L'option complémentaire d'astronomie

Présentation

Au Collège Rousseau, l'option complémentaire de Physique est divisée en modules, soit semestriels, soit annuels. L'élève compose ainsi selon ses goûts et ses motivations le menu de son option complémentaire. De plus, il a la possibilité, au cas où il ne désirerait pas suivre l'O.C. Physique dans sa totalité, de choisir une autre O.C. (par ex: Chimie-Biologie) et y valider un module d'Astronomie.

Tous les élèves intéressés par l'astronomie n'ont pas forcément envie de se diriger vers une trop grande spécialisation, ni ne sont nécessairement motivés par l'approfondissement des notions ou sont moins intéressés par l'aspect théorique de l'astronomie. D'autres désirent panacher leurs choix, et veulent, à côté de l'astronomie, suivre, par exemple, un module de radioactivité. C'est en pensant à ces élèves que, plutôt que de proposer une option annuelle, nous avons scindé l'O.C. Astronomie en deux modules semestriels. Les élèves désirant une base en astronomie choisiront le module I :

ASTRONOMIE I : L'Univers tel qu'on l'observe

Les passionnés pourront approfondir leurs connaissances, compléter leurs observations et aborder des sujets brûlants d'actualité tels que les modèles cosmologiques ou la structure d'objets exotiques (pulsars, trous noirs, mirages gravitationnels, etc.) en complétant le module I par le module II :

ASTRONOMIE II : L'Univers tel qu'on le conçoit

Chacun de ces modules se donne sur un semestre à raison de 2 heures par semaine. Le module II est la suite du module I. L'élève ne peut donc pas s'inscrire au module II s'il n'a pas suivi le I.

O.C. ASTRONOMIE I : L'Univers tel qu'on l'observe

Objectifs du module I

Comme le souligne le sous-titre de cette option complémentaire d'astronomie "L'Univers tel qu'on l'observe", l'objectif principal est de permettre aux élèves de découvrir, d'admirer et de comprendre l'Univers observable.

Cette découverte aboutira à la prise de conscience de l'immensité de l'Univers et permettra d'y situer notre planète : la Terre. Elle passera par une approche esthétique (sensibilisation à la beauté du Cosmos) et par une prise de conscience éthique et écologique (place de l'homme dans l'Univers et impact sur sa planète).

Chaque élève, au gré de ses observations à l'œil nu, aux jumelles, puis au télescope, progressera dans la compréhension du ciel et des phénomènes observables tout en découvrant l'extrême diversité ainsi que la beauté époustouflante des astres qui peuplent notre Univers.

Ainsi, la nature des objets observés sera expliquée, ce qui amènera à l'acquisition de quelques notions d'évolution stellaire et de structure de l'Univers.

Enfin, au gré des découvertes les plus récentes (SETI, Observatoire de Genève,..) nous nous interrogerons sur la présence de vie ailleurs dans l'Univers.

Les moyens offerts pour atteindre ces objectifs sont divers et variés. Outre les cours, illustrés d'expériences et de nombreux documents photographiques ou d'animation, l'élève aura l'occasion d'observer, sur le terrain à l'œil nu, aux jumelles et au télescope. De nombreux supports modernes lui seront en outre proposés sous formes de logiciels ou de sites Internet soigneusement sélectionnés.

A la fin de ce cours, l'élève devrait donc bénéficier d'une bonne compréhension générale de l'Univers qui l'entoure et avoir acquis le goût et le besoin d'une information scientifique sure, rendue indispensable par la vitesse toujours croissante à laquelle évoluent les connaissances en astrophysique.

Enfin, nous osons espérer que la curiosité que devrait engendrer l'observation du ciel amènera l'élève à se poser des questions qui, dépassant les "comment ?" aboutissent aux "pourquoi?" : comment les astrophysiciens expliquent-ils les phénomènes observés, et quels modèles d'Univers ont-ils à proposer ?

Comment une étoile naît-elle, vit-elle, meurt-elle ? Qu'est-ce qu'un pulsar, un trou noir, un mirage gravitationnel ? Quels sont les origines et le futur de l'Univers ?

Ces réponses palpitantes, l'élève curieux et passionné pourra les trouver dans les revues sérieuses d'astronomie, dans la littérature, sur certains sites Internet (cf. bibliographie) ou encore en suivant le second module d'astronomie : ASTRONOMIE II : l'Univers tel qu'on le conçoit !

