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Rencontres Jeunes Chercheurs – Collégium sciences et techniques, Bourges – Vendredi 28 mars 2014 0
Les actes 2014Faculté des sciences, Bourges. Vendredi 28 mars
Rencontres Jeunes Chercheurs – Collégium sciences et techniques, Bourges – Vendredi 28 mars 2014 1
Sommaire
UNE JOURNEE DE RENCONTRES POUR PARTAGER LES EXPERIENCES 2
PROJETS SCOLAIRES
TOUT FEU, TOUT FLAMME 3
COLLEGE VOLTAIRE, SAINT FLORENT SUR CHER
ATELIER MATHEMAGIQUE 4
COLLEGE SAINT EXUPERY, BOURGES
LA SCIENCE EN COULEURS 5
COLLEGE LITTRE, BOURGES
LA CABANE AU FOND DU JARDIN 6
COLLEGE JEAN ROSTAND, SAINT GERMAIN DU PUY
L'EAU DANS TOUS SES ETATS 7
COLLEGE JEAN ROSTAND, SAINT GERMAIN DU PUY
LE MOTEUR ELECTRIQUE 8
LYCEE VAUVERT, BOURGES
PELE - MELE 9
LES PROPOSITIONS DES ORGANISATEURS 11
LA TEMPERATURE, QU'EST-CE QUE C'EST ? COMMENT PEUT-ON LA MESURER ?UNE AFFAIRE D'ETAT: A LA DECOUVERTE DES PLASMAS...UN THEATRE DE LUMIERE : LES AURORES POLAIRES (SIMULATIONS AVEC LA PLANETERRELLA)LE VERRE (FABRICATION EN DIRECT ET APPLICATIONS)PRESENTATION DU PROJET «BALLON SONDE- OPERATION SURICATE»CLE DE VOUTE (CONSTRUCTION D'UNE ARCHE PAR ASSEMBLAGE DE BLOCS)LE POP CORN
CONFERENCE 13
VISITE ET DISCOURS OFFICIELS 14
REVUE DE PRESSE 15
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Une journée de rencontres pour partager lesexpériences . . .
UNE JOURNEE INTERACTIVE A DESTINATION DESECOLES, COLLEGES ET LYCEES DU CHER
Dans un contexte national de désaffection desfilières scientifiques, la DSDEN (Direction desServices Départementaux de l’EducationNationale) du Cher, Centre•Sciences et leCollegium Sciences et Technique de l’Universitéd’Orléans, site de Bourges ont organisé unejournée visant à encourager le développementde projets scolaires autour des sciences ettechniques.Le vendredi 28 mars 2014, à la faculté dessciences, les élèves ont présenté avecenthousiasme les projets de culture scientifiqueet technique qu’ils mènent en classe.Ces « Rencontres Jeunes Chercheurs » ont prisla forme de stands privilégiant l’interactivité,l’expérience et la démarche scientifique avecpossibilité de faire une présentation orale desprojets en amphithéâtre.
PETIT BILAN . . .
La manifestation a réuni cette année plus de 400élèves de 9 à 19 ans.De l’avis général, ce mélange d’enfants et dejeunes adultes est très intéressant et permet àchacun de s’épanouir au contact de l’autre.Excellent moyen de diffuser les sciences, cettejournée permet aussi aux élèves de valoriser leurtravail en mobilisant leur capacité à expliquer unedémarche scientifique auprès de publics divers.Enfin, l'ouverture de la journée à des classesextérieures et au public permet de sensibiliser etde mettre en confiance les enseignants pour fairenaître de nouveaux projets.
LES PARTENAIRES
Collegium Sciences et Techniques (Faculté des sciences de Bourges), DSDEN du Cher,Centre•Sciences, CANOPE, IUT de Bourges (dépt. MP),
AVEC LE FINANCEMENT DE
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique, Conseil régional du Centre,Conseil Général du Cher, Ville de Bourges.
La facullé et l’IUT proposaient également denombreux ateliers.Centre•Sciences mettait à disposition sonexposition interactive « Aux origines de la vie».
Cette manifestation est l’aboutissement de septmois de travail et d’engagement des élèves etdes enseignants qui les encadrent.
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LE PROGRAMME DE 4EMELe thème de cette année a été choisi par lesélèves de 4ème SEGPA du collège en relationdirecte avec le programme de physique-chimie de4ème : les combustions. Il montre une synthèse dela plupart des expériences que nous avonsréalisées en classe dans le cadre du cours. Nousavons pratiqué une démarche scientifique étapepar étape chaque expérience soulevant denouvelles questions auxquelles il fallait répondre.
