière (à chaque seconde, plus d’une tonne de particules s’échappent). Cette matière est évacué de façon continue, sous la forme de vent solaire. Ce dernier est un plasma très peu dense mais brûlant, chauffé à près de un million de degrés et constitué essentiellement d’hydrogène et d’électrons. Soufflant jusqu’à 800 km.s-1, ces violentes « bourrasques » mettent deux à quatre jours pour arriver jusqu’à la Terre …

Sur notre planète, la vie est protégée des assauts du Soleil, d’une part par son épaisse atmosphère, d’autre part par un bouclier invisible : la magnétosphère. Il s’agit d’un champ magnétique engendré par le noyau en rotation, essentiellement composé de fer liquide. Une double protection efficace puisque tandis que les rayonnements de haute énergie sont absorbés par la coquille formée par la basse atmosphère (stratosphère), épaisse de 15km, la magnétosphère, qui s’étend à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de notre planète, nous protège des particules chargées (vent solaire) qui nous bombardent ! Concrètement, lorsque le flux de particules chargées rencontre la magnétosphère, il est dévié de sa course et s’écoule tout autour de notre planète. Reste que pour la Terre, la résistance est rude ! Car l’énergie véhiculée par le vent solaire est si considérable qu’elle comprime la magnétosphère et la déforme (si le Soleil n’existait pas, le champ magnétique terrestre aurait une forme torique alors que déformée par le souffle solaire, il ressemble plutôt à une larme dirigée vers le Soleil). Cela étant, la magnétosphère est perméable : au fil du temps, elle piège les particules du vent solaire, lesquelles sont concentrées autour des pôles, côté nuit. Or, sous l’effet d’une tempête solaire particulièrement violente, la magnétosphère peut se retrouver trop chargée et, brutalement, céder, libérant alors les particules piégées qui se précipitent le long des lignes du champ magnétique et foncent vers les pôles terrestres, où se trouve l’axe de la magnétosphère, seul point faible du bouclier magnétique terrestre. Il s’ensuit que : les particules chargées issus du vent solaire rencontrent ceux qui constituent l’atmosphère terrestre. Les électrons et les protons solaires, en entrant en collision avec les atomes d’azote et d’oxygène de notre atmosphère, excitent ces derniers ou les ionisent (leurs électrons changent de niveaux d’énergie). Cet état d’excitation est très éphémère et ne dure que quelques millionièmes de secondes avant que l’atome excité ne retrouve son état initiale en réémettant l’énergie acquise sous la forme d’un photon (une particule de lumière). A ce moment là, le ciel s’illumine d’une aurore polaire ! La couleur de cette lumière, c'est-à-dire la longueur d’onde du photon dépend de l’énergie libérée par l’atome excité.

Ou se forment-elles, à quelles altitudes et à quelles périodes ? Les voiles lumineux des aurores polaires, le plus souvent verts dessinent en fait dans le ciel les délicates et changeants lignes du champ magnétique terrestre. Si les aurores les plus spectaculaires se situent en général entre 100 et 150 km d’altitude, le phénomène se produit généralement entre 90 et 300 km mais peut aussi se produire bien au delà ; vers 1000 km. Comme les aurores se forment pratiquement dans l’axe du champ magnétique terrestre, qui passe non loin de l’axe de rotation de la Terre, c’est dans les régions polaires que ces phénomènes sont le plus souvent visibles. Et si on parle essentiellement d’aurores boréales plus que d’aurores australes, c’est simplement que, dans l’hémisphère nord, le phénomène apparaît au dessus de territoires relativement peuplés (Alaska, Grand Nord canadien, Groenland, Islande, Norvège, Suède, Finlande, Russie …), alors que dans l’hémisphère sud, seule la Patagonie et le continent Antarctique sont concernés… En principe, on peut observer ces magnifiques aurores dès que la nuit est suffisamment installée dans les régions polaires : de Septembre à Mars dans l’hémisphère nord et de Mars à Septembre dans l’hémisphère sud. Toutefois, c’est surtout lors du maximum d’activité magnétique qu’elles apparaissent en grand nombre. Tous les onze ans, en effet, notre étoile connaît une activité maximale, appelé « maximum solaire », durant lequel les éruptions se succèdent à un rythme effréné, faisant prendre un tour spectaculaire aux relations Terre- Soleil. Quelles sont ses couleurs ? Comment varient-elles ?

