ASTRO-JEUNESSE | Florian Leroux, Vincent Maillard, Valentin Sorlet

Trois lycéens de Première scientifique du lycéeLes Augustins à Pontarlier, Florian, Valentin etVincent, se sont lancés, pendant l’année scolaire2012-13, dans un ambitieux projet scientifique,dans le cadre de leur TPE (Travail personnelencadré). Ils nous proposent un récit condenséde cette aventure.

La forme de la

GALAXIE

46 L’ASTRONOMIE – Décembre 2013

Leur sujet : retrouver�la�forme�de�la�Galaxie�àpartir� d’observations� radioastronomiques.Leurs moyens : utiliser�les�radiotélescopes�misà�disposition�des�amateurs,�via�Internet,�par�l’as-sociation�européenne,�EU-HOU�(lire�encadré).Leurs appuis : leur�professeur�de�sciences�phy-siques�M.�Chiodi�et�celui�de�mathématiquesMme�Ronzi,�le�président�du�club�astro�de�Pon-tarlier�M.�Esseiva�et�aussi�M.�Maintoux,�ra-dioastronome�amateur�compétent�sur�ce�sujet.Leur secret de réussite : un�gros�travail�per-sonnel�pour�comprendre�et� intégrer� les�no-tions� d’astronomie,� de� physique� et� demathématique�indispensables�pour�mener�àbien�un�tel�projet.

Les trois jeunes scientifiques étant aussi despoètes, c’est en vers que, pour commencer,ils nous présentent le sujet choisi et le dé-roulé de leur projet.

LE DÉROULEMENT DU TPEDominante figure de la sphère célesteInspirant les chefs-d'œuvre, pour toujours elle resteTellement éloignée, elle nous garde en son seinC'est le cœur du Sagittaire qui la maintientGravitant sans cesse, les étoiles par milliersTracent dans notre esprit d'incessantes pensées La bouche grande ouverte, nous admirons sa beauté Restée pour longtemps une grande Voie lactée

Comment comprendre que notre belle galaxieRessemblant à une bande, n'est rien de tout ceciVu comme hors du commun, elle n'a rien de spécialHormis une grande taille, sa forme est spiraleC'est grâce à la Physique, et aux Mathématiques Que nous allons montrer cette vérité logique

Nécessitant de nombreuses connaissances Sur notre Galaxie et notre monde immense Le décalage vers le rouge, et celui vers le bleu A partir de lointains nuages gazeux, Nous permettront de tracer, petit à petit Une grande carte sur notre Galaxie De notre position, nous en retirerons Sa forme générale avec précision

Nous aurons tout d’abord une première partie Dont nous aurons besoin pour comprendre la GalaxieSur les lois physiques, l’interprétation du ciel Dans une seconde partie, les expériences réelles Les vues mathématiques pour dresser le portrait Dans la dernière partie, de la forme qu’elle aurait.

© NASA

EU-HOU est une structure pédagogique internatio-nale, regroupant plusieurs centaines d’enseignants etde scientifiques de 14 pays européens, dont l’objectif estde promouvoir auprès des jeunes la recherche en astro-nomie, dans le cadre du renouveau de l'enseignementdes sciences et de la pratique de méthodes interactives.L'utilisation de technologies modernes (Internet, web-cam, etc.. ) permet de susciter l'intérêt des élèves descollèges et lycées. EU-HOU propose aux enseignantsdu secondaire l’organisation d'un réseau d'établisse-ments pilotes et de personnes ressources. Les travauxpratiques proposés s’appuient sur des observationsréelles, acquises si possible par les élèves eux-mêmes.Un réseau de télescopes automatiques, pilotés via In-ternet, ainsi que des outils dédiés, est mis à dispositiondes équipes intéressées. La radio-astronomie est une des techniques phares deEU-HOU, car sa pratique est relativement simple. Lesobservations radio-astronomiques peuvent être réali-sées durant les heures ouvrables et même quand il nefait pas beau. Deux radiotélescopes européens peuventêtre utilisés : l’un ( 2,3 m de diamètre) est situé à l’ob-servatoire d’Onsala, en Suède ; l’autre (7 m de diamètre)se trouve à l’observatoire Jodrell Bank (Royaume-Uni).)Avec ces radiotélescopes, il est possible de détecterl'émission de la raie à 21cm de l'hydrogène atomiquedu gaz hydrogène de la Galaxie. De nombreux autres thèmes de recherche sont propo-sés aux enseignants et à leurs élèves. Citons entre autres :les satellites de Jupiter, les mesures de distance en as-tronomie, les galaxies, les trous noirs, et même la dé-tection des exoplanètes. Des stages de formationpédagogique sont organisés pour les enseignants vo-lontaires. En France, ils ont lieu à l’Université Pierre etMarie Curie (UPMC), dans le cadre de la formationcontinue des enseignants, et ils font partie du pro-gramme européen Comenius.

Décembre 2013 – L’ASTRONOMIE 47

EU-HOU (Hands-On Universe, Europe,)

ASTRO-JEUNESSE | LA FORME DE LA GALAXIE

48 L’ASTRONOMIE – Décembre 2013

vés non conformes au niveau des mises à jourpour afficher les résultats des observations. C’estdonc chez nous que nous avons réalisé les obser-vations. De fin octobre à fin décembre 2012, nous avonsainsi effectué plus de 300 acquisitions avec lestrois télescopes mis à notre disposition par le ré-seau EU-HOU, et nous avons pu détecter et lo-caliser une centaine de nuages dans notre Voielactée. Notre carte se limite à la moitié de la Ga-laxie accessible depuis le ciel européen, car tousles radiotélescopes dont nous avons disposé se si-tuent en Europe. Madame Ronzi, professeur demathématiques, nous a aidés à comprendrecomment le théorème d’Al Kashi permet de cal-culer la position du nuage concerné par rapportà celle du centre galactique et la nôtre. Grâce àce travail, nous avons été capables de positionnerles nuages détectés sur le plan de notre Galaxie.Enfin, nous avons conclu en comparant nos ré-sultats aux cartes détaillées publiées par EU-

1. De gauche à droite : Florian Leroux, Vincent Maillard, Valentin Sorlet, MM. Chiodi,Maintoux et Esseiva à Orsay sur le site d’observation de M. Maintoux à Orsay.

