Thématique 3 : Trajectoires des planètes, des satellites et des sondes spatiales.

Cette thématique est surtout portée par les disciplines Mathématiques et Physique : voir l’entrée par les disciplines

• Objectifs :
  L’origine de cette thématique est dans la nécessité d’apporter aux élèves des clés pour comprendre des notions essentielles sur le sujet et ainsi d’approfondir les cours de mathématiques et de physique et leur lien. La problématique a déjà été évoquée dans les documentaires sur la sonde Cassini Huygens et sur les trajectoires de Titan et Saturne. Ce sont des activités reprises des années antérieures déjà testées et réactualisées. C’est un va et vient entre les cours pendant la phase 1 mais le savoir acquis sera réinvesti dans les thèmes des dossiers de recherche de la phase 2.
  Ce thème donne aussi l’occasion de revenir sur l’histoire des représentations du Système Solaire des anciens jusqu’à aujourd’hui en passant par Copernic et Galilée.
  • Mathématiques : Simulation à l’aide du logiciel GeoGebra(3D) pour comprendre les origines de la construction d’un logiciel tel que Stellarium utilisé en physique qui fonctionne comme une boîte noire.
    Calculs de proportionnalité et coordonnées, notion de plans dans l’espace.
  • Physique : Pourquoi existe-t-il plusieurs types de satellites ? À partir du site de l’ESA, puis de l’application « Satellites » et de « NASA’s Eyes », il est attendu que les élèves découvrent que les différents satellites existant ont des missions différentes, que la relativité du mouvement, la notion de référentiel, les trajectoires et la vitesse seront des notions importantes à comprendre.

• 1) Trajectoires des planètes et des satellites – Phase 1
  • Mathématiques : Modélisation simplifiée de la trajectoire des planètes du système solaire à l’aide du logiciel GeoGebra (MPS 15/09 1h) et des éphémérides de l’IMCCE.
    Le TP informatique est bien rodé et bien détaillé, il permet de s’approprier l’utilisation du logiciel et de travailler la proportionnalité. (voir lien). À la fin, il est demandé de retrouver, à l’aide de l’animation, dans quelles positions sont les planètes autour du Soleil lors du crash de la Sonde Cassini, le 13 septembre 2017, et quelle était depuis la sonde la vision de la Terre et des planètes ce jour-là.
  • Physique : utilisation des logiciels « Satellites » et « NASA’s Eyes » pour simuler et comprendre les trajectoires des satellites et leur utilisation (MPS 23/9) (voir lien).
    • Difficultés rencontrées par les élèves :
      Cette activité sur la trajectoire des satellites a été sans doute présentée trop tôt dans l’année. Les élèves ne sont pas assez autonomes notamment vis-à-vis de l’outil informatique (un rien les arrête).
      Mis à part la première question dont la réponse est directement sur le site de l’ESA, les autres questions sont des tâches complexes nécessitant de réfléchir et de construire un raisonnement.
      Bien que la notion de vitesse soit abordée en collège, l’application dans le cas d’un satellite en orbite circulaire n’a pas été simple.
      En règle générale, la plupart des élèves rencontrent des difficultés à réinvestir ce qu’ils ont travaillé si la situation est légèrement différente.
    • Points positifs : L’activité proposée à faire en temps limité, a obligé les élèves à se mobiliser rapidement.
  • Cours de physique liés à la thématique : Relativité du mouvement, Référentiel, Trajectoires. TP : rétrogradation de Mars et son corrigé
    + Étude de la chute d’une balle à partir d’un vélo en mouvement (18/12 1h30)
  • Ouvertures :
    • Sorties le soir : observation de Saturne (voir Saturne dans le télescope du Lycée photo prise par le smartphone d’un élève dans l’oculaire du télescope et observation de la Lune (voir la Lune dans le télescope du lycée photo prise par le smartphone d’un élève dans l’oculaire du télescope + photo prise par le smartphone d’un élève dans l’oculaire du télescope)
    • Séance planétarium : (voir lien) trajectoires des planètes dans le plan de l’écliptique donc à chercher dans le ciel sur le cercle de l’écliptique
      (le lycée possède un petit planétarium pédagogique type).
    • Explication des phases de la Lune (voir lien : face cachée, rotation synchrone, levers, couchers, changements de référentiels…)
• 2) Prolongement du thème dans les dossiers de recherche de la phase 2 (voir lien vers la rubrique pour détails)
  • Thème 6 : En route pour Saturne avec la Sonde Cassini-Huygens (voir lien) : Le voyage de la sonde Cassini-Huygens est l’approfondissement et la suite logique de ce thème.
  • Thème 2 : Aspect des anneaux de Saturne avec Huygens (voir lien) : Construction de la trajectoire de Saturne
  • Thème 5 : Naviguer sur les anneaux de Saturne (voir lien) : Étude de la trajectoire de Saturne pour étudier les spectres lumineux + la gravité autour de Saturne.
  • Thème 8 : Encelade, un des satellites de Saturne (voir lien) : Trajectoires des satellites de Saturne

Cliquer sur l’image pour voir l’animation réalisée par les élèves (attendre que GeoGebra en ligne charge)