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Résumés

Résumé Nous avons décidé de mesurer la masse de la terre expérimentalement.

D’après la loi de gravitation universelle énoncée par Newton, il vient que : MT = g.RT²G

(en première approximation).

Où MT est la masse de la terre • g, l’accélération de la pesanteur, que nous avons décidé de mesurer par diverses méthodes, certaines juste par plaisir. • RT, le rayon de la terre, a été mesuré par la méthode classique d’Eratosthène et par une méthode plus originale

« la méthode du balai ». • G, la constante de gravitation universelle, a été mesuré par la construction d’une balance de Cavendish. Certes, toutes nos mesures sont entachées d’erreurs, si bien que nous trouvons au final une masse de la terre de l’ordre de 6,10.1024 kg. Nous allons essayer de poursuivre nos mesures pour améliorer nos résultats, puis nous lancer dans la mesure de la masse du soleil, via l’analyse de photographies du transit de Venus le 8 juin 2004.

Abstract We decided to measure the mass of the earth EXPERIMENTALLY.

According to Newton's law of universal gravitation, MT = g.RT²G

(first approximation)

On which one, MT is the mass of the earth • g, the acceleration of the gravity, that we decided to measure by various methods, someone just for having fun. • RT, the radius of the earth, was measured by the conventional Eratosthenes’ method and a more original with a broom. • G, the universal gravitational constant, was measured by construct of a Cavendish's torsion balance. Of course, all our measures are flawed, and we find a final mass of the earth around 6,10.1024 kg. We will try to continue our efforts to progress our results, and then we'll start measuring the mass of the sun, by analyzing photographs of the transit of Venus on 8 June 2004.

4

Nos partenaires 2

Résumés 3

L’ATTRACTION UNIVERSELLE 6

LA DETERMINATION DE L’ACCELERATION DE LA PESANTEUR 7

Etude théorique de la chute des corps 7

Un travail à la GALILÉE 10

L’appareil de MORIN 14

L’obus de LEFEBVRE 17

Le pendule simple 20

Le pendule réversible 22

Analyses de vidéos par un logiciel de traitement de données. 25

La méthode de la Tour Eiffel 27

LA DETERMINATION DU RAYON DE LA TERRE 30

La méthode d’Eratosthène 30

La méthode du balai 31

MESURE DE LA CONSTANTE DE GRAVITATION UNIVERSELLE 34

Principe 34

Notre balance de Cavendish 34 La fabrication des sphères 34 La construction du fléau 36 Le choix du fil 36 Le choix du local 36 La version définitive 37

Les mesures 38

Exploitation du résultat. 39

CONCLUSION 41

Remerciements. 42 Annexe I : Mesures à la Galilée 43 Annexe II : Mesures de g par la machine de MORIN (en m.s‐2) 44 Annexe III : Mesures de g par l’obus de LEFEBVRE (en m.s‐2) 45 Annexe IV : Mesures de g par le pendule simple en m.s‐2 46 Annexe V : Mesures de g par l’analyse de vidéos (en m.s‐2) 47 Annexe VI : Mesures de g par l’analyse des vidéos N° 2 et 7 (en m.s‐2) 48 Annexe VII : Mesures du rayon terrestre par la méthode du balai. 49 Une passion qui deviendra mon métier ! 50 La Physique : une Découverte, un Apprentissage, un Métier 52 Les Olympiades : Une réorientation ? 54

5

Lors de l’année 2008 qui vient de passer, beaucoup d’événements nous ont submergés. Notre entrée en TS2, promotion Jean PERRIN, est l’un des derniers, et l’un des plus marquants. En effet l’an dernier, pour les Olympiades de Physique nous avons mesuré le nombre d’Avogadro en suivant les méthodes de Jean PERRIN, cela nous a valu un second prix avec de merveilleuses visites : le CEA de Saclay, le synchrotron Soleil et l’Ecole Polytechnique … que du bonheur. Nous ne regrettons pas nos 10 mois de travail pour avoir eu le privilège de visiter « les maisons mère » de la physique française. Et de constater que tout le monde travaille un peu comme nous … avec les moyens du bord et en bricolant beaucoup, et surtout avec une énorme dose de passion et de patience. Le samedi 26 janvier 2008, vers 19h c’est la proclamation des résultats des Olympiades dans la grande salle de conférence du Palais de la découverte. Beaucoup de beaux discours, nous n’en retenons que quelques phrases « … l’un des groupes s’est intéressé aux travaux de Jean Perrin qui a fondé ce lieu [mythique] le Palais de la Découverte … » là nous sommes TRES fiers qu’on parle de nous, les petits boulonnais (comme la mère de Jean PERRIN). Puis M. Alain SCHUHL, président des Olympiades, continue en annonçant que 2009 sera l’année internationale de l’astronomie, et que des projets traitant d’astronomie seraient les bienvenues. Quasi instantanément dans la rangée de la salle qu’occupe notre lycée … l’idée circule … on va mesurer la constante de gravitation universelle. Puis c’est la cérémonie de remise des prix, encore un moment inoubliable, tout comme les mots d’encouragement sur les marches du Palais des membres du jury. Dans le car qui nous ramenait au lycée, nous étions tous très contents, et bien trop énervés pour nous reposer. Tous les élèves de première ne parlaient que d’une chose : l’an prochain, quel sujet ? Les unes parlent de la structure du globe, tellement elles ont apprécié l’expo Séismes du Palais de la Découverte. Nous nous persistons : la constante de gravitation universelle … puis combien pèse la terre … combien pèse l’univers. Nous arrivons au lycée un dimanche à une heure du matin, c’est surréaliste. Personne ne dort franchement bien, le lundi c’est la presse qui nous rencontre … comme si on avait fait quelque chose d’exceptionnel. Nous ne faisons que de la physique et juste pour le plaisir, c’est à la portée de tout le monde ! Le mercredi suivant c’est notre retour au labo, nous en discutons avec notre professeur. « Ok pour la détermination de la constante de gravitation universelle, mais je vous préviens c’est la constante la plus difficile à déterminer EXPERIMENTALEMENT, sur le papier c’est simple … la pratique c’est autre chose ». Prévoyez un plan de secours. Finalement nous nous décidons à déterminer la masse de la terre ce qui était le but de Cavendish. Pour cela il nous faudrait mesurer :

• La constante de gravitation universelle, G, mesurée pour la première fois par Cavendish, ce qui nous demandera pas mal de temps, tant le travail doit être minutieux.

• Le rayon de la terre, nous l’avons mesuré en classe de seconde en direct avec notre professeur par la méthode d’Eratosthène, nous avons décidé de chercher d’autre méthode.

