L`univers en expansion

GRF – Physique Chimie – académie de Strasbourg
2009 - 2010
L’Univers en expansion
Niveau
Lycée - Seconde
Objectif
Après avoir présenter l’Univers et ses différentes échelles, il peut être intéressant de
faire sentir aux élèves que le temps et l’espace ne sont pas indépendants. A travers
ce texte extrait d’un ouvrage très connu de l’astrophysicien Hubert Reeves, nous
essaierons de comprendre ce que signifie l’expansion de l’Univers.
Compétences
Utiliser les puissances de 10 dans l’évaluation des ordres de grandeur, dans les
calculs, et dans l’expression des données et des résultats.
Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide et savoir qu’il s’agit d’une
vitesse limite.
Savoir expliquer que « voir loin, c’est voir dans le passé ».
Pré requis
Connaître les principales structures de l’Univers, des atomes aux galaxies.
Durée
Activité : 15 minutes
Déroulement
L’objectif est de montrer aux élèves que l’Univers n’est pas figé, il est en évolution
permanente. Quelques questions permettront de voir si l’essentiel du texte a été
compris.
Activités pédagogiques – Lycée
Vallejo Olivier
GRF – Physique Chimie – académie de Strasbourg
2009 - 2010
"À très petite échelle, la texture cosmique se résout en une multitude d'unités élémentaires : les galaxies.
Comme des raisins enfouis dans la pâte d'un gigantesque pudding. La comparaison peut se poursuivre. Au four,
le pudding va gonfler. Dans le volume de la pâte, les raisins vont s'éloigner les uns des autres, d'une façon
uniforme. De même, nous l'observons au télescope, toutes les galaxies s'éloignent lentement les unes des autres. Ce
mouvement a été observé pour la première fois il y a une soixantaine d'années. Il se confirme maintenant jusqu'à
de très grandes distances.
Installez-vous par la pensée sur un raisin de notre pudding au four. Les raisins voisins s'éloignent lentement.
Les plus lointains se déplacent à des vitesses beaucoup plus élevées. Il en va ainsi des galaxies. Certaines d'entre
elles, situées aux plus grandes distances accessibles à nos télescopes (environ dix milliards d'années-lumière), filent
à 90 % de la vitesse de la lumière (soit 270 000 kilomètres par seconde). Chaque raisin voit le même paysage.
Tous ses confrères s'éloignent de lui. Ils s'éloignent d'autant plus vite qu'ils sont plus loin. Notre raisin pourrait
se croire le centre du monde. Un instant de réflexion lui évitera cette désillusion. Comme il nous l'évite par
rapport aux galaxies qui nous entourent.
Il est difficile de se représenter l'image d'un univers à la fois infini et en expansion. J'ai trouvé l'idée suivante
: ramenons le problème à une seule dimension. Imaginons un mètre à mesurer, de longueur infinie (fig. 15). Il
s'étend devant nous à gauche et à droite. Des deux côtés, il se perd à l'horizon. Pour les besoins de notre
comparaison, le mètre sera en métal. On va le chauffer progressivement sur toute sa longueur. Il va se dilater. La
distance entre les unités va s'accroître lentement et uniformément. Partout! L'avantage de l'infini, c'est précisément
qu'il n'y a pas de frontière, pas de mur pour nuire à la progression. De même, chaque paire de galaxies voit
s'accroître la distance qui les sépare sans que jamais l'espace lui manque. L'espace infini est infiniment
dilatable."
Extrait de Poussières d'étoiles chez Point Sciences, Hubert Reeves
Questions
1) Quel rapport y’a-t-il entre l’Univers et un pudding ?
2) Quelle est la force qui pourrait empêcher deux galaxies de s’éloigner l’une de l’autre ?
3) Pourquoi cela n’a-t-il pas de sens de parler de centre du monde ?
4) La Terre décide d’envoyer un message radio (voyageant à la vitesse de la lumière) en direction
d’une galaxie située à 200 millions d’années-lumière. Sachant que cette galaxie s’éloigne de nous à
270 000 km/s, combien de temps mettra le message envoyé par des extra-terrestres de cette
galaxie pour nous parvenir. On suppose que le message de retour est envoyé immédiatement
après la réception du message terrestre.
Activités pédagogiques – Lycée
Vallejo Olivier