Comme dit précédemment, les aurores se forment le pus souvent entre 90 et 300km d’altitude, les couleurs sont le reflet des atomes excité et d’ions atmosphériques. L’étude des couleurs des aurores permet donc de déduire les composants chimiques (atomes, ions…) présents dans la haute atmosphère. Les aurores peuvent être rouges, vertes, bleues, parfois jaunes ou blanches. Mais elles sont généralement blanchâtres avec des reflets verts, rarement rouges. Cependant l’œil humain ne peut distinguer toutes les couleurs présentes. C’est pourquoi on étudie leurs spectres.

La couleur jaune verte la plus fréquente est émise par les atomes d’oxygène situés à environ 100- 120km : par exemple, l’oxygène atomique (O) émet une raie verte à 557,7 nm. Ces mêmes atomes situés à 300 km émettent dans le rouge foncé à 630 et 630,4 nm. Par ailleurs, un atome excité cherche à revenir dans un état le plus stable le plus rapidement possible. Entre 90 et 180 km, l’intensité de la raie rouge de l’oxygène est faible, car les atomes d’oxygène (dans l’état noté 1) mettent beaucoup moins de temps pour entrer en collision avec les autres constituants de l’atmosphère que pour émettre de la lumière (la raie rouge à 630 nm ). Ces atomes dans l’état 1 ont donc plus de chance de céder leur énergie à leurs voisins au cours d’une collision que de se désexciter seuls en émettant un photon (phénomène de désactivation collisionnelle). De plus, la décroissance exponentielle de la densité atmosphérique à mesure que l’altitude augmente entraîne une diminution identique de la fréquence des chocs entre atomes. Au-delà de 200 km environ, ces collisions perdent de l’importance. Ainsi en altitude, on observe une intensité lumineuse plus grande. Les atomes d’azote neutres à bas niveau produisent du rouge pâle quand ils sont frappés par des électrons, l’azote ionisée de la haute atmosphère (N2

+) émet du violet et du bleu ( une émission se fait à 391,4 nm et une autre plus faible à 427,8 nm), l’azote moléculaire (diazote) émet quant à lui du rouge de 650 à 680 nm. Remarque : on peut également retrouver les spectres d’émission de l’hydrogène avec les raies de la série de Balmer dan le visible (656,2 nm, 486,1 nm, 434,0 nm), et de la série de Lyman dans l’ultraviolet (121,6 nm).

2/ Le projet.

Reproduire une aurore boréale en laboratoire demande des conditions particulières que nous ne pouvons reproduire en lycée. Seul Kristian Birkeland (en 1897) a réussi à reproduire ce phénomène. Tout au long de sa vie passionné par le soleil, ce physicien norvégien conçut la première théorie cohérente de l’aurore polaire. Cependant, cette théorie est trop complexe à notre niveau pour pouvoir l’expliquer. Nous avons donc imaginer une expérience qui pourrais se rapprocher le plus des conditions dans les quelles les aurores polaires se forment. Cette expérience s’appuie sur l’étude des lampes à mercure et à vapeur de sodium. Avec ces lampes que l’on appelle « à décharge », nous avons pu constater que chaque gaz émettait une couleur qui lui était propre, et qu’à cette couleur était associé une longueur d’onde précise. Par exemple, le spectre du sodium contient notamment deux raies : une à 589,0 nm et une autre à 589,6 nm qui correspondent toutes deux à une couleur jaune.

Spectre d’émission de raies du sodium.

Le spectre d’émission du mercure, quant à lui, contient notamment quatre raies: - une à 400nm pour le violet ; - une à 500 nm pour le vert ; - et deux à 579 et 577 nm pour le jaune.

Spectre d’émission de raies du mercure.

La quasi majorité des lampes à décharges sont remplies d’un gaz dit tampon, qui est un gaz rare, et d’un élément principal (émetteur) comme le sodium, le mercure ou les sels métalliques. Cet émetteur permet l’amorçage de la lampe, c'est-à-dire la création d’un plasma entre deux électrodes. Qu’est ce qu’un plasma ?

Un plasma est un état dilué de la matière, constitué de particules chargées, électrons et ions, en proportion telle que le milieu soit globalement neutre. Il est considéré comme le quatrième état de la matière. Les plasmas peuvent être soit naturels (aurores polaire, étoile, éclairs...) soit artificiels crées par un champ électrique et/ou magnétique (plasma basse pression, réacteur à fusion nucléaire...).

