Article scientifique et pédagogique
La physique des prix Nobel dans les classes
École d’été internationale Frontiers
par Céline WINTER Lycée Marie Curie - 67083 Strasbourg jourdan.winter@laposte.net
L
’écoLe d’été internationale Frontiers s’est déroulée par vidéoconférence en juillet 2020.Les professeurs participants ont pu profiter de conférences sur la recherche d’exoplanètes, de neutrinos, d’ondes gravitationnelles… et d’une visite en direct de Virgo, l’interféromètre italien dédié à l’observation de phénomènes astronomiques (coalescence de trous noirs, d’étoiles à neutrons…) engendrant de fortes ondes gravitationnelles. L’objectif de cette école était de prendre connaissance des ressources existantes et d’en produire de nouvelles pour introduire la physique moderne dans les classes. Certains professeurs ont choisi de poursuivre l’aventure avec le e-twin- ning. Les chercheurs nous ont aussi présenté Reinforce, un programme également destiné à pro- mouvoir la physique des prix Nobel, mais dans toute la société.
INTRODUCTION
Frontiers a pour projet de promouvoir la physique moderne dans les classes. Les chercheurs impliqués proposent des formations pour les professeurs en Europe, du primaire au lycée. Les enseignants sont encouragés à introduire la physique des prix Nobel dans leurs classes, en tenant compte des programmes scolaires. Les chercheurs intervenants sont liés aux grands projets comme Virgo, ceux du CERN…
J’ai eu l’idée de participer à cette école d’été après une formation d’une jour- née sur l’interférométrie par des scientifiques du projet Frontiers. Cela fait suite à un stage pour professeurs de cinq jours au CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire) à Genève et une journée de master-classe en physique des particules pour les niveaux de première et terminale à l’IPHC (Institut pluridisciplinaire Hubert Curien) à Strasbourg. J’ai alors créé un projet « Particules » pour ma classe de seconde à profil scientifique. Nous avons réalisé différentes activités comme monter une chambre à brouillard, utiliser un cosmodétecteur, visiter un accélérateur de particules au campus de Strasbourg… L’actualité du coronavirus nous a malheureusement fait annuler notre voyage au CERN. Mais grâce à cette école d’été, j’ai de nouvelles idées pour l’année 2021.
1. LES CONFÉRENCES
Cette école de physique d’été devait se dérouler à Athènes, mais à cause de la crise du coronavirus, elle s’est passée en ligne du 13 au 24 juillet 2020. Des professeurs européens, mais aussi afghans…, ont pu ainsi y participer gratuitement, du niveau élémentaire au lycée.
Il fallait choisir au moins une thématique :
♦ physique des hautes énergies : accélérateurs de particules, équivalence masse-énergie, bosons de Higgs et Z avec les données du CERN ;
♦ astrophysique : chambre à brouillard, muons relativistes et rayons cosmiques ;
♦ ondes gravitationnelles (interférométrie, pendule) ;
♦ astrophysique : trous noirs, exoplanètes, rotation du Soleil, recherche de neutrinos.
Les conférences étaient aussi intéressantes au point de vue pédagogique, pour une utilisation en classe ou à distance. L’un des conférenciers a par exemple utilisé un
« mentimeter » qui permet de sonder les participants.
2. RESSOURCES POUR LA CLASSE : LES DEMONSTRATORS
Ces conférences étaient destinées à apporter des connaissances, et en même temps à montrer comment les utiliser concrètement en classe avec la présentation des demons- trators. Il s’agit de ressources clés en main pour la classe, pour différents niveaux et avec démarche d’investigation.
On trouve par exemple un dossier pour introduire, réaliser et utiliser une chambre à brouillard. Cela nécessite du matériel simple, par contre il faut se procurer de la glace
Figure 1 - La valise cosmix prêtée aux lycées pour détecter des muons.
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carbonique (on peut en acheter pour quelques euros à l’université la plus proche par exemple). On peut aussi utiliser les vidéos(1) du site pour exploiter les observations.
Cette expérience peut être utilisée pour montrer la radioactivité ambiante et les rayons cosmiques. La radioactivité est en effet mise à l’honneur dans tous les niveaux du lycée avec la dernière réforme.
On y trouve aussi des activités sur la vitesse de rotation du Soleil, les interféro- mètres, les trous noirs… (voir les thèmes des conférences au paragraphe 1.).