• L’accélération de la pesanteur, g, en parcourant internet et les manuels de physique nous avons découvert que cette mesure avait fait l’objet de beaucoup de TP dans l’histoire de l’Education nationale, nous avons décidé de ressortir des placards toutes ces vieilles machines pour essayer de les faire fonctionner, juste pour le plaisir. C’est devenu une manière d’attendre que les autres manips donnent des résultats. C’est très souvent sans notice que nous avons du travailler, mais « un physicien comprend assez vite ses erreurs et sait s’adapter » comme le dit M. BURIDANT

6

L’attraction universelle La loi d’attraction universelle a été formulée par Isaac Newton au XVIIème siècle, celui‐ci s’interrogeait sur la chute de la lune et de la fameuse pomme selon la légende. On peut la formuler ainsi : « Soit deux corps A et B, de masse mA et mB, à répartition sphérique de masse dont les centres de gravité, GA et GB, sont séparés par une distance d, alors le corps A exerce sur le corps B et réciproquement une force telle que :

FA/B = FB/A = G. mA.mB

d²

Où G est la constante de gravitation universelle. Cette loi vaut pour tous les corps de l’univers, elle est … universelle. Facile …, NON ! Car tous les corps s’attirent entre eux et donc cela complique sérieusement le cas à partir du moment où il y a trois corps, comme l’a montré Henri POINCARÉ (1854‐1912). Et dans l’univers il y a un très grand nombre de corps !! Pour un corps à proximité de la terre, c’est toujours valable comme pour la pomme de Newton. Dans ce cas on peut écrire, en approximant, d, au rayon terrestre :

FTerre/objet = G. MTerre . mobjet

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En simplifiant l’écriture :

FTerre/objet = G . MT . mRT²

FTerre/objet =G . MT RT²

. m

Ou FTerre/objet = m. G . MT RT²

Or cette force c’est le poids P de norme m.g

P = m.g = m. G . MT RT²

(en toute rigueur il faudrait également tenir compte de la force liée à la rotation de la terre)

Donc l’accélération de la pesanteur g vaut G . MT RT²

, si nous déterminons G, g et RT nous pourrons alors

connaitre la masse de la terre, MT.

GA

GB

d

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Corps B, mB FB/A

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7

La détermination de l’accélération de la pesanteur

Etude théorique de la chute des corps Nous allons étudier l’aspect théorique de la chute d’un objet. Pour « des raisons historiques » le symbole de notre classe, la TS2, est un boulet de 10 (10 livres, ça fait mieux que 5,00 kg). Notre système est donc {le boulet} Le référentiel choisi est le référentiel laboratoire, que nous supposerons galiléen, on choisit :

• Le repère choisi est une droite verticale passant par le centre d’inertie, G, du boulet, l’origine sur cet axe est sa position initiale.

• Comme origine des temps t0, nous choisissons l’instant où il est abandonné à lui‐même, sans vitesse initiale

Inventaire des forces extérieures s’exerçant sur le boulet dès qu’il est abandonné à lui‐même.

Notre boulet est dans le champs de pesanteur terrestre, il est donc soumis au poids, P , il est vertical vers le bas, s’applique en G et a pour norme P = m.g où m est la masse de l’objet et g l’accélération de la pesanteur au lieu considéré.

La poussée d’Archimède, π , s’applique à tout corps immergé dans un fluide, or l’air est un fluide comme les autres. Elle est verticale vers le haut, s’applique au centre de poussée et a pour norme :

π = ρair.V.g . Avec ρ, la masse volumique de l’air (le fluide) et V le volume de l’objet. Puisque cette force est dans le sens opposé au poids, nous pouvons comparer leur intensité. Un rapide calcul nous montre qu’on peut négliger cette force, du moins dans le cas du boulet dans l’air. En effet : Pπ = m.g

ρair.V.g = m

ρair.V

Or la masse de l’objet peut aussi s’exprimer par m = ρacier.V (le volume est le même) d’où : Pπ = ρacier.V

ρair.V = ρacier

ρair

Or la masse volumique de notre boulet, qui est en acier est de l’ordre de 8000‐8200 kg.m‐3, celle de l’air est de 1,29 kg.m‐3 (dans les conditions normales de pression et de température (0°C et 1013,25 hPa)). Donc : Pπ ≈ 8000

1,29 = 6,20.103

Le poids est environ 6200 fois plus intense que la poussée d’Archimède, nous pouvons donc sans soucis l’éliminer. Les forces de frottements dynamiques qui apparaissent dès que celui‐ci est en mouvement, sont liées à la résistance de l’air. Elles s’appliquent sur « la face avant » du solide, elles s’opposent au mouvement

On peut les représenter par une force unique f , qui s’applique au centre d’inertie G du système et qui a une norme du type f = k.vn. Où k est une constante qui dépend de beaucoup de paramètres et n un exposant variable qui est lié à la vitesse. Lorsqu’elle est petite n tend vers 1 et lorsqu’elle est « élevée » il tend vers 2 (« voilà la raison du carré dans le calcul des distances de sécurité quand on conduit » ajoute

8

notre professeur). Cela nous complique la vie … sauf si v est petite dans ces conditions on pourra la négliger. Schématiquement nous avons : D’après la seconde loi de Newton : « Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des forces extérieures appliquées au système est égale au produit de sa masse par le vecteur accélération de son centre d’inertie G ». On peut donc écrire :

Σ Fext = m. aG

Soit ici : P = m. aG

On a seulement une composante selon le vecteur unitaire i

On peut donc écrire : P x i = m.aGx x i Soit en simplifiant P = m.aGx Or P = m.g D’où m.g = m.aGx Soit finalement aGx = g

Le vecteur accélération, aG , n’a donc qu’une seule composante aGx = g.

Pour passer au vecteur vitesse vG , on intègre car vG = d aGdt

La vitesse vGx est une primitive (par rapport au temps) de g Soit vGx = g.t + constante Pour connaître la constante, on se place à l’instant initial, à t=0. Nous avons abandonné notre boulet sans vitesse initiale donc la constante, vGx(0), vaut 0 d’où vGx = g.t

Pour connaitre la position, nous intégrons une seconde fois car le vecteur vitesse vG = dOM

dt .

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Une primitive de g.t par rapport au temps est 12.g.t2+ constante. On se réfère une fois de plus aux

conditions initiales, à l’instant t=0, le boulet était dans la position x=0 par choix du repère. On peut donc écrire que l’équation horaire du mouvement est :

xG = 12.g.t2

La chute des corps est une loi en t².

Nous avons fait cette démonstration en utilisant la seconde loi de Newton (1643‐ 1727), pourtant Galilée (1554‐1642) a établi les lois de la chute des corps en 1604, il aurait pour cela utilisé des théorèmes médiévaux. Il n’avait pas de chronomètre non plus dont l’invention est très postérieure. Il a donc eu recours à un certain nombre d’astuces expérimentales :

• L’utilisation de la musique comme instrument de mesure du temps, un chanteur chante un chant très rapide comportant beaucoup de croches double croches. C’est artisanal, mais pour Corentin qui est pianiste, ça semble faisable.

• L’utilisation de clepsydre rapide avec un débit d’eau important.

• L’utilisation de hauteur importante en 1s la chute est de 4,90 m, en 2 s 19,62 m en 3 s 44,15 m ; d’où l’utilisation de lieu ayant une hauteur importante comme la tour de Pise ou la Basilique Saint Pierre de Rome.

• Il travaille sur des plans inclinés d’un angle α avec l’horizontale en faisant rouler des boulets ou glisser des solides sur du verglas. Dans ce cas le mouvement est ralenti puisque l’accélération

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19

Maintenant, l’exploitation : on trace au milieu de la feuille une verticale puis on note et relève l’intersection de celle‐ci avec les traces d’encre avec un réglet au ½ mm. L’origine choisie est arbitraire (le début de la feuille par exemple) Nous reportons ensuite les valeurs dans le tableur de Généris 5+ sachant qu’entre chaque trace il y a eu un temps de 20,00 ms. On trace le graphique c’est une fonction t². On dérive, on obtient une droite dont le coef directeur est g. Après 43 enregistrements nous obtenons la valeur moyenne g = 9,78 m.s‐2 (avec un écart type de 0.08) la valeur minimale est de 9,66 m.s‐2 et la maximale de 9,95 m.s‐2.

20

Le pendule simple

Le pendule simple est constitué d’une masse supposée ponctuelle suspendue à un axe par un fil de longueur l (supposé sans masse et inextensible). La masse est écartée de sa position d’équilibre, la verticale, puis abandonnée à elle‐même. Pour une petite amplitude du mouvement, on montre que la période du mouvement est :

T = 2π lg

Nous avons construit un pendule simple en collant une bille d’acier à un fin fil de cuivre, celui‐ci étant maintenu par un mandrin.