LES ELEVES AU CŒUR DE LA DEMARCHEChaque expérience a été réalisée par les élèveset a pour but d’apporter une réponse à leursinterrogations ou de susciter de nouvellesquestions de leur part. Elles permettent aussi desensibiliser les élèves aux risques inhérents à lamanipulation de substances inflammables oucomburantes.
DE NOMBREUSES EXPERIENCESLe panel d’expériences a été important et variénécessitant à l’exception de la bouteille dedioxygène et des sels de strontium du matérielsouvent très simple et courant :
#1 : rôle du dioxygène lors de la combustion dela paille de fer
En réalisant successivement la combustion de lapaille de fer roulée en boule, aérée et enfin encontact du dioxygène pur Laura et Amélien mettenten évidence l’importance de ce gaz lors d’unecombustion.
#2 : le triangle du feuLine, Lucas et Clément arrivent à éteindre desallumettes de 3 façons différentes en retirant àchaque fois un élément du triangle du feu.
#3 : le feu est une réaction chimiqueLa combustion de la paille de fer sur une balancepar Geoffroy et Laurine pose un sérieux problème :sa masse étant plus importante après qu’il ait brûlé!
Une étude attentive de la coupelle aprèscombustion montrera que le fer s’est combiné àl’oxygène de l’air pour former une nouvellesubstance ce qui permet d’introduire les notions deréactif, produit et réaction chimique.
#4 : combustion du gaz d’un briquetMarine et Gatien cherchent à identifier lessubstances dégagées par une flamme de briquet :du dioxyde de carbone et plus surprenant … del’eau !
#5 : combustions complètes et incomplètesFlorian et Manon ont cherché à comprendrepourquoi un réchaud à gaz et un briquet utilisant lemême combustible produisaient des flammes decouleur différentes. Ils ont ensuite recherché surInternet les dangers d’une combustion incomplète.
#6 : les feux d’artifices.Ce sont Anthony Vicky et Justine qui ont réalisél’expérience la plus spectaculaire. Afin decomprendre que la couleur d’une flamme dépendde l’élément chimique que l’on fait brûler, ils ontversé du potassium, du cuivre et du strontiumdans 3 coupelles d’alcool enflammé produisantdes flammes violette, verte et rouge.
Tout feu, tout flammeCOLLEGE VOLTAIRE SAINT-FLORENT-SUR-CHER
Grégory Manzanares
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Voilà comment l’atelier mathématique ducollège Saint Exupéry a été présenté en débutd’année.A travers un cheminement débutant par la
découverte et l’étude du triangle de Pascal, enpassant par les lapins de Fibonacci, le nombred’or, les fractals... les élèves ont été mis enposition de chercheurs et ont pu découvrir desliens insoupçonnés entre des situationsapparemment éloignées.Le premier passage de Philippe GRILLOT enoctobre confirma l’esprit mathémagique del’atelier. Il suffit souvent de travailler un peu lescénario pour transformer une activitémathématique en un tour de magie. Notremathémagicien proposa des tours aux élèves quise questionnèrent ensuite sur les mathématiquescachées permettant la réussite à coup sûr. Lesélèves cherchèrent de leur côté également destours mathémagiques. Et c’est naturellement quel’idée de proposer un spectacle de mathémagieau collège est née.Nous avons puisé entre autre notre inspirationdans les ouvrages de Dominique SOUDER quinous a fait l’honneur de passer deux jours aucollège en avril pour participer à notre 5ème
semaine de la science.
L’OPERATION PASSAGECet atelier s’inscrit dans le cadre du projet
« PASSAGE » (http://www.operation-passage.fr)initié à la rentrée 2013 par Emmanuel CEPA,Maître de conférences à l'Université d'Orléans etdirecteur de l'Institut de recherche surl'enseignement des mathématiques (IREM)."Passage" est une opération de popularisationdes Mathématiques à destination des élèves deprimaire, collège, lycée impliquant deschercheurs qui passent régulièrement dans lesclasses.
Le but est d'une part proposer une approcheplus culturelle des maths au carrefour desdisciplines, basée sur l'imaginaire, la culture dudoute, la recherche de la beauté et la dimensionludique, d'autre part favoriser un échange despratiques entre enseignants et chercheurs à larecherche de constantes pédagogiques duprimaire à l'université.
