C’est pas sorcier… les élèves fêtent la science !

21 novembre 2019

Le Lycée français Molière fête la science du 13 au 20 novembre 2019 ! 

Depuis bientôt 30 ans, la Fête de la science se déroule, chaque automne, en France, pour célébrer les sciences et les technologies. 

Depuis deux ans, cette manifestation dépasse les frontières et s’exporte dans le monde …. jusqu’au lycée Molière !

Pendant une semaine, les classes du primaire ont ainsi eu l’opportunité de rencontrer les professeurs de physique-chimie et de SVT du secondaire installés,  au Centre de connaissance et de culture (médiathèque-secondaire) pour assister à des expériences toutes plus surprenantes les unes que les autres. Cette année, les professeurs avaient choisi d’explorer le thème de la lumière 

Le proviseur, Valérie Servissolle est fière de son équipe et de ce beau projet :

« L’aventure scientifique, c’est fascinant ! Que de progrès techniques, quelle amélioration de notre niveau de vie ! La science, en augmentant les connaissances dont nous disposons facilite toujours plus notre quotidien. Cela paraît sans fin et peut être même un peu effrayant si les sciences ne s’appuient pas sur des valeurs très fortes et une éthique ancrée. 

Au lycée Molière, nous nous efforçons de mettre en contact la science et les enfants, dès le plus jeune âge. Nous proposons des jeux, des expériences, des essais, des conférences, dans la classe et aussi dans les salles spécialisées. A chaque niveau, son aventure !

Les objectifs sont simples et pourtant essentiels : développer la curiosité des petits pour leur donner le goût d’aller voir plus loin, le goût de chercher, d’essayer, de se tromper et de recommencer encore et encore. 

Nos mentors sont des associations comme la Main à la pâte ou les Savanturiers.

Nous souhaitons aussi aider les jeunes filles à oser les métiers scientifiques car elles y sont trop peu nombreuses et pourtant leur vision, leurs travaux, leurs compétences y sont déterminants.

Pour atteindre ces buts ambitieux, nous pouvons compter sur l’entraide naturelle qui existe entre le primaire et le secondaire. Nous avons aussi la chance d’avoir dans nos murs, Florence Trouillet qui est professeur formateur pour toute la péninsule ibérique. 

Grâce à Claudia Grinvalds, Christophe Thirard, Guillaume Vernudachi, Jérémie Burger et Mercedes Serrano, c’est une magnifique semaine qui a été offerte aux plus jeunes pour leur faire découvrir de nouveaux espaces et ouvrir de nouvelles portes. 

La science a fait briller les yeux depuis 8 jours au Molière et tout doit être fait pour que cette flamme ne s’éteigne pas. 

En plus de tous ses attraits, notre lycée a la science dans son ADN et les liens avec l’ESA renforcent cette identité. 

Les laboratoires sont bien équipés, sécurisés et le matériel moderne, en constante évolution. Nos professeurs sont très engagés et toutes les activités se sont faites sur leurs heures de liberté. 

La surprise et l’émerveillement des enfants a été leur récompense »

Voici le détail des des expériences proposées aux élèves…

L’arc en ciel 

Les élèves du primaire ont commencé par étudier les mystères de l’arc en ciel. Mercredi 13, par chance, ils ont pu en observer un vrai, dans le ciel ! 

Les couleurs de l’arc-en-ciel proviennent de la décomposition de lumière blanche du Soleil. La lumière blanche, en réalité, est constituée d’une infinité de couleurs allant du violet au rouge. Les petites gouttes d’eau contenues dans le ciel vont disperser toutes les lumières colorées de la lumière blanche. L’arc en ciel est un phénomène rare car il faut d’une part qu’il pleuve, qu’il y ait également de la lumière du Soleil, et enfin le Soleil doit se situer assez bas dans le ciel. De plus, il faut un angle particulier pour observer la décomposition.

Au CDI, dans une petite salle obscure, nous avons réalisé une expérience de décomposition de la lumière d’une lampe à incandescence avec un prisme en verre. Les élèves ont identifié que le prisme en verre agissait comme les gouttes d’eau et que la lampe modélisait le soleil. C’était très joli d’observer toutes les couleurs de l’arc en ciel sur le mur !

La synthèse additive des lumières colorées

Les élèves de primaire ont ensuite essayé de recomposer la lumière blanche avec des lumières colorées. Dans la salle sombre, les élèves ont observé qu’avec 3 faisceaux de lumières rouge, verte et bleue on pouvait obtenir du jaune, du cyan, du magenta et même du blanc. Ils ont appris que, pour le physicien, le blanc n’est pas une couleur mais ce que l’on obtient lorsque l’on mélange toutes les lumières colorées !

