Ensemble des fiches. - Sciences à l`Ecole

Livret pédagogique
« ASTRO à l’Ecole »
Contact : « Sciences à l’Ecole »
Observatoire de Paris
61, avenue de l’Observatoire
75 014 Paris
Email : [email protected]
Livret pédagogique « ASTRO à l’Ecole »
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Page 2
Ce livret pédagogique reprend l’ensemble des fiches pédagogiques réalisées par
le comité « ASTRO à l’Ecole » à l’occasion de la première vague d’équipement de
l’opération « ASTRO à l’Ecole » en 2006. Ces fiches sont des exemples
d’utilisation pédagogique de matériel astronomique en classe avec une lunette
astronomique (lot 1) ou un télescope (lot 2)
.
En vous souhaitant de belles observations
Le comité « ASTRO à l’Ecole »
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Table des matières
Niveau théorique :
à 
Niveau technique :
à
Matériel :
correspond au lot 1,
Durée :
à
Le système solaire
Les planètes,
Description
observation et
histoire de leurs
découvertes
Observation du
Soleil
Système de
Repérage
coordonnées
d’objets du SS
Repérage
dans le ciel
d’astéroïdes et
calcul de leurs
positions
Étude des phases
de la Lune
Observation et
étude du
mouvement des
satellites de
Jupiter et/ou de
Études de
Saturne
mouvements
Simulation des
éclipses avec le
Stellarium et
observation
Troisième loi de
Kepler
Calcul de la
distance Terre –
Lune à partir de
l’observation d’une
éclipse de Lune
La méthode des
parallaxes,
application à la
mesure de la
distance Terre Lune
Détermination
de longueur
au lot 2,

au lot 2 avec des détecteurs spéciaux
à



à




Triangulation
Mesure du rayon
de la Terre par
une méthode
originale
Observation de la
Lune, calcul du
diamètre des
cratères lunaires
Observation de la
Lune, calcul de la
hauteur des
montagnes
lunaires


ou

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à
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Diamètre
apparent
Détermination
de masses
Détermination
de périodes de
rotation et de
révolution
Détermination
de vitesses
Description
Les étoiles
variables
Spectroscopie
Mesure angulaire
Le diamètre
apparent du Soleil
Observation de
Jupiter et de ses
satellites,
détermination de
la masse de
Jupiter
La rotation du
Soleil
Courbes de
rotation des
astéroïdes
Mesure de la
vitesse de la
lumière par
l’observation des
satellites de
Jupiter
Les figures du
ciel : repérage,
photographies et
construction de
maquettes
Réalisation d’une
carte du ciel à
partir de
photographies
Mesure de l’éclat
apparent d’une
étoile variable
Spectroscopie
pour débutant
Spectroscopie
solaire
Spectroscopie
stellaire
‘Constructions
Le sténopé
Construction d’une
monture
équatoriale
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Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
Durée :
à
Nom de l’activité : Les planètes, observation et histoire de leurs découvertes
Astro à l’école
Niveau : collège ou lycée (de la
5ème
à la terminale)
Cette activité peut être traitée dans le cadre du programme de la classe de seconde.
Partie du programme concernée : Physique : Présentation de l’Univers – le système solaire –
SVT : La Terre est une planète du système solaire.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Élément
Projet
Cours
Club
culture
d’un plan de
IDD
TPE
TIPE
scientifique et
scientifique et
d’astronomie
TP
technique
formation
technique
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, SVT, histoire, philosophie,
mathématiques...
Objectifs de l’activité :
- Repérer et observer les planètes du système solaire et leurs mouvements.
- Étudier l'évolution des connaissances relatives aux planètes de l’antiquité à nos jours.
Description :
Phase n°1 : observation à l'oeil nu du ciel et photographies de quelques constellations pendant
quelques semaines. On choisira une région où se trouvent une ou plusieurs planètes. La comparaison
des photos permettra de voir qu’un ou plusieurs astres se sont déplacés. On pourra rechercher les
différentes hypothèses sur ces mouvements faites au cours de l'histoire (dieux, géocentrisme et
épicycles, héliocentrisme).
Phase n° 2 : observation à la lunette de ces astres errants et recherche sur l'évolution des
connaissances sur les planètes depuis Galilée.
Matériel nécessaire (éventuellement) :
Appareil photographique numérique, lunette ou télescope.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
www.imcce.fr/  Éphémérides  Astronomie pour tous  Promenade dans le système solaire
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Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
Durée :
à
Nom de l’activité : Observation du soleil
Astro à l’école
Niveau : collège ou lycée (de la
5ème
à la terminale)
Cette activité peut être traitée dans le cadre du programme de la classe de seconde.
Partie du programme concernée : Physique : Présentation de l’Univers – le système solaire –
SVT : La Terre est une planète du système solaire.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Élément
Projet
Cours
Club
culture
d’un plan de
IDD
TPE
TIPE
scientifique et
scientifique et
d’astronomie
TP
technique
formation
technique
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, SVT, histoire, philosophie,
mathématiques...
Objectifs de l’activité :
- Repérer et observer les planètes du système solaire et leurs mouvements.
- Étudier l'évolution des connaissances relatives aux planètes de l’antiquité à nos jours.
Description :
Phase n°1 : observation à l'oeil nu du ciel et photographies de quelques constellations pendant
quelques semaines. On choisira une région où se trouvent une ou plusieurs planètes. La comparaison
des photos permettra de voir qu’un ou plusieurs astres se sont déplacés. On pourra rechercher les
différentes hypothèses sur ces mouvements faites au cours de l'histoire (dieux, géocentrisme et
épicycles, héliocentrisme).
Phase n° 2 : observation à la lunette de ces astres errants et recherche sur l'évolution des
connaissances sur les planètes depuis Galilée.
Matériel nécessaire (éventuellement) :
Appareil photographique numérique, lunette ou télescope.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
www.imcce.fr/  Éphémérides  Astronomie pour tous  Promenade dans le système solaire
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Niveau théorique :
 
Niveau technique :
Matériel :
Durée :
à
Nom de l’activité : La rotation du Soleil
ASTRO à l’Ecole
Niveau : collège – lycée (à partir de la classe de 5ème)
Activité dans le cadre du programme de la classe de seconde
Partie du programme concernée : Présentation de l’Univers – Le système solaire.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
technique
Plan de
formation
technique
Activité concernant les sciences physiques
ou pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, mathématiques, histoire.
Objectifs de l’activité :
Observer la rotation du Soleil et mesurer sa période
Description :
Observée au télescope muni d'un filtre, la surface du Soleil présente des taches. Leur suivi permet de
montrer que le Soleil tourne sur lui-même. Pour cela, on photographie le Soleil à intervalle régulier et on
compare les clichés. Il est important d'orienter tous les clichés de la même manière pour faciliter cette
comparaison. On en déduit ensuite la période de rotation du Soleil. On peut aussi travailler à partir de
dessins réalisés en projetant l'image du Soleil sur une écran.
On pourra tester la différence entre rotation sidérale et synodique et essayer de mettre en évidence la
rotation différentielle.
Il sera possible d'appliquer la méthode à la mesure de la rotation de Jupiter.
Matériel nécessaire :
Instrument astronomique, filtre solaire pleine ouverture et appareil photographique numérique (ou écran
de projection pour le dessin).
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://webpublic.ac-dijon.fr/divers/culture/astro/pad_sol/taches.html
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/ => L'Univers observé => La rotation du soleil
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Nom de l’activité : Système de coordonnées
ASTRO à l’Ecole
Niveau : collège - lycée
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Cours
culture
IDD
TPE
scientifique et
TP
technique
Projet
scientifique et
technique
Club
d’astronomie
Plan de
formation
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Mathématiques, SVT, Physique
Objectifs de l’activité :
Le but premier est de familiariser les élèves avec la manipulation d'une lunette ou d'un télescope pour
:
Comprendre les différents systèmes de coordonnées utilisés en astronomie.
Comprendre les mouvements apparents du Soleil, de la Lune et des Planètes
Comprendre l'intérêt des montures équatoriales des télescopes
Description :
Dans un premier temps la monture de l'instrument est utilisée seule pour illustrer le mouvement
apparent des astres résultant de la rotation de la Terre dans les différentes configurations possibles.
Ensuite on essayera de suivre le Soleil (ou la Lune, ou les planètes) dans sa course apparente pour
découvrir quelle est la configuration la plus appropriée pour faire un série de poses à intervalles
réguliers.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Lunette avec une monture réglable en monture équatoriale ou azimutale. Ecran de projection pour
observer le Soleil
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap
 fondements scientifiques => systèmes de coordonnées
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Niveau théorique :
Niveau technique :
Durée :
Matériel :