Notre « chercheur à nous » fut PhilippeGRILLOT, maître de conférences à l’Universitéd’Orléans.
UN ATELIER MATHEMAGIQUE
Les Mathématiques, vus comme un territoireà explorer...Les élèves, les aventuriers, ont chacun leursac à dos, rempli d’expériences propres,vécues, un sac à dos plus ou moins pleind’outils mathématiques. Le professeur est leguide, sur les sentiers mathématiquesempruntés. Tout le monde s’aventure sur lemême sentier, sans peut être aller aussi loinque le camarade d’à côté, mais pour tous, onl’espère, des découvertes et émerveillementsmathématiques seront au rendez-vous.
Atelier MathémagiqueCOLLEGE SAINT EXUPERY, BOURGES
Marie-Astrid Bezard
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Les couleurs font partie de notre quotidien. Nousn’imaginerions pas notre environnement sans elles.Mais pour les scientifiques, elles constituent desinformations qui aident à en savoir plus sur lemonde qui nous entoure.C’est sur ce thème que deux classes de 3ème onttravaillé durant quatre mois avec l’aide despersonnels de la Faculté des Sciences de Bourges :Mme Nadia Pellerin, sa directrice, et l’équipe desenseignants-chercheurs et techniciens.
QU’EST-CE QUE LA COULEUR ?
La couleur est une sensation que de la lumièreproduit dans nos yeux et sur notre cerveau. Lescouleurs sont perçues par l'œil humain grâce à descellules de la rétine, les cônes, qui sont sensibles àtrois couleurs : rouge, vert et bleu.
D’un point de vue physique, la lumière est une ondeélectromagnétique. A chaque couleur correspondune longueur d'onde précise.Un objet est vu d’une certaine couleur selon lesradiations qu'il va diffuser ou absorber.Par exemple une tomate apparaît rouge car ellediffuse uniquement les radiations correspondant aurouge et absorbent toutes les autres.
UNE DROLE DE CUISINE
Il existe des végétaux qui contiennent dessubstances dont les couleurs changent en fonctiondu pH.Prenons par exemple de la betterave rouge. Il fautpresser sa chair afin d’en extraire le jus. Celui-ci estrouge, sauf si l’on y ajoute une solution fortementbasique. Il devient alors jaune.Plus spectaculaire est le jus de chou rouge. Il suffitde préparer une « soupe » en faisant macérer lesfeuilles de ce légume dans de l’eau chaude. Leliquide obtenu après filtration est bleu. Il évolue versle rose en passant par le violet en milieu acide. Al’opposé, il devient vert, puis jaune en milieubasique.
On décompose, par exemple avec un prisme, lalumière émise par une source, puis on analyse lespectre obtenu.
L’EXPLORATION SPATIALE EN COULEURS
La spectroscopie est l'étude des radiations émisespar différentes sources de lumière.
On peut ainsi déterminer la température de surfaced’une étoile ou connaître la composition des rochesd’une planète, comme le fait le rover Curiosity quiexplore la surface de Mars depuis juillet 2012.
RESTONS CONCENTRES
Chacun sait qu’un verre de menthe à l’eau aurad’autant plus de goût que son contenu sera d’unvert intense. La couleur nous renseigne ainsi sur laconcentration en sirop du mélange.Mais comment mesurer la concentration d’unesubstance contenue dans un liquide que l’on nepeut pas goûter ?Un spectrophotomètre est l’appareil qui permet derépondre à cette question. Il mesure la quantité delumière absorbée par une solution et fournit unegrandeur appelée absorbance que l’on peut relier àla concentration de l’espèce chimique étudiée.
Ce projet en a fait voir de toutes les couleurs auxJeunes Chercheurs. Mais celles-ci leur ont ainsilivré quelques-uns de leurs secrets.
La science en couleursCOLLEGE LITTRE, BOURGES
Alexandre Blut, Julien Ernandez, Marie Favre, Jean-Michel Gitton, Yasmina Kérioui-Pouget et Didier Marty
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La cabane au fond du jardin . . .COLLEGE JEAN ROSTAND, SAINT GERMAIN DU PUYNelly Faure, Olivier Beaujon, Didier Sicault
UN AGENDA 21 AU COLLEGEDepuis 2010, notre collège est entré dans unedémarche Agenda 21. Plus de 40 actions sontmenées chaque année.L’idée de construire un cabanon écologique s’esttrès vite imposée dans ce contexte bienparticulier. Comment arroser notre jardinpédagogique sans utiliser l’eau de ville sachantque nous ne pouvons pas placer de récupérateursdans le collège ?Le cabanon répondait donc à un réel besoin :pouvoir récupérer l’eau de pluie et stocker lesoutils de jardinage.