Le disque de Newton

Une troisième expérience a permis de bien illustrer ce phénomène : le disque de Newton. Les élèves ont commencé par colorier les différents secteurs d’un disque avec du rouge, du jaune, du bleu, du violet du vert et du cyan. Ensuite le professeur a fait tourner le disque à grande vitesse grâce à un moteur et les élèves ont pu voir les couleurs se superposer pour finalement donner du blanc. 

Quelques explications : en tournant rapidement, l’œil ne perçoit plus les couleurs qui se superposent et on a l’impression de voir du blanc ; c’est la persistance rétinienne. Il semble que la lumière blanche soit recomposée.

Les couleurs interférentielles des bulles de savon

Les élèves ont également pu observer les différentes couleurs de la lumière blanche grâce à une autre expérience ; en faisant des bulles de savon et en les illuminant avec une lumière blanche. 

Quelques explications : les liquides peuvent refléter la lumière. Ainsi, quand nous observons une surface d’eau, nous apercevons notre reflet dans l’eau, tel un miroir. La bulle de savon est formée d’une fine couche de liquide. Une partie de la lumière de la lampe se reflète sur la paroi extérieure de la bulle de savon et une autre partie sur la paroi intérieure. Lorsque les deux reflets se « mélangent » (interfèrent) dans l’œil, les couleurs de l’arc-en-ciel apparaissent.

Le même phénomène se produit lorsque, dans la rue, nous observons une tâche d’huile dans une flaque d’eau.

Expérience sur la persistance rétinienne : le stylo qui devient mou 

Le stylo nous parait mou lorsque nous le faisons bouger à une certaine vitesse : entre deux positions du stylo, l’image ne s’efface pas et se superpose à la nouvelle, avec un angle faible, mais suffisant pour que le résultat ressemble à une courbe. 

Quelques explications : toute image se forme sur une partie de notre œil qui s’appelle la rétine (c’est comme un écran). A chaque fois que nous voyons une image, celle-ci reste sur notre rétine un certain temps. Ce temps est tellement court que nous ne nous en rendons pas compte dans le quotidien. L’image reste environ un douzième de seconde sur notre rétine ce qui effectivement très court. Par conséquent, si on fait défiler plus de 12 images par seconde devant nos yeux, le cerveau n’a pas le temps de les voir comme des objets distincts et va donner l’illusion d’un mouvement continu. C’est sur ce principe qu’est basé le cinématographe des frères Lumière et que l’on a réalisé les premiers dessins animés !

Expérience sur la vision à 3 dimensions 

Nous avons ensuite réalisé une petite expérience : les élèves devaient fermer un œil, puis toucher rapidement leurs 2 index ; en général ils n’y sont pas arrivés …

Il est quasiment impossible d’arriver à se faire rencontrer les 2 doigts, car on utilise seulement un œil et on ne voit donc plus en 3 dimensions et on peut plus mesurer la profondeur.

En effet la vision à 3 dimensions est possible car nos deux yeux étant séparés de quelques centimètres, on dispose de deux prises de vue légèrement décalés de chaque objet qui nous entoure. Le cerveau est ainsi capable avec deux images décalées de reconstituer la vision en 3 D et donc la notion de profondeur. Avec seulement une prise de vue (un œil) le cerveau ne reconstitue pas les 3 dimensions et la notion de profondeur n’est pas perceptible.

Une autre expérience permet de le vérifier. Un bouchon de champagne en fil de fer a été présenté aux élèves et on leur a demandé de l’observer avec un seul œil, ce qui était très difficile. Avec un seul œil, on n’a pas la notion de perspective, notre cerveau est capable d’imaginer une situation inverse à la situation réelle.

Les élèves ont ensuite réalisé une nouvelle expérience : la création d’une image à trois dimensions sur un écran. Pour ce faire, on superpose sur l’écran un même objet mais pris avec deux angles différents (avec des couleurs complémentaires différentes) : par exemple violet et vert (ou bien bleu et jaune ou encore rouge et cyan). Pour observer cette image, les élèves ont utilisé des filtres rouge et cyan : avec l’œil gauche, on va seulement voir l’image en rouge ; avec l’œil droit, on va seulement voir l’image de couleur cyan. On observe ainsi une image en 3 dimensions.

Expérience sur la stroboscopie avec un ventilateur

Illusion d’optique … ça trompe énormément ! Interaction entre la matière, la lumière et la réceptivité de l’œil et du cerveau…

Partons de situations du quotidien : pourquoi parfois les roues d’une voiture semblent tourner lentement et dans l’autre sens que la réalité ?  C’est un effet appelé « effet stroboscopique ». 

La lumière stroboscopique n’éclaire pas de façon continue mais envoie des flashs lumineux réguliers avec une fréquence tellement grande qu’on a l’impression qu’il s’agit d’un éclairage normal. On peut régler sur cette lampe la fréquence des flashs lumineux. Avec cette lampe nous pouvons observer des phénomènes particuliers : un objet en mouvement va pouvoir apparaitre immobile. En effet, si une machine tourne très vite, l’œil n’a pas le temps d’enregistrer chaque mouvement. Le stroboscope provoque des sortes d’arrêts sur image… C’est un peu le contraire du cinématographe : il rend apparemment fixe un objet en réalité animé. 