à
Nom de l’activité : Recherche d’astéroïdes
ou
à
ASTRO à l’Ecole
Niveau : Lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de Physique, Mathématiques
Partie du programme concernée : Phénomènes périodiques, Formalisation des mouvements, Les
fonctions périodiques
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de culture
Projet scientifique et
IDD
TPE
scientifique et technique
technique
Club
d’astronomie
Plan de formation
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, mathématiques, SVT
Objectifs de l’activité :
Compréhension des systèmes de coordonnées célestes de la sphère fixe et locale ainsi que
temporelles.
Repérage d’objets célestes de très faible éclat (astéroïdes)
Description :
Activités préparatoires :
Compréhension de la notion de magnitude. Compréhension des notions de temps universel et sidéral.
Connaissance des différents calendriers. Compréhension des notions de champ visuel, de mesure de
position, d’écart angulaire.
Activités expérimentales :
Pointage au télescope d’objets invisibles à l’œil et correction en pointage différentiel.
Observations, repérage et identification d’astéroïdes invisibles à l’œil. Utilisation de Webcam modifiée
ou de caméra CCD.
Application du principe de champ visuel, utilisation de cartes stellaires et de catalogues d’étoiles.
Travail en atelier :
Traitement et analyse des images recueillies. Application de la méthode Blink
Utilisation de logiciels de retouche d’images spécifiques à l’astronomie.
Production de documents synthétiques rendant compte des mesures et des analyses.
Matériel nécessaire : Télescope de 200mm d’ouverture et Webcam modifiée ou CCD en fonction de la
luminosité de l’objet
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
TPE réalisée dans le cadre de cette activité.
http://www.callisto.free.fr/ressources/astero_2003/astero_2003.htm
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2 ) Astéroïdes
Objectifs :
Compréhension des systèmes de coordonnées célestes de la sphère fixe et locale ainsi que
temporelles.
Repérage d’objets célestes de très faible éclat (astéroïdes).
Les résultats de ces travaux pourront être utilisés par les élèves dans leur dossier de TPE et
présentés au BAC pour ceux qui le souhaitent.
Activités préparatoires :
Compréhension de la notion de magnitude. Compréhension des notions de temps universel et
sidéral. Connaissance des différents calendriers. Compréhension des notions de champ visuel,
de mesure de position, d’écart angulaire.
Activités expérimentales :
Pointage au T80 de l’Observatoire de Haute Provence en repères absolus d’objets invisibles à
l’œil et correction en pointage différentiel.
Observations, repérage et identification d’astéroïdes invisibles à l’œil. Utilisation de caméra
CCD refroidie à l’azote.
Application du principe de champ visuel, utilisation de cartes stellaires et de catalogues
d’étoiles.
Travail en atelier :

Traitement et analyse des données recueillies.
Application de la méthode Blink

Utilisation de logiciels de retouche d’images spécifiques à l’astronomie.

Production de documents synthétiques rendant compte des mesures et des
analyses.

Restitution des connaissances acquises au reste du groupe

2 ) Recherche d’astéroïdes
Il est possible consulter les évolutions éventuelles de l’atelier en cours de réalisation sur Internet à la page web
suivante : www.callisto.free.fr/ateliers/astero.htm
Vous y trouverez aussi des ressources liées à l’atelier (images brutes, références bibliographiques, protocoles de
traitement d’images,etc…)
Objectifs :
Compréhension des systèmes de coordonnées célestes de la sphère fixe et locale ainsi que
temporelles.
Repérage d’objets célestes de très faible éclat (astéroïdes).
Les résultats de ces travaux pourront être utilisés par les élèves dans leur dossier de TPE et
présentés au BAC pour ceux qui le souhaitent.
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Activités préparatoires :
Compréhension de la notion de magnitude. Compréhension des notions de temps universel et
sidéral. Connaissance des différents calendriers. Compréhension des notions de champ visuel,
de mesure de position, d’écart angulaire.
Activités expérimentales :
Pointage au T600 avec système Goto d’objets invisibles à l’œil et correction en pointage
différentiel.
Observations, repérage et identification d’astéroïdes invisibles à l’œil. Utilisation de caméra
CCD refroidie.
Application du principe de champ visuel, utilisation de cartes stellaires et de catalogues
d’étoiles.
Travail en atelier :

Traitement et analyse des images recueillies.
Application de la méthode Blink

Utilisation de logiciels de retouche d’images spécifiques à l’astronomie.

Production de documents synthétiques rendant compte des mesures et des
analyses.