UNE OPTION « DEVELOPPEMENT DURABLE »Dès la rentrée 2013, une option « développementdurable » s’est ouverte dans le collège avec pourobjectifs :- la première année : l’élaboration et laconstruction d’une maquette de cabanonécologique.- la seconde année : la construction du cabanonécologique en grandeur nature dans le collège àpartir de la maquette. (En recherche definancement à ce jour).
ELABORATION ET CONSTRUCTION DE LA MAQUETTEPRESENTEE AUX RJCAucune contrainte n’a été imposée aux élèves,qui ont pu définir par eux-mêmes l’architecture(forme du cabanon, nombre de pentes du toit…)et le type de construction du cabanon (isolantsécologiques, panneaux solaires, citerne derécupération d’eau…). Les élèves ont donc optépour un cabanon de forme rectangulaire, isoléavec de la paille, du métisse, des briques de terrecrue ou encore de la laine de chanvre, un toitbipente (inclinaison 45°), des panneaux solairespour alimenter en électricité la pompe de laciterne à eau et la lumière intérieure. Pour cetravail, de nombreux partenaires ont été sollicités :l’IUT de Bourges, le constructeur de maisonsécologiques CBE Centre à Gionne, le lycée Jeande Berry ou encore les Grands Moulins à Graçay.
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Cette année, nous avons commencé un projet« Jardin » au collège. En lien avec ce projet,nous avons travaillé avec deux classes deSEGPA autour de l’air et de l’eau en Physique.Pour la Journée des Jeunes Chercheurs nousavons décidé de présenter nos travaux autourde l’eau.Les 6e se sont intéressés aux états et au cyclede l’eau, et les 5e au traitement de l’eau.
LES ETATS ET LE CYCLE DE L’EAU
Mais que devient l’eau de pluie ? Il avaitbeaucoup plu ces dernières semaines etpourtant, plus aucune trace d’eau dans la cour,comment cela se fait-il ? Nous avons cherchédes raisons avec ce que nous savions, puis on afait des expériences.
Nous avons constaté que l’eau s’évaporait sousla chaleur, puis se transformait en nuage.On a décidé de chercher comment recréer lapluie en classe avec une casserole et uneplaque chauffante!!Ce qui nous a permis dedécouvrir le cycle de l’eau !
LE TRAITEMENT DE L’EAU.
Quand on ouvre le robinet chez nous, l’eau estclaire et potable. Mais comment l’est-elledevenue ? Nous avions pour mission derendre limpide une eau boueuse !On a cherché comment faire, avec quelsmatériels ? Une grille pour enlever lesmorceaux, bon facile, mais il reste beaucoupde saletés ! Après différents essais, plus oumoins réussis, on a vu que le charbon, lesable jouent un rôle important. Nous avonsconstruit une mini station d’épuration avec desbouteilles et différents étages de filtration.Après on a étudié comment fonctionne unestation d’épuration.
L’eau dans tous ses étatsCOLLEGE JEAN ROSTAND, SAINT GERMAIN DU PUY
Caroline Souchard
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Cette quatrième participation a pu être réaliséeen partenariat avec la Faculté des Sciences deBourges. Ce projet a été mené avec une classe deTerminale Bac Pro, spécialisée dans la maintenancedes véhicules automobiles. Les élèves ont d’abord puvisiter La Faculté des Sciences, grâce à NadiaPELLERIN, responsable de l’antenne qui leur aprésenté la place et la richesse des sciences dans lemonde professionnel et la vie de tous les jours.
Les élèves ont ensuite été mis au travail dansce projet, en commençant par étudier les principesélémentaires du magnétisme et de l’électromagnétismegrâce à l’atelier de Gilles CHARLES qui, en lescaptivant, leur a tracé les grandes lignes sur lefonctionnement des moteurs à courant continu. On leura alors demandé de réaliser un petit prototype de « fauxmoteur à courant continu », fonctionnant à la fois grâceaux forces électromagnétiques et utilisant l’inertie crééelors de la rotation. Les élèves ont été séduits par leprototype et sa réalisation ; à l’issue de la matinéechacun a pu ramener sa maquette au Lycée.