Nous avons donc décidé d’imiter le principe de ces lampes à décharge mais cette fois ci avec les gaz qui interviennent dans la formation des aurores polaires, à savoir le dioxygène et le diazote. 1ère expérience : Le principe de notre première expérience fut tout d’abord de rapprocher deux électrodes en graphite. Après les avoir taillé en pointe, nous voulions savoir si oui ou non, avec une forte tension, nous aurions obtenu un arc. Pour procurer une tension suffisante a la création d’un

arc, nous avons penser a une machine que notre professeur nous avait montré en cours : la machine de Wimshurst (voir ci contre). La machine de Wimshurst a une apparence caractéristique, car elle est constituée de 2 larges disques faits de matériau isolant, sur lesquels sont disposées régulièrement des pastilles métalliques. En faisant tourner les disques dans des sens opposés, au voisinage de pointes métalliques connectées de façon adéquate, et reliées à des boules métalliques qui peuvent être écartées (les éclateurs), il apparaît entre ces dernières des étincelles. Deux balais frottent les disques qui tournent et

l'électricité produite sur les disques est récupérée au niveau de peignes servant a envoyer l'électricité vers deux condensateurs eux-mêmes reliés à deux électrodes entre lesquelles se forme un arc électrique. Malheureusement, même en rapprochant très près les électrodes (environ 5 mm) nous n’avons pas réussi a obtenir un arc constant mais seulement de courtes décharges successives. Même si nous pouvions apercevoir une couleur violette, la durée de la décharge ne nous permettait pas d’analyser son spectre !...

2nd expérience :

Pour cette seconde expérience, nous avons

cette fois-ci décidé de placer les électrodes aux extrémités d’un tube à essais. Nous avons également changé la source d’énergie en remplaçant la machine de Wimshurst par un générateur haute tension (environ 4000 volts). Voir photo ci contre. En rapprochant de très près les électrodes nous avons obtenu un arc, mais de très faible intensité. Cet arc ne nous permettait donc toujours pas d’étudier la couleur du spectre (qui à nos yeux semblait toujours violette). Générateur

Tube à essais avec les électrodes aux extrémités.

3e expérience :

Photo de la 3ème expérience.

L’intensité lumineuse de l’expérience

précédente étant trop faible, et sachant que l’intensité lumineuse d’un arc dépend de la pression (explication dans le 1, 4ème partie) nous avons eu l’idée d’ajouter une pompe afin de faire le vide d’air dans la tube (voir photo ci contre). Ainsi, nous avons pu obtenir dans le tube une pression de l’ordre de 20 hPa (l’obtention d’une pression inférieure est limitée par les entrées d’air provoquées par les nombreux raccords : tuyaux, etc…).

Photo de la pompe à vide.

Ainsi, avec un écart d’au moins 1 cm entre les deux électrodes, un arc suffisamment intense pour pouvoir en étudier le spectre a été observé.

Générateur Spectroscope

Tube à essais

Photo de l’arc produit dans l’air

Pour étudier le spectre, nous avons utilisé un spectromètre, prêté par l’entreprise Ulice Optronique (voir ci contre). Le spectre est le suivant :

On a remarqué des raies à 389 nm et à 425 nm qui pourraient donc correspondre à l’azote ionisé de la haute atmosphère (391,4 nm et 427,8 nm) et qui se caractérisent respectivement par une couleur violette et une couleur bleue. Expérience complémentaire à cette 3ème manipulation : Suite à cette expérience, nous avons décidé d’étudier la tension disruptive de l’air dans le tube, sous différentes pressions. C’est à dire la tension à laquelle il faut porter les bornes des électrodes pour rendre l’air entre celles ci conducteur et obtenir un arc. La distance entre les deux électrodes reste constante (environ un demi centimètre).