Restitution des connaissances acquises au reste du groupe

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Page 12
Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
Durée :
Nom de l’activité : Étude des phases de la Lune
ASTRO à l’Ecole
Niveau : collège
Activité dans le cadre du programme de la classe de 5ème
Partie du programme concernée : Sciences Physiques : Système Soleil – Terre – Lune. Phases de la
Lune, éclipses : interprétation simplifiée.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Club
Plan de
culture
Cours
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité concernant les sciences physiques
ou pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, mathématiques, géographie,
technologie, arts plastiques.
Objectifs de l’activité :
Observer la forme de la Lune, comprendre l'origine de ces phases et tester des modèles.
Description :
On photographie la Lune dès qu'elle est visible en notant soigneusement la date et l'heure,
éventuellement la direction et la hauteur. L'idéal est de pouvoir faire un suivi régulier sur un mois quand
la météo le permet.
L'intérêt de la photo est que l'on a une représentation précise de la forme de la Lune, ce qui n'est pas
toujours le cas lorsqu'on demande aux élèves de réaliser des dessins.
On confronte ensuite ses observations à différents modèles. Une maquette permettra de retrouver ces
phases.
On peut aussi faire réaliser aux élèves une construction du terminateur point par point, en
mathématiques par exemple.
Il est aussi intéressant de comparer ses photos aux représentations de la Lune dans la peinture et la
bande dessinée. On s'apercevra alors que seuls le croissant et la pleine Lune sont représentés et que
souvent les dessins sont erronés.
Matériel nécessaire :
Instrument astronomique, appareil photographique numérique
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description d'une partie de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/html/Phases/PhasesActiv.html
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Nom de l’activité : Observation de Jupiter et de ses satellites
Détermination de la masse de Jupiter
Frédéric AMAUGER
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de terminale S (éventuellement en 2 nde)
Parties du programme concernées :
2nde : Exploration de l’espace : De l’atome aux galaxies : présentation de l’Univers.
Terminale : Evolution temporelle des systèmes mécaniques, Etude de cas : Satellites et planètes
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Cours
Atelier de culture
Projet scientifique
IDD TPE
scientifique et technique
et technique
TP
Club
d’astronomie
Plan de formation
Activité pluridisciplinaire : disciplines concernées : mathématiques, physique, latin
Objectifs de l’activité :
Cette activité doit permettre la pratique d’une démarche expérimentale (ou démarche d’investigation)
depuis la phase de formulation d’hypothèses jusqu’à la détermination finale de la masse de Jupiter et
l’étude critique des résultats obtenus. L’étude de Jupiter peut se prolonger par une activité de
recherche documentaire sur l’origine mythologique du nom de la Planète (mais aussi de ceux de ses
satellites).
Description :
1) Étude mécanique du système jovien : mouvement des satellites de Jupiter et 3ème loi de
Kepler  formulation d’hypothèses, élaboration d’une stratégie de résolution de problème :
protocole expérimental, matériel nécessaire, conditions d’observations.
2) Initiation aux techniques d’acquisition d’images numériques en astronomie (webcam, CCD) et
traitement des images.
3) Phase d’observation et de capture d’images du système jovien.
4) Exploitation des images réalisées pour déterminer la masse de Jupiter : critique des résultats
obtenus.
Prolongement de l’activité : Rechercher l’origine des noms des satellites de Jupiter.
Matériel nécessaire :
Lunette ou télescope, webcam, logiciels de traitement des images (Avi to Bmp, registax,…)
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://clg-anne-frank.scola.ac-paris.fr/ puis aller dans pédagogie, physique.
Image de Jupiter et de deux de ses satellites
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Logiciel d’identification des satellites
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Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
à
Durée :
à
Nom de l’activité : Mouvements des satellites de Saturne
ASTRO à l’Ecole
Niveau : Lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de Terminale
Partie du programme concernée : Application des lois de Kepler, Formalisation des mouvements,
Phénomènes périodiques
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
TPE
Atelier de culture scientifique et
technique
Projet scientifique
et technique
Club
d’astronomie
Plan de
formation
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : mathématiques, sciences physiques.
Objectifs de l’activité :
Description des mouvements des planètes et satellites. Traitement de séquences vidéo.
Traitement d'images. Problème de l'observation d'objet faible dans le voisinage de Saturne.
Problème de la mesure astrométrique.
Utilisation de logiciels informatiques afin de réaliser des simulations, des calculs et traitements
statistiques : tableur, grapheur, Cabri. Utilisation d'instruments optiques et de mesures (webcam ou
CCD). Etude des Lois de Kepler. On partira de l'hypothèse (en première approximation) du
mouvement circulaire uniforme et l’on pourra valider celle entre périodicité et distance à l'astre
central.
Description :
Présentation des différents types d'instruments optiques d'astronomie; notion de champ.
Participation à la mise en station de télescopes. Principe et utilisation de caméra numérique de
type webcam et CCD. Exercices sur les logiciels de traitement d’images pour l’obtention des
positions relatives des différents satellites de Saturne. Modélisation des calculs et utilisation de
logiciels de géométrie dynamique de type Cabri.
Les outils informatiques mis en œuvre feront l'objet de formation : tableur, logiciel de géométrie
dynamique (cabri-géomètre), logiciels d'analyse et traitement de données spécifiques (audela,
prism, iris et autres), pour le traitement de données, et présentation et traitement de texte (Latex,
word, office ...), réalisation de schémas et figures, vidéoprojection, pour le travail de présentation
écrit et oral.
Activités expérimentales et Travail en atelier :
Préparation des séquences d'observations. Prise en main des différents instruments optiques
(pointage). Utilisation d'une webcam au foyer d’un télescope : capture de séquences vidéo.
Matériel nécessaire : Télescope ( 200 mm ), CCD ou Webcam modifiée
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.callisto.free.fr/ressources/Satellistes%20de%20Saturne%202003-2004.pdf
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Nom de l’activité : Simulation d'une éclipse avec Stellarium
Niveau : collège
Activité dans le cadre du programme de la classe de 5 ème.
Partie du programme concernée: Propagation rectiligne de la lumière
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un cours
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : mathématiques (géométrie)
Objectifs de l’activité : L'activité consiste à utiliser un simulateur pour mieux comprendre le
phénomène d'éclipse.
Description :
Le logiciel Stellarium est un logiciel gratuit, très convivial et esthétique. Il est très facile
d'accès pour des élèves de Collège.
A l'aide de ce logiciel, on peut observer des éclipses en faisant varier un paramètre
important, le lieu d'observation.
Dans le cas de l'éclipse du mercredi 29 mars 2006, on a pu observer en France une
éclipse partielle. Le logiciel nous permet d'observer cette éclipse à partir de n'importe quel
endroit sur Terre et donc de constater que:

l'éclipse n'est totale que sur une bande très étroite;

elle est invisible de certains endroits;

dans la bande de totalité, à différentes longitudes correspond un horaire de début
d'éclipse différent.
Matériel nécessaire :
logiciel gratuit Stellarium
ordinateur
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.astro-rennes.com/actualites/eclipse_290306.php
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Niveau théorique :