Le diamètre de la bille étant connu, 29,96 mm, nous avons alors mesuré avec un réglet au ½ mm la longueur du fil entre le point d’attache et la bille. Nous y avons ajouté le rayon de la bille (14,98 mm) pour avoir la longueur entre le point d’attache et le centre d’inertie de la bille. Puis muni d’un chronomètre au 1/100ème de seconde nous avons mesuré la durée de 10 périodes Les résultats d’un essai sont reportés ci‐dessous :

Longueur l (m) 0,305 0.500 0,605 0,745 1,005 Durée de 10 oscillations 11,08 14,11 15,49 17,42 20,12 Période T (s) 1,108 1,411 1,549 1,742 2,012 T2 (s2) 1,227 1,991 2,399 3,034 4,048

Puis nous avons calculé T² et construit le graphe ci‐dessous :

0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 l (m) 0

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21

On obtient une droite passant par l’origine. T2 = k . l

T =2.π . lg

T2 = 4 π2 lg

Donc le coefficient directeur est :

k = 4π2

g ⇔ g = 4π2

k

Nous déterminons le coefficient directeur

k = yB – yAxB ‐ xA

= 4,04 – 0,001,00 – 0,00

= 4,04 s2.m‐1

D’où :

g = 4 x 3,142

4,04 = 9,76 m.s‐2

Nous avons fait 15 fois cette manipulation pour obtenir une moyenne de :

g = 9,75 m.s‐2 (et un écart type de 0,13)

22

Le pendule réversible

Nous avons également retrouvé dans les placards de notre lycée un pendule réversible. Ce pendule fut inventé en 1818 par le Capitaine Henry KATER. Il est constitué d’une barre en acier muni de deux couteaux qui servent d’axes. Sur cette barre sont accrochées deux masses dont on peut faire varier la position. Les caractéristiques du pendule que nous avons retrouvé dans les placards sont les suivantes :

Barre N°1 (mb1 =0,2543 kg

Masse m1 = 1,972 kg

Masse m2 = 2,784 kg

Barre N°2 (mb2 =0,2549 kg)

Couteau N° 1

Couteau N° 2

Barre centrale mbc= 0,4613 kg

L1 = 0,2952 m

L2 = 0,2949 m

Lc = 0,4283 m Lic = 0,3998 m

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24

On reporte ensuite dans notre logiciel, les valeurs de T1 et T2 en fonction de la hauteur, H, par rapport au couteau utilisé. On obtient après lissage :

Les de courbes se coupent, pour ces points d’intersection. On a T1 = T2 = T, et surtout g =4.π² d

T² , où d est

la distance entre les couteaux d = 0,3998 m. en zoomant on peut avoir les coordonnées des points d’intersection.

et Ce qui nous donne deux valeurs de g.

g1 = 4.π² x 0,3998

1,266² = 9,847 m.s‐2

g2 = 4.π² x 0,3998

1,268² = 9,817 m.s‐2

Ce qui nous donne une moyenne de 9,832 m.s‐2 soit 0,2% d’erreur par rapport à la valeur de référence. Faire une telle manip demande énormément de temps (environs 4h de travail), nous n’avons pas multiplié les exploitations, faute de temps.

120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

H (mm)1240

1250

1260

1270

1280

1290

1300

1310

1320

1330

1340

T1, T2, T1l, T2l (ms)

T1

T2

25

Analyses de vidéos par un logiciel de traitement de données.

C’est la méthode moderne de mesure de g dans les lycées aujourd’hui. Cela se fait par une analyse de vidéo soit toute faite, soit faite sur le moment. Dans notre lycée, on utilise depuis de nombreuses années Généris 5+. Nous l’avons beaucoup utilisé l’an dernier lors de la mesure du nombre d’Avogadro selon Jean PERRIN.

Ce logiciel est relativement simple d’emploi, il peut quasiment s’utiliser de manière instinctive

quand on a travaillé avec des logiciels du même type. Dans un premier temps, on réalise un film à l’aide d’un caméscope directement relié à

l’ordinateur. Nous avions très envie de faire l’étude la chute d’un objet depuis le haut de notre lycée. Mais auparavant nous avons un peu réfléchi.

Notre lycée comporte 5 étages et 2 niveaux en sous‐sol visibles dans leur intégralité en certains

endroits du lycée. Donc un total de 8 x 3,25 = 28,0 m. un caméscope filmant en qualité DVD ne donne que des images de 576 lignes. Donc un pixel représente 28,0/576 = 4,86.10‐2 m soit environ 5 cm. Il nous aurait donc fallu un gros objet. Sans parler des soucis pour trouver un endroit permettant de filmer dans de bonnes conditions et les autorisations à obtenir. Nous avons donc choisi de rester travailler dans notre salle de TP dans des conditions que nous maitrisons bien même en l’absence de notre professeur. Pour limiter les erreurs de parallaxe, nous nous installons le plus loin possible avec la caméra à mi‐hauteur.

L’acquisition du film se fait directement à partir du logiciel. Son montage aussi, on a ainsi éliminé

toutes les images inutiles pour alléger le fichier vidéo qui doit être enregistré de manière non compressée pour être lu par tous les PC (sinon c’est la bagarre avec les CODEC)

On lance ensuite une acquisition manuelle, on sélectionne une origine, nous choisissons toujours

la position initiale de la balle (même si cela n’est pas utile). On choisit l’orientation des axes et surtout on donne une échelle pour l’analyse vidéo : en l’occurrence l’armoire de la salle de TP mesure 1,195 m. Voila nous sommes prêts ne reste plus qu’à cliquer sur traitement pour lancer l’acquisition, l’avance des images se faisant de manières automatiques.

Une copie d’écran après avoir initialiser les paramètres.

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27

La méthode de la Tour Eiffel Après avoir effectué toutes ces mesures par les méthodes classiques, au sens où elles sont souvent dans les livres, nous avons cherché une méthode qui le soit un peu moins. Nous avons décidé d’utiliser la mécanique des fluides selon laquelle la différence de pression, Δp, entre de point dans un fluide est :

Δp = ρ.g.h Avec :

• ρ, qui est la masse volumique (en kg.m‐3) • g l’accélération de la pesanteur (en m.s‐2) • h, la différence d’altitude entre les 2 points (en m)

Nous avons donc choisi de mesurer la différence de pression entre deux points d’altitudes différentes, puis de remonter à g (les parachutiste eux en déduisent l’attitude à laquelle ils sont). Un essai dans l’ascenseur de notre lycée nous a montré qu’on a une différence de pression de 3 hPa entre l’étage +5 et le sous sol niveau ‐2. Ce qui nous a encouragés. Il nous fallait donc un lieu avec une hauteur plus grande, la nous avons très vite choisi : la tout Eiffel. Celle qu’on a si souvent vu lors de la finale nationale des Olympiades depuis le Palais de la Découverte, des visites du CEA, de Soleil … . Par chance Morgan, qui a fait les Olympiades avec nous l’an dernier, est cette année à Paris pour ces études. Nous l’avons donc chargé de faire des mesures à notre place. Le principe : on mesure la pression (et la température) en bas de la tour Eiffel puis au niveau du 3ème étage.

(Source : Internet)

Jusque là rien de compliqué.