3. E-TWINNING
Pour le workshop, je me suis retrouvée dans un groupe de quatre professeurs (por- tugais et italiens) et nous avons décidé de rester en contact par le e-twinning. C’est une plate-forme soutenue par Erasmus qui permet de mener des projets européens. L’un des universitaires grecs responsables de Frontiers s’est inscrit également dans notre projet
« Astro Party Calls ». Et entretemps, un professeur finlandais nous a rejoints. Nous avons prévu de réaliser une chambre à brouillard avec un groupe d’élèves et de comparer les résultats (film, comptage de traces…) dans nos différents pays, mais aussi en plaçant la chambre dans un avion, dans une grotte…
Malgré la pandémie, une partie des classes a pu réaliser une chambre à brouil- lard (voir le site du lycée pour le film réalisé en mars 2021 à Strasbourg). Nous avons compté une centaine de traces en une minute à Strasbourg.
Figure 2 - Fabrication d’une chambre à brouillard au Lycée Marie Curie à Strasbourg.
(1) https://www.lycee-mariecurie.org/index.php/2021/03/02/activites-scientifiques-au-lycee-marie-curie/
Les vidéos sont disponibles sur le site de l’UdPPC.
4. REINFORCE
Reinforce signifie « Infrastructures de recherche pour les citoyens en Europe ». Il s’agit d’encourager les citoyens à coopérer avec les chercheurs pour développer des connaissances. Ce projet utilise la plateforme Zooniverse qui permet aux volontaires de participer à la recherche scientifique dans de nombreux domaines. En effet, quel que soit le domaine, la quantité de données disponibles actuellement est si élevée que les chercheurs ne peuvent plus tout traiter (par exemple au CERN des pétabytes de données sont collectés chaque jour). Il suffit de s’inscrire et de choisir son domaine, par exemple compter des pingouins sur une photo, transcrire des manuscrits en arabe ou identifier des signaux parasites d’ondes gravitationnelles… Après une phase d’apprentis- sage, il s’agit d’identifier par exemple le type de signal parasite. Il est possible de discuter de chaque cas avec d’autres volontaires, mais aussi avec les chercheurs.
Il pourrait être opportun de montrer cette possibilité aux lycéens dans le cadre du nouvel enseignement scientifique.
CONCLUSION
En conclusion, j’ai apprécié cette école d’été et je la conseille aux collègues, de même que les journées de formation Frontiers et les formations de professeurs de cinq jours en français et de deux semaines en anglais au CERN. Il s’agit en effet à la fois de développer ses connaissances et de voir concrètement comment les utiliser en classe.
BIBLIOGRAPHIE
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♦ A. Blondel, « Trois neutrinos pour faire le monde ? », Bull. Un. Prof. Phys. Chim., vol. 99, n° 875, p. 49-54, juin 2005.
♦ C. Geuting, « Relativité de l’espace-temps, effets gravitationnels », Bull. Un. Prof.
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♦ J. Haissinski et G. Unal, « Quelques avancées récentes en physique des particules et des astroparticules », Bull. Un. Phys., vol. 97, n° 852, p. 397-421, mars 2003.
♦ A. Heidmann et P.-F. Cohadon, « La détection des ondes gravitationnelles », Bull.
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♦ A. Kouchner et S. Lavignac, À la recherche des neutrinos - Messagers de l’infiniment grand et de l’infiniment petit, Quai des Sciences, Dunod, 2018.
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♦ L. Schafer, Quantix - La physique quantique et la relativité en BD, Dunod, 2019.
Article scientifique et pédagogique
♦ N. Arnaud, S. Descotes-Genon, S. Kerhoas-Cavata, J. Paul, J.-L. Robert-Esil et P. Royole-Degieux, Passeport pour les deux infinis - Vers l’infiniment grand / Vers l’infi- niment petit, Dunod, 2016.
NETOGRAPHIE
♦ Institut pluridisciplinaire Hubert Curien :
http://www.iphc.cnrs.fr/Masterclasses-en-physique-des-particules.html
♦ CERN : http://visit.cern/discover-cern-online
♦ Virgo : http://public.virgo-gw.eu/virgo-en-bref/
♦ Frontiers : http://www.frontiers-project.eu/demonstrators/
♦ Reinforce : https://reinforceeu.eu/
♦ Mentimeter : https://www.mentimeter.com/
♦ e-Twinning : https://www.etwinning.net/fr/pub/index.htm
♦ Zooniverse : https://www.zooniverse.org/
♦ Lycée Marie Curie à Strasbourg :
https://www.lycee-mariecurie.org/index.php/2021/03/02/activites-scientifiques-au-lycee-marie-curie/
Compléments de l’article
Cet article comporte des compléments nommés :
♦ Expériences au lycée Marie Curie.mp4
♦ Recette pour une chambre à brouillard.mp4
L’ensemble est disponible sur le site de l’UdPPC sous la forme d’un fichier zippé 10330377.
Céline WINTER Professeure agrégée Lycée Marie Curie Strasbourg (Bas-Rhin)