Niveau technique :
Durée :
Matériel :
à
à
Nom de l’activité : Troisième loi de Kepler
ASTRO à l’Ecole
Niveau :Lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de Terminale
Partie du programme concernée : Application des lois de Kepler, Formalisation des mouvements, Phénomènes
périodiques
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de culture
Projet scientifique et Club
TPE
Plan de formation
scientifique et technique
technique
d’astronomie
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : mathématiques, sciences physiques
Objectifs de l’activité :
A partir d’observations faites sur plusieurs nuits (au moins trois) du système de satellites de Saturne, à l’aide de
logiciels de capture, de traitement d’images, de simulations (tableur, géométrie dynamique), les élèves valide la
troisième loi de Képler (T2/a3=k) et peuvent déterminer aussi la densité de Saturne (T2/R3 = k’/d où R distance en
unité de rayon saturnien, d : densité) relativement à celle de la Terre.
Description :
Le choix du système de Saturne repose essentiellement sur le fait que l’obliquité des plans des orbites de ses
satellites est importante, et permet ainsi un « redressement » de celles-ci en orbites circulaires, redressement
beaucoup moins problématique, mathématiquement parlant, que celui des orbites des satellites de Jupiter, ce
système étant vu par la « tranche ».
Les images de Saturne et ses satellites principaux Titan et Rhéa s’obtiennent de manière assez facile avec des
télescopes d’au moins 200 mm de diamètre (300 conseillés) mais pas pour autant évidente. En effet la
problématique de la mesure instrumentale est liée à celles du champ de l’appareil, de sa sensibilité, des conditions
météorologiques et de sa dynamique (Saturne sature immédiatement le capteur de la camera).
Les images obtenues sont prétraitées de façon classique (dark et flat) mais cela n’est pas déterminant car la qualité
photométrique des images est secondaire au regard du niveau de la précision de la méthode de mesure employée.
Celle-ci consiste en effet à mesurer la position des satellites relativement à un repère centré sur Saturne et dont les
axes peuvent être liés à l’aplatissement notable de la planète. Le système d’axes peut être celui aussi des bords
l’image à condition que la caméra n’est pas été déplacée au cours des différentes sessions d’observation (ou bien
qu’elle ait été replacée à l’identique).
Avec une webcam, le compositage des vues est réalisé après avoir effectué leur registration.
L’obtention des positions des satellites, du centre de Saturne et de son rayon, s’obtient avec des logiciels idoines :
audela, IRIS, prism, salsaJ, etc.
Le redressement s’effectue soit par application de formules obtenues dans le cadre d’une théorie l’ellipse définie
comme projection d’un cercle, soit plus raisonnablement, à l’aide d’un logiciel de géométrie dynamique (Cabrigéomètre par exemple).
De trois positions d’un satellite et du centre de Saturne, on obtient par symétrie six points à partir desquels le
logiciel détermine l ‘ellipse inscrite. Le grand axe de l’ellipse s’obtient soit par formule soit en maximisant à la main
le rayon d’un cercle de même centre et passant par un point de cette ellipse. Les positions sur cette orbite circulaire
se déterminent par projection perpendiculaire au grand-axe des positions des satellites sur l’ellipse.
Les calculs de périodes s’obtiennent alors par proportionnalités entre les angles mesurés et la durée entre chaque
date (attention changement de date à minuit !).
Il est très profitable de travailler avec les logarithmes des périodes et des rayons des orbites. Dans ce cas, avec
trois satellites, on observe l’alignement des points représentatifs sur une droite de cœfficient 3/2 (ou 2/3 selon), et
donne ainsi les exposants de la troisième loi. De plus l’ordonnée à l’origine de cette droite nous donne accès à le
constante de la loi et du coup la densité lorsque les rayons sont exprimés non plus en pixels de camera mais en
rayon de Saturne.
Matériel nécessaire : un télescope de 200mm sur monture équatoriale avec une webcam ordinaire (détecteur qui
permet d’accéder aux satellites de Jupiter).
Si la webcam permet les poses longues alors les satellites de Saturne sont accessibles en nombre suffisant. Un
télescope de 300 mm avec une webcam normale et dans de bonnes conditions météos accède aussi au système
de Saturne. L’emploi d’une camera CCD est toutefois conseillé pour moins d’alea.
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Page 18
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.callisto.free.fr/ressources/Satellites%20de%20Satune%202004-2005.pdf
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Page 19
Nom de l’activité : Calcul de la distance Terre Lune
Georges PATUREL
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2 nde
Partie du programme concernée (physique 2nde) : Échelle des longueurs – Échelle des distances
dans l’univers de l’atome aux galaxies. Unités de longueurs. Taille comparée des différents
systèmes.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
IDD
Atelier de culture
scientifique et technique
Club
d’astronomie
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Physique, Histoire
Objectifs de l’activité :
Le but est de mesurer la distance Terre Lune en Observant une éclipse de Lune. C'est, en plus
moderne, la réplique de la méthode d'Aristarque de Samos
Description :
La méthode consiste à faire une photo d'une éclipse de Lune. La comparaison de la taille de l'ombre
et de la taille de la Lune permet d'avoir la dimension vraie de la Lune. La mesure ensuite de son
diamètre apparent permet d'obtenir une première estimation de la distance.
Une correction est appliquée ensuite pour prendre en compte le fait que l'ombre de la Terre est un
cône.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Lunette ou télescope avec une monture équatoriale, webcam et logiciel Iris.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/
=> L'univers observé = > distance Terre Lune
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Page 20
Nom de l’activité : La méthode des parallaxes
Georges PATUREL
Niveau : collège et lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2 nde
Partie du programme concernée Physique-chimie 2nde Échelle de longueur
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
technique
Plan de
formation
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Mathématiques, Physique
Objectifs de l’activité :
Le but est d'appliquer la méthode des parallaxes pour déterminer la distance d'un objet inaccessible.
Description :
C'est la méthode principale sur laquelle reposent les déterminations des distances des étoiles
proches.
La méthode consiste à viser un objet lointain (exemple le clocher d'un village voisin) et de mesurer sa
séparation angulaire par rapport à un objet extrêmement lointain (exemple : les immeubles d'une ville
située très en arrière du village).
Il faut résoudre le problème de la détermination du champ de la caméra et du choix de la direction de
référence.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Lunette avec une monture réglable en monture azimutale.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap
=> L'univers observé => Les étoiles (distance et luminosité)
http://www-obs.univ-lyon1.fr.fc.cdroms/
=> stage 2005/2006 Univers et distance
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Page 21
Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
Durée :
Nom de l’activité :
La méthode des parallaxes, application à la mesure de la distance
Terre - Lune.
ASTRO à l'école
Niveau : collège ou lycée (4ème à terminale)
Cette activité peut être traitée dans le cadre du programme de la classe de seconde.
Partie du programme concernée, sciences physiques 2nde : Échelle des longueurs – Échelle des
distances dans l’univers de l’atome aux galaxies. Unités de longueur. Taille comparée des différents
systèmes.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie formation
technique
technique
Activité concernant les sciences physiques
ou pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, mathématiques, histoire
Objectifs de l’activité :
Calculer la distance de la Terre à la Lune
Description :
Ce type de mesure ne peut se faire qu'à deux observateurs. Il faut choisir un jour où la Lune est
proche d'un astre brillant, par exemple une étoile lumineuse qu'on pourra considérer à l'infini sans faire
trop d'erreurs, mais il est aussi possible d'utiliser le Soleil (lors d'une éclipse) ou une planète. On peut
trouver ces rapprochements avec des logiciels d'astronomie, certaines pages Internet les signalent
aussi (voir par exemple sur le site de l'Académie de Dijon les conjonctions avec la Lune à la rubrique
http://culture.ac-dijon.fr/rubrique.php3?id_rubrique=53).
Il faut réaliser deux photos de la Lune exactement à la même heure depuis deux lieux éloignés de
quelques centaines de kilomètres au minimum. Il faut donc que le ciel soit dégagé sur les deux sites.
Le Comité de Liaison Enseignants et Astronomes peut servir d'intermédiaire pour mettre en relation
les enseignants intéressés (www.ac-nice.fr/clea).
Une des difficultés est d'orienter les clichés de la même manière. Lors d'une éclipse de Soleil, on peut
éviter ce problème si l'une des deux observations est faite depuis un lieu où l'éclipse est totale.
Matériel nécessaire :
Instrument astronomique, appareil photographique numérique.
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/html/TerreLune/TerreLuneActiv.html
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Page 22
Nom de l’activité : Triangulation
Georges PATUREL
Niveau : collège et lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2 nde
Partie du programme concernée: Échelle des longueurs
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Cours
culture
IDD
TPE
scientifique et
TP
technique
Projet
scientifique et
technique
Club
d’astronomie
Plan de
formation
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Mathématiques, Physique
Objectifs de l’activité :
Le but est d'appliquer la méthode de triangulation pour mesurer la distance entre deux points,
uniquement par des visées angulaires.
Description :
C'est la méthode qui a permis de mesurer la forme précise de la Terre.
On choisit deux points très distants et une direction fixe symbolisant le méridien.
On prend des repères intermédiaires que l'on peut viser depuis les deux extrémités d'une base de
longueur connue. Ensuite de proche en proche on détermine la distance entre les deux points
distants, uniquement par des mesures angulaires et par la connaissance de la longueur de la base.
On vérifiera par une mesure directe au sol que la mesure est compatible avec la distance vraie.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Lunette avec une monture réglable en monture azimutale.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap
=> L'univers observé => triangulation
http://www-obs.univ-lyon1.fr.fc.cdroms/
=> stage 2005/2006 Univers et distance
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Page 23
Nom de l’activité : Mesure du rayon de la Terre par une méthode originale
Georges PATUREL
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2nde
Partie du programme concernée (physique 2nde) : Échelle des longueurs – Échelle des distances dans
l’univers de l’atome aux galaxies. Unités de longueurs. Taille comparée des différents
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Physique, Histoire
Objectifs de l’activité :
Le but est de mesurer le rayon de la Terre par une méthode originale en observant la côte depuis un
site élevé.
Description :
La méthode consiste à faire une photo précise de la côte en bord de mer depuis un lieu élevé et de
hauteur connue. On peut déduire la distance de l'horizon de la photo et, compte tenu de la hauteur du
point de visée, on peut dériver le rayon de la Terre.
La méthode sera complétée éventuellement par une méthode plus classique de mesure du défaut
d'horizontalité d'une visée à l'horizon qui permet aussi de trouver le rayon de la Terre.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Lunette avec une monture azimutale, webcam et logiciel Iris.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
Cahiers Clairaut n°11, page 33 et Cahier Clairaut 106 page 2 (demander le CD-ROM)
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Page 24
Nom de l’activité : Observation de la Lune - Diamètre et profondeur des cratères lunaires
Frédéric AMAUGER
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe 2 nde
Partie du programme concernée:
2nde : Exploration de l’espace : De l’atome aux galaxies : présentation de l’Univers.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
technique
Plan de
formation
technique
Activité pluridisciplinaire : disciplines concernées : mathématiques, physique
Objectifs de l’activité :
Cette activité doit permettre de s’initier aux techniques d’acquisition d’images en astronomie et de
mettre en œuvre différentes techniques de mesure de distances : proportionnalité et utilisation de la
taille d’une ombre. La pratique d’une démarche expérimentale (ou démarche d’investigation)
permettra la détermination du diamètre et de la profondeur de cratères lunaires.
Description :
5) Recherche de méthodes permettant d’effectuer des mesures de distances et sélection des
méthodes adaptées à la détermination des dimensions et des profondeurs de cratères
lunaires.
6) Initiation à l’utilisation de la webcam en astronomie et des logiciels associés (décomposition
d’une vidéo en ses images constitutives, réalisation d’une mosaïque d’images).
7) Phase expérimentale : Réalisation des vidéos de la Lune.
8) Phase de traitement des données : extraction des images à partir des vidéos et association de
celles-ci pour obtenir une mosaïque de la Lune.
9) Identification de quelques cratères lunaires à l’aide d’un atlas astronomique.
Détermination de la dimension (par proportionnalité) et de la profondeur (par mesure de
la taille des ombres) de quelques cratères identifiés et critique des résultats obtenus.
Matériel nécessaire :
Lunette ou télescope, webcam, logiciels de traitement des images (Avi to Bmp, registax, Photoshop…)
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://clg-anne-frank.scola.ac-paris.fr/ puis aller dans pédagogie, physique.
Mosaïque de la Lune
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Identification de quelques cratères
Page 25
Nom de l’activité : Mesure de la hauteur des montagnes lunaires
Georges PATUREL
Niveau : collège et lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2nde
Partie du programme concernée (physique 2nde) : Échelle des longueurs – Échelle des distances dans
l’univers de l’atome aux galaxies. Unités de longueurs. Taille comparée des différents
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Physique, SVT, Math
Objectifs de l’activité :
Le but est de mesurer la hauteur des montagnes sur la Lune
Description :
La méthode consiste à faire une photo précise de cratères lunaires près du terminateur au premier ou
au dernier quartier. On peut calculer l'inclinaison des rayons solaires et en déduire la hauteur des
montagnes par la longueur des ombres. On peut aussi très facilement calculer la taille des cratères
On pourra ensuite essayer à différentes phases et à différentes latitudes lunaires pour voir comment la
méthode doit être modifiée, éventuellement.
On pourra comparer à la hauteur des montagnes sur Terre.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Télescope ou Lunette, webcam et logiciel Iris.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/
=> L'univers observé = > Lune
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Page 26
Nom de l’activité : Mesure angulaire
Georges PATUREL
Niveau : collège - lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2 nde
Partie du programme concernée : Échelle des longueurs. Taille comparée des différents systèmes.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Mathématiques, Physique
Objectifs de l’activité :
Le but est de familiariser les élèves avec les angles exprimés en radians, degrés, minutes de degré,
minutes de degré, heures, minutes de temps, seconde de temps.
Ensuite le but est de faire saisir la différence entre diamètre apparent et diamètre linéaire
et de montrer que la mesure du diamètre apparent peut nous renseigner sur la distance relative d'un
objet donné.
Description :
Dans un premier temps de simples visées terrestres permettent de mesurer l'écart angulaire entre
deux directions repérées par des objets (arbres, personnes) et d'exprimer les relations entre distance,
séparation angulaire et séparation linéaire des objets visés.
Ensuite on appliquera la méthode à la mesure du diamètre angulaire de la Lune (ou du Soleil) pour
tracer sa trajectoire relative et montrer que sa distance varie. On peut montrer par la mesure du
diamètre apparent que la trajectoire est une ellipse.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Lunette avec une monture réglable en monture équatoriale ou azimutale.
Filtre pour observer le Soleil ou écran de projection
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap
=> L'univers observé => la Lune
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Page 27
Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
Durée :
à
Nom de l’activité : Le diamètre apparent du Soleil
ASTRO à l’Ecole
Niveau : collège – lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de seconde
Partie du programme concernée, sciences physiques 2nde : Taille comparée des différents systèmes.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Mathématiques, sciences physiques...
Objectifs de l’activité :
Montrer que certaines affirmations, bien que répandues, sont fausses.
"Il fait plus chaud en été parce que la Terre est plus près du Soleil".
"Le Soleil est beaucoup plus gros quand il se couche".
Description :
On réfléchit avec les élèves à une méthode permettant de trouver soi-même si ces affirmations sont
vraies ou non. La mesure du diamètre apparent du Soleil le permet.
On photographie le Soleil à différentes dates et à différentes heures de la journée. Il est important que
le grossissement soit toujours exactement le même. Si on utilise un appareil photographique
numérique muni d'un zoom, on veillera à ce que le zoom soit réglé exactement de manière identique
pour chaque cliché (au minimum ou au maximum).
L'exploitation des photographies permet ensuite de répondre aux questions.
On peut même aller jusqu'au calcul de l'excentricité de l'orbite terrestre mais la difficulté est alors plus
grande.
Il peut être intéressant d'avoir auparavant réalisé une enquête pour connaître l'opinion la plus
répandue sur ces deux sujets.
Matériel nécessaire :
Instrument astronomique, filtre solaire, appareil photographique numérique.
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
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Page 28
Nom de l’activité : Observation de Jupiter et de ses satellites
Détermination de la masse de Jupiter
Frédéric AMAUGER
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de terminale S (éventuellement en 2 nde)
Parties du programme concernées :
2nde : Exploration de l’espace : De l’atome aux galaxies : présentation de l’Univers.
Terminale : Evolution temporelle des systèmes mécaniques, Etude de cas : Satellites et planètes
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Cours
Atelier de culture
Projet scientifique
IDD TPE
scientifique et technique
et technique
TP
Club
d’astronomie
Plan de formation
Activité pluridisciplinaire : disciplines concernées : mathématiques, physique, latin
Objectifs de l’activité :
Cette activité doit permettre la pratique d’une démarche expérimentale (ou démarche d’investigation)
depuis la phase de formulation d’hypothèses jusqu’à la détermination finale de la masse de Jupiter et
l’étude critique des résultats obtenus. L’étude de Jupiter peut se prolonger par une activité de
recherche documentaire sur l’origine mythologique du nom de la Planète (mais aussi de ceux de ses
satellites).
Description :
10) Étude mécanique du système jovien : mouvement des satellites de Jupiter et 3ème loi de
Kepler  formulation d’hypothèses, élaboration d’une stratégie de résolution de problème :
protocole expérimental, matériel nécessaire, conditions d’observations.
11) Initiation aux techniques d’acquisition d’images numériques en astronomie (webcam, CCD) et
traitement des images.
12) Phase d’observation et de capture d’images du système jovien.
13) Exploitation des images réalisées pour déterminer la masse de Jupiter : critique des résultats
obtenus.
Prolongement de l’activité : Rechercher l’origine des noms des satellites de Jupiter.
Matériel nécessaire :
Lunette ou télescope, webcam, logiciels de traitement des images (Avi to Bmp, registax,…)
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://clg-anne-frank.scola.ac-paris.fr/ puis aller dans pédagogie, physique.
Image de Jupiter et de deux de ses satellites
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Logiciel d’identification des satellites
Page 29
Niveau théorique :
 