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Si on suppose que la variation est linéaire, on peut travailler avec la valeur moyenne qui est de ρ = 1,211012 kg.m‐3 (hypothèse fausse à cause de la non linéarité de la température). Nous avons maintenant tous les éléments pour calculer g. Δp = ρ.g.h

Soit g = Δpρ.h

Application numérique :

g = 1014.102 ‐ 982.102

1,211012 x 276,13 = 9,57 m.s‐2 (on garde 3 chiffres significatifs car notre mesure la moins précise en contient 3)

Nous sommes assez déçus par cette méthode, elle mérite d’être refaite dans des conditions un peu plus « top », nous n’avons découvert les problèmes qu’après coup. Mais notre professeur, nous encourage d’après le BRGM (Bureau de Recherche Géologiques et Minières) à Paris g = 9,80926227 m.s‐2 (9,81 SI quoi !) ça vous fait une erreur relative de :

(9,57 – 9,81)

9,81 x 100 = ‐2,4% « pour UNE mesure avec un baromètre, … c’est pas mal, surtout avec une

météo pareille ! »

30

La détermination du rayon de la terre

La méthode d’Eratosthène

La méthode d’Eratosthène de Cyrène (276‐194 av JC) est dans le programme de seconde depuis le début de ce siècle. Le principe en est simple : on mesure l’angle fait par l’ombre d’un bâton (gnomon) le même jour à la même heure sur un même méridien, puis connaissant la distance entre les lieux on en déduit le rayon de la terre. Ça c’est la théorie, dans la pratique, il faut trouver quelqu’un qui veuille bien faire l’expérience et que la météo s’y prête !

Comme chaque année, M. BURIDANT fait l’expérience en direct avec l’un de ces collègues de

Nice (c’est d’ailleurs comme ça que nous nous sommes rencontrés …). Le problème c’est que ce collègue est à Nice, donc pas sur le même méridien : il faut donc être à la même heure solaire, on choisit le midi solaire c'est‐à‐dire lorsque l’ombre est la plus petite. L’idéal est lors des équinoxes car « la trajectoire » de l’extrémité de l’ombre est une droite. Nous avons décidé d’encadrer les élèves de la seconde 9 (2008/2009) de notre lycée pour les faire participer à cette opération dans notre lycée, notre professeur n’étant pas libre à cet instant (cours en TS2). Nous remercions tous les professeurs qui ont accepté de libérer les élèves de seconde 9 et de nous libérer pour faire de la physique.

La date initialement choisie était le 22 septembre, jour de l’équinoxe d’automne … mais ce jour là le temps était couvert à Boulogne et il pleuvait à Nice. L’opération fut reportée d’une semaine, au lundi 29 septembre 2008. Le matin il pleuvait, nous n’avions pas franchement le moral … mais vers 12h30 le ciel se dégageait. Nous déclenchons alors un rassemblement général au labo pour emprunter le matériel nécessaire : une potence, une noix de serrage, une pince, une carte avec un trou, et du papier calque (non sensible à l’humidité) + du ruban adhésif. Il est 13h30 quand nous sommes enfin prêts dans la cour N°2 du lycée, il a fallu chercher les élèves de 2nde qui ne savaient pas où était cette cour.

Comme nous ne sommes plus à l’équinoxe la trajectoire du soleil n’est plus une droite. Nous

avons décidé de noter la position du soleil toutes les 4 minutes … Pourquoi 4 ? Hé bien, on l’a décidé sur le moment, un temps pas trop long ni trop court. Un moment donné il faut choisir, décider en particulier quand c’est urgent. On a tranché sur le moment maintenant on assume, de ne pas avoir noté pourquoi on a choisi ce temps. Ni d’ailleurs pourquoi nous avons oublié d’en prendre des photos … du moins nous ne les avons pas retrouvées à ce jour.

L’exploitation du document a eu lieu dans l’heure qui suivait par M. BURIDANT, deux élèves ont

mesuré la longueur de l’ombre à chaque instant, verdict : l’ombre est la plus courte à 13h52, avec une longueur de 1,553 m pour un gnomon de 1,189 m

Les résultats du groupe de Nice, (lycée Guillaume Apollinaire) qui a fait la même chose et trouve entre 13h20 et 13h30 une longueur minimale de 72,0 cm pour un « gnomon » de 71,0 cm. Il vient immédiatement que l’angle formé par les rayons du soleil avec le gnomon est :

31

A Boulogne : tan‐1 ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞1,553

1,189 = αB = 52,56°

A Nice : tan‐1 ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞0,720

0,710= αN = 45,4°

La différence entre Boulogne et Nice est donc de α= αB ‐ αN =52,56 ‐ 45,4 = 7,16° Une mesure sur une carte de France à 1/1 000 000 (1cm représente 10 km) nous donne une distance de 77,65 cm (mesurée au réglet au ½ mm) entre Nice et un point situé à la même latitude que Boulogne sur mer. Ce qui correspond dans la réalité à une distance de 776,5 km Immédiatement nous avons le résultat pour le périmètre de la terre.

P = 776,5 x 360

7,16 = 39041 = 3,90.104 km

Soit un rayon R = P2.π

= 3.90.104

2 x 3.14 = 6,21.103 km.

Soit une erreur relative de : 6,21.103 – 6,38.103

6,38.103x 100 = ‐2.66 % ce n’est pas si mal que cela vu le

caractère artisanal de la méthode, c’est vrai que M. BURIDANT fait cette expérience en direct depuis 8 ans. Pour l’avoir fait en seconde avec lui, nous avouons que c’est particulièrement impressionnant de voir le soleil bouger aussi vite (même si cela nous avait valu quelques petits ennuis à l’époque).

La méthode du balai

C’est une méthode qui semble avoir été inventée par M .Philippe BŒUF, professeur de physique chimie au Lycée Jacques RUFFIÉ de Limoux. Elle exploite la différence d’heure de coucher de soleil en fonction de l’altitude, la hauteur d’un manche de balai, h.

Le principe en est simple ;

Source : site de M. Philippe Bœuf avec son autorisation

La terre tourne d’un angle α pendant un temps Δt Au niveau de l’équateur c’est relativement simple puisqu’on peut écrire que :

On déclenche le chronomètre lorsque le soleil se couche au point A

La terre tourne

Le soleil finit par se coucher au point B,On arrête alors le chrono

32

cos α = adjhyp

= R(R+h)

Pour l’angle α on sait que la terre tourne de 360° en un jour soit 86164 s (jour sidéral)

Donc αΔt =

36086164

D’où α = 360 x Δt86164

De la relation cos α = R(R+h)

on sort assez facilement

R = − cosα x h cosα – 1

= cosα x h1 – cosα

= h1

cosα – 1

Soit finalement :

R = h1

cos⎝⎜⎛

⎠⎟⎞360 x Δt

86164

– 1

Nous rappelons que ceci ne vaut que pour l’équateur. Mais voilà nous ne sommes pas à l’équateur, il faut donc introduire un correctif lié à la latitude et à la déclinaison (inclinaison de la terre sur son axe). M. Philippe Bœuf, propose comme relation :

R = h1

cos ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞Δt. cos2δ – sin2λ x360

86164

− 1

Nous ne sommes pas tout à fait d’accord sur cette relation, mais pour l’avoir testée en calculant Δt par sa méthode et les générateurs d’éphémérides on retrouve un résultat très voisin (moins de 1%), il nous a signalé par mail qu’il avait peut être travaillé avec des valeurs un peu plus arrondies que les calculateurs d’éphémérides http://www.imcce.fr (Institut de Mécanique Céleste et Calcul d’Ephémérides).

Voilà que nous avons une relation entre une différence d’heure de coucher de soleil et une différence d’altitude. Dans un premier temps nous avons pensé le faire au lycée, entre les différents étages. De notre lycée nous avons droit assez souvent à de superbes couchers de soleil. « Hors de question, en cours vous bossez ! Objectif bac » Nous a répondu notre professeur. Là c’est clair en philo on fait de la philo pas de la physique.