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

t (s)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000 u1 (V)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

t (s)150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050 u1 (V)

L’évolution de la tension en fonction du temps est représentée sur les deux graphiques ci-dessus pour deux pressions différentes. On remarque que l’apparition de l’arc provoque une chute brutale de tension, ce qui nous a permis de déterminer facilement la tension disruptive. Selon la pression l’arc s’établit de façon stable (à droite) ou présente des micro-ruptures que l’on peut repérer par des grandes variations de tension. La courbe obtenue est une droite, traduisant donc une relation affine entre la tension disruptive de l’air entre les électrodes et la pression. En clair, plus la pression est élevée, plus la tension aux bornes des électrodes doit être grande pour obtenir un arc. 4ème expérience :

Il consistait cette fois à

importer dans le tube du dioxygène. Comme dans l’expérience précédente, on a gardé dans le tube une pression d’environ 20 hPa. Nous avons également remplacé les

Schéma de la quatrième expérience

Graphique représentant la tension disrutive aux bornes des électrodes en fonction de la pression

dans le tube.

y = 13,979x + 243,04R2 = 0,9851

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80

pression en hPa

tens

ion

en V

cc

électrodes en graphite par des électrodes en acier (inoxydable) car les premières semblaient se consumer petit à petit, en s’oxydant à cause du dioxygène. La couleur de l’arc obtenu diffère du précédent. La couleur violette de l’expérience avec l’air a laissé place à une couleur plutôt rouge. Cependant, l’arc rouge obtenu était de trop faible intensité pour pouvoir en étudier le spectre. Cet arc rouge pourrait correspondre aux atomes d’oxygène situé à plus de 300 km qui émettent dans le rouge foncé à 630 ou 630,4 nm. 5ème expérience Cette fois, nous voulions isoler du diazote dans le tube. Différents procédés s’offraient à nous pour en recueillir : le premier était de réaliser une expérience (que nous avions découvert en 3ème) et le second était tout simplement d’en acheter. Nous avons donc commencé, par le procédé le moins coûteux : l’expérience.

Arc rouge

Paille de fer Eprouvette

Cristallisoir + eau

Schéma de l’expérience pour recueillir du diazote.

Description brève de cette expérience : Nous avons placé de la paille de fer au fond d’une éprouvette que nous avons par la suite retournée et placé bien droite dans un cristallisoir rempli à moitié d’eau. Le dioxygène présent dans l’éprouvette agit avec la paille de fer en formant de la rouille (l’eau aide a la réaction).Il ne reste donc plus dans le tube que du diazote. La disparition du dioxygène entraîne la montée de l’eau dans l’éprouvette. Malheureusement, cette expérience, pourtant simple, a échoué. Nous avons préféré ne pas la recommencer pour deux raisons : sa longueur (plusieurs jours) et la quantité très restreinte de diazote acquise. Nous avons donc décidé d’acheter du diazote en bouteille. 6ème expérience :

Nous avons pu également nous

faire prêter un générateur haute tension (1,5 kV) débitant une plus forte intensité (jusqu’à 5 mA) afin que l’arc obtenu soit plus visible.

Photo du nouveau générateur.

Une nouvelle pompe à vide (voir ci-contre) afin d’obtenir une pression dans le tube encore plus basse a en outre été acheté. Elle nous a permis de travailler à des tensions disruptives plus basses et d’augmenter l’intensité lumineuse.

Photo de la nouvelle pompe à vide.

Les résultats avec l’air furent surprenant tant ils étaient concluants !!! Nous avons

réussi à obtenir dans le tube une pression de 7 hPa et en conséquence, l’intensité de la lumière émise était beaucoup plus forte et donc la couleur beaucoup plus visible …

Comme à la troisième expérience, nous avons étudié le spectre de la lumière émise et obtenu des résultats à peu près semblables :

Pompe à vide

Ampèremètre

Générateur

Voltmètre

Tube

Fibre optique

Spectromètre

Schéma de l’expérience.

Photo de la lumière émise dans l’air.

Spectre d’émission de raies de l’air à une pression de 7 hPa.

7ème expérience : Cette expérience, identique à la quatrième a été refaite mais avec le nouveau matériel. Les résultas furent là aussi très convaincant. En effet, ce nouveau matériel nous a permis, comme avec l’air, d’obtenir une lumière plus intense et donc d’en étudier le spectre … Ci-dessous, deux spectres d’émission de raies obtenus :

Spectre 1 d’émission de raies du dioxygène à une pression de 100 hPa

Spectre 2 d’émission de raies du dioxygène à une pression de 100 hPa.

