{"id":1614,"date":"2019-10-30T19:18:21","date_gmt":"2019-10-30T18:18:21","guid":{"rendered":"https:\/\/www.pedagogie.ac-nice.fr\/svt\/?p=1614"},"modified":"2023-06-12T10:04:16","modified_gmt":"2023-06-12T08:04:16","slug":"impact-event","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.pedagogie.ac-nice.fr\/svt\/?p=1614","title":{"rendered":"Simuler un impact m\u00e9t\u00e9oritique"},"content":{"rendered":"

Fabrice Mourau1<\/sup> et Denis Guicheteau2<\/sup>, Juin 2019<\/p>\n

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Cet travail s\u2019inscrit dans le cadre du volet \u00e9ducatif de la mission Insight. Nous l’avons r\u00e9alis\u00e9 avec une imprimante 3D et un microcontr\u00f4leur de type Arduino. Il s\u2019adresse aux enseignants de coll\u00e8ge qui veulent proposer des activit\u00e9s p\u00e9dagogiques en lien avec l\u2019exploration martienne. L\u2019objet cr\u00e9\u00e9 est aussi un d\u00e9monstrateur destin\u00e9 aux professeurs de SVT en lyc\u00e9e, impliqu\u00e9s dans la partie \u00ab Enseignement scientifique \u00bb du nouveau programme de Premi\u00e8re. Nous d\u00e9crirons comment cr\u00e9er un instrument permettant de mod\u00e9liser les effets de la chute d\u2019un corps. L\u2019objectif est de simuler un impact de m\u00e9t\u00e9orite et d\u2019en \u00e9tudier les effets en fonction des caract\u00e9ristiques physiques du substrat, de la hauteur de chute et de la masse de l\u2019impacteur. Un module \u00e9lectronique command\u00e9 par microcontr\u00f4leur permet de quantifier l\u2019intensit\u00e9 des vibrations g\u00e9n\u00e9r\u00e9es par le choc.<\/em><\/p>\n

I. Le volet \u00e9ducatif de la mission Insight<\/strong><\/h2>\n

La mission Insight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) cherche \u00e0 comprendre la structure interne de Mars \u00e0 partir d\u2019une station g\u00e9ophysique pos\u00e9e avec succ\u00e8s \u00e0 la surface de la plan\u00e8te le 26 novembre 2018 (figure 1). Elle est le fruit d\u2019un partenariat entre les agences spatiales am\u00e9ricaines (NASA) et europ\u00e9ennes (ESA). C\u00f4t\u00e9 Fran\u00e7ais, L\u2019Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) a d\u00e9velopp\u00e9 l\u2019instrument principal de la mission avec l\u2019appui du CNES : le sismom\u00e8tre SEIS.<\/p>\n

La cellule \u00e9ducation du laboratoire G\u00e9oazur (Universit\u00e9 C\u00f4te d\u2019Azur) est riche d\u2019une vingtaine d\u2019ann\u00e9es d\u2019exp\u00e9rience dans l\u2019utilisation p\u00e9dagogique et la didactisation des donn\u00e9es sismiques (Sismos \u00e0 l\u2019\u00e9cole) puis environnementales lato sensu<\/em> (Observatoire EDUMED) au sein de r\u00e9seaux partenariaux enseignement\/recherche. Elle coordonne le travail d\u2019un groupe d\u2019enseignants europ\u00e9ens du second degr\u00e9 autour du volet \u00e9ducatif de la mission INSIGHT. Les activit\u00e9s p\u00e9dagogiques produites sont valoris\u00e9es et partag\u00e9es avec un large public de professeurs et d\u2019\u00e9l\u00e8ves gr\u00e2ce \u00e0 un site web d\u00e9di\u00e93<\/sup>, h\u00e9berg\u00e9 par l\u2019Universit\u00e9 C\u00f4te d\u2019Azur. Le coll\u00e8ge Pierre de Coubertin du Luc (Var) appartient \u00e0 la fois aux dispositifs EDUMED et INSIGHT. Le travail pr\u00e9sent\u00e9 dans cet article est l\u2019un de nombreux projets STEM (Science Technology Engineering Mathematics) que les enseignants de l\u2019\u00e9tablissement d\u00e9veloppent \u00e0 destination de leurs \u00e9l\u00e8ves, tout en les partageant au sein des deux r\u00e9seaux.\"\"<\/p>\n

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II. Impact event : enseigner les chutes de m\u00e9t\u00e9orite.<\/strong><\/h2>\n

Le principal objectif de la mission Insight r\u00e9side dans l\u2019\u00e9tude de la composition et de l\u2019\u00e9paisseur des couches profondes de la plan\u00e8te Mars. Les donn\u00e9es issues des premiers sols4<\/sup> de la mission montrent que, sans tectonique des plaques, l\u2019activit\u00e9 sismique de la plan\u00e8te est faible. Or, Seul un s\u00e9isme relativement puissant peut g\u00e9n\u00e9rer des vibrations mesurables et ayant parcouru un rai sismique exploitable pour caract\u00e9riser les interfaces profondes (figure 2). Les chercheurs qui suivent la mission ont anticip\u00e9 cette situation et se sont pr\u00e9par\u00e9s \u00e0 attendre un autre \u00e9v\u00e9nement, non tectonique, capable de g\u00e9n\u00e9rer des vibrations utiles : un impact de m\u00e9t\u00e9orite !\"\"<\/p>\n

