1

Finale nationale des Olympiades de Physique Vendredi 25 janvier 2008

Au Palais de la Découverte

Morgan COUVELARD, Camille DUBART, Marie GHYS

Présentent

Les champs sons d’eaux

2

Nos partenaires

3

Sommaire. Le son 5

Mesure de la célérité du son en TP 7

Historique des mesures dans l’eau 8

La bataille des chiffres significatifs 12 Quatre chiffres significatifs pour d 12 Quatre chiffres significatifs pour t 12

Les premiers essais d’émission et réception de son dans l’eau 16

Le problème des ondes stationnaires 18 Les ondes stationnaires 18

Comment générer des claps dans un tube ? 19

Les mesures à Nausicaa 22 Le bassin tactile 22 Le récif corallien 23

Le tube de mesures 25 Le problème du haut-parleur 25 Le problème du micro 26

Mesures en fonction de la concentration en chlorure de sodium 28 La préparation des solutions. 28

La réalisation des mesures 29 Mesures en fonction de la température 31 Conclusion 34 Remerciements 35

Bibliographie papier 36

Webographie 37

Les Olympiades de Physique … Une expérience à vivre … (Camille) 38

Sacrées Olympiades !!! (Marie) 40

Il ne faut jamais baisser les bras et croire en ce qu'on fait (Morgan) 42

4

L’an dernier, notre professeur de physique-chimie M. Ryves était quelques fois

absent et nous expliquait par la suite qu’il s’agissait d’un voyage dans le cadre des Olympiades. Effectivement, il allait à Stockholm, Malte et Moscou avec Perrine et Clémence, (« un mirage + un mirage = une belle image »).

Perrine et Clémence

Lors de la remise de leur premier prix à l’université Baumann de Moscou. Mais c’est réellement cette année que nous avons découvert les Olympiades grâce à l’intervention d’un ancien participant (Maxime OdP 2006-2007) lors de notre premier TP de Spécialité. C’est à ce moment que nous avons réellement su ce qu’étaient les Olympiades, Nous avions chacun réfléchi de notre côté, sans savoir que l’un ou l’autre était aussi intéressé. Quand toute la classe a dû rendre le verdict quant à sa participation aux Olympiades, nous nous sommes rendus compte que nous, trois amis très proches, voulions y participer. Il a fallu alors se mettre en quête d’un sujet intéressant et passionnant. Comme tous les dimanches matin depuis le début de l’année, nous nous sommes retrouvés à la piscine et là, une illumination nous est venue. Les filles voulaient communiquer sous l’eau et se sont rendu compte que c’était possible ! Marie n’a pas vraiment compris ce que Camille a voulu lui dire, mais elle a entendu quelque chose. Et c’est aussi, lors de notre premier DS de sciences physiques, le sujet USA juin 2007, devait nous faire calculer la célérité des ondes sonores dans l’eau. Tout se confirmait ! Il ne restait plus qu’à mettre le moteur en marche et avoir plein d’idées. Quelle est l’histoire de cette mesure ? Comment mesurer cette célérité, quels sont les différents paramètres qui influent sur celle-ci ?

5

Le son Soyons réalistes, c’est avant tout une partie importante de notre programme de terminale S, tant en tronc commun qu’en spécialité. Ce travail nous a donc permis de mieux comprendre et d’assimiler le programme. Le son est une OMPP 3D longitudinale !

• OMP comme onde mécanique progressive c'est-à-dire un phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu, sans transport de matière. La perturbation se transmet de proche en proche, il y a transfert d’énergie mais pas de transport de matière. Le milieu élastique reprend sa position initiale après le passage de la perturbation. Idéalement, chaque point du milieu reproduit à l’identique le mouvement de la source avec un retard proportionnel à la distance de celle-ci.

• Le second P de OMPP comme périodique. Un son prolongé est un phénomène

périodique, c'est-à-dire que la perturbation se reproduit identique à elle-même au cours du temps. Ce n’est évidemment pas le cas pour les « Scrouitch » que l’on peut entendre parfois dans les haut-parleurs de nos téléphones.

• 3D, comme trois dimensions, les ondes sonores et toutes les ondes mécaniques

progressives, se propagent dans toutes les directions qui leur sont offertes. L’air qui nous entoure ou l’eau à laquelle nous allons nous intéresser, sont des milieux de propagation à trois dimensions, lorsque le son se propage dans un téléphone à ficelle, c’est une onde à une dimension.

• Longitudinale, c’est le cas du son, la perturbation est une onde de compression-

dilatation des couches du milieu (l’air en général), dont la direction est la même que celle de propagation.

Toutes les ondes possèdent les mêmes propriétés caractéristiques :

• Elles se propagent de proche en proche sans transfert de matière. • Elles se propagent dans toutes les directions qui leur sont offertes. • Elles peuvent se croiser sans se perturber, on peut parler en même temps que

quelqu’un et se comprendre mutuellement. • Elles peuvent être réfléchies, réfractées ou diffractées. • La vitesse de propagation de la perturbation est une caractéristique du milieu.

Pour les ondes mécaniques, et donc les ondes sonores, on ne parle pas de vitesse mais de célérité. Un véhicule a une certaine vitesse mais il y a dans ce cas un déplacement de matière contrairement aux ondes mécaniques progressives. On la note cependant, v, la lettre c étant réservée à la célérité de la lumière dans le vide (même s’il s’agit d’une onde non mécanique, elle se propage dans le vide donc sans milieu et ne répond plus à la définition).

6

Donc la célérité se calcule par la relation v = dt

d est la distance parcourue par la perturbation pendant le temps de parcours t. Cette célérité est une caractéristique du milieu et de son état (température, rigidité, tension) mais elle est indépendante de l’amplitude de la perturbation pour un milieu dit linéaire.

Matériaux Célérité Matériaux Célérité

Air 343 PVC (Mou) 80

Eau 1 480 PVC (Dur) 1 700

Glace 3 200 Béton 3 100

Verre 5 300 Hêtre 3 300

Acier 5 200 Granit 6 200

Plomb 1 200 Péridotite 7 700

Titane 4 950 Sable sec 10 à 300

Célérité du son en m.s-1 dans quelques matériaux à 20 °C, 1013 hPa (Source Wikipédia)

Dans le cas de la propagation du son dans l’air on peut calculer sa célérité, vair, par la relation :

vair = 331,4 + 0,607 x θ Où θ est la température en degré Celsius, c’est cette relation que nous avons utilisée en TP, c’est une formule approchée qui donne une erreur autour de 0,2% dans la gamme de température -20°C/ 40°C. Dans le cas des ondes mécaniques progressives périodiques, le milieu est dit dispersif si la célérité dépend de la fréquence.

Pour terminer, les OMPP possèdent une double périodicité, l’une temporelle (la période, T, en seconde d’où le nom de périodique) et l’autre spatiale : c’est la longueur d’onde λ en mètre.

Les deux sont reliées par la relation :

λ = v.T

« La longueur d’onde est la distance parcourue par la perturbation en une période ».

7

Mesure de la célérité du son en TP. Lors du premier TP de physique « Mesure de la célérité d’une onde », après avoir étudié la célérité d’une onde à la surface de l’eau, nous avons déterminé la célérité du son par la méthode du « clap ». Le clap est en fait constitué de deux planches de bois articulées par une charnière. Lorsqu’on referme rapidement le système il se produit un son, « le clap », et deux punaises se mettent en contact. Celles-ci sont reliées par l’intermédiaire de 2 fils à la console Généris (borne synchro) qui déclenche l’acquisition de la tension mesurée aux bornes de deux microphones séparés par une distance d.