2. Sur la carte ci-contre,nous avons reporté nosnuages (en noir) et ceux del’observatoire de EU-Hou (enorange). À partir de là, nousremarquons que nos pointscorrespondent auxemplacements de ceux deEU-Hou hormis ceux inclusdans l’ellipse rouge.

3. Les tracés en bleu decette carte correspondentau tracé général des brasde la Voie lactée (tracétrouvé sur le site de EU-Hou). Nos nuage suiventbien le tracé des bras etmême ceux qui étaientinclus dans l’ellipse rougede la précédente carte.Donc nous n’avons pasd’erreur sur l’emplacementde ces nuages.

« Nous avons eu trois mois pour mener àbien ce projet, en plus de notre travail sco-laire habituel. M. Nicolas Esseiva, prési-dent du club astro de Pontarlier etenseignant en SVT au lycée Xavier Mar-mier de Pontarlier, nous a proposé de nousinspirer du travail que M. Jean-JacquesMaintoux, radioastronome amateur, avaitréalisé avec son radiotélescope et qui luiavait permis d’établir une carte de la Voielactée*.Dans un premier temps, nous avons étudiéles bases scientifiques nécessaires pour réa-liser ce travail. Pour commencer nousavons étudié avec Monsieur Chiodi, notreprofesseur de physique, l’émission de na-ture quantique de l’onde électromagné-tique par les atomes d’hydrogène, ce qui estle fondement de cette étude. La clef en estle décalage de sa longueur d’onde par effetDoppler dû à la vitesse radiale qu’ont cesatomes dans un nuage interstellaire parrapport à nous. Nous avons ainsi compriscomment on peut mesurer cette vitesse àpartir du spectre du signal qui est capté parun radiotélescope. Dans un second temps,nous avons réalisé des observations, dansle but d’acquérir les données nous permet-tant d’établir nous-mêmes une ébauche dela carte de la Voie lactée. Et là, au début,nous avons rencontré quelques freins dansnotre épopée galactique. En effet, alors quenous avions prévu d'observer au lycée lesjeudis où deux heures sont consacrées auxTPE, les ordinateurs du lycée se sont trou-

HOU et aussi à celles de M. Jean-JacquesMaintoux ; nous avons constaté avecplaisir que notre travail était en accordavec ces publications. Sur notre carte,nous avons pu voir en particulier troisbras : ceux du Cygne, du Sagittaire et dePersée�(figure4).

Pour compléter notre travail, M. Jean-Jacques Maintoux a eu la gentillesse denous recevoir à Orsay dans son observa-toire. Il nous a montré le matériel utiliséen radioastronomie et il nous a expliquécomment fonctionnent l’antenne mobile,l’électronique et l’informatique qui per-mettent d’exploiter les données recueil-lies. Nous avons beaucoup apprécié cettejournée de découverte�!�»�(figure1)�

LES RÉSULTATS« Nous avons comparé les cartes établiespar nous à celles trouvées par les scienti-fiques. D’abord nous avons comparénotre carte à celle trouvé sur le site deEu-Hou et pour cela, nous les avons su-perposées (figure 2). Ayant détecté uneerreur, on a décidé de la comparer à laforme générale de deux des bras de laGalaxie (figure 3)Ensuite, nous avons utilisé l’article queJ.-J. Maintoux a publié dans l’Astrono-mie, où il explique comment font les

scientifiques pour déterminer la forme denotre Galaxie. La superposition de leur carte et la nôtreétait évidente et le résultat obtenu est vi-sible sur la figure�4.Pour la création de leur carte, les scien-tifiques obtiennent une cartographie dela galaxie plus précise car ils utilisent lespectre complet d’émission des nuages.Contrairement à nous, car nous utilisonsseulement le sommet du spectre quidonne juste un point sur la Galaxie. Etc’est pour cela que nous ne pouvons pasdifférencier les 5 bras comme dans l’arti-cle mais plutôt 3 qui sont le bras duCygne�et celui du Sagittaire�confonduavec le bras de Persée.�»

BILAN« Ce travail nous a passionné tous lestrois. Valentin et Florian ont maintenantenvie de découvrir plus de choses et d’ob-server le ciel notamment avec des téles-copes optiques. Quant à Vincent, il a puréaliser une expérience scientifique enrapport avec sa passion. De plus, par cetravail de groupe et en peu de temps,nous avons la satisfaction d’avoir ébau-ché une carte de notre Galaxie, alorsqu’il est impossible de la voir de l’exté-rieur. Nous ne savons pas si nous travail-lerons dans le domaine de l’astronomie,mais nous avons le sentiment d’avoirvécu une vraie aventure à l’occasion dece travail scolaire. Les sciences sont uneoccasion d’ouvrir des horizons inatten-dus : les professeurs qui nous ont accom-pagnés ont été aussi enthousiasmésd’approfondir les domaines abordés, etnous avons rencontré des personnes horsdu commun qui vivent intensément leurpassion : ils nous motivent à suivre unchemin similaire ! �

Décembre 2013 – L’ASTRONOMIE 49

*Les lecteurs de l’Astronomie se souviennent certainement des deux articles de Jean-Jacques Maintoux, publiés dans les n° 54 