L\u2019\u00e9tude transversale de l\u2019al\u00e9a \u00ab chute de m\u00e9t\u00e9orite \u00bb propose une entr\u00e9e int\u00e9ressante dans les programmes du second degr\u00e9. Elle s\u2019inscrit bien en SVT au cycle 4, les th\u00e8mes enseign\u00e9s sont le syst\u00e8me solaire, le risque en lien avec un ph\u00e9nom\u00e8ne naturel, l\u2019histoire de la Terre et l\u2019\u00e9volution de la biosph\u00e8re. Des exemples d\u2019activit\u00e9s pour le cycle 4 sont fournis en annexe. Au lyc\u00e9e, la conception de l\u2019impacteur \u00e0 l\u2019aide d\u2019un microcontr\u00f4leur s\u2019inscrit dans le nouveau programme d\u2019enseignement scientifique de Premi\u00e8re ainsi que l\u2019\u00e9tude de la vitesse de propagation des ondes de volume \u00e0 travers diff\u00e9rentes roches :  l\u2019impacteur remplace ici le coup de marteau ! En math\u00e9matiques au cycle 4, les parties du programme abord\u00e9es sont :<\/p>\n

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  1. Le volume de l\u2019impacteur (volume de cylindres, boules, prismes droits).<\/li>\n
  2. La d\u00e9pendance de deux grandeurs (repr\u00e9sentations graphiques, images et ant\u00e9c\u00e9dents, non lin\u00e9arit\u00e9 de la fonction\u2026).<\/li>\n
  3. Les statistiques (si l\u2019exp\u00e9rience est men\u00e9e plusieurs fois, on peut calculer moyenne, m\u00e9diane et \u00e9tendue).<\/li>\n
  4. Les grandeurs compos\u00e9es (en calculant la vitesse moyenne de l\u2019impacteur en fonction de la hauteur).<\/li>\n<\/ol>\n

    \"\"<\/p>\n

    III. Conception de l\u2019impacteur<\/strong><\/h2>\n

    L\u2019impacteur peut \u00eatre fabriqu\u00e9 en amont par l\u2019enseignant, puis utilis\u00e9 par les \u00e9l\u00e8ves dans le cadre des cours de SVT, de sciences physiques, de technologie ou de math\u00e9matiques. La conception de l\u2019instrument peut aussi \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e en projet. L\u2019utilisation d\u2019une sonde con\u00e7ue avec une carte Arduino\u00a9<\/sup> s\u2019int\u00e8gre dans la partie \u00ab Enseignement scientifique \u00bb du nouveau programme de premi\u00e8re. L\u2019ensemble du code et des pi\u00e8ces 3D sont gratuitement mis \u00e0 disposition sous licence Creative Commons<\/em> autorisant le partage et la modification dans les m\u00eames conditions avec citation de la source. Toute mon\u00e9tisation de cette propri\u00e9t\u00e9 intellectuelle est strictement interdite par les auteurs.<\/p>\n

    a. Cahier des charges : <\/u><\/p>\n

    L\u2019instrument a \u00e9t\u00e9 con\u00e7u pour \u00eatre facilement reproductible et adaptable. Il int\u00e8gre des transducteurs et du mat\u00e9riel \u00e9lectronique \u00e0 la fois basiques et peu on\u00e9reux. Les \u00e9l\u00e9ments structuraux non imprim\u00e9s sont des profil\u00e9s en acier et en PVC achet\u00e9s en magasin de bricolage. Nous avons cr\u00e9\u00e9 un module sp\u00e9cifique \u00ab Meteor \u00bb dans le logiciel RISSC, d\u00e9velopp\u00e9 par David Ambrois<\/em>. Les fichiers 3D imprimables, le logiciel ainsi que le code Arduino seront gratuitement mis \u00e0 disposition sur les sites Edumed<\/em> et Insight education.<\/em><\/p>\n

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    b. Principe de fonctionnement : <\/u><\/p>\n

    Un \u00e9lectroaimant lib\u00e8re un impacteur m\u00e9tallique d\u2019une hauteur param\u00e9trable. Le \u00ab m\u00e9t\u00e9ore \u00bb s\u2019\u00e9crase dans un bac instrument\u00e9 avec un simple \u00e9l\u00e9ment pi\u00e9zo\u00e9lectrique, utilis\u00e9 comme sismom\u00e8tre. Le bac peut \u00eatre rempli avec diff\u00e9rents substrats. L\u2019acquisition du signal issu du pi\u00e9zom\u00e8tre est r\u00e9alis\u00e9e par une des 5 entr\u00e9es analogique de la carte Arduino. Le signal num\u00e9ris\u00e9 avec une valeur num\u00e9rique enti\u00e8re comprise entre 0 et 1023 counts5<\/sup> peut \u00eatre directement affich\u00e9 sur le moniteur s\u00e9rie ou sur une version ad hoc<\/em> du logiciel RISSC6<\/sup> d\u00e9velopp\u00e9 par l\u2019observatoire Edumed. Enfin, le fichier de donn\u00e9es peut directement \u00eatre lu et analys\u00e9 avec un logiciel tableur.<\/p>\n

    c. Liste du mat\u00e9riel n\u00e9cessaire (hors imprimante 3D)<\/u><\/p>\n