Vous vous demanderez sans doute : pourquoi avons-nous étudié le spectre à une pression de 100 hPa et non 7 comme pour l’air ? Et bien nous avons supposé que les nombreux raccords présents dans notre système (robinets, tuyaux, bouchons …) entraînaient la présence de nombreuses rentrée d’air. En conséquence, à une pression de 7 ou 8 hPa, la proportion d’air (et par conséquent de diazote) par rapport à la quantité de dioxygène présente dans le tube était donc trop grande. Ainsi on ne pouvait observer la réelle couleur émise par le dioxygène sans être gêné par la couleur émise par le diazote. Par contre, à une pression de 100 hPa, nous avons estimé que la quantité d’air, très faible par rapport à la quantité de dioxygène, ne gênait en rien l’observation des couleurs émises par le dioxygène.

On remarque 3 raies majoritaires : une dans le rouge à 681 nm, une à la limite du visible à 767 nm et une autre dans l’infrarouge à 841 nm. Même si ces longueurs d’onde ne correspondent pas à celles de la lumière émise par le dioxygène durant une aurore polaire, nous pouvons tout de même constater que les longueurs d’onde obtenues correspondent à du rouge, lui-même émis par les atomes d’oxygène à 300 km. Ces différences de résultats sont sans doute dues au fait que l’oxygène se présente sous de multiples formes : atomiques, moléculaires et ionisées… Chacune de ses formes émettrait une lumière de longueurs d’onde différentes… Nous n’avons donc probablement pas réussi à obtenir la même forme d’oxygène dans le tube.

On remarque également l’absence de vert sur le spectre, pourtant caractéristique des atomes d’oxygène situés à 100-120 km. Toutefois, on peut observer un très faible halo jaune vert dans la lumière émise dans le tube. Cette lumière est cependant de trop faible intensité pour pouvoir la retrouver sur le spectre. 8ème expérience : La bouteille de diazote, pourtant commandée, n’arrivant pas, nous avons décidé de nous rendre au lycée « Valentine Labbé », à La Madeleine afin de leur demander s’ils possédaient, le précieux gaz qui nous manquait ! La réponse fut positive. Ainsi, nous avons pu réaliser dans ce lycée cette 8ème expérience, consistant à isoler du diazote dans le tube.

Tube

Pompe

Spectromètre

Arrivée d’azote

Fibre optique

Générateur

Photo de l’expérience.

Malgré la mauvaise qualité de la photo, voici l’arc obtenu :

En réalité, l’arc était plutôt de couleur violette voir rose. Voici les spectres obtenus à différentes pressions :

Photo de la lumière émise par le diazote.

Spectre d’émission de raies de l’azote à une pression de 54 hPa.

Les raies identifiées sont les suivantes : - 377 nm ; - 387 nm ; - 391 nm correspondant à l’azote ionisé de la haute atmosphère : N2

+; - 397 nm ; - 403 nm ; - 417 nm ; - 427 nm correspondant elle aussi au diazote ionisé de la haute atmosphère ; - 433 nm. On observe également quelques pics dans le rouge qui pourraient correspondre au diazote neutre à bas niveau d’énergie émettant dans le rouge pâle quand il est frappé par les électrons. Les autres raies obtenues dans le bleu et le violet correspondent probalement à d’autres formes de diazote : atomique, moléculaire ou ionisées. Enfin, on remarque que les pics du spectre à 54 hPa sont plus hauts que les pics du spectre à 106 hPa. Cela traduit bien la relation unissant intensité et pression vue précédemment : plus la pression dans le tube baisse, plus l’intensité de la lumière émise est forte…

Spectre d’émission de raies de l’azote à une pression de 106 hPa.

9ème expérience : Après la présentation de notre expérience devant le jury de Lille, l’un d’entre eux, M. Albert Art de l’Université Libre de Bruxelles, nous a soumis quelques propositions afin d’améliorer notre expérience. L’une d’elle était d’appliquer un champ magnétique dans le tube afin de se rapprocher de l’effet de celui de la Terre sur les aurores polaires. Nous avons donc utilisé un aimant naturel puis un électroaimant. Dans le tube contenant l’air, l’expérience ci-dessus nous a permis d’observer un halo supplémentaire, d’une couleur rouge orangée. Des résultats similaires ont été observés avec les aimants naturels.

Bobines (électroaimant)

Schéma de l’expérience avec le champ magnétique.

Schéma du halo lumineux observé.

Halo lumineux

Electrode positive

Electrode négative

Voici le spectre des couleurs observées dans le halo.