Niveau technique :
Matériel :
Durée :
à
Nom de l’activité : La rotation du Soleil
ASTRO à l’Ecole
Niveau : collège – lycée (à partir de la classe de 5ème)
Activité dans le cadre du programme de la classe de seconde
Partie du programme concernée : Présentation de l’Univers – Le système solaire.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
technique
Plan de
formation
technique
Activité concernant les sciences physiques
ou pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, mathématiques, histoire.
Objectifs de l’activité :
Observer la rotation du Soleil et mesurer sa période
Description :
Observée au télescope muni d'un filtre, la surface du Soleil présente des taches. Leur suivi permet de
montrer que le Soleil tourne sur lui-même. Pour cela, on photographie le Soleil à intervalle régulier et on
compare les clichés. Il est important d'orienter tous les clichés de la même manière pour faciliter cette
comparaison. On en déduit ensuite la période de rotation du Soleil. On peut aussi travailler à partir de
dessins réalisés en projetant l'image du Soleil sur une écran.
On pourra tester la différence entre rotation sidérale et synodique et essayer de mettre en évidence la
rotation différentielle.
Il sera possible d'appliquer la méthode à la mesure de la rotation de Jupiter.
Matériel nécessaire :
Instrument astronomique, filtre solaire pleine ouverture et appareil photographique numérique (ou écran
de projection pour le dessin).
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://webpublic.ac-dijon.fr/divers/culture/astro/pad_sol/taches.html
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/ => L'Univers observé => La rotation du soleil
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Page 30
Durée :
Niveau théorique :