L’enjeu suivant était alors de pouvoir l’exposeraux Rencontres jeunes chercheurs. Ces élèves expertsdans le fonctionnement du moteur thermique allaientdevoir découvrir, étudier et chercher pour comprendreles moteurs électriques et les enjeux qu’ils impliquentdans leur profession.
A LA DECOUVERTE D’UN NOUVEAU MOTEUR DES ELEVES ENTHOUSIASTESDe retour au lycée les élèves ont demandé leur
création. Leur fascination devant ce moteur fonctionnantà l’aide d’une pile, un peu de cuivre et un aimant, a étémotivante pour les faire parvenir au travail de jeuneschercheurs. Les notions de magnétisme ont été repriseset approfondies, les lois de l’électromagnétisme ont éténécessaires à la compréhension. Rapidement lesélèves ont su découvrir, comprendre et expliquer. Desvolontaires se sont alors proposés pour la présentation.
UN ECHANGE PRODUCTIF ELEVES-ENSEIGNANTSVERS LE DEVELOPPEMENT DURABLE
La production d’un travail de recherchescientifique avec ces élèves de Terminale s’est avéréeêtre très enrichissante. Les élèves ont d’abord été trèssatisfaits de leur première visite à la faculté desSciences, qui leur a fait prendre conscience de la placeimportante des scientifiques autour d’eux. La conceptiondes prototypes a été bien menée et le fonctionnement avite été assimilé. La curiosité de ces élèves au regardde tout ce qui fonctionne avec un moteur et la mise envaleur de leurs compétences professionnelles ont étédes atouts. Chaque élève s’est investi dans cetteaventure. Ils ont mis en route les petits moteurs, ont étéfascinés par le monde des aimants à commencer par laboussole, les pôles magnétiques terrestres et leur rôledans les aurores polaires. Les lois de l’électro-magnétisme globalement comprises, ils se sont mêmeimpliqués dans la restauration d’une vieille maquettede moteur à courant continu délaissée dans lelaboratoire du lycée, qu’ils ont voulu rattacher au projet.
Des recherches documentaires ont permis devoir l’intérêt des moteurs électriques dans leur milieuprofessionnel et les ont lancés dans de grandséchanges, entre élèves et enseignants, concernant lesvéhicules électriques, les véhicules hybrides et enfin lesenjeux du développement durable le thème qui estétudié au lycée depuis 3 ans .Lors de la présentation deleurs travaux les élèves ont reçu beaucoup decollégiens et les échanges furent fructueux les orauxriches.Désormais les professionnels du moteur thermique sont-ils prêts à affronter les véhicules de demain ? Aprèscette action positive les élèves ont réfléchi et ont penséà des solutions possibles pour l’avenir de leur métier.
Le moteur électriqueLYCEE DES METIERS DE L’AUTOMOBILE ET DU COMMERCE, BOURGES
Christine LABAUME, Hervé FURET, Marie-José VIEILLEDENT, Nadia PELLERIN
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Pêle-mêle
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Propositions des organisateurs
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CONFERENCE : « Biodiversité, de l’Océan et la Forêt à la Cité », par Gilles BOEUF, biologiste.Professeur à l'Université Pierre-et-Marie-Curie (UPMC, Paris VI).Président du Muséum National d'Histoire Naturelle.
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Visite et discours officiels
En fin de matinée, les organisateurs et les partenaires de la manifestation ont visité les différents stands. Puis tousles participants ont été invités à se regrouper dans le hall de la faculté afin d’assister aux discours deremerciements de madame Nadia Pellerin, directrice de l’antenne de Bourges du Collegium et de MathieuBeauvais, enseignant coordinateur, en présence de mesdames Mireille Fromentaud, directrice de l’actionartistique et culturelle et Sylvie Jourdan, directrice de CANOPE et de messieurs François Faubert, Directeur dudépartement Mesures Physiques de l’IUT de Bourges ; Guy Lévèque, IPR de SVT et Alain Tanton, adjoint auMaire de Bourges.
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Revue de presse
Berry Républicain 29/03/2014
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L’équipe organisatrice vous donne rendez-vous début avril 2015 à l’IUT de Bourges (département Mesuresphysiques) pour les septièmes Rencontres Jeunes Chercheurs du Cher.
Réalisation : Mathieu Beauvais, coordinateur départemental « sciences et techniques »[email protected]
Crédits photographies : Marie-Laure Thurier (CentreSciences) et David Bion (Collegium).
Suivi d’impression : Marie-Laure Thurier, CentreSciences.
CentreSciences72, Faubourg de Bourgogne45000 OrléansTél. : [email protected]