Nous observons quatre groupes de raies majoritaires : _ un dans le violet d’intensité relativement importante _ un dans le jaune d’intensité plus faible _ un dans le rouge _ un dans le rouge proche infrarouge. Ces deux dernières sont d’une intensité notable. D’après les tables que nous avons, ces raies correspondent très probablement aux raies d’émissions du diazote (N2), même si nous avons pu remarquer un écart de un ou deux nanomètre entre les longueurs d’ondes fournies par le spectromètre et celles issues de nos références. La répartition des intensités (hauteur du pic) est en revanche en très bon accord avec celles-ci. La lumière de couleur violette autour de l’électrode négative avait déjà été analysée lors de la 6ème expérience et nous en avions conclu qu’il pouvait s’agir d’une émission de N2+ . On peut expliquer cette localisation car la molécule d’azote chargée positivement est attirée vers l’électrode négative. On ne retrouve cependant aucune trace d’oxygène atomique, probablement parce que l’azote est trop grande proportion dans le tube.

Conclusion :

Nous voici enfin arrivé au terme de ce projet. L’avez- vous trouvé passionnant ?

J’espère car en tout cas pour nous il l’a été !!!

Alors oui, il est vrai que nous n’avons pas réussi à reproduire une « véritable »

aurore polaire mais bon, pour nos « petits moyens », ce que nous avons réussi

n’est déjà pas si mal !!! Tout de même, il nous a été possible de reproduire des

décharges colorées dans lesquelles nous avons retrouvés certaines raies présentes

dans les spectres des aurores polaires.

Et mêmes si certaines de ces couleurs ne correspondent pas aux couleurs voulues,

nous avons eu la chance d’observer celles émises par l’air, le dioxygène et le

diazote, ce que peu d’élèves de notre âge ont déjà vu !!!

De plus, ce projet nous a permis d’acquérir de nombreuses connaissances en

matières de spectroscopie, et aussi d’électricité !!!

Alors oui, ce projet est une réussite et nous en sommes très fiers !

Car qui, à part un certain Kristian Birkeland, a déjà réussi à reproduire une

aurore polaire ?...

SYNTHESE PERSONNELLE Tout a commencé le jour ou notre professeur de physique chimie M Larose nous a parlé des olympiades de la physique. En effet, l’idée nous à plus tout de suite : s’investir réellement dans un projet, le construire petit à petit, pour aboutir à la fin à une expérience concluante nous a motivé pour participé aux olympiades de la physique.

Le choix du sujet n’a pas été si difficile que nous aurions pu le croire. Tout a commencé dans une salle de cinéma, quand l’un de nous était allé voir le dernier trappeur, et c’est en voyant ce film, qu’il a eu le déclic, la beauté des aurores vue dans le film, l’a tout de suite décidé à en parler. L’idée nous a séduite immédiatement, mais une question subsistait : comment reproduire ce magnifique phénomène en laboratoire, même à notre niveau !

Reproduire une aurore boréale, était pour nous impossible, mais, après en avoir parlé avec notre professeur, et après de nombreuses recherches sur le sujet, nous avons trouvé une expérience qui pourrait nous aider a mieux comprendre le phénomène, et l’expliquer. Comme vous avez pu vous en rendre compte dans notre dossier, les étapes pour y parvenir ont été nombreuses, mais l’aboutissement de notre projet est une réussite dont nous somme plutôt fier. Travailler pendant quasiment une année complète sur les aurores boréales a été pour nous une expérience passionnante et très enrichissante ! Nous en garderons quoi qu’il arrive un très bon souvenir.

Nous tenons également à remercier certaines personnes sans qui la réalisation de ce projet n’aurait pas été possible : -M. Larose notre professeur de physique qui nous a accompagné et aidé tout a long de notre projet. -M. Lespinasse qui nous a apporté une aide très précieuse, quand il en avait l’occasion. -M. Pujol, doctorant au laboratoire d’aerologie à l’observatoire Midi-Pyrénées pour sa relecture, ses conseils et la documentation qu’il nous a transmise. -le lycée Valentine Labbé de la Madeleine et en particulier M. Binchet, chef de travaux, et M. Debacque, préparateur, qui nous ont dépannés, en nous prêtant du diazote, ce qui nous a permis de finir nos expériences car la commande que nous avions passée n’arrivait pas. -les entreprises Ulice et Sefelec qui nous ont prêtés, respectivement un spectroscope et un générateur, qu’il nous était impossible d’acheter en raison des prix élevés, mais qui étaient tous deux indispensables à la réalisation de notre expérience.