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Publié le 04.05.2017

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Le  Donnerstag, 4. Mai 2017

L’imagerie au service de l’astronomie : simulation de la rotation d’un astéroïde

un EPI en classe de quatrième

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    Avec des élèves de quatrième, Antoine Poletti, enseignant en sciences (mathématiques et physique-chimie) au collège Marcel Massot de la Motte-du-Caire (Alpes-de-Haute-Provence) a mené un EPI sur l’ensemble de l’année autour de l’astronomie avec pour fil conducteur : l’imagerie au service de l’astronomie. Les élèves ont travaillé sur des images de galaxies et d’astéroïdes obtenues lors d’un séjour à Saint-Michel-l'Observatoire. Tout le traitement est réalisé à l’aide d’un logiciel spécifique à l’astronomie : “Iris".

     

     

    Contribution d'Antoine Poletti, enseignant

     

     

    L’analyse par photométrie différentielle de la lumière émise par un astéroïde permet d’en déduire sa période de rotation. Cette analyse peut être simulée grâce au logiciel Lightgrapher conçu par la NASA.

    La photométrie différentielle est une technique qui permet d’enregistrer la variation d’intensité de lumière reçue par un appareil photographique (ou une caméra CCD) sur une série de clichés d’un même objet. Quelques étoiles du champ photographié sont prises comme références (leur luminosité ne varie pas).

     

    Pour mieux comprendre le phénomène, il est possible de le simuler. Un astéroïde est fabriqué à l’aide d’une imprimante 3D et placé sur un fond noir (ciel). Il est en rotation et éclairé par une source de lumière (soleil).

     

    La lumière réémise par l’astéroïde est captée par la webcam d’un ordinateur et analysée par le logiciel Lightgrapher. La variation de luminosité de l’objet (en %) est représentée en direct sur l’écran par un graphique (luminosité en fonction du temps) :

     

     

     

    Simulation et analyse de la rotation d'un astéroïde

     

     

    Chaque face de l’astéroïde renvoie une quantité de lumière proportionnelle à sa surface. Trop petit pour être sphérique, la lumière réémise par l’objet sera donc fonction de l’importance de la surface exposée. L’analyse du graphique obtenu permet d’en déduire la période de rotation de l’astéroïde.

     

    Astéroïde Courbe de rotation
    Astéroïde HW1 
    		Courbe de rotation

                                            

     

     

    Les images de véritables astéroïdes sont acquises avec un télescope de 600 mm de diamètre lors d’un séjour, courant février, à St Michel l’Observatoire. Les élèves peuvent alors développer certaines compétences disciplinaires acquises au cours de l’année scolaire. Ils sont confrontés durant ce séjour, à la vie en collectivité, au respect d’autrui, à l’expérimentation, à des échanges avec les spécialistes ; autant d’actions concrètes qui contribuent au développement intellectuel et social de l’élève.

     

     

    Dans le cas de l’étude des astéroïdes, les élèves mesurent la période d’un phénomène périodique en estimant le temps entre deux motifs successifs, s’approprient deux types de mouvements : circulaires et rectilignes, appréhendent les caractéristiques de la lumière, rencontrent la non-uniformité de l’univers. Ils savent lire un graphique cartésien. Ces notions sont réinvesties dans les programmes de sciences, notamment lors de l’étude des tensions variables, de l’univers ou encore de la matière, mais aussi en mathématiques pour introduire la translation et la rotation.

     

     

    Cette activité rentre dans le cadre d’un EPI mené sur le niveau 4ème durant l’ensemble de l’année scolaire. L’étude de l’astéroïde n’est qu’une partie de l’EPI qui aborde les notions suivantes :

     

     

    • Logiciels d’astronomie,
    • Traitements d’images,
    • Principe de l’astrophotographie,
    • Translation, rotation,
    • Mouvement circulaire,
    • Mouvement rectiligne uniforme
    • Vitesse,
    • Puissances de dix,
    • Matière, univers,
    • Mouvements périodiques,
    • La lumière, la gravité,
      • Conversion d’unités,
      • Coordonnées cartésiennes,
      • Coordonnées célestes, longitudes, latitudes,
      • Logiciel Solidworks (3D)
      • Conception d’objets technologiques
      • Utilisation d’une lunette astronomique motorisée,
      • Utilisation d’une imprimante 3D,
      • Énergie.

     

     

    L’astrophotographie est assez complexe. La première étape est l’obtention d’images de galaxies. Dans un second temps, les élèves sont initiés à la photométrie différentielle pour l’étude des astéroïdes. Le fichier “présentation EPI” résume ces deux parties. Les élèves peuvent faire les traitements d’images pour obtenir les galaxies, utiliser Iris pour la photométrie différentielle et faire une simulation de la rotation d’un astéroïde.

    L’ensemble de ces notions fait partie des programmes du cycle 4 en mathématiques, physique-chimie et technologie. Les compétences du socle associées couvrent l’ensemble des 5 domaines.

     

     

    Voir plus d'informations sur le site du collège, rubrique "L'astronomie au collège" : http://www.clg-massot.ac-aix-marseille.fr/spip/spip.php?rubrique280