Niveau technique :
Matériel :
ou
à
Nom de l’activité : Courbes de rotation d’astéroïdes
ASTRO à l’Ecole
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de Physique, Mathématiques
Partie du programme concernée : Phénomènes périodiques, Formalisation des mouvements, Les
fonctions périodiques
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de culture
Projet scientifique et Club
TPE
Plan de formation
scientifique et technique
technique
d’astronomie
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, mathématiques, SVT
Objectifs de l’activité :
Compréhension des notions de magnitude (visuelle, système UBV et UBVRI, indice…).
Compréhension du fonctionnement d'un télescope, d'une caméra CCD, d’une Webcam modifiée.
Compréhension des systèmes de coordonnées célestes de la sphère fixe et locale ainsi que
temporelles. Repérage d’objets célestes de très faible éclat. Analyses et interprétations
photométriques des images acquises. Aspects mathématiques du traitement d'images.
Compréhension de la méthode de Photométrie différentielle.
Compréhension des notions de temps universel et sidéral. Compréhension des notions de champ
visuel, de mesure de position, d’écart angulaire.
Description :
Etude de la technique de photométrie différentielle.
Mise en œuvre de logiciels tel qu’IRIS, PRISM, AUDELA. Accès et manipulation de bases de
données obtenues sur Internet. Etude d'une camera CCD ou d’une Webcam. Prétraitement et
traitement d'images. Etude de la nature des astéroïdes.
Identification des champs stellaires à étudier. Observations, repérage et identification des astéroïdes
cibles invisibles à l’œil. Application du principe de champ visuel, utilisation de cartes stellaires et de
catalogues d’étoiles. Utilisation de la CCD ou de la Webcam modifié. Acquisition des images. Travail
en atelier : Prétraitement et traitement des images ( calibration astrométrique), Mesure et analyse
des données recueillies, Obtention des courbes de variation d'intensité lumineuse. Envoi des CdR à
Raoul Berhend (Observatoire de Genève http://obswww.unige.ch/~behrend/page_cou.html )
Matériel nécessaire : Télescope (au moins 200mm mais cela peut être beaucoup plus pour des
objets peu brillant), CCD ou Webcam modifiée longue pose
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité : la fiche détaillée
doit être adaptée à des objets plus brillants :
http://www.eso.org/outreach/eduoff/edu-prog/catchastar/CAS2004/casreports-2004/rep-253/
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Page 31
Niveau théorique :
Niveau technique :
Matériel :
Durée :

à
Nom de l’activité : Mesure de la vitesse de la lumière par l'observation des satellites de Jupiter
ASTRO à l’Ecole
Niveau lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de physique Terminale S
Partie du programme concernée :
Physique terminale S : E. L’évolution temporelle des systèmes et la mesure du temps – Mesurer une
durée pour déterminer une vitesse – Mesure de la célérité de la lumière
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Physique, Histoire
Objectifs de l’activité :
Le but est de reproduire la méthode historique de Römer pour mesurer la vitesse de la lumière par
l'observation des éclipses des satellites de Jupiter.
Description :
La méthode consiste à mesurer la variation des intervalles de temps entres deux éclipses
successives d'un satellite de Jupiter, pour des observations faites à deux époques convenablement
choisies d'après les éphémérides.
Matériel nécessaire (éventuellement) :
Télescope avec une monture équatoriale, webcam, logiciel Iris et éphémérides de l'année.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/
=> Fondements scientifiques => Mesure de la vitesse de la lumière => Activités => Méthode
historique
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Niveau théorique :
à 
Niveau technique :
Durée :
Matériel :
Nom de l’activité : Réalisation d’une carte du ciel
Niveau : collège et lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de Terminale et Collège Cycle central
Partie du programme concernée :
Collège Cycle central : Distinction étoiles/planètes, Saisons
Terminale : Formalisation des mouvements, Relativité du mouvement, Phénomènes périodiques.
Saisons.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
IDD
TPE
Atelier de culture
Projet scientifique et
scientifique et technique
technique
Club
d’astronomie
Plan de formation
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées :mathématiques (projection de la sphère sur le
plan, optimisation du recouvrement de la sphère), SVT (problème de la pollution lumineuse),
sciences physiques
Objectifs de l’activité : Réaliser une carte ou un atlas du ciel.
Description :
Un appareil photo numérique peut réaliser des poses d'au moins quelques dizaines de secondes.
En compositant plusieurs poses on réalise des clichés de quelques minutes. Un appareil photo
numérique plus élaboré permet de réaliser directement des clichés de quelques minutes (min 3
mn max 10 mn voire 15 mn si la pollution lumineuse est peu importante). L'appareil est monté à
côté du télescope, celui-ci permettant de réaliser le suivi en pointant une étoile du champ
photographié que l'on garde dans le réticulé en corrigeant les défauts de suivi de la monture.
Une correction des images par un flat est nécessaire mais représente beaucoup de travail. Le
compositage permet, comme il a été dit, l'accroissement du nombre d'étoiles détectées. Ces
traitements se réalisent à l'aide de logiciels d'astronomie tels que IRIS, audela, prism, etc.
L'ajustement des différentes clichés pour leur recollement peut se faire « à la main » sous
Photoshop ou Gimp pour des étendues peu importantes (trois ou quatre dizaines de degréscarré). L'ensemble étant ensuite regroupé en un catalogue.
Pour des champs plus importants la réalisation des projections n'a pas encore été expérimentée.
Ce travail pourrait être fait en collaboration avec des professionnels de la cartographie ou des
outils logiciels plus spécifiques.
Matériel nécessaire (éventuellement): un télescope de suivi (petite lunette suffisante) avec une
oculaire réticulée éclairée + appareil photographique numérique + ordinateur + logiciels de
traitement d'images, de retouche photographique.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.callisto.free.fr/ressources/TPE%20carte%20du%20ciel%202004-2005.pdf
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Niveau théorique :
Niveau technique :
Matériel :
Durée :

