Vous avez dit Algolides - Olympiades de Physique

PARIS – 25 et 26 JANVIER 2008
O
O
L
L
Y
Y
M
M
P
P
I
I
A
A
D
D
E
E
S
S
D
D
E
E
P
P
H
H
Y
Y
S
S
I
I
Q
Q
U
U
E
E
Mémoire réalisé par le groupe d’astronomie du Lycée Saint André – NIORT
Jean Baptiste BOTELLO
Florian JEAN
Paul PASCAUD
Antoine RICHARD
1

1) INTRODUCTION :
Si on lève nos yeux vers le ciel, on peut contempler des milliers d’étoiles qu’une observation plus
attentive révèle très différentes :
- par leur couleur qui va du bleu au rouge, selon leur température de surface
- par leur éclat (ou magnitude), qui dépend de leur taille, de leur distance
Mais que l’on observe certaines d’entre elles plusieurs nuits de suite, et on pourra voir que leur
éclat n’est pas constant : ce sont des étoiles variables
Les causes de la variation de leur éclat sont multiples et complexes, mais une famille d’étoiles doit ce
phénomène à un hasard extraordinaire : elles sont en fait constituées par plusieurs astres (en général
deux), de luminosités différentes, et qui s’éclipsent périodiquement car ils orbitent juste dans notre axe
de vision depuis la Terre.
L’étoile la plus célèbre de cette famille est
β
Persée ou Algol, facilement repérable prés du W de
Cassiopée car relativement brillante, et dont la variation d’éclat est très sensible.
C’est pour cela que ces étoiles sont nommées « binaires à éclipses » ou Algolides, dont on connaît
une centaine d’exemples.
Nous avons voulu percer le mystère des Algolides, en prenant la plus facilement observable d’entre elles
comme sujet d’étude : Algol. Ses variations d’éclat sont connues depuis 1670
ALGOL à son éclat maximal M = 2,1 ALGOL à son éclat minimal M = 3,4
2

2) FONCTIONNEMENT DU GROUPE :
Le groupe est composé d’élèves volontaires, et qui travaillent en deux étapes :
- le mercredi après midi, au lycée, pour tout ce qui est mise au point (la maquette, en particulier,
qui a constitué la majeur partie de notre recherche)
- des soirées ponctuelles d’observation, le vendredi, selon les disponibilités et la météo. On y
prend les photos qui seront exploitées pour la réalisation de la courbe. Elles se déroulent au
domicile du professeur responsable du projet (matériel sur place, et ciel de bonne qualité). Les
parents y sont invités.
Chaque décision est collégiale : chacun apporte ses compétences au groupe, et c’est le rassemblement de
ces compétences diverses qui constitue la trame du projet.
Le rôle du professeur est alors d’arbitrer et d’être un référent. Il assure le suivi de la « ligne rouge » du
projet.
3) LE PROJET ET SES AXES :
Trois axes principaux ont guidé notre démarche :
- réaliser, par étude photographique, la courbe de variation de luminosité d’Algol
- établir un modèle du système des algolides, par le biais de maquettes animées permettant
d’obtenir un tracé des courbes de luminosité correspondantes à l’aide d’un luxmètre et d’un
logiciel de capture, mais aussi de visualiser le système physique. Vérifier la concordance courbe
expérimentale – observations, et, si possible, avoir un outil de généralisation aux autres algolides
C’est la partie principale du projet, aussi est-ce celle qui nous a demandé le plus de temps
- Faire découvrir cette démarche à d’autres élèves :
Le souci de faire partager nos travaux et notre passion est constant, et s’inscrit dans le projet
pédagogique de l’établissement. Une journée Sciences, avec comme support l’astronomie, sera
organisée, et les élèves en seront les porte-parole, dans le cadre de la valorisation des études
scientifiques.
4) LES REALISATIONS :
a) Tracé de la courbe de luminosité d’Algol :
Le principe en est assez simple, la réalisation est plus délicate…
A l’aide d’un appareil photo numérique monté en parallèle sur la Lunette de 120 mm, on prend, à des
intervalles de temps plus ou moins espacés, des photos du champ d’étoiles entourant Algol.
La lunette étant dotée d’un ordinateur et de moteurs assurant le suivi des étoiles, on peut faire des poses
plus longues, de l’ordre de 30 s en pratique
La photo est traitée ensuite par utilisation du logiciel IRIS (© C.BUIL). En sélectionnant 2 étoiles de
magnitudes connues, et d’éclats constants, puis en faisant la comparaison avec celui d’Algol, on a accès
à sa magnitude, et ce de manière précise
Plus le nombre de mesures est grand, plus la courbe sera facile à tracer, à partir du nuage de points : le
tout étant, compte tenu des dates et heures de prise des clichés, de reconstituer le puzzle.
Voir illustrations pages suivantes
3

Traitement sous IRIS, par
comparaison avec d’autres étoiles de la
photo, de magnitudes connues
M ≈2,0
03/05/2007 – 23h07 locales
Photo obtenue : pose = 30 s 400
ASA Appareil 7 MPixels
Numérique monté en parallèle sur
une lunette de 120 mm
1,5
1,7
1,9
2,1
2,3
2,5
2,7
2,9
3,1
3,3
3,5 0 10 20 30 40 50 60 70
temps (h)
magnitude
Zone extrapolée
Courbe obtenue
( en cours d’élaboration – nombre restreint de mesures)
+
+
+
+
+
+++
4

Comme on peut le constater, c’est un résultat honorable, pour un travail en cours de réalisation, et qui
gagnera encore en qualité avec l’utilisation d’un nouveau télescope de 360 mm de diamètre, entièrement
informatisé, placé sous coupole, et équipé de caméra CCD et d’un appareil photo de 11,2 Mpixels en
parallèle
b) Modélisation par maquette :
Cette étape a constitué l’essentiel de notre projet : l’idée est de construire une maquette qui reproduira
en laboratoire la courbe du phénomène observé dans le ciel, à l’aide de lampes : une fixe représentant
l’étoile centrale, l’autre tournant autour d’elle et représentant le compagnon en orbite.
Un autre système de maquettes, plus simple, modélisera l’aspect physique du couple d’étoiles.
La démarche est donc double, même si l’obtention de la courbe de luminosité en constitue l’essentiel
Nous développerons surtout, dans ce qui suit, la modélisation des courbes de luminosité
Il a fallu beaucoup de discussions parfois ardues, d’essais parfois infructueux, et d’imagination pour
aboutir à un résultat, certes imparfait, mais réellement prometteur.
L’utilisation du logiciel de capture latis pro, est un plus car il est utilisé dans le cadre du programme de
sciences physiques à partir de la classe de première.
Taille comparative du Soleil
Composant le moins
brillant (étoile rouge)
Attendue
Hopkins Phoenix
Observatory
Composant le plus brillant (géante bleue)
Système d’Algol
5