Schéma du montage Le contact des punaises déclenche l’acquisition en fonction du temps des signaux reçus par

les 2 micros, le micro N°2 reçoit le signal avec un retard τ = M’Mv

ou Δt = dv . Lorsqu’on

représente la courbe d = f(Δt), on obtient une droite passant par l’origine (voir page suivante). La distance d est proportionnelle à Δt, le coefficient directeur est la célérité v. On choisit 2 points de la courbe au « hasard », Le point (0,0) est très intéressant pour les calculs !!!

k = 2,60 – 07,50 - 0

=0.346 m/ms (le point 2,60 m et 7,50 ms a été vérifié expérimentalement)

Soit vair = 346 m.s-1

Sachant que la température dans la salle était de θ = 26,0°C, on peut calculer vair théorique.

vair théorique. = 331.4 +0,607 x 26,0 =347 m.s-1

L’écart relatif est donc e = 347-346347

x 100 = 1347

x 100 = 0,28%

Vers PC

Micro 1 Micro 2

Clap

Punaises

d

M M’

8

Ces résultats sont la « mutualisation des résultats » (la moyenne de la classe)des différents groupes de TP (comme dit M. BURIDANT), en fait la moyenne. « On ne fait pas de la physique sur une seule mesure, comme on n’estime pas la valeur d’un élève sur un seul DS » dit-il souvent. d = f(Δt) Nous savons donc essentiellement de ce TP que la multiplication des mesures est nécessaire, nous ne ferons pas une seule mesure mais le maximum possible. Lors du second TP de physique, « Dispersion et diffraction d’une onde mécanique », nous avons utilisé un autre montage :

0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Δt ms 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3 d (m)

GBF

HP

Micro 1

Micro 2

d1

d2

YA

YB

Δd = k x λ

9

Dans ce TP, on utilise la périodicité spatiale des ondes sonores. Le GBF fournit une tension sinusoïdale de fréquence N à un haut-parleur, deux micros sont alors reliés à un oscilloscope. Lorsqu’ils sont à la même position, les deux signaux reçus sont en phase. Lorsqu’on recule le micro N°2, les signaux se déphasent. Puis si on continue à l’éloigner, ils sont de nouveau en phase, la distance de déplacement correspond à une longueur d’onde. Et si l’on continue à n longueurs d’onde, pour n retour en phase, la mesure du déplacement nous donne la longueur d’onde, Δd = k x λ.

λ = v x T et T = 1N

D’où λ = vN

Soit finalement v = λ x N Remarque : Plus la longueur d’onde est petite, plus on a intérêt à multiplier les longueurs d’onde (dans le déplacement) : une erreur de 1mm sur 800 mm, n’a pas la même incidence que 1 mm sur 80 mm. Lors de ce TP, nous avons mesuré la célérité à différentes fréquences ; certaines sont particulièrement pénibles, et nous avons conclu que la célérité des ondes sonores dans l’air est la même aux erreurs d’expérience près, donc l’air n’est pas un milieu dispersif pour le son. Graves et aigus se propagent à la même vitesse.

10

Historique des mesures dans l’eau D’après la littérature, les scientifiques s’intéressent aux sons dans l’eau depuis Aristote (350 ans avant JC). La première mesure de sa célérité aurait été faite par François Sulpice BEUDANT, en 1813 dans le port de Marseille, il aurait trouvé 1500 m.s-1 d’après différents livres consultés sur http://books.google.com sans autre précision.

François Sulpice BEUDANT (1787-1850).

La première mesure correctement relatée est celle faite, en 1826, sur le lac Léman (lac de Genève) par Jean-Daniel Colladon (physicien suisse) et Charles Sturm (mathématicien français).

Jean Daniel COLLADON Charles François STURM

1802-1893 1803-1855 Un son était émis par une cloche immergée à Thonon (France) et un hydrophone, sorte de cornet permettant d’écouter sous l’eau, captait le son émis à Rolle (Suisse). Le dispositif de frappe de la cloche produisait également un flash qui donnait le top chrono. L’expérience était faite de nuit pour éviter les bruits parasites et permettre de voir le flash.

11

La distance Thonon-Rolles avait été déterminée avec précision à 13487 m

Détermination de la distance avec Google Earth

(Elle est compatible suivant l’endroit où on est dans l’eau !!) Après n mesures (nombre inconnu), ils ont calculé le temps moyen mesuré à l’aide d’un chronomètre au 1/10ème de seconde et ont trouvé une célérité de 1434 m.s-1 pour une eau à 8°C. La valeur mesurée par Colladon et Sturm a longtemps été considérée comme exacte. Or cela donne un temps moyen mesuré de 9,4 s. Il y a bien 5 chiffres significatifs dans la mesure de la distance mais seulement 2 dans la mesure de temps à l’aide d’un chronomètre au 1/10ème de seconde. La valeur correcte pour le bac est 1,4 .103 m.s-1.

12

La bataille des chiffres significatifs.

Nous avons voulu obtenir la mesure de la célérité du son dans l’eau avec au moins 4 chiffres significatifs.

Puisque : v = dt

(Relation fondamentale de la physique selon M. RYVES, notre professeur de 1S) )

d et t étant issus de mesures, il faut impérativement qu’ils soient mesurés avec 4 chiffres significatifs. Quatre chiffres significatifs pour d

Nous voilà retombés dans le premier TP de seconde « mesures et précision », où nous

avions appris que la précision d’une mesure est égale à la plus petite graduation de cet instrument. Il est alors facile d’avoir 4 chiffres significatifs puisque des instruments de mesures de longueurs courants permettent d’avoir une précision de 1 mm sur une longueur supérieure à 1,000 m, un « mètre ruban » de 2 m permet cette précision. Comme nous avions choisi d’avoir une longueur plus grande, nous nous sommes procurés un pentamètre ou demi-décamètre (enfin 5m) dans un magasin de bricolage. Le premier réflexe de notre professeur a été de vérifier qu’il portait bien les marques d’un agrément aux normes françaises et européennes.

Quatre chiffres significatifs pour t Nous avions choisi de travailler dans une salle de classe qui mesure 7,650 m de largeur sur 10,870 m de longueur (d’après les plans de notre lycée rénové en 2000) Un rapide calcul avec une célérité de l’ordre de 1500 m.s-1 donne un temps à mesurer de l’ordre de = 7,067 .10-3 s soit 7,067 ms avec une précision de la microseconde. C’est cette précision que nous allions demander à notre logiciel Généris 5+. C’est un logiciel qui fait des mesures en fonction du temps et qui permet de les traiter assez facilement. Bon, si nous choisissons une durée d’acquisition de 10 ms et si nous choisissons l’option 501 points de

mesures, cela nous donne un intervalle de temps entre chaque mesure de 10,6001500

= 2.10-5s

donc 20 fois ce que nous recherchions. Nous n’avions pas du tout envie d’apprendre à nous servir de la console d’acquisition gagnée aux Olympiades par Perrine et Clémence. Et c’est