à
Nom de l’activité : Les figures du Ciel : repérage, photographie et construction de maquettes
Astro à l’Ecole
Niveau : collège et lycée (de la 5ème à la Terminale)
Activité dans le cadre du programme de la classe de : 5ème et 2nde
Partie du programme concernée:
5ème : La lumière : sources de lumière (étoiles)
2nde : Exploration de l’espace : De l’atome aux galaxies : présentation de l’Univers.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
technique
Plan de
formation
technique
Activité pluridisciplinaire : disciplines concernées : physique, français, latin, histoire, arts plastiques
Objectifs de l’activité :
Cette activité doit permettre une meilleure conceptualisation des distances dans l’Univers et de
l’agencement relatif des étoiles dans le ciel. Vues depuis la Terre, celles-ci forment des figures
appelées constellations dont les noms et les origines sont multiples. Comprendre que les positions
relatives des étoiles dans le Ciel changeraient si elles étaient observées depuis un autre point de vue.
Savoir comment les hommes ont appris à se repérer dans le ciel.
Description :
1) Identifier les étoiles comme étant des sources primaires de lumière  activité documentaire et/ou
observation du ciel : distinction planète/étoile.
2) Conceptualiser les distances en astronomie : toutes les étoiles de la Galaxie sont à des distances
différentes les unes des autres, mais on les voit comme projetées sur une sphère fixe  réaliser des
maquettes des constellations.
3) Repérer la position des étoiles dans le ciel et remarquer que, vues depuis la Terre, on peut
reconnaître certains agencements particuliers, appelés constellations.
4) Rechercher le nom de constellations observées et l’origine mythologique de ce nom.
5) Rechercher les noms donnés à une même constellation en fonction des régions du monde
(Amérique latine, Monde Arabe, Europe, Asie, Afrique).
5) Réaliser un document de synthèse.
6) Photographier quelques constellations avec un simple appareil photo numérique et des poses
d’une quinzaine de secondes : les photographies ainsi réalisées montrent pratiquement toutes les
étoiles visibles à l’œil nu.
Matériel nécessaire :
Maquettes : petites boules de polystyrène, baguette en bois, ficelle, carton, papier, feutres.
Appareil photo argentique ou numérique avec trépied.
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://clg-anne-frank.scola.ac-paris.fr/ puis aller dans pédagogie, physique, IDD.
Maquette de constellations
Livret pédagogique « ASTRO à l’Ecole »
www.sciencesalecole.org rubrique ASTRO
Constellation d’Orion
Page 34
Livret pédagogique « ASTRO à l’Ecole »
www.sciencesalecole.org rubrique ASTRO
Page 35
Nom de l’activité : Mesure de l'éclat apparent d'une étoile variable
Georges PATUREL
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de physique 2 nde
Partie du programme concernée physique 2nde : Échelle des longueurs
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
technique
Club
d’astronomie
Plan de
formation
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Physique Objectifs de l’activité :
Le but est d'utiliser une étoile variable Céphéide ( Cephei) pour tester la qualité de la mesure d'éclat
apparent à l'aide d'une webcam et d'un logiciel gratuit (Iris)
Description :
Cette technique peut être le point de départ d'une multitude d'applications qui requièrent des mesures
d'éclat apparent. L'étoile de test est l'étoile variable  Cephei. Par comparaison avec les étoiles
voisines invariables, on peut s'affranchir de l'extinction atmosphérique et déterminer la courbe de
lumière très caractéristique de  Cephei.
On pourra soit utiliser l'imagerie directe, soit la méthode de Fabry dans laquelle tout le capteur est
utilisée pour une seule étoile.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Télescope avec une monture équatoriale, webcam et logiciel Iris.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www-obs.univ-lyon1.fr.fc.cdroms/
=> Les moyens d'observation => Photomètre photoélectrique => Activités => montage de Fabry
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Niveau théorique :