Dans la salle obscure du CDI, nous avons éclairé un ventilateur en mouvement et nous avons eu l’illusion qu’il était immobile alors qu’il tournait.

Quelques explications : imaginons que le ventilateur met 10 ms pour faire un tour ; si on règle la lumière stroboscopique pour qu’elle envoie des flashs exactement à chaque fois qu’une des pales du ventilateur fait un tour, alors nous allons toujours voir la pale dans la même position, celle-ci va donc nous sembler immobile. C’est ce qui s’est passé et les élèves étaient très étonnés de voir que le ventilateur semblait immobile alors qu’il nous envoyait de l’air !!!

Dans les soirées disco, aujourd’hui, on voit souvent des lumières stroboscopiques. Un stroboscope permet de ralentir ou de figer les mouvements périodiques des danseurs. Pour cela, la fréquence propre du stroboscope doit être proche de la fréquence du cycle observé. 

Remarque : dans certaines industries les éclairages néon sont interdits car ils envoient aussi des flashs lumineux rapides et certaines machines dangereuses pourraient paraitre immobiles.

Expériences portant sur le phénomène de réfraction 

Les élèves ont ensuite assisté à des tours de magie ! Si on place une pièce de monnaie sous un verre d’eau qui est vide, on peut voir la pièce à travers la paroi du verre. Si on ajoute de l’eau dans le verre la pièce semble disparaitre. C’est magique !

En fait il s’agit d’un phénomène optique bien connu appelé « réfraction de la lumière ». Cela provient du fait qu’un rayon lumineux change légèrement de direction lorsqu’il passe du milieu air au milieu eau.  

Les élèves ont ensuite assisté à la disparition d’un petit bécher en verre placé dans un grand bécher rempli d’huile quand on remplissait le petit avec de l’huile ! Incroyable !

Expérience expliquant les mirages 

La vision des objets est différente au-dessus des objets très chauds (au-dessus d’un feu, par exemple, ce qu’on voit derrière et souvent flou ou déformé). Cela s’explique par le fait que la lumière ne se propage plus en ligne droite lorsque la température de l’air n’est plus homogène ; les rayons lumineux changent de direction : ils sont réfractés. Ce phénomène est à l’origine des mirages.

Nous avons réalisé une expérience de propagation d’un faisceau laser dans un aquarium rempli d’eau sucrée de telle sorte que la concentration en sucre étant plus grande au fond de l’aquarium. Surprise, la lumière était courbée !

Expérience du coucher de soleil 

Sur Terre, le ciel est bleu car la Terre possède une atmosphère, et ce sont les constituants de l’atmosphère qui sont responsables de cette couleur bleue. Remarque : sur un astre comme la Lune, il n’y a pas d’atmosphère ainsi même en journée il n’a pas vraiment de couleur de ciel. 

Le matin ou le soir, le Soleil nous parait de couleur orange-rouge car les rayons de lumière traversent une longueur d’atmosphère plus grande pour nous parvenir.

Au CDI, nous avons réalisé un coucher de soleil sur un écran en faisant passer un faisceau de lumière blanche au travers d’un récipient en verre où se produisait une transformation chimique. Lors de la réaction, il s’est formé progressivement des petites particules de matière qui ont diffusé la lumière. Nous avons pu observer que la lumière transmise devenait jaune, orange, puis rouge … comme lorsque le soleil se couche ! Fantastique !

Expérience expliquant pourquoi notre image est retournée dans le creux d’une cuillère

Vous avez sûrement déjà constaté ceci : en observant une cuillère, vous voyez votre image retournée dans le creux, mais à l’endroit sur le dos de la cuillère. Si la réponse est triviale pour un scientifique, on peut quand même expliquer plus simplement à quoi tout ceci est dû.

  La solution réside avec la forme du miroir constitué par la cuillère : le creux est un miroir concave et le dos un miroir convexe. 

Quand on envoie deux rayons de lumière sur un miroir concave (le creux), ils sont envoyés vers le point focal où ils se croisent. C’est à ce moment-là que l’image (réelle) est inversée.

Dernière expérience : la lumière au service de l’observation du monde microscopique

À la Médiathèque-secondaire, les professeurs de SVT avaient installé les microscopes des grands ! 

Grâce à ce dispositif, nous avons pu observer avec émerveillement des choses invisibles à nos yeux : des cellules !

– Observations microscopiques de végétaux : variation de la couleur d’une feuille lors de saisons ;

 – Observation microscopiques de roches : identification des minéraux par lumière polarisante.