13

là que la chance nous sourit. Le mercredi 19 septembre, après midi alors que nous cherchions une solution sur Internet, le téléphone sonne, c’est le représentant de la marque qui veut savoir si les nouvelles consoles USB fonctionnent bien puisqu’elles viennent d’être livrées. M. BURIDANT répond que ça marche très bien au premier essai et que le lendemain, ce serait le premier test en grandeur réelle puisque c’est le premier TP de terminale utilisant ce logiciel, et c’est avec nous ! Le représentant ajoute qu’il va passer le lendemain ! Nous avons donc eu la chance de pouvoir lui poser la question : « Comment mesurer un temps de quelques ms avec une précision de la µs ? ». On ne lui demande pas cela tous les jours, il donne à notre professeur, le mail du service technique. Un extrait de la réponse : « … concernant la mesure temporelle, la précision est inférieure à la fréquence d'échantillonnage maximale de la console utilisée. Pour la console ESAO Visio +, par exemple, la fréquence d'échantillonnage maximale est de 10 MHz soit un point tous les 100 ns avec une résolution de 50 ns. … » Donc théoriquement c’était possible, mais restait le problème des 501 points, nous avons eu la curiosité de taper 601 et de lancer l’acquisition, ça marche. 1001 aussi, 2001, 5001 aussi 10001 non. Mais qu’importe ! 5ms sur 5001 points cela nous donne une précision de 1µs. Restait à tester notre système. Nous avons pensé dans un premier temps mesurer la fréquence d’un GBF. Puis on ne sait plus exactement comment nous est venue l’idée : le TP mesure du temps en seconde où l’on nous avait montré à l’oscilloscope que le quartz d’un réveil vibre à 215 Hz 32768 soit une période de T = 3,0518.10-5s. Action, réaction, on essaie et voici le résultat.

Le montage pour l’acquisition

.

14

Au premier abord cela semble complètement raté, mais en dilatant l’axe des abscisses.

15

On a 610 µs pour 20 périodes soit T = 61020

= 30,5 µs soit F = 130,5.10-6 = 32786 Hz (3,28.104

Hz en tenant compte des chiffres significatifs). Si on compare notre résultat aux 32768Hz espérés, nous pouvons être et nous sommes TRES contents de notre technique.

16

Les premiers essais d’émission et réception de son dans l’eau.

Pour faire des essais d’émission de son dans l’eau, nous avons d’abord recherché sur internet l’existence de matériel étanche « Waterproof » ; c’est un matériel qui existe et qui a un certain prix. En attendant, pourquoi ne pas travailler avec un haut-parleur classique ? Après tout, celui-ci est constitué de fils vernis et donc isolés sauf au niveau des soudures. Nous avons donc essayé en isolant dans un premier temps avec de la cire de bougie, ce n’est pas top car elle se craquèle au moindre mouvement, elle a tendance à rigidifier la membrane si elle est en contact avec elle et surtout elle risque de fondre si on étudie l’effet de la température.

Nous sommes donc passés voir le peintre du lycée pour savoir s’il avait du vernis « pour isoler » il nous a fourni uniquement du vernis pour bois « Vous pouvez toujours essayer ». C’est ce que nous avons fait. Un petit coup de vernis sur les soudures, pour éviter d’attendre, un petit coup de sèche-cheveux (utilisé pour les chromatographies sur couche mince), et nous avons répété l’opération 2 ou 3 fois.

Soudures isolées au vernis

On branche sur un GBF Visionor (sortie 50 Ω), on met dans l’eau d’un cristallisoir, on appuie sur l’interrupteur et on a le plaisir d’entendre un son. Ça marche ! notre première victoire ! Bon le son n’étant pas très fort nous avons essayé la sortie arrière du Visionor 1W, 8 Ω Le haut-parleur n’a pas apprécié, ce fut notre premier échec !

17

« Mieux que bien c’est mal : théorème de Ducrocq » dit très souvent en cours M. BURIDANT. C’était le début de l’année nous n’avions pas encore complètement saisi la portée de cette petite phrase. L’émission, ça fonctionne, bon eh bien il faut recevoir le signal maintenant. Un aperçu sur les micros disponibles au lycée nous a montré qu’il n’y avait pas grand-chose d’étanche. Alors pourquoi ne pas essayer avec un haut-parleur utilisé en micro ? Un haut parleur fonctionne grâce à la loi de Laplace, une bobine traversée par un courant, placée dans un champ magnétique, subit une force qui la déplace. Et si on soumet cette même bobine à une force qui provoque son déplacement dans le même champ magnétique, il apparaît un courant. Celui-ci est très faible, nous avons donc choisi de le brancher sur l’entrée micro dynamique, à l’aide d’un cordon adapté, d’un autre GBF Visionor qui cette fois est utilisé en tant qu’amplificateur en mettant le bouton sur micro au lieu de générateur. Pour savoir si on reçoit un son, il suffit de brancher un haut parleur 1 W sur la sortie arrière. Et… ce fut notre seconde joie de la journée, le son émis par le premier haut-parleur est reçu par un second (utilisé comme microphone) pour finalement être entendu par un troisième haut-parleur. Tous ces heureux événements nous ont ravis !

18

Le problème des ondes stationnaires Les ondes stationnaires Nous nous sommes très vite demandés dans quel récipient, nous allions pouvoir faire nos mesures, pour pouvoir gérer tous les paramètres. Assez rapidement le choix d’un tube nous a paru être une bonne idée. D’autant que le labo de notre lycée a hérité des 60 m de tube de Maud et Clara (La couleur des poissons OdP 2004/2005). Et même si Perrine et Clémence en ont promené quelques morceaux dans toute l’Europe avec leur lentille à mirage (OdP 2005/2006), on a toujours du stock. M. BURIDANT s’est alors fait un plaisir de nous sortir de l’armoire une « antiquité » : un tube de Kundt.

C’est un tube en verre fermé aux deux extrémités, l’un des bouchons est relié à une tige métallique. Lorsqu’on la frotte avec un chiffon imprégné de colophane (c’est ce qu’on met sur les archets de violon), cela émet un bruit sinistre qui fait grincer les dents. Et on voit alors que la poudre de lycopode (pollen de fougère), mise dans le tube, se met à former de petits tas par endroits et à d’autres il n’y en a plus : des nœuds et des ventres de vibration.

Comme notre professeur devait partir en TP avec ses secondes, il nous donne son livre pour faire le TP sur la corde de Melde p.82. Sa salle étant voisine de la nôtre, nous lui avons lancé quelques SOS de temps en temps pour nous dépanner. Nous n’avons pas eu le temps de faire l’exploitation quantitative complète du TP, mais nous en avons compris le principe.

19

Un vibreur excite une corde tendue par une masse marquée. Au stroboscope, nous pouvons voir qu’il s’agit bien d’une onde progressive, la perturbation se déplace. On augmente progressivement la fréquence, pour une valeur appelée « le fondamental » (noté f0), on observe un fuseau. Puis si on la double, deux fuseaux … etc. On a alors des nœuds et des ventres comme dans le tube de Kundt, là il s’agit d’onde transversale contrairement au son qui est une onde longitudinale. Le fondamental apparaît lorsque la longueur de la corde, L est égale à une demi-longueur

d’onde. Or celle-ci est liée à la fréquence, N, par la relation λ = v.T = v . 1N

On a deux fuseaux si L vaut deux … etc. C’est là que nous avons compris le problème. Nous ne pouvions pas utiliser deux micros comme en TP ; car si l’un d’eux est dans un ventre nous aurons un beau signal, mais si nous tombons sur un nœud, nous n'aurons rien. Il ne nous restait qu’à adapter la technique des claps. Comment générer des claps dans un tube ? Un clap c’est un bruit court. Clap. Le son est généré par un GBF. C’est alors que nous nous sommes souvenus qu’en PCL, nous avions appris à faire des signaux de courte durée pour faire un stroboscope. Le rapport cyclique variable du Visionor permet de régler dans un signal en créneau le temps de l’alternance positive et celui de l’alternance négative.