Programme du module I :

Importance historique et culturelle de l'Astronomie
La voûte céleste
Les astres dans leur grande diversité (La sphère céleste, les constellations, les étoiles (éclats, doubles, variables), les amas (galactiques, globulaires), les nébuleuses, les galaxies, le Soleil, la Lune, les planètes, les petits objets).
Les mouvements apparents de la voûte céleste (Mouvement diurne, mouvement annuel)
Les coordonnées (position et temps), utilisation de la carte Sirius
Les distances (Vitesse limite et année-lumière, distances extrêmes, quelques méthodes de détermination de la distance).
Quelques rappels d'optique (Focale, ouverture, pouvoir résolvant, aberrations, grossissement, champ, l'œil et les oculaires)
Les instruments d'observation (Rôle de l'atmosphère, caractéristiques des instruments d'astronomie, les lunettes et les télescopes du matériel d'amateur jusqu'aux géants actuels (VLT, Hubble))
Analyse photométrique de la lumière (Les caractéristiques du rayonnement, l'échelle des magnitudes, les systèmes photométriques, la magnitude absolue)
Analyse spectrométrique de la lumière (Le rayonnement stellaire, le spectre des étoiles, le diagramme H.R.).
Le Soleil et le système solaire (Formation, structure physique, mouvements, objets)
Les étoiles (Les classifications stellaires (éclats, classes spectrales, H.R.), les étoiles doubles et multiples, les doubles à éclipses, les étoiles variables, les objets exotiques (pulsars, étoiles à neutrons, trous noirs)).
Les nébuleuses (Les nébuleuses diffuses, les nébuleuses planétaires, les restes de Supernovae)
Les amas stellaires (Les amas ouverts, les amas globulaires).
Les galaxies (La Voie Lactée, la classification des galaxies, amas et superamas).
La structure à grande échelle (La structure en éponge, la courbure de l'Univers).

O.C. ASTRONOMIE II : L'Univers tel qu'on le conçoit

Objectifs du module II

"L'astronomie est une science exemplaire, la plus ancienne de toutes, dont les développements récents font appel non seulement à l'ensemble des domaines de la physique et de la chimie, mais également aux sciences de la Terre et à la biologie. De plus l'astrophysique se trouve à l'origine de développements technologiques de pointe. Son apport culturel et philosophique n'est plus à démontrer. Etudier l'astrophysique, c'est rechercher ses propres origines, apprendre à se situer dans son minuscule coin d'Univers, prendre conscience de la beauté et de la fragilité de notre Terre. C'est aussi se doter d'un esprit critique nécessaire face à l'invasion des pseudosciences irrationnelles. Tout en bénéficiant de l'apport formatif et informatif d'une science exacte en constant développement, on pourra ainsi participer au développement d'une prise de conscience éthique et écologique, sans pour autant négliger la sensibilité et l'esthétique "

Délégation suisse à l'AEEA, 1995.

Cet extrait de la déclaration de la délégation suisse à l'assemblée constituante de l'Association Européenne pour l'Education en Astronomie résume très bien les principaux objectifs de ce module II. Aux objectifs du module I, qui sont, bien évidemment toujours valables pour le module II, il faut ajouter :

Comprendre le passage du "comment ?" au "pourquoi ?" , de l'observation à l'explication, c'est à dire apprendre à intégrer des faits expérimentaux dans des modèles théoriques.
Prendre conscience du long cheminement de la pensée scientifique, fait d'erreurs, de doutes et de victoires (souvent provisoires !) par une approche historique des théories et des modèles astronomiques.
Appréhender les progrès de l'instrumentation et des techniques spatiales et leurs impacts sur les modèles théoriques actuels de l'Univers.
Etudier les divers objets qui peuplent le cosmos et comprendre la manière dont ils participent à l'évolution globale de notre Univers.

Les moyens pour atteindre ces objectifs sont :

l'approfondissement de l'étude du ciel (réglages fins de la carte céleste, fonctions avancées des logiciels).
la manipulation affinée des télescopes, mise en station améliorée.
l'observations d'objets de plus en plus lointains.
l'introduction aux techniques d'astrophotographie.
d'éventuels stages en observatoire (Sauverny, OFXB de St-Luc).

Programme du module II

Introduction : Passer de l'observation à l'explication
Bref historique de notre conception de l'Univers
Les mesures en astrophysique (distances, vitesses, masses, éclats, spectres)
La formation du système solaire
L'évolution stellaire (La structure interne, le scénario de l'évolution, les perspectives d'avenir)
Les faits cosmologiques (Le paradoxe de Cheseaux et Olbers, l'abondance des éléments, la loi de Hubble, le rayonnement fossile, l'isotropie de l'Univers).
Les modèles d'Univers (Les modèles statiques, le modèle du Big-Bang).
Structure de l'Univers et cosmologie (Densité et géométrie, la masse manquante, mort froide ou chaude ?)