Pulsars et gravitation - Académie d`Orléans

Le grand radiotélescope de Nancay
Pulsars et gravitation
Livret pédagogique

© SCÉRÉN-CRDP du Centre - académie d’Orléans-Tours, 2006
Directeur de publication Dominique Raulin
Edition Daniel Gazeau
Mise en page Corinne Rodriguez
Sommaire livret
Présentation 3
Les auteurs 4
Sommaire partie DVD 6
Sommaire partie cédérom 7
Activités
L’âge de la nébuleuse du Crabe 8
Ralentissement et âge du pulsar du Crabe 10
Mesure de dispersion et distance du pulsar du Crabe 12
La distance des amas d’étoiles et la découverte de l’absorption interstellaire 14
L’analyse des temps d’arrivée des impulsions des pulsars 16
Pulsar binaire et masse d’une étoile à neutrons 18
Effet Shapiro et masse du Soleil 20
Principe optique des miroirs du grand radiotélescope 22
Les ondes électromagnétiques 24
Expériences : écouter le pulsar 25
Expériences : pulsars, ondes radio, principe d’un radiotélescope 26
Questionnaires 28
La bande originale des films 29

Présentation
Inauguré en mai 1965 par le Général de Gaulle, le grand radiotélescope de Nançay a fêté en
2005 ses 40 ans de fonctionnement. Cet anniversaire coïncidant avec l’Année Mondiale de la
Physique nous avons proposé pour cette double occasion un projet pédagogique autour de
l’instrument et d’un de ses plus importants sujets d’observation : l’étude des pulsars et ses
applications en Physique Fondamentale.
Le Grand Radiotélescope de Nançay (NRT), installé en Sologne, est un instrument à vocation
scientifique internationale. Sa dernière rénovation date de l’année 2000 ; elle a été possible
grâce à un co-financement de l’Observatoire de Paris, du CNRS et de la Région Centre et a
permis ainsi à l’instrument de conserver sa place au niveau mondial. L’étude des pulsars a,
quant à elle, donné lieu à un grand nombre de découvertes (deux prix Nobel) et constitue
un des domaines de prédilection pour tester les théories de la gravitation. Les pulsars sont
observés régulièrement à Nançay depuis 1988, et en constituent une des activités de pointe
pour l’avenir du radiotélescope.
Outre le présent livret, cet ensemble multimédia est présenté sur deux supports : un DVD qui
contient un ensemble de films (documentaire, conférence filmée, interviews...) et un cédérom
qui comprend des données de radioastronomie et des documents pédagogiques destinés à
être exploités en classe avec des élèves. Sur la partie cédérom, on trouve aussi une visite vir-
tuelle du grand radiotélescope de Nançay, ainsi que la bande originale des films, mélange de
signaux de pulsars purements électroniques et de sonorités d’instruments acoustiques.
Même si par de multiples aspects, en particulier le contenu des différents films, l’ensemble
s’apparente à un produit grand public, il vise principalement un public scolaire, du niveau
collège jusqu’au premier cycle universitaire. Il est conçu pour une utilisation en classe, sous le
contrôle et avec l’aide d’un enseignant. Sa vocation est de donner des exemples d’application
en classe dans un domaine de recherche de pointe de l’astrophysique.
Ce projet a été réalisé par le CRDP d’Orléans-Tours, à l’initiative de deux chercheurs en as-
trophysique du laboratoire de physique et chimie de l’environnement (CNRS-Orléans) et il
a reçu le concours d’une équipe d’enseignants de l’académie d’Orléans -Tours pour la vali-
dation pédagogique des contenus proposés. Le projet a reçu le soutien financier du dispositif
“Sciences à l’École” du Ministère de l’Éducation nationale, de l’Observatoire de Paris, de la
Société Française de Physique et de la fondation EADS.
Les évolutions de ce projet et les développements de nouvelles activités pédagogiques au-delà
de l’année 2006 sont consultables sur le site internet :
http://lpce.cnrs-orleans.fr/~pulsar/pedago.html [consulté le 12/09/06]

Ismaël Cognard est chargé de recherche au CNRS, en poste au laboratoire de physique et chi-
mie de l’environnement, à Orléans, depuis octobre 1996. Après des études de physique fon-
damentale à l’université d’Orléans, il soutient une thèse de doctorat à l’Observatoire de Paris
sur l’observation des pulsars ultra-rapides avant de s’expatrier un an à Princeton University.
Il est responsable du programme “pulsar” au grand radiotélescope de Nançay et a développé,
en collaboration avec University of California à Berkeley, l’actuel analyseur numérique utilisé
pour la chronométrie des pulsars.
Gilles Theureau est astronome adjoint à l’Observatoire de Paris et détaché au laboratoire de
physique et chimie de l’environnement, à Orléans, depuis septembre 2000. Après des études
de mathématiques à l’Université de Paris-XI-Orsay il s’oriente vers l’astronomie à partir de
1991, avec un DEA en astronomie fondamentale et mécanique céleste, puis une thèse de doc-
torat en cosmologie observationnelle. Pendant plus de dix ans, ses recherches ont porté sur la
physique des galaxies, l’échelle des distances dans l’univers et les mouvements des galaxies au
voisinage des grandes structures extragalactiques. En 2005, il rejoint le thème des pulsars et
fonde une nouvelle équipe avec son collègue orléanais Ismaël Cognard.
Patrick Sintès enseigne le jazz et l’improvisation à l’École nationale de musique d’Orléans
depuis 1992. Il anime des formations en informatique musicale pour des enseignants d’écoles
spécialisées. Contrebassiste dans différentes formations en région Centre, il fait également
partie du groupe “Rabab ensemble” dans lequel il utilise en “live” ordinateurs et instruments
électroniques aux cotés de quatre instrumentistes classiques et d’un percussionniste. Pratique
l’astronomie en amateur depuis l’opposition de Mars de novembre 1990.
Les auteurs

L’équipe pédagogique est composée d’enseignants de physique et de mathématiques de
l’académie d’Orléans-Tours. Elle a reçu le soutien d’Alain Goursaud et Nicolas Montlivet,
inspecteurs pédagogiques régionaux de physique, et de Michel Khairallah, chargé de mission
“Culture Scientifique et Technique” au rectorat d’Orléans-Tours. Ont ainsi participé active-
ment à ce projet, en particulier pour la validation en classe des activités et exercices proposés,
la rédaction de nouvelles fiches pédagogiques, et la proposition d’expériences et manipula-
tions à réaliser avec les élèves :
- Marie-Christine Baurrier, enseignante de physique au lycée Pothier, à Orléans (45) ;
- Mathieu Beauvais, enseignant de physique au lycée Jacques Coeur, à Bourges (18) ;
- Joel Petit, enseignant de physique au collège Hubet Fillay, à Bracieux (41) ;
- Christiane Sellier, enseignante de physique au lycée Durzy, à Villemandeur (45) ;
- Daniel Verheylewegen, enseignant de mathématiques au collège Jean Moulin, à St-
Amand-Montrond (18).