Niveau technique :
Nom de l’activité :
Matériel :
Durée :
à
Débuter en spectroscopie
Astro à l’école
Niveau : collège ou lycée (de la
4ème
à la terminale)
Cette activité peut être traitée dans le cadre du programme de la classe de seconde.
Partie du programme concernée : Physique : Messages de la lumière. Les spectres d'émission et
d'absorption.
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Élément
Projet
Cours
Club
culture
d’un plan de
IDD
TPE
TIPE
scientifique et
scientifique et
d’astronomie
TP
technique
formation
technique
Activité concernant les sciences physiques ou pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences
physiques, SVT, histoire...
Objectifs de l’activité :
- Observer et photographier des spectres.
- Repérer des raies d'émission ou d'absorption.
Description :
Spectre solaire : on peut réaliser un spectroscope très simple à partir d'un tube en carton d'une
cinquantaine de centimètre de long ou plus, d'une fente placée à une extrémité (0,5 mm de large
maximum) et d'un réseau par transmission placé à l'autre extrémité. La fente peut être réalisée en
carton noir, avec un négatif photo bien noir et rayé, ou encore avec deux lames de rasoir placées côte
à côte. En observant le fond de ciel, on voit de nombreuses raies d'absorptions dues à l'atmosphère
du Soleil (ne pas viser directement le Soleil).
On peut photographier ce spectre avec un appareil photo numérique (de préférence sur pied) placé
derrière ce spectroscope (tenu à la main ou sur pied).
Photo d'un spectre du fond de ciel réalisé avec un spectroscope
bricolé en carton
Autres spectres : on fixe sur l'objectif de l'appareil photo un réseau par transmission et on vise une
source lumineuse. Avec un lampadaire pas trop proche donc quasiment ponctuel, cela fonctionne très
bien et on peut observer des spectres continus ou des spectres d'émission. On peut aussi obtenir les
spectres des étoiles les plus brillantes avec des poses de 15 secondes minimum (spectre continu
sans raie d'absorption visible). Avec quelques minutes c'est mieux. L'idéal est de positionner le réseau
pour que le mouvement apparent du ciel élargisse le spectre.
On peut même photographier le spectre d'une nébuleuse brillante comme celle d'Orion avec plusieurs
minutes de pose, on observe alors une raie d'émission dans le rouge.
Si on veut avoir sur la même photo la source lumineuse et son spectre, il faut bien prévoir son cadrage
à cause du décalage angulaire entre les deux.
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Lampadaires et leurs spectres
Matériel nécessaire :
Réseau par transmission (500 traits / mm ou plus), appareil photographique numérique.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/A13.html
http://webpublic.ac-dijon.fr/divers/culture/astro/spectro/spectro.htm
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Nom de l’activité : Etude du spectre du Soleil
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2 de.
Partie du programme concernée: spectres d'émission et d'absorption
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un TP
Objectifs de l’activité :
L'objectif est de déterminer les longueurs d'onde de certaines raies d'absorption présentes
dans le spectre solaire. Deuxième objectif, retrouver les éléments chimiques responsables
de ces absorptions et donc présents dans le Soleil.
Description :
Les élèves disposent du spectre du Soleil composé de raies d'absorption noires.
Parallèlement, ils disposent du spectre de lampes étalons dont les longueurs d'ondes des
raies sont parfaitement connues.
Les spectres étant réalisés avec le même appareil, ils établissent tout d'abord leur courbe
d'étalonnage avec les spectres étalons.
Ensuite, à l'aide de leur courbe d'étalonnage, ils en déduisent la longueur d'onde des raies
d'absorption présentes dans le Soleil.
Les principales raies d'émission de quelques éléments leur sont données. Ils en déduisent
les éléments présents dans le Soleil.
Matériel nécessaire :
Spectre du Soleil photocopié
Spectres étalons photocopiés
une règle
une feuille de papier millimétré
calculatrice
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.obspm.fr/~webaim//Astro/Rastro/TP/TP03/Spectre.pdf
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Nom de l’activité : Obtenir un spectre par la méthode du prisme objectif
Georges PATUREL
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de 2 nde et terminale S
Parties des programmes concernées :
Physique 2nde : Les spectres d’émission et d’absorption – Application à l’astrophysique
Physique terminale S : L’atome et la mécanique de Newton : ouverture au monde quantique
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de
Projet
Cours
Club
Plan de
culture
IDD
TPE
scientifique et
scientifique et
TP
d’astronomie
formation
technique
technique
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : Physique, Technologie
Objectifs de l’activité :
Le but est de reproduire la technique du prisme objectif pour obtenir en une seule pose des spectres
de faibles dispersions pour tout un champ stellaire.
Description :
La méthode consiste à construire soit un prisme de faible angle d'ouverture soit un réseau de finesse
moyenne pour faire un spectrographe de champ (principe du prisme objectif). Un test pourrait être fait
sur un champ stellaire contenant des étoiles à raies d'émission.
Matériel nécessaire (éventuellement):
Télescope avec une monture équatoriale, webcam, logiciel Iris.
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/
=> Les moyens d'observation => Les spectrographes => spectrographes à prisme
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Nom de l’activité : Spectrographie stellaire
Niveau : Lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de
Partie du programme concernée:
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de culture
Projet scientifique
TPE
scientifique et technique
et technique
Club
d’astronomie
Plan de
formation
Activité concernant uniquement les sciences physiques.
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : …….
Objectifs de l’activité :
Etalonnage en longueurs d'onde de l'appareil. Captures, par caméra CCD, de spectres
d’étoiles. Traitement d'images CCD et mise en forme des courbes spectrales par le logiciel
spécifique Iris. Spectres décalés en raies d'absorption, en accord avec la variation de
luminosité de l'étoile. Interprétation du décalage avec le diagramme Hertzsprung-Russel
sur les classes des étoiles .
Description :
Réalisations de spectres
- Captures d'images
- Traitement informatique des images pour obtenir des courbes spectrales d'absorption
Etalonnage du spectrographe à l'aide de lampes spectrales ( à vapeur de sodium puis de
mercure ) empruntées au lycée
- mise en forme des courbes spectrales
- recherche dans les banques de données, des profils spectraux de chacune des lampes
étalons, et identification des "raies guides" sur les spectres capturés
Interprétation des spectres de l'étoile variable en magnitude
- mise en évidence de la raie Hα de l'hydrogène pour chacun des spectres
- mise en évidence d'une résolution insuffisante du dispositif pour différencier d'autres
raies ainsi que les spectres décalés de l'étoile variable
Intérêts pédagogiques:
Utilisations complémentaires d'instruments de la physique traditionnelle ( télescopes ) et
d'outils modernes de captures et traitements d'images ( caméra CCD, logiciels
informatiques)
Mise en évidence des difficultés de mise au point instrumentales ( alignement d'images,
images parasites ).
Triple nécessité de rigueur, intuition, créativité dans la recherche des pannes et de leurs
solutions.
Réutilisations de connaissances ( origine de la lumière, son aspect ondulatoire avec les
notions de spectre et longueur d'onde ).
Travail d'interprétation à partir de documents variés ( banques de données spectrales,
diagramme Hertzsprung-Russel ).
Réflexion sur les limites instrumentales ( champ et grossissement du télescope,
résolutions du capteur CCD, du logiciel Iris et du télescope ).
Matériel nécessaire : Télescope, spectrographe, caméra CCD voire une Webcam modifiée
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Page 41
Adresse du site internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
TPE réalisés dans le cadre de l’activité décrite.
http://www.callisto.free.fr/ressources/spectro_2003/spectro_2003.htm
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Page 42
Nom de l’activité : Le sténopé
Niveau : Collège
Activité dans le cadre du programme de la classe de 5 ème.
Partie du programme concernée: Propagation rectiligne de la lumière
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un cours
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : mathématiques (géométrie)
Objectifs de l’activité : L'activité consiste à s'appuyer sur le sténopé pour interpréter la
propagation rectiligne de la lumière.
Description :
Un sténopé didactique peut être construit à partir d'une boite à chaussures, d'un trou très
fin dans une feuille de papier aluminium et d'une feuille de papier calque. Les élèves ont
par binôme, la possibilité, d'observer la formation d'une image sur la feuille de papier
calque.
A l'aide de schémas et de rayons de lumière rectilignes, on interprète alors la formation de
l'image observée. En cas de forte luminosité, on peut observer l'image du soleil sur le
papier calque.
Une version enseignant peut également être conçue en remplaçant la feuille de papier
calque par une webcam. Reliée à un ordinateur, on peut observer en classe entière l'image
formée sur le capteur de la webcam. Cela permet une interactivité plus importante et peut
palier à des conditions d'observation défavorables (une salle de classe pas assez sombre,
un extérieur pas assez lumineux, un trou pas bien réalisé...).
Matériel nécessaire :
boite en carton
feuille de papier aluminium
aiguille
feuille de papier calque
Webcam + ordinateur (optionnel)
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.euhou.net/docupload/files/Tools/Webcam/Other%20Ideas/obscura_en.pdf
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Nom de l’activité : Construction d’une monture équatoriale
Niveau : lycée
Activité dans le cadre du programme de la classe de
Partie du programme concernée:
Cette activité peut être traitée dans le cadre d’un :
Atelier de culture
Projet scientifique et
TPE
scientifique et technique
technique
Club
d’astronomie
Activité pluridisciplinaire, disciplines concernées : sciences physiques, sciences de
l’ingénieur
Objectifs de l’activité :
Etude et réalisation d’une monture équatoriale avec suivi horaire et correction en
déclinaison pouvant supporter un télescope de 200mm.
Utilisation de la monture avec son télescope pour le pointage et le suivi d’objets célestes.
Description :
Activités préparatoires :
Etude des systèmes de coordonnées
Compréhension des notions d’altitude d’un corps céleste, de latitude, de déclinaison
(déclinaison de l’étoile polaire). Compréhension des notions de rotation, de révolution (la
rotation de la terre, jour sidéral, jour solaire). Connaissance des notions d’horloge sidérale,
d’année tropique. Connaissance de la monture équatoriale.
Activités pratiques :
Etude, réalisation et montage de la monture équatoriale :
Mouvement horaire : guidage en rotation ( montage de roulements, secteur horaire),
système d’entraînement (montage de roulements, moteur, réducteur, accouplement)
Mouvement de déclinaison : guidage en rotation (montage de roulements), système
d’entraînement (montage de roulements, moteur réducteur, accouplement..)
Partie commande : mise au point du système de pilotage des moteurs d’entraînement
(logiciel à choisir ou à modifier ?)
Pointage et suivi d’objets célestes en vue de valider la monture.
Travail en atelier :
Rédaction d’une notice de mise en œuvre de la monture
Rédaction d’une notice de mise en station
Développements possibles :
Installation d’un pointeur solaire
Amélioration du logiciel de pilotage
Matériel nécessaire (éventuellement): voir la fiche détaillée
Adresse du site Internet où l’on peut trouver une description précise de l’activité :
http://www.callisto.free.fr/ressources/Instrumentation%202003-2004.pdf
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