Th5 Naviguer sur les anneaux

lundi 2 juillet 2018
par  Emmanuelle BOYER, Hugues Amalric

Lien vers le dossier de recherche élève correspondant au thème 5 : Naviguer sur les anneaux de Saturne

cliquer sur l’image ou ici

Lien vers la production du groupe d’élèves autour de ce thème sous forme de capsule vidéo :

https://youtu.be/c4fhsXjxEPM

Compléments pédagogiques au thème 5 : Naviguer sur les anneaux de Saturne

Présentation générale : Ce thème porte sur les cinq grandes thématiques : voir rubrique (Actualités / Cassini-Huygens / Trajectoires / Titan / Sciences et Fiction)

L’envie de travailler sur les spectres de Saturne avec les élèves de seconde et de leur faire comprendre la validation ou non de modèles est à la base de ce thème difficile (composition des anneaux). La notion de gravité est liée au problème. C’est un enjeu pour les professeurs de math et physique de mettre à la portée d’élèves de seconde des notions étudiées en terminale S. L’élaboration en commun du TP a demandé de nombreuses heures pour rentrer dans les enjeux des deux disciplines.

L’ajout d’une partie historique et d’un support littéraire n’a pas vraiment allégé un thème déja très dense. La nouvelle de Nagata permet de réinvestir et comprendre les notions de vitesses relatives évoquées quand le vaisseau spatial pénètre dans les anneaux.

Ce dossier est donné à un groupe de quatre élèves très bons qui se sont investis dans la recherche des questions scientifiques malgré leurs difficultés. L’accent est mis sur les enjeux bien identifiés de la modélisation.

Le travail est construit en imbriquant les disciplines math / physique / français.

  • Pour la partie physique :
    Objectifs liés au programme : Les spectres d’émission et d’absorption : spectres continus d’origine thermique, spectres de raies. Raies d’émission ou d’absorption d’un atome ou d’un ion. Repérer, par sa longueur d’onde dans un spectre d’émission ou d’absorption, une radiation.
    L’effet Doppler n’étant pas du programme de seconde mais de terminale S, il a été nécessaire de détailler les questions et d’apporter les éléments indispensables à un fonctionnement autonome du groupe. Malgré tous nos efforts de clarification, le fait de devoir lire dans le détail ce document a été difficile, car les élèves veulent aller trop vite et ne font qu’une lecture superficielle.
    La détermination de l’échelle du document et son utilisation pour obtenir les valeurs des longueurs d’onde, bien que jugées simples par ces "très bons" élèves n’ont pu être faites sans erreur.

    La détermination numérique de la masse de Saturne à partir de la vitesse des anneaux, une fois validé le premier modèle, n’a pas posé de problème après avoir exprimé littéralement cette masse. Mais la présence de la professeure de mathématiques aurait sans doute rassuré les élèves. Ils n’ont pas encore acquis les compétences suffisantes en calcul algébrique pour extraire d’une formule une grandeur, ici la masse de Saturne.

    Pour estimer la masse de Saturne à partir de la troisième loi de Kepler et du mouvement de Titan, il était intéressant d’utiliser le logiciel Stellarium, déjà vu pour étudier la rétrogradation de Mars. Cette autre méthode a montré aux élèves qu’il est possible d’avoir plusieurs façons d’arriver au résultat d’autant qu’il s’agit d’une méthode historique.
    "Comparer le poids d’un même corps sur la Terre et sur la Lune", fait partie du programme de physique. Je l’ai complété avec d’autres astres comme Titan et Saturne.
  • Pour la partie mathématique :
    Objectifs liés au programme : se repérer dans l’espace, notion de plan + proportionnalité et manipulation de formules avec des lettres.
    Malgré nos efforts de clarification des questions, l’utilisation de la proportionnalité dans les formules et les lectures reste difficile. Mais je regrette de ne pas avoir pu être présente pour accompagner le groupe lors de ces phases de recherche (j’étais dans une autre salle car plusieurs endroits du lycée sont utilisés pour encadrer les 10 groupes, chacun avec plus ou moins de besoins). Expliciter les liens entre le vocabulaire du cours de mathématiques et les outils utilisés en physique permet souvent aux élèves de dépasser ponctuellement leurs difficultés.
  • Pour la partie français :
    La nouvelle de Linda Nagata, « Les Marées de Saturne », a été choisie principalement pour son évocation de la composition des anneaux de Saturne, anneaux qu’elle nous fait littéralement visiter lorsque le vaisseau des protagonistes s’y « intègre ». Mais c’est aussi un texte très riche qui raconte à la fois une aventure spatiale et une histoire d’amour originale, tout en s’intéressant à l’impact des nouvelles technologies ou encore au radicalisme politique et notamment écologique.
    Parue aux Etats-Unis en 1989, elle a été publiée en France dans la revue Galaxies, dans le numéro 2/44 d’automne 2008, au sein d’un dossier sur le « space opera ». Quelques autres textes de cet auteur ont depuis été traduits en français, dont un roman, mais c’est un auteur assez confidentiel en France.
    Le récit se déroule dans un univers très futuriste où les technologies informatiques, génétiques, moléculaires ont pris une grande place et qui voit s’affronter des grandes entreprises toutes-puissantes avec des activistes radicaux. On a donc affaire à une science-fiction très contemporaine, en prise avec des aspects majeurs de la société actuelle.
    Outre cet aspect futuriste et les éléments d’astronomie (les personnages occupent une station spatiale dans le système saturnien), les élèves sont invités à étudier la construction du récit qui repose sur un malentendu amoureux. La relation entre les deux protagonistes prend effectivement le pas, à la fin de la nouvelle, sur le récit d’aventure et l’on comprend que c’en est en fait le sujet principal. Car il s’agit d’une histoire d’amour entre un homme et une « humaine dérivée », c’est-à-dire une « femme augmentée », adaptée à l’environnement extraterrestre (elle n’a besoin ni de combinaison, ni de système d’assistance respiratoire). Si peu humaine que le héros ne parvient pas à la comprendre, ni à communiquer réellement avec elle. Mais si humaine que l’amour leur permet finalement de surmonter ces difficultés...

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