Nous nous sommes donc retrouvés à chercher des milieux naturels. C’est là que nous avons une double chance :

• Nous sommes dans une région avec un relief assez marqué, et en plus face à la mer dans une orientation qui permet d’y voir le soleil se coucher !

• Nous sommes dans un lycée général et technologique, où il y a des sections génie civil. Ceux‐ci apprennent à faire des relevés topographiques, ils commencent par les cours du lycée en première, puis le tour du quartier en terminale … puis en BTS ils font des relevés sur des parcours

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34

Mesure de la constante de gravitation universelle Principe C’est d’établir un équilibre entre un couple exercé par un fil de torsion et un couple exercé par une attraction gravitationnelle Cet équilibre est ensuite perturbé en modifiant la position des grosses billes. On a alors une nouvelle position d’équilibre à mesurer. C’est ce qu’a fait Henry CAVENDISH en 1798, il y a plus de deux siècles.

Notre balance de Cavendish Cela au début du projet nous paraissait être un jeu d’enfant, en deux siècles on a fait beaucoup de progrès. Oui c’est sûr à l’époque pas d’ordinateur ni même de machines très précises pour en construire d’autres. Mais rien n’a changé, il faut toujours être aussi soigneux et précis dans la construction. Ce que nous allons raconter en quelques lignes … et en fait un résumé de près de 10 mois de galères expérimentales, c’est vrai qu’on a souvent reporté à plus tard !

La fabrication des sphères Elles ont été fabriquée avec du plomb de récupération lors du changement de chaudière de M. Hercouet. La première étape a donc été de purifier le plomb c’est simple : on fait fondre le plomb impur, les impuretés flottent, on les élimine. Puis on coule de petits lingots de plomb purifié dans de petits récipients, ils seront repris pour la fabrication finale. Pour les grosses sphères, nous avons choisi d’utiliser de vieux ballons en verre de 500 mL destinés à la casse pour cause de col fendu ou parce qu’ils étaient trop sales pour pouvoir être récupérés (résidus

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39

Détermination de la position des vitres en plexiglas

La bille mesurant 27,3 mm, l’espace entre les vitres étant de 45,0 mm, la marge de déplacement de la bille est de 45,0 – 27,3 = 17,7 mm. Nous avons mesuré 1,16 m entre les positions fonds et avant. Notre

résolution dans le déplacement des billes est donc de 1.10‐3 x 17,6.10‐3

1,16 = 1,5.10‐5 m par millimètre de

déplacement du spot. Un millimètre sur l’écran (placé à 4,25m) représente 15 µm de déplacement de la bille 1. Après avoir laissé le système au repos 38h, nous avons permuté les grosses boules sur les rails (bien savonné), la boule arrière passe à gauche et vice versa. Là nous avons constaté un très lent déplacement du spot sur la feuille de papier millimétré. Un mouvement de 39 mm dans le bon sens en 18 minutes. Un instant d’émotion 10 mois après avoir commencé. Puis un retour vers une nouvelle position d’équilibre à 24 mm de l’ancienne. Notre plus grande déviation observée. Ça marche ENFIN. C’est impressionnant ! Ce n’est qu’après le concours régional, au milieu du bac blanc, juste avant Noël que nous avons eu ce résultat. Parfois on ne sait pas pourquoi, le résultat est moins marquant. Les marées ? La lune ? Un intrus ?

Exploitation du résultat. Les forces exercées par les boules sur les billes à pour expression :

F = G. M.md²

avec M la masse de boules et m la masse des billes, d la distance entre les deux.

Le couple qu’elles exercent vaut :

C = 2 x F x l2 = F.L avec l la longueur du fléau (242,3 mm)

Soit C = G. M.md²

. l

A l’équilibre le couple exercé par le pendule de torsion est identique est vaut :

C = α. K où est l’angle dont à tourné le pendule et K la constante de rappel du fil La constante K est caractéristique du fil elle dépend de sa nature sa géométrie … on ne peut pas la calculer à partir de celle‐ci parce que nous ne les connaissons pas ! Par contre on peut la déterminer à partir de la période d’oscillation (le point vert qui se promène sur le tableau).

40

En effet la période d’un tel pendule est donnée par : T = 2π JK

Ou J est le moment d’inertie du pendule. Pour calculer le moment d’inertie du pendule, il faudrait rigoureusement prendre tout en considération y compris la petite baguette en balsa et le triangle en mousse. Mais ici la masse est très faible (4,4516 g) comparée à la masse des billes ( 2 x 127,4 = 254,8 g), elle ne représente que 1,7% de la masse totale. Dans ce cas on peut dire que le moment d’inertie vaut en l’assimilant à des sphères ponctuelles ce qui nous donne une erreur de quelques pourcent.

J = 2 m.⎝⎜⎛

⎠⎟⎞l

2

2

avec l la longueur du fléau et m la masse des billes

De T = 2π JK

On tire : T² = 4 π ² JK

Soit K = 4 π ² J T²

En remplaçant K = 4 π ² 2 m.

⎝⎜⎛

⎠⎟⎞l

2

2

T²

En simplifiant K = 2π ² m.l²T²

Donc C = α. K = α. 2π ² m.l²T²

L’angle est égal au demi‐angle de rotation du faisceau (effet Poggendorff), l’angle étant petit on peut l’assimiler à sa tangente donc écrire que :

α = δ2D

avec le déplacement du spot et D la distance miroir/écran

C = G. M.md²

. l et C = α. K = δ2D

. 2π ² m.l²T²

G. M.md²

= δ2D

. 2π ² m.l²T²

D’où

G = π².l.d².δM.D.T²

Application numérique : (la distance entre grosses et petites billes étant de 82,5 mm)

G = 3,142 x 0,2423 x 0,08252 x 0,024

5,473 x 4,25 x 494² = 6,87.10‐11 m3.kg‐1.s‐2 (6,9.10‐11 si on tient compte des chiffres significatifs)

Notre meilleur résultat, 2,9% d’erreur surement un coup de chance !

41

Conclusion

Au début de notre dossier nous avions annoncé que : g vaut G . MT RT²

Donc mesurer g, G et RT nous permettra de connaitre la masse de la terre MT.

MT = g.RT²G

Certes g varie avec la latitude et l’altitude, de même le rayon de la terre varie avec la latitude cependant les variations sont bien plus faible que notre marge d’erreur. Il n’est donc pas utile de faire les corrections

• Pour g nous avons de multiple valeur mais il nous semble que le pendule réversible (pendule de

Kater) avec g = 9,832 m.s‐2

• Pour RT, nous retiendrons la mesure par la méthode du balai car elle est issue de beaucoup de mesure, même si nous avons un doute dans la méthode de calcul donc RT = 6530,2 km.