GBF

HP Out

vibreur

Corde

Masse marquée

f0

2 f0

3 f0

4 f0

20

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

t (ms)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

u (V)

Signal en créneau 50/50

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

t (ms)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

u (V)

Signal en créneau modifié alternances positives plus longues

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

t (ms)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

u (V)

Signal en créneau modifié alternances négatives plus longues

Bon, nous savons générer des impulsions électriques, mais comment passer aux impulsions sonores. La réponse vient de Mister Bubu : « Utilisez la vobulation externe ! ». Bon ok, vobuler c’est changer la fréquence. Le Visionor permet une vobulation externe, c'est-à-dire qu’en appliquant une tension sur l’entrée « Vob ext », on modifie sa fréquence si les touches « Vob » comme vobulation et « Vob ext » sont enfoncées. Euréka ! « Yes » (en fait), en envoyant notre impulsion électrique d’un GBF1 sur l’entrée « Vob ext » d’un GBF2, nous contrôlons les impulsions sonores dans leurs durées et leurs fréquences.

21

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

t (ms)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

u (V)

Nous savons maintenant générer des impulsions sonores de fréquence fixée. Reste à tester à Nausicaa puis dans le tube !

22

Les mesures à Nausicaa. Nausicaa est le Centre National de la Mer, c’est un musée vivant sur le monde marin dans différents aquariums ; on y présente le monde de la mer des abysses aux récifs coralliens en passant par les méduses, la mangrove et les requins. C’est un lieu qu’il faut visiter impérativement pour prendre conscience de la biodiversité et de la protection de la mer, trop souvent considérée comme une poubelle. Si l’on jette un déchet dans la source de la Loire, il est tout à fait possible que cela atterrisse sur la plage de Boulogne-sur-Mer. Donc inutile de se donner bonne conscience en jetant les déchets dans les poubelles des plages pendant les grandes vacances si le reste de l’année on n’est pas un citoyen responsable. En dehors du cadre merveilleux, Nausicaa présentait pour nous un double intérêt :

• Pas de problème d’onde stationnaire • Des bassins de températures différentes.

Pour nos premières mesures, c’était l’idéal. Nous allions en plus étudier si l’eau est un milieu dispersif ou non, c'est-à-dire si que la célérité du son varie dans l’eau en fonction de la fréquence. Le bassin tactile C’est un bassin qui est fait pour entrer en contact direct avec les poissons, on peut les caresser. Les poissons, comme les raies (le symbole de Nausicaa) et les morues, aiment le contact. Pour nous, il s’agit d’un bassin peu profond et surtout très accessible, puisqu’il est fait pour toucher les poissons, on peut facilement mettre à l’eau nos hauts-parleurs et micros. C’est un bassin à 9,5°C, c’est froid quand on y plonge les mains ! Un bassin idéal pour positionner notre matériel, des tables pour poser notre matériel, le grand luxe! Sauf que nous avions prévu de maintenir la distance haut-parleur /micro constante par l’intermédiaire d’une ficelle de nylon, mais nous avions oublié que ces poissons étaient très dociles et attirés par l’homme. Un cabillaud de 70 cm qui vient voir ce que vous faites, c’est assez gênant quand il y a des fils partout ! Nous avons donc renoncé à ce système pour un autre : maintenir émetteur et récepteur plaqués contre les parois du bassin en les tenant à la main. Donc impossible de garantir une précision de l’ordre du millimètre. En principe c’était plaqué contre la paroi mais on ne peut pas garantir à 100% que l’on n’a pas bougé d'un millimètre. On a pu faire des mesures en nous adaptant au passage des poissons : pas de poissons entre émetteur et récepteur c’est le top de notre professeur pour faire des mesures ; bon, il y a eu quelques ratés, des poissons « flashés » comme dit M. RYVES. Nous avons remarqués que quelque soit la fréquence et le niveau sonore, les poissons ne bougeaient pas, ils entendent pourtant mais leur audition doit être différente de la nôtre … ou alors ils aiment la physique ! Nos mesures : la distance entre émetteur et récepteur était de 3,805 m. nous avons fait 5 mesures par fréquence (mesurée au fréquencemètre de Généris) 200, 400, 800, 1600, 3200 et 6400 Hz (nous avions pour seule consigne de ne pas faire de 50 Hz, qui dérange les poissons). Hé bien pour toutes ces mesures nous avons trouvé le même temps de parcours 2,565.10-3 s, du moins aucun écart significatif. La

23

célérité semble donc être la même en fonction de la fréquence, l’eau n’est pas un milieu dispersif pour les ondes sonores. Nous allons voir dans un autre bassin. Le récif corallien C’est un autre monde, plein de couleurs, on y retrouve le Pseudanthias pleurotaenia qui avait tant intrigué Maud et Clara, c’est vrai que la couleur de sa tache change en fonction de la distance à laquelle il se trouve. Dans ce bassin, l’accès n’est pas prévu pour des mesures, pas de table donc « du quatre pattes sur le plancher », et le banc pour le portable de notre professeur.

. Cette fois, les poissons semblent complètement indifférents à notre présence et notre matériel, nous pouvons donc mettre en place notre système avec un fil entre émetteur et récepteur ; la distance est de 3,246 m

.

Haut parleur

Micro

Fil

24

Là encore, nous avons fait les mêmes mesures, avec les mêmes fréquences et le temps moyen a toujours été le même c'est-à-dire 2,116 ms pour une distance de 3,247 m, nous notons que cela nous donne une célérité différente, notre hypothèse : cela est dû à la température de 26,5 °C. Nous aurions aimé tester le bassin symétrique par rapport à la passerelle, mais … il s’agissait du bassin des requins …

Mais c’est strictement interdit pour des raisons évidentes de sécurité, même nés en captivité, ils peuvent être très dangereux.

Et ceux-ci n’émettent pas de son, du moins détectable avec notre matériel : il est vrai que la vitre en plexiglass de 12 cm d’épaisseur ne doit pas permettre la transmission d’onde mécanique. Même si les solides transmettent très bien les sons, comme le bruit d’un train sur un rail de chemin de fer qui s’entend très loin. On peut toujours crier derrière une porte en fer de 12 cm, on ne risque pas de nous entendre ! Le son émis n’a pas l’énergie suffisante pour mettre en mouvement l’acier.

25

Le tube de mesures Réalisation du dispositif : Schéma de principe Le problème du haut parleur. Le haut-parleur choisi (0,25 W, 50Ω) s’adapte parfaitement au diamètre du tube PVC, c’est encore une fois la chance qui nous sourit. Nous faisons un premier essai avec un raccord, ça entre parfaitement, merveilleux ! Mais lors de la mise en eaux, cela fuit ; nous nous apercevons alors que la membrane du haut-parleur n’est pas étanche. Nous avons alors eu l’idée de l’enduire de graisse ; un essai dans un évier nous montre que ça marche si et seulement s'il n’y a pas trop de pression.

Nouvel essai, nouvelle fuite. Mais cette fois, c’est de la périphérie que vient la fuite, c’est le joint qui n’est pas efficace. Nous avons utilisé les différents modèles de joints disponibles au lycée, toujours des fuites, pas une inondation rapide mais de quoi vider le tube en un quart d’heure.

