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participation du lycée Bourg Chevreau (Segré) au concours "faites de la science"

mis à jour le 08/07/2011


vignette faites de la science Bourg Chevreau

En 2010, dans le cadre de l'option sciences expérimentales de seconde générale préfigurant l'enseignement d'exploration MPS, treize élèves volontaires ont approfondi la démarche expérimentale. En début d'année, dans le thème « Découverte, Attributs et Applications d'une loi », les élèves se sont posés le problème suivant : quels sont les mécanismes qui expliquent l'absence de nuages au delà de 12 000 m d'altitude?
En partenariat avec Planète Science, le Cnes et Météo France , un ballon sonde a été envoyé en juin 2010. Les mesures réalisées au cours du vol ont été exploitées en 2011 par un groupe de TPE de première S.

mots clés : Concours, Faites de la Science, partenariat, production, valorisation, atmosphère, ballon sonde, nuage, poussée d'Archimède, poids


présentation et objectifs

C'est donc dans le thème « Découverte, Attributs et Applications d'une loi » de l'option science de seconde que le travail s'est effectué à raison de 3h00 par semaine et dans le cadre du projet d'établissement. Cette option précédait le module d'exploration MPS de 1h30 hebdomadaire qui a débuté à la rentrée 2011.

Les élèves ont retrouvé la Loi des gaz parfaits  à partir d'une problématique concrète. Cette loi a été appliquée à l'étude de l'atmosphère terrestre. A partir de recherches sur les caractéristiques de l'atmosphère et notamment les cumulonimbus, les élèves se sont posés le problème concernant les mécanismes qui expliquent l'absence de nuages au delà de 12 000 m d'altitude.
Le partenariat a impliqué Planète Science, le Cnes et Météo France  et a permis l'envoi du ballon sonde. Les mesures réalisées ont été exploitées l'année suivante (année scolaire 2010-2011) par un groupe de TPE de première S ayant suivi l'option de seconde.

Le travail mené avec les élèves avait pour objectif de faire de la science en consacrant du temps à la démarche expérimentale (ceci à partir d'une loi  peu connue P.L = 3T   P : Plaisir   L : Liberté  T : Temps, Transversalité, Thématique).
Un autre objectif était la rencontre avec le monde de la science grâce à des visites, l'intervention de scientifiques et la réalisation de partenariats avec des associations scientifiques.


les disciplines impliquées

Les élèves ont été encadrés par trois enseignants des 3 disciplines scientifiques : Mathématiques, Sciences physiques et SVT.
 photo projet Bourg Chevreau

photo projet Bourg Chevreau
 
photo projet Bourg Chevreau
photo projet Bourg Chevreau
photo projet Bourg Chevreau

la démarche


Emission d'hypothèses par les élèves
Le blocage de l'ascension de masse d'air chaude humide au delà de 12 000m se ferait par égalisation des forces,  poussée d'Archimède et poids, c'est à dire par égalisation des masse volumiques des masse d'air intérieur et extérieur. La masse volumique d'une masse d'air dépend de son volume qui dépend lui-même de la pression et de la température.

Il y aurait absence de condensation au delà de 12 000 m. Ils sont partis d'un test sur les différents états de l'eau. Des pré requis ont été apportés  sur les noyaux de condensation et la sursaturation. Ils ont conçu et réalisé des expériences comme par exemple une expérience analogique de la saturation de l'air en vapeur d'eau à partir d'une solution de NaCl pour étudier le mode de  formation des nuages. Ils ont fabriqué un psychromètre pour évaluer l'humidité relative de l'air et même obtenu des nuages en bouteilles par dépression. Ils ont découverts alors 3 paramètres permettant la formation des nuages : la baisse de la température, la sursaturation de l'air en eau et la présence de noyaux de condensation. Ils ont émis l'hypothèse d'une absence de noyaux de condensation au delà de 12 km.



Expérimentation
Les enseignants ont proposé aux élèves d'envoyer un ballon sonde pour explorer l'atmosphère. Nous avons alors fait appel à Planète Sciences dans le cadre de l'Opération : « Un Ballon pour l'Ecole » en lien avec le CNES. Nous avons été également en lien avec la station de Météo France à Beaucouzé et M. ALLARD, Ingénieur, est intervenu à deux reprises pour accompagner les élèves dans leurs recherches.
Les élèves ont ainsi choisi les paramètres (température intérieure et extérieure, pression, humidité relative, luminosité) qu'ils voulaient étudier selon les hypothèses posées. Ils ont conçu, fabriqué et étalonné les capteurs permettant de mesurer l'humidité relative, les températures intérieure et extérieure, la pression et la luminosité. Ils ont conçu et fabriqué la nacelle  (avec l'aide des élèves de MPI) embarquant les capteurs et un appareil photo. Ils ont participé au lancer du ballon le 11 Juin 2010 et assisté à la réception des données sur logiciel Kicapt.
Malheureusement, le lâcher étant tardif dans l'année, les élèves n'ont pas pu exploiter les données.  De plus, nous n'avons pas retrouvé, à ce jour, la nacelle. Il n'y a donc pas de photos réalisées au cours du vol.

Dans le cadre des TPE de 1S, un groupe de 4 élèves, de l'option Sciences expérimentales de seconde de l'année scolaire précédente, a décidé d'exploiter les mesures réalisées pour répondre au problème. Ils ont converti les mesures de tension grâce aux étalonnages des capteurs  et ont obtenu l'évolution des différents paramètres mesurés durant le vol du ballon. Ils ont répondu partiellement à la problématique posé : les masses d'air chaudes humides ne montent pas au-delà de la tropopause car l'inversion de température a pour effet d'équilibrer les masses volumiques de l'air à l'intérieur et à l'extérieur du nuage et ainsi d'égaliser les forces (poids et poussée d'Archimède). Les forces de frottement annihilent les effets de l'inertie.


Production et valorisation

Les élèves de TPE se sont inscrits au Concours Faites de la Science. Ils ont participé au forum régionale du Mans le mercredi 18 mai 2011 où ils ont été sélectionnés pour la finale nationale qui a eu lieu le 29 juin au Futuroscope de Poitiers. Ils sont arrivés huitièmes ex-aequo.
 
auteur(s) :

Yves Hardouin, enseignant

information(s) pédagogique(s)

niveau : Lycée tous niveaux

type pédagogique : démarche pédagogique

public visé : enseignant

contexte d'usage : classe, atelier

référence aux programmes :

ressource(s) principale(s)

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