• Pour G nous n’avons qu’une seule valeur : 6,87.10‐11 m3.kg‐1.s‐2 Les applications numériques nous donnent :

MT = 9,832 x (6530,2.103)²

6,87.10‐11 = 6,10.1024 kg

Finalement après 10 mois de galères expérimentales nous avons une erreur relative de 6,10.1024 ‐ 5,97×1024

5,97×1024 x 100 = 2,2%, nous aurions du faire quelques petits calculs d’erreurs pour pouvoir

donner un encadrement de cette valeur, mais pour faire des maths, il faut aussi du temps ! Pour terminer, nous déterminerons la masse du soleil grâce à des photos du transit de Venus prises le 8 juin 2004 par M. Emile OKAL aux USA (Détroit) que nos camarades qui en avaient prises au lycée à la même date et surtout la même heure. Un petit mot sur ces élèves, ils avaient participé aux Olympiades 2003/2004 et avaient été éliminés lors de la finale inter‐académique d’Hénin‐Beaumont le 10 décembre 2003. Leur sujet « la détermination de quelques constantes de la physique ». Nicolas BOULET, Alexis DELLATRE, Tony REGNAULT et Yann VASSEUR avaient décidé de mesurer : la célérité de la lumière, le nombre d’Avogadro et la constante de gravitation universelle. Ces pionniers des Olympiades au lycée (comme dit M.BURIDANT) avaient peu sous‐estimé la difficulté, car il nous a fallu près de deux ans de travail juste pour les deux dernières. Que sont‐ils devenus ? « Un infirmier, deux centraliens et un polytechnicien »

42

Remerciements. M. Olivier BURIDANT, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Guillaume HERCOUET, professeur de SVT, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Frédéric DELVAUX, professeur de SVT, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Philippe LANCEL, professeur de Maths/Sciences, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. Mme Bérengère SILVAIN, professeure de français, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer.

M. Kamil FADEL, Directeur du département Physique du Palais de la Découverte. Melle Hajer GRAYA, département Physique du Palais de la Découverte. M. Guy SIMONIN, Directeur scientifique du Palais de la Découverte. M. Xavier BERTRAND Directeur de communication du CEA.

M. Philippe BŒUF, professeur de Physique Lycée Jacques RUFFIÉ, Limoux. M. Zoltan NEDA, Professor of Theoretical Physics Babes‐Bolyai University, Roumanie. M. David KLEINFELD, Professor of Physics, UCSD (University of California, San Diego, USA. M. P.K.ARAVIND, Physics Department, Worcester Polytechnic Institute, Maine, USA. Mlle Lucie MAQUET, Doctorante, Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides. M. Roland BARILLET, SYRTE, Observatoire de Paris.

M. Jean Claude GIRAUDON, Président Mondial du MILSET M. Antoine VAN RUYMBEKE, Président Europe du MILSET

M. Pierre LAUGINIE, Maître de Conférences honoraire Groupe d'Histoire et de Diffusion des Sciences d'Orsay M. Jürgen TEICHMANN, Directeur du Deutsches Museum de Munich. M. Emile A. OKAL, professeur au Departement of Geological Sciences Northwestern University. Mme Marie Christine GROSLIERE, Professeure agrégée, Université de Lille I. M. Georges WLODARCZAK, Professeur, Université de Lille I (notre rapporteur à la finale régionale). M. Jacques TREINER, Professeur, Espace Pierre‐Gilles de Gennes, ESPCI. M. Jean‐Luc DELLIS, Maître de conférences, Université de Picardie Jules Verne.

Rémi BROQUET, TS2 Jean PERRIN Camille DUBART et Morgan COUVELARD, TS2 Pierre‐Gilles de Gennes, OdP 2007/2008 Miss Evelyne MAI, London

Mme Marie‐Christine HERBERT, secrétariat scolarité lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer.

M. BRIANCON, proviseur, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Jean‐Marc PIWINSKI, proviseur adjoint, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Alexandre KORBAS, chef des travaux, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer.

MM. François VENEL, Eric BRÉVIER, Jean‐Luc DAVID, Alain ROCHES personnels du magasin de l’atelier du lycée, pour leurs précieux conseils.

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.

43

Annexe I : Mesures à la Galilée

x en m v (en mL) v² (en mL²) 0,100 55 3025 0,100 61 3721 0,100 62 3844 0,100 65 4225 0,100 66 4356 0,200 83 6889 0,200 79 6241 0,200 89 7921 0,200 82 6724 0,200 81 6561 0,300 97 9409 0,300 90 8100 0,300 105 11025 0,300 94 8836 0,300 104 10816 0,400 117 13689 0,400 123 15129 0,400 124 15376 0,400 110 12100 0,400 124 15376 0,500 124 15376 0,500 129 16641 0,500 134 17956 0,500 120 14400 0,500 130 16900 0,600 146 21316 0,600 144 20736 0,600 142 20164 0,600 155 24025 0,600 152 23104 0,700 158 24964 0,700 156 24336 0,700 159 25281 0,700 158 24964 0,700 152 23104 0,800 162 26244 0,800 162 26244 0,800 162 26244

x en m v (en mL) v² (en mL²) 0,800 162 26244 0,800 169 28561 0,900 173 29929 0,900 168 28224 0,900 172 29584 0,900 172 29584 0,900 168 28224 1,000 176 30976 1,000 187 34969 1,000 182 33124 1,000 182 33124 1,000 180 32400 1,100 196 38416 1,100 192 36864 1,100 188 35344 1,100 193 37249 1,100 192 36864 1,200 204 41616 1,200 204 41616 1,200 205 42025 1,200 203 41209 1,200 204 41616 1,300 206 42436 1,300 206 42436 1,300 211 44521 1,300 204 41616 1,300 213 45369 1,400 219 47961 1,400 216 46656 1,400 214 45796 1,400 218 47524 1,400 218 47524 1,500 222 49284 1,500 229 52441 1,500 226 51076 1,500 229 52441 1,500 225 50625

44

Annexe II : Mesures de g par la machine de MORIN (en m.s2)

Enregistrement N°1 9,29Enregistrement N°2 9,00Enregistrement N°3 8,92Enregistrement N°4 9,07Enregistrement N°5 9,01Enregistrement N°6 9,29Enregistrement N°7 8,95Enregistrement N°8 8,97Enregistrement N°9 9,02Enregistrement N°10 8,93Enregistrement N°11 9,12Enregistrement N°12 9,13Enregistrement N°13 9,26Enregistrement N°14 9,16

Moyenne = 9,08écart type = 0,13Maximum = 9,29Minimum = 8,92

45

Annexe III : Mesures de g par l’obus de LEFEBVRE (en m.s2) Enregistrement N°1 9,93

Enregistrement N°2 9,66










































Moyenne = 9,78

écart type = 0,08

Minimum = 9,66

Maximum = 9,95

46

Annexe IV : Mesures de g par le pendule simple en m.s2

Mesure 1 9,75 Mesure 2 9,62 Mesure 3 9,76 Mesure 4 9,54 Mesure 5 9,88 Mesure 6 9,79 Mesure 7 9,93 Mesure 8 10,00 Mesure 9 9,58 Mesure 10 9,67 Mesure 11 9,67 Mesure 12 9,75 Mesure 13 9,76 Mesure 14 9,89 Mesure 15 9,72

Moyenne = 9,75 Écart type = 0,13 Minimum = 9,54 Maximum = 10,00

47

Annexe V : Mesures de g par l’analyse de vidéos (en m.s2)

Enregistrement N°1 10,0 Enregistrement N°2 9,81 Enregistrement N°3 9,69 Enregistrement N°4 9,72 Enregistrement N°5 10,0 Enregistrement N°6 10,1 Enregistrement N°7 9,80 Enregistrement N°8 9,90 Enregistrement N°9 9,73 Enregistrement N°10 9,70 Enregistrement N°11 10,2 Enregistrement N°12 10,2 Enregistrement N°13 9,67 Enregistrement N°14 9,68 Enregistrement N°15 9,97 Enregistrement N°16 9,90 Enregistrement N°17 10,1 Enregistrement N°18 10,0

Moyenne = 9,87 Ecart type = 0,18 Minimum = 10,2 Maximum = 9,67

48

Annexe VI : Mesures de g par l’analyse des vidéos N° 2 et 7 (en m.s2)

Enregistrement N°2 Enregistrement N° 7

Testeur N° 1 9,63 9,84 Testeur N° 2 9,90 9,67 Testeur N° 3 9,60 9,61 Testeur N° 4 9,89 9,80 Testeur N° 5 9,87 9,90 Testeur N° 6 9,61 9,64 Testeur N° 7 9,75 9,62 Testeur N° 8 9,86 9,82 Testeur N° 9 10,1 9,63 Testeur N° 10 9,97 9,61 Testeur N° 11 9,96 9,70 Testeur N° 12 9,76 9,65 Testeur N° 13 9,99 9,86 Testeur N° 14 10,0 9,79 Testeur N° 15 9,63 9,87 Testeur N° 16 10,1 9,97 Testeur N° 17 9,69 9,95 Testeur N° 18 10,1 9,71 Testeur N° 19 9,85 9,60 Testeur N° 20 9,59 9,87 Testeur N° 21 9,9 9,81 Testeur N° 22 9,82 9,82 Testeur N° 23 9,86 9,72 Testeur N° 24 9,8 9,60

Moyenne= 9,85 9,72 Ecart type = 0,15 0,10 Minimum = 10,1 9,90 Maximum = 9,60 9,61

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Annexe VII : Mesures du rayon terrestre par la méthode du balai.