GBF

HP

Ampli

Vers PC

Micro

Bouchon en caoutchouc

d

GBF

Générateur de « claps »

Générateur de d’impulsion

sonore

Tube PVC ∅ 50 mm

Haut-parleur decontrôle de

fonctionnement

26

Nous avons même essayé d’emballer le haut-parleur dans du film étirable pour aliment, celui-ci étant collé avec de la super-glue sur la membrane, cela fuit toujours et pire encore, cela altère l’émission du son car la membrane devient trop rigide. Nous nous rendons à l’évidence : le raccord n’est pas la solution idéale. En discutant avec les ouvriers du lycée, l’un d’eux nous raconte une anecdote. « … Dans le temps, pour réparer les joints de pompes à eau sur les voitures, on découpait des joints dans du carton d’emballage de sucre, puis on les trempait dans de l’huile ou on les recouvrait de graisse … ». « De la graisse Belleville, c’est ce qu’il y a de mieux » Nous remontons quatre à quatre les marches des cinq étages qui nous mènent au labo. Un joint vite découpé dans une feuille de carton, un peu de graisse et si on le tient pressé sur l’épaulement du raccord, ça marche ! Il fallait maintenant trouver le moyen de maintenir l'ensemble appuyé. Les élastiques disponibles au labo et que nous avions nos trousses n’exerçaient pas une pression assez forte ! M. BURIDANT a soudain l’idée de nous envoyer voir Mme HERBERT pour « emprunter » l’un des élastiques qui servent à grouper les copies de bac. Un bouchon pour homogénéiser la pression. Après bien des heures de bricolage, et de nettoyage du carrelage, nous pouvons enfin émettre un son dans le tube, etcela sans fuite. Le problème du micro Nous avons tout de suite supprimé l’idée d’un second haut-parleur fixé à l’autre extrémité du tube pour nous éviter de mesurer la vitesse du son dans le plastique du tube. Un coup d’œil dans les « valises acoustiques région » datant de l’époque où l’on enseignait le son en seconde, nous a montré la présence de nombreux micros et haut-parleurs. Parmi ces derniers, des écouteurs, « modèle sonotone » de nos arrières-grands-parents. Premier essai, on a bien un son qui sort de notre haut-parleur de contrôle. On active Généris et c’est la grande surprise. Ce n’est pas un son qui se propage, c’est quelque chose d’instantané.

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

t (ms)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

u1, u (V)

Nous n’avons aucun décalage entre l’émission et la réception, ce n’est de toute évidence pas un son. Donc nouvel échec, qu’est ce que ça peut bien être ? Des problèmes de soudures, de connections… non tout est en ordre. Jusqu’au moment où, avant de replacer le « sonotone » dans l’eau, nous mettons par hasard un doigt dans l’eau, alors que l’autre main tenait notre micro. A notre très grande surprise, notre haut parleur de contrôle émettait un son, et si

27

nous faisons une chaîne humaine entre le doigt dans l’eau et la main qui tient notre micro, nous entendons toujours quelque chose. Nous émettons l’hypothèse de c’est un champ électrique qui se propage et non un son dans l’eau. Quand le tube est « plein d’air » nous n’avons pas du tout le même phénomène, il ne s’agit donc pas d’une émission hertzienne. Lorsque nous avions choisi le titre de notre sujet en septembre nous ne pensions pas aussi bien faire. Notre bobine ne convient donc pas, nous optons pour un autre système de micro. Le micro à condensateur des kits mains libres de nos téléphones portables, quelques soudures et enfin ça marche.

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

t (ms)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

u1, u2 (V)

28

Mesures en fonction de la concentration en chlorure de sodium Nous avons choisi de mesurer l’influence de la concentration en chlorure de sodium (de sel) sur la célérité du son. Comme nous n’avons pas trouvé de référence sur internet, pas de protocole, nous avons décidé de faire des mesures dans une gamme de concentration comprise entre 0 et 300g.L-1. La préparation des solutions. Nous avons eu le plaisir de découvrir deux choses : la réalisation de solution concentrée et la fabrication de grandes quantités de solution. En TP d’habitude nous fabriquons des solutions relativement peu concentrées de l’ordre de 10-1 à 10-2 mol.L-1. Mais à 300g.L-1 (5,13 mol.L-1), nous étions proches de la saturation (environ 360 g.L-1), et la solubilisation demande un certain temps, pour ne pas dire un temps certain. Il faut donc attendre, ce qui était d’autant plus énervant que notre temps était limité (avant une heure de philo, et une heure d’histoire). Et nous avions calculé que notre tube contenait un peu plus de 5L, nous avons donc décidé de faire 8 L de solution très concentrée. Nous avons travaillé avec du sel de cuisine acheté au supermarché (nous avons été agréablement surpris par le prix 1,30€ pour 10 kg) et de l’eau fraîchement distillée (pour éviter les gaz dissous). Ce fut donc la découverte des fioles de 2L. Agiter « à la main » une telle quantité de solution pour en dissoudre un maximum avant de mettre sur agitation magnétique, c’est « très physique » surtout quand cela dure un quart d’heure !

Pesée transvasement ajout d’eau agitation agitation fin

« ajustage » transvasement stockage Juste avant la sonnerie, nous avions remis en place la salle de TP de PCL et stocké notre précieuse solution dans des bouteilles d’eau minérale. Le mercredi après-midi suivant, nous avons pu effectuer notre première mesure dans le tube, avec la solution la plus concentrée. Pour les suivantes, il nous a fallu faire des

29

dilutions. Nous avions dû réserver 50L d’eau distillée, et promis de veiller à la « fabrication » d’au moins 3 bidons de 10L pendant l’après-midi, en fait il fallait juste rappeler à M. BURIDANT d’aller vérifier de temps en temps que les bidons n’étaient pas pleins. Une fois notre première série de mesures terminée, nous avons vidé le tube dans un récipient de grande capacité : la poubelle du couloir, nettoyée (bien que très propre) et rincée. Nous avons donc pu commencer les dilutions, c'est-à-dire retransférer le contenu de la poubelle dans des fioles jaugées. Par exemple, pour le second tube, alors que nous avions au départ 6L de solution nous en avons récupéré 5,500L, éliminé le reste, puis complété la troisième fiole de 2L avec 500 mL d’eau distillée. Pour homogénéiser, retour par la case poubelle avant de transférer de nouveau dans le tube. La solution obtenue a une concentration de 11/12ème de la précédente. Certes ce n’est très rigoureux, puisqu’il aurait fallu compléter à 6L, et non ajouter 0,500L à 5,500L, mais nous n’avons pas observé de contraction de volume en faisant un essai dans une fiole de 100 mL (nous n’avons pas observé la même chose qu’en TP, quand notre professeur nous avait fait ajouter 50 mL d’eau avec 50 mL d’éthanol dans une fiole de 100 mL, le total faisait alors nettement moins de 100 mL. Nous ne détaillerons pas la réalisation des 20 solutions qui nous ont permis de faire les mesures. Mais nous tenons à ajouter deux choses : c’est très physique et plus jamais nous ne nous rongerons les ongles à cause du stress pour le bac ou pour les Olympiades.

vidange du tube transfert dans les fioles complément fiole

Homogénéisation mesures La réalisation des mesures. Pour chaque concentration, nous avons fait au moins 10 mesures. Il est vrai que c’est hyper simple: cliquer sur lancer, puis arrêter, enregistrer le fichier sous un nom intelligent ex : sol1_1 (solution 1 essai1). L’exploitation des résultats a été faite le lendemain entre midi et deux heure. Nous avons fait les moyennes et tracer la courbe dans Excel.