Lieu Δh en m Δt en s RT en km

Blanc‐nez 137,82 162,67 7885,1

Blanc‐nez 137,82 165,21 7356,5

Blanc‐nez 137,82 162,87 7091,0

Blanc‐nez 137,82 169,67 6487,6

Crèche 48,24 98,17 6783,2

Crèche 48,24 100,18 6513,8

Crèche 48,24 105,31 5894,6

Crèche 48,24 101,79 6309,3

Crèche 48,24 98,12 6790,2

Crèche 48,24 102,81 6184,8 Nausicaa 4,30 29,60 6650,8 Nausicaa 4,10 29,23 6503,0 Nausicaa 3,85 28,11 6602,8 Nausicaa 6,12 35,06 6747,1 Nausicaa 5,35 35,07 5894,8 Nausicaa 4,38 31,29 6062,5 Nausicaa 4,97 31,85 6639,4 Nausicaa 5,19 33,96 6098,5 Nausicaa 4,69 30,43 6863,7 Nausicaa 7,12 38,34 6564,0 Nausicaa 4,48 31,38 6165,4

Portel 16,37 59,42 6283,1

Portel 16,37 58,77 6422,8

Portel 16,37 59,50 6266,2

Portel 16,37 57,03 6820,3

Portel 16,37 59,21 6327,7

Portel 16,37 60,27 6107,1

Moyenne = 6530,2 Écart type = 443,7 Minimum = 5894,6 Maximum = 7885,1

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Les Olympiades vues par Corentin

Une passion qui deviendra mon métier ! Il y a deux ans j’ai commencé une enquête qui avait pour but de traquer la mole et les travaux de Jean PERRIN, qui détermina le nombre d’Avogadro. Cette investigation nous a poussé à voyager, du laboratoire au troisième étage jusqu’aux salles d’SVT, de Boulogne à Paris, de la présélection pour les Olympiades en passant par les TPE (où nous avons bien réussi grâce aux différents conseils des jury), puis ce voyage s’est terminé à Paris, au Palais de la Découverte, avec un second prix. Ce magnifique trajet, d’apprentissages, de découvertes, de déceptions, de remises en cause, de joie, m’a donné envie de recommencer !! Cette année notre projet porte sur la mesure de la masse de la Terre !! Un sujet qui a conduit à la mesure de plusieurs constantes telle que la constante d’attraction Universelle G, mais aussi la constante d’accélération de la pesanteur g, et enfin la détermination du rayon de la Terre. Cette année sera la dernière pour nous, qui espérons avoir notre bac ! Il faut clore cette aventure qui dure pour moi depuis 3 ans. Hé oui ! C’est la troisième année que chaque mercredi de l’année scolaire je me rends au lycée pour découvrir la physique ! Je n’ai raté qu’un seul mercredi, pendant lequel j’ai remplis mon devoir en citoyen en faisant ma journée d’appel à la défense. Cela m’a d’ailleurs fait tout drôle, j’avais l’impression de sécher ! « Les OdP on commence, on continue, on continue, on continue… Et on ne sait jamais quand on pourra s’arrêter ». Pour réussir j’ai essayé d’appliquer et de mettre en œuvre les différentes techniques et astuces que j’ai pu y apprendre. Car en cours on apprend, guidé par un professeur qui nous dit quoi faire, mais le mercredi après midi, il faut se débrouiller seul ! J’ai donc une devise ou plutôt une habitude lors des olympiades, qui se résume à 5 étapes : Penser, Expérimenter, déduire, remettre en question, appliquer. Elles me permettent à la fois de faire avancer mon projet par un travail collégial et personnel, car les olympiades c’est avant tout une activité qui se fait en groupe ! La phase que je préfère, c’est l’expérimentation, c’est entre autre pour cela que les études aux qu’elles je me destine seront des études de physique, qui j’espère me donneront les clefs pour devenir chercheur ! Où bien je deviendrai prof de physique chimie … pour encadrer des élèves pour les Olympiades, mon professeur deviendra mon collègue, c’est une idée qui me fait assez plaisir aussi. Mais pour revenir aux Olympiades de Physique, une chose qui me plait et qui je pense ne peut se produire qu’au sein des Olympiades de physique, c’est l’entraide et le soutient que chacun se donne dans le travail. L’exemple qui exprime le plus ce sentiment se passe chaque mercredi après midi, lorsque certains groupes « se baladent » dans les différents classes où se réunissent les différents groupes par sujet, et posent leurs questions ou encore donnent leurs remarques et surtout leurs conseils. Ou encore c’est lorsque que nous expliquons avec notre groupe, le fonctionnement des olympiades aux élèves de seconde, ou encore quand nous les mettons sur des pistes de sujets, grâce à toutes les différentes remarques, expériences, que nous avons pu avoir, et les nombreux exposés ou explications sur des thèmes très importants de la physique, comme l’électrostatique au palais de la découverte, ou sur l’astrophysique. Mais cette expérience nous l’avons aussi acquise par la rencontre des différents jurys

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que nous avons croisés lors de ces trois années d’OdP, qui ont permis de rencontrer beaucoup de personne faisant partie du monde de la physique, et contribuant à son avancé. J’ai pu les rencontrer par l’intermédiaire des visites que nous avons gagnées dans le cadre des Olympiades. Ces visites étant : Le Synchrotron Soleil, ou encore l’école Polytechnique, le CEA et bien entendu Le Palais de la Découverte ! Depuis que j’explique ces différentes choses, il y a une remarque qui revient tout le temps, c’est la possibilité de découvrir un laboratoire de Physique‐Chimie, dans un cadre beaucoup moins scolaire, que lors des activités de TP ou encore de TPE, et puis c’est créer des relations avec les professeurs encadrant les OdP bien plus directes et sincères que dans un contexte de cours. C’est grâce à tous ces éléments que l’on comprend que la physique et les Olympiades ne sont pas que des activités qui nous aident pour avoir de meilleures notes !! Non au contraire ce sont vraiment des Passions !!

Une passion qui deviendra mon métier !

Corentin QUEVAL, 17 ans TS2 promotion Jean PERRIN Spécialité Physique Chimie

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Les Olympiades vues par Marine

« La Physique : une Découverte, un Apprentissage, un Métier » L’aventure Olympiades a débuté pour moi en Septembre 2007. Auparavant beaucoup de personnes me vantaient les mérites des élèves participants. De plus, M. Buridant, mon professeur de Physique en parlait assez souvent. Mais je me disais que ce n’était pas pour moi, que je n’étais pas faite pour ça. L’année de Première : l’année de ces sacrés TPE. 2h de découverte chaque semaine. On me propose d’intégrer un groupe. J’accepte, et l'on m’annonce que je serais également de la partie. À ce moment précis, je ne me doutais pas une seconde de ce qui allait arriver par la suite. Tout s’enchaîne à une vitesse incroyable. Dossier, Oral et puis pour finir Paris. Ayant gagné le second prix nous avons profité de quelques avantages que procurent les Olympiades : visite du CEA, de l’école Polytechnique, des rencontres inattendues et inoubliables comme le Prix Nobel de Physique, Kamil Fadel … Hélas, la fin de l’année est vite arrivée. Les heures de galères, de recherches, d’enthousiasme pour innover, de fous rires inexpliqués… Tout cela est terminé ! 2008 : année la plus importante à mes yeux. Qui dit Terminale dit : Bac, Orientation définitive, Activité professionnelle… Mais me revoici, fidèle à mon poste. Il faut dire que j’ai beaucoup hésité à refaire ces fameuses Olympiades, car il faut tout gérer en même temps ce qui est assez difficile. Mais la vie n’est pas toujours facile et il faut s’adapter ; cette ambiance studieuse et détendue, cette source de savoir allait me manquer. Je sentais comme un vide en quelque sorte. Plus de TPE, plus d’OdP : mais quand allais‐je faire de la Physique amusante moi ? Alors mes camarades et moi avons retroussé nos manches et pris les choses en mains. Olympiades, Olympiades, Olympiades !! Oui, mais quel sujet ? Première galère. Hé là c’est la révélation, une question posée lors de notre retour de Paris l’an passé a fait l’objet de réflexion. Elle resurgit et nous tenons notre sujet ! Qui est tout à fait « aux normes » du thème des OdP qui est l’astrophysique. Pesons donc la Terre. Il faut se servir de machines vieilles comme le Monde pour atteindre notre but. Jamais je n’aurai cru pouvoir découvrir de telles beautés une fois nettoyées comme il se doit. Et puis il fallait construire notre propre maquette comme celle de Cavendish pour mesurer et enfin aboutir à notre résultat. Des galères sont apparues, comme l’an dernier d’ailleurs. Certes, ce ne sont pas les mêmes mais elles ne sont guère moins pénibles : trouver des astuces pour le banc de Galilée, créer la maquette. Notre œuvre véritable. Ce n’était pas de tout repos mais nous voila prêts pour les sélections. 10 Décembre 2008 : passage devant le jury. Aucun stress. J’ai appris à le gérer grâce aux OdP mais il reste néanmoins cette petite appréhension. Ma foi l’oral n’était pas si mauvais mais l’entretien… La catastrophe pour moi ! Une pluie de critiques, une avalanche de reproches nous tombent dessus !! Mais il faut rester humble et garder son calme. Là, c’est fini, mes espoirs sont envolés, tout comme la finale ! Déçus, nous attendions les résultats sans trop y croire, voir le fiasco, mais une partie de moi espérer un peu… Notre groupe est sélectionné : c’est l’apothéose totale ! Paris nous voila !!!!!!!!!!!!! Nous avons

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pris en compte les remarques du jury et nous avons mis en pratique leurs conseils. Maintenant place à cette finale tant convoitée. De cette expérience et ces nombreuses visites : Une vocation est née. Physique quand tu nous tiens !!!

Marine JOUGLEUX, 17 ans TS2 promotion Jean PERRIN Spécialité Physique Chimie

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Les Olympiades vues par Kévin

Les Olympiades : Une réorientation ? Etant élève au lycée Branly en série STI j’avoue que les olympiades m’étaient quasi inconnues ! En STI, nous évoluons dans un bâtiment autre que le bâtiment principal où se déroulent donc les fameuses Olympiades au 3éme étage (L’étage de la Connaissance et du Savoir). Bien sûr, j’en avais eu quelques échos, vu les nombreux trophées emmagasinés au lycée. De plus, une amie proche me parlait sans cesse de cette aventure si prestigieuse et enrichissante. Malgré cela, je ne m’y intéressai pas plus. Lorsqu’un beau jour mon amie Marine me demande de l’aide pour son projet. En effet, Corentin et elle, bien avancés dans leur projet, avaient besoin d’un étudiant en électrotechnique. Au départ je ne devais être qu’une simple aide pour leur permettre d’atteindre leur objectif ! En apportant mes connaissances dans mon domaine, j’ai tout de suite accroché au sujet. Au fil des mercredis après‐midis passés au lycée, avec l’ambiance bien plus détendue et paisible que celle des cours, j’ai appris à apprécier aller au lycée même les mercredis après midi. On peut se balader pour découvrir et apprendre, c’est d’autant mieux. Je prenais un réel plaisir à sacrifier mes mercredis après‐midi et à aider mes camarades. En voyant l’importance que ce projet prenait à mes yeux et l’investissement que j’y apporté, Corentin et Marine m’ont tendu la main et m’ont proposé de faire partie intégrale du groupe. Ils avaient déjà bien avancé et j’arrivais un peu comme un cheveu sur la soupe. Mais ils m’ont donné confiance et c’est avec joie que j’accepte cette offre, qui m’a valu pas mal de réflexion. Il ne me restait qu’à redoubler d’efforts pour ne pas être un boulet pour eux. Beaucoup de déceptions, ont rendu le parcours un peu plus complexe qu’on ne le pensait ! Un véritable parcours du combattant. Mais finalement, c’est ça les Olympiades ; c’est un chemin truffé d’embûches … Quel plaisir d’apprendre dans ces conditions. J'attendais avec méfiance et impatience l'oral pour les qualifications, le jour J est arrivé j'avoue que l'appréhension me gagnait à grands pas, Il fallait être au top du top !! L'heure approchée et je me sentais de plus en plus mal : Vais‐ je y arriver ?? L'oral a duré environ 30 minutes je ne les ai pas vus passer ! L'entretien était interminable ! De plus avec les remarques négatives du jury, je me sentais encore plus mal, moi qui n'étais pas trop dans mon élément. À la fin, j'étais presque désespéré ! Les portes de la finale nous étaient presque fermées, mais il ne faut jamais renoncer alors j'ai repris confiance et je me disais qu'avec un peu de chance ; Pourquoi pas Nous ? À l'annonce des résultats, je tremblais, j'avais peur de décevoir mes collègues si nous n'étions pas pris ! Mais heureusement, nous sommes qualifiés pour la finale ! Je n'y croyais pas ou plus je ne sais plus trop. Dès le lendemain nous avons travaillé d'arrache pied pour ne pas décevoir le jury qui nous a bien conseillé d'ailleurs, Paris nous arrivons ! Cette expérience je la recommande à tous les élèves, elle est très enrichissante. Tout cela m’a appris à travailler en cherchant des astuces encore et toujours, à travailler en formant une véritable équipe, de mieux me sentir à l’aise à l’oral et enfin de maîtriser une matière que je n’avais pas étudiée depuis la 3éme ! De plus, j’ai repris goût à la Physique et j’ai décidé de me réorienter dans cette voie. Un BTS TPIL (Techniques Physiques pour l'Industrie et les Laboratoires) Pourquoi pas?

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La Physique est bien loin d'être uniquement de la théorie : c'est une science où l'apprentissage peut se faire dans l’application. Merci à Marine, Corentin et bien sûr M. Buridant de m'avoir donné une chance d'y participer. Tout est une question d'organisation entre cours, Olympiades et le reste ! Ce n'est pas mission impossible, bien au contraire, si c'était à refaire, sans hésitations je dis OUI,

Kevin LASTENNET Terminale Electronique

Pesons la Terre.

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