30

La courbe ci-dessous représente plus de 6 h de travail.

v = f( [NaCl] ) 23,6°C

v = 1.2367.[NaCl]+ 1501R2 = 0.975

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 50 100 150 200 250 300

[NaCl] en g/L

célé

rité

du s

on e

n m

/s

C’est notre courbe : une droite, la célérité dans une solution d’eau salée évolue comme v = 1.2367.[NaCl] + 1501, nous n’avons pas trouvé de référence qui précise si elle est exacte ou si nous nous sommes lourdement trompés.

31

Mesures en fonction de la température Pour faire ces mesures nous avons décidé de travailler avec de l’eau distillée fraichement préparée pour limiter la quantité de gaz dissouts de toutes façon on ne peut pas l’éliminer. Nous avions d’autres problèmes à résoudre : comment chauffer une telle quantité d’eau et comment maintenir la température constante dans le tube. Nous avons très vite pris conscience qu’on ne pouvait pas se contenter de mettre de l’eau chaude dans le tube et attendre qu’elle refroidisse. La température périphérique du tube n’aurait pas été la même que celle du centre, nous avons assisté à l’exposé de Perrine et Clémence. Cela on l’avait très bien compris. Il faut donc faire circuler l’eau comme dans leur lentille à mirage. Notre problème c’était de chauffer plus de 6 litres d’eau, et de la faire circuler sur près de 4 m. Les pompes, qu’elles utilisaient, étaient des pompes d’aquarium avec un débit maximal de 140 L.h-1, ce qui nous aurait fait un renouvellement de notre eau approximativement toutes les trois minutes. C’est un temps trop long pour assurer une température constante, même en isolant le tube. Nous avons donc décidé d’utiliser des pompes avec un débit plus important, et nous nous sommes tournés vers nos familles pour trouver ces pompes. Bilan satisfaisant, trois pompes en un week-end.

• La première, peu encombrante presque neuve, avait un « corps » en plastique, nous l’avons éliminée par crainte qu’elle ne fonde.

• La seconde, en fonte grise, quasi indestructible avait servi à pomper du gazole, nous l’avons éliminée pour ne pas avoir de perturbation des mesures et surtout parce que c’est assez fort comme odeur.

• La troisième était avec un corps en inox, impeccable ! Sauf pour le système de raccordement, mais bon une fois de plus nous nous sommes transformés en apprenti plombier, avec toutes les fuites que cela comporte.

Donc nous voilà équipé d’une pompe de compétition. Reste à régler le problème du chauffage, nous avons utilisé de l’eau distillée qui venait d’être faite, elle était déjà à 60°C, nous l’avons transférée dans un grand récipient métallique (une cocote minute) posée sur trois agitateurs magnétiques chauffants. Deux consignes de M. BURIDANT ne pas dépasser 85°C et faire TRES attention à partir de 40°C. Nous avons décidé de faire circuler l’eau en permanence dans un nouveau tube. Lorsque la température de sortie était la même que celle d’entrée (mesurée dans la réserve), on arrêtait la pompe juste le temps de faire des mesures. En fait une seule mesure de temps de propagation, et une mesure de longueur de la distance entre le haut parleur et le micro, car le PVC se dilate de manière assez impressionnante. Nous avons dû changer plusieurs fois de micro, il n’apprécie pas trop la chaleur visiblement. Cela explique pourquoi nous n’avons fait que 30 mesures de la célérité en fonction de la température. Une série en chauffant, l’autre en attendant que l’eau refroidissent.

32

Le chauffage

L’installation.

33

Nos résultats sont reportés dans le graphique ci-dessous.

Voici, donc notre résultat final, aux erreurs d’expérience près, nous pouvons dire que la célérité augmente avec la température et présente un maximum entre 70 et 80°C. Nous avons réussi à contacter M. Olivier Le Calvé, Maître de Conférences à l’ Institut des Sciences de l'Ingénieur de Toulon. Il nous a donné l’explication suivante : Extrait du mail « D'un point de vue physique (ou thermodynamique), la célérité du son est liée à la compressibilité de l'eau. Plus le coefficient de compressibilité est faible, plus le milieu est rigide, et plus la célérité est importante. D'un point de vue chimique, la compressibilité de l'eau dépend fortement de la présence de liaisons "hydrogène" entre les molécules. Lorsque la température augmente, le nombre de liaisons "hydrogène" diminue et le fluide est moins compressible (tassement des molécules) au-delà d'une certaine température, l'eau retrouve un comportement "normal" et c'est l'agitation moléculaire qui l'emporte. On constate alors une augmentation de la compressibilité avec la température comme dans tous les autres fluides. » Nous n’avons pas tout compris, si ce n’est que l’eau a un comportement particulier à cause des liaisons hydrogène

34

Conclusion Après bien des péripéties expérimentales, nous avons montré comment il était possible de mesurer la célérité du son dans l’eau. Le choix du micro est important, car dans certains cas, c’est la propagation de ce que nous supposons être un champ électrique qui se propage. Après avoir montré que l’eau n’est pas un milieu dispersif pour les ondes sonores, du moins dans la gamme de fréquences dans laquelle nous avons travaillé, nous nous sommes intéressés à la célérité du son en fonction de différents paramètres.

• Dans de l’eau salée, elle dépend de la concentration, et augmente avec elle.

• Dans de l’eau pure chauffée, elle dépend de la température, et présente un maximum entre 70 et 80°C. Ce phénomène est connu des spécialistes, qui nous ont dit que cela provenait des liaisons hydrogène de l’eau.

Pour la poursuite de nos travaux, nous envisageons de quantifier la seconde loi de Descartes appliquée à un milieu marin présentant des variations de température, et de salinité. Nous pensons faire également une étude de cette célérité en fonction de la pression. Cela nous permettra peut-être de mieux comprendre les zones d’ombre pour la détection sous-marine.

35

Remerciements.

M. Olivier BURIDANT, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Patrick RYVES, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Philippe LANCEL, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Guillaume HERCOUET, professeur de SVT au lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M Vincent LEDOUX professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Denis CHADEBEC, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer.

M. Alain DUVAL, professeur de lettres/anglais, animateur du club vidéo, lycée E. Branly, Boulogne sur

mer. Melle Christèle FLAMAND, professeure de lettres modernes, animatrice du club vidéo, lycée E.

BRANLY, Boulogne sur mer.

M. Kamil FADEL, directeur du département Physique du Palais de la Découverte. Mme Marie Christine GROSLIERE, prépa agrég USTL, Lille1 M. Alexeï SENTCHEV, Maitre de Conférences, Université du Littoral Côte d’Opale, Lille 1 M. Olivier LE CALVE, Maître de Conférences, Institut des Sciences de l'Ingénieur de Toulon M. Jean-Marc BARITEAU, Assistance Technique de la société JEULIN SA, Évreux. M. Yves PHILIPPE, Responsable Service Marchés, Société JEULIN SA, Évreux.

M. Stéphane HENARD, Directeur des aquariums Nausicaa, Boulogne-sur-Mer Mme Katy MASSET, Animatrice service éducation, Nausicaa, Boulogne-sur-Mer

M. Briançon, proviseur, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer M. Jean-Marc PIWINSKI, proviseur adjoint, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. Mme Marie-Christine HERBERT, secrétariat scolarité lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Alexandre KORBAS, chef des travaux, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer.

MM Philippe PENEL, Bruno HERMAND, et Mmes Betty HENGUELLE, Véronique PRUVOT, Alexandra

HOLLANDER, Céline WILLIAM et Sylvie DELETOILLE, personnels de laboratoire (pour leur patience).

MM. François VENEL, Eric BRÉVIER, Jean-Luc DAVID, Alain ROCHES personnels du magasin de

l’atelier du lycée, pour leurs précieux conseils.

Marjorie, Lucie, Pauline, Laurie, Julien, Simon, Laura, Mélanie, Dorian, Damien, Luc, Perrine, Clémence, Gilles, Maxime, François, Guillaume, Marion, Claire, Olympiades 2005, 2006 et 2007.

A tous les personnels du lycée qui ont fait ce qu’ils pouvaient pour nous aider dans notre travail, Nos camarades de la terminale S2 pour leur soutien, A nos parents pour le travail de relecture et leur patience.

Merci aussi à tous ceux qui nous ont aidés et que nous avons oublié de citer. Merci à tous ceux qui ont eu la patience de nous écouter.

36

Bibliographie papier

1) Le monde des sons, Dossier Hors série Pour la science - N° 32 – Juillet octobre 2001,

2) Principles of Ocean Physics ; J.R. APPEL, International geophysics series, volume 38

p 349-404 ACADEMIC PRESS INC. San Diego USA

3) Guide des sciences et technologies industrielles, J. L FANCHON, Edition Nathan, 2005.

4) Formulaire technique, K. GIECK, Ed. VERLARG, 1986

5) Guide du technicien en productique, A. CHEVALIER, J. BOHAN, Edition Hachette,

2003.

6) Travaux pratiques de physique chimie, de la seconde à la terminale ; O. BURIDANT, F. DUCROCQ, G. GOMEZ, M. MARGARIT, A. MARGARIT ; J.L. MAURIN, G. NAGLIK, F. PLET, P. RYVES ; Edition Bordas, 2003

37

Webographie : http://www.palais-decouverte.fr/index.php?id=164 Les personnalités et les grandes dates de l’histoire du son. http://b.schmerber.9online.fr/theorie2/histoire.htm L’histoire du son de 500 av. JC à nos jours. http://www.espace-sciences.org/science/10065-sciences-ouest/20112-Annee-1999/10164-152/10526-dossier-du-mois/14321-planete-son/14333-petite-histoire-de-l-acoustique/index.html Histoire de l’acoustique sous-marine. http://encycloscience.eun.org/lmalp/worklist_action2.cfm?wid=32752&lang=fr&workLang=fr&tLang=fr La première mesure de la célérité du son dans l’eau et l’expérience du cornet acoustique sous-marin. http://books.google.fr/books?id=-pQAAAAAMAAJ&printsec=frontcover&dq=Les+ph%C3%A9nom%C3%A8nes+de+la+physique Traité élémentaire de physique théorique et expérimentale de l’époque. http://www.journaldunet.com/science/divers/est-ce-que/06/vitesse-son/vitesse-son.shtml La vitesse du son dans différents matériaux. Tableau de valeurs. http://files.iav.ch/iav_fr/tomographie-acoustique-du-leman-slides.pdf L’étude du son dans le Lac Léman. http://www.nareva.info/ssn_sonar/initiation.htm Application de la mesure du son dans l’eau : les Sonars. http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_acoustics Les ondes sonores aquatiques version anglaise.

38

Les Olympiades vues par Camille.

Les Olympiades de Physique … Une expérience à vivre …

Septembre 2007 : Les choses sérieuses commencent puisque j’entre en terminale ; seulement l’expérience passée des TPE ne se renouvelle pas cette année. Il me manquait un élément dans ma semaine : rechercher et comprendre pour innover ! Lors du premier cours de physique, M. Buridant ouvre la grande parenthèse que sont « Les olympiades de Physique » puis un ancien lauréat, Maxime, nous expose les apports de cette expérience au début du premier cours de SPÉ. J’ai cependant beaucoup réfléchi avant de m’engager et j’en suis venue à me dire que ça ne pouvait m’apporter que du plus. Et puis, superbe coïncidence : Marie et Morgan, deux amis très proches avaient en fait la même idée que moi.

Il fallait maintenant trouver un sujet. Comme nous voulions que notre projet soit utile tout au long de l’année, nous préférions qu’il soit en accord avec le programme. Nos premiers chapitres de physique portent sur les ondes mécaniques progressives (et périodiques), c’est pourquoi nous avons voulu nous embarquer là-dedans. Premier DS, le sujet de physique porte sur la propagation des ondes sonores dans l’eau. Et c’est parti ! La célérité du son dans l’eau, c’est notre sujet !

Il faut d’abord trouver le moyen de pouvoir plonger du matériel électrique dans l’eau. Il faut donc isoler tout notre matériel, après cela, nous plongeons les hauts parleurs dans l’eau, du bécher nous passons au tube de PVC long de 4m en passant par l’aquarium du poisson. On envoie, on reçoit, tout fonctionne à merveille mais quand il faut remplir le tube, il y a des fuites qui fausseraient nos mesures. La mise en place d’une expérience sans fuite nous a pris quelques semaines. Ce n’est qu’a la mi-octobre que nous pouvons enfin faire des mesures.

24 octobre 2007, jour important, premiers matchs du championnat de handball pour

les filles et les garçons de Branly. Morgan et moi participons aux matchs. Pour les deux équipes il y a un enjeu, battre Mariette qui depuis deux ans, restait invaincu. Mission accomplie, les filles et les garçons battent le lycée Mariette. Une fois le match terminé, direction 3ème étage, salle 306 pour faire notre première mesure avant le départ en vacances ; alors comme on dit souvent « Jamais deux sans trois » à 17h37, veau= 1481m.s-1 Depuis cette victoire, tout est plus facile, j’ai vraiment envie d’aller plus loin, de tout comprendre, d’expérimenter puisque pour résumer :

« J’apprends, j’oublie. Je vois, je retiens.

Je fais, je comprends ».

Apprendre à manier tous ces appareils inconnus pour moi jusqu'alors, c’est presque un miracle. Vraiment j’adore passer mes mercredi après-midi au lycée et tenter chaque

39

jour de faire de nouvelles découvertes. Plusieurs fois, nous ressortons du lycée déçus de n’avoir pas avancé, heureusement que notre professeur est là pour nous dire que finalement on apprend toujours quelque chose de nouveau qui nous servira. Ce sont les échecs qui nous ont fait avancer.

Pendant que Morgan passe son évaluation de bac sport, Marie et moi nous avons du tout prendre en charge : nous sommes un peu perdues. Nous avons fait toutes les mesures dans l’eau salée en effectuant les dilutions. Nous sommes ressorties de cette épreuve marquées … Nous avions les chaussures repeintes en blanc par le sel et surtout une bonne leçon à retenir : « même stressée, il ne faut jamais, jamais se ronger les ongles », avec le sel, c’est affreux.

Toute cette histoire pour faire part de cette aventure inoubliable. Il y a deux ans, jamais je ne m’y serais engagée, j’aimais trop pouvoir profiter de mon temps libre. Et cette année, je me suis rendu compte qu’il y avait d’autres plaisirs, entre autres, celui de rechercher toujours un peu plus. Pouvoir discuter physique avec les professeurs autour d’un café ou d’un chocolat, apprendre et innover avec des amis, apprendre à manipuler, se prendre la tête avec des questions que jamais on ne serait posé et surtout rire !

C’est vraiment Fantastique !

Camille DUBART 17 ans et demi Terminale S2

Spé Physique Chimie

40

Les Olympiades vues par Marie

Sacrée Olympiades !!!

Quand j’annonce à des personnes autour de moi que je me suis engagée dans les Olympiades de Physiques, les réactions sont instinctives et très diverses. J’entends parfois « Oh Marie, tu es courageuse, c’est bien de t’engager et de fournir un travail extrascolaire », on me dit aussi, souvent, « Mais Marie, tu es complètement folle !!! Faire les Olympiades alors que tu es élève de terminale, faut être « balaise » pour gérer les deux ! ». Eh bien non, je suis une fille tout à fait normale, avec un niveau scolaire moyen, et les Olympiades sont pour moi en quelques sortes une révélation. A l’annonce de ce concours, j’avoue que ma motivation n’était pas au rendez-vous, je pensais aussi que je n’allais jamais réussir à gérer ma scolarité, à profiter de mes activités extrascolaires comme le sport et de plus, être active aux Olympiades. Grâce à Morgan et Camille qui se montraient, eux, enthousiastes, je me suis lancée dans ce petit marathon, très sincèrement, surmontable. L’ambiance est fort sympathique, nous travaillons environ 6 à 8 heures par semaine sur notre sujet, dans une ambiance sérieuse et détendue à la fois. Les rapports humains profs-élèves sont différents de ceux pendant les heures de cours, j’aurais envie de dire qu’elles sont excellentes, d’ailleurs je n’ai pas peur de le dire. Il existe une telle complicité qui, même s’il y a des moments de « galère », le moral revient vite grâce aux encouragements de tous ceux qui m’entourent. Il ne s’agit pas pour moi de corvée que d’aller aux Olympiades!!! Les Olympiades nous apprennent à « entreprendre pour aboutir », entreprendre une démarche personnelle, type TP Top, pour aboutir à un résultat souhaité ou faire l’objet d’une réelle découverte. Chacun ne peut être performant partout, c’est pourquoi chacun a un petit peu son rôle, selon ses préférences à l’intérieur du projet. Je prends mon exemple : je ne maîtrise pas generis parfaitement donc j’ai plutôt approfondi mon travail sur les montages électriques, les GBF, la vobulation, le rapport cyclique variable par exemple, quant à Morgan, lui s’est improvisé plombier pour tenter de stopper ces fuites du tuyau en PVC qui nous ont tant chagrinées, et Camille, elle, est devenue spécialiste des haut-parleurs plongeurs, donc une pro du soudage, de l’isolation… Les Olympiades nous ont vraiment prouvé que la physique était une science expérimentale (« expérimentale » écrit en gras, souligné en rouge 250000 fois !!! la phrase fétiche de mon professeur M. Buridant). En effet, il nous est arrivé de rester une après-midi entière devant generis à tenter de comprendre pourquoi le son émis par le haut-parleur était reçu si rapidement par le récepteur, pourquoi ?? Au bout de 3h de tracas, M. Buridant, « pris d’une illumination », a compris qu’il ne s’agissait en fait que d’un petit détail d’échelle. Nous étions de réels « boulets » ce jour-là !!!

41

Les Olympiades sont parfois source des soucis, mais source aussi de joies quand on arrive à aboutir !

Ça y est le grand jour est arrivé ! Ce jour auquel nous pensons depuis trois mois. Le

jury est devant nous, cela fait 5h que nous répétons, et maintenant c’est le moment d’être au top ! tout s’est passé correctement et notre projet leur a apparemment plu, les spectateurs ont même applaudi…Le jury nous a posé par la suite des questions auxquelles nous avons tenté de répondre le plus précisément possible. Ouf, c’est terminé, le stress redescend ! On annonce les résultats une heure plus tard…ON VA A PARIS !!! Quelle chance et quelle fierté ! Nous faisons en effet partis des 5 groupes sur les huit qui ont été choisis pour se rendre au palais de la découverte les 25 et 26 janvier 2008. Après une petite trêve avec les vacances de noël, nous perfectionnons encore et encore notre projet …

Marie GHYS 17 ans

Terminale S2 Spé Physique Chimie

42

Les Olympiades vues par Morgan

Il ne faut jamais baisser les bras et croire en ce qu'on fait

En septembre, je décide de m'engager dans les Olympiades de Physique, pourtant, cela fait déjà deux ans que je suis au lycée. En fait, je n’ai pas entendu parler des Olympiades quand j'étais en seconde. Par contre, j'ai rencontré M. BURIDANT l'année passée lors de la préparation des TPE. C'est lui qui m'a parlé du concours pour la première fois mais je pensais qu'avec les TPE, les cours et le sport, je n'avais pas le temps.

Cette année, je retrouve M. BURIDANT en tant que professeur principal et professeur de physique-chimie (tronc commun et spécialité). Lors d'un TP, Maxime vient faire une intervention dans notre classe, pour parler des Olympiades de Physique et c'est à ce moment que j'ai compris : « C'est à mon tour d'y participer ». Après tout, cette année n'allait pas être riche en recherches et expériences; il n'y a plus les TPE alors pourquoi ne pas renouveler l'expérience autrement ? Je me suis donc engagé auprès de mon professeur et j'ai découvert vraiment ce qu'était l'Atmosphère (avec un grand A) des Olympiades !

Le premier mercredi au lycée est très long ! Il faut choisir le thème d’étude, à vrai dire, nous mettons une bonne semaine à le trouver. Notre sujet est né sur deux coïncidences : une matinée à la piscine et un DS de physique. Et puis le son en terminale, c'est 1/3 du programme de physique ! C'est quand même un bon point pour nous, tout ce que nous allons faire, nous servira pour le Bac.

Les mercredis s'enchainent très vite avec plus de bonnes que de mauvaises nouvelles. Nous réussissons à fabriquer du matériel waterproof, Nausicaa veut bien nous prêter des bassins pour effectuer des mesures en milieu réel, nous trouvons « the » Tuyau » pour modéliser l'expérience et le plus beau : en une après midi, on émet et on reçoit le signal sonore.

Monsieur Buridant n'en revient pas, l'événement le marque tellement qu'il nous envoie un mail dès qu'il rentre chez lui, un extrait:

« Bon et bien Félicitations ! En 5 ans d’OdP c’est la première fois qu’on a des résultats aussi rapidement ! 1h05 c’est un record qui va être dur à battre. Impressionnant ! »

Comme dit M. Lancel en plaisantant « Il faut bien que ça s'arrête un jour toutes ses réussites! », et malheureusement, il faut bien que les échecs arrivent : sans eux, nous n'avancerons jamais. Les haut-parleurs nous lâchent pendant les essais, l'ordinateur où nous avions enregistré les premières mesures tombe en panne, nous n'arrivons pas à supprimer les fuites. Tous ces petits problèmes sont des obstacles et, chaque mercredi il faut mettre les bouchées doubles. Maintenant, le mercredi-midi nous déjeunons au lycée avec notre professeur pour gagner du temps, échanger quelques idées et souder une vraie équipe ! C'est d'ailleurs ce qui fait notre force, nous ne baissons jamais les bras parce que nous sommes unis et organisés.

43

Tout passe si vite. Le jour J approche de plus en plus et la tension monte encore d’un cran, tout est bouclé mais c'est maintenant le stress de l'oral qui fait place. Pendant ces 3 mois intenses, tout est devenu plus clair pour moi. En cours, j'apprends mais je ne retiens pas forcément, mais par contre, quand je manipule, ça reste ancré. Des Olympiades m'est venue l'envie de faire de la physique ma future voie, Et gagner un concours, c'est une chose, mais y participer est tout autre. Et quoi qu'il arrive, je retiendrai de cette aventure que dans toutes les situations, il ne faut jamais baisser les bras et croire en ce qu'on fait pour aller jusqu’au bout.

Morgan COUVELARD 17 ans et demi Terminale S2

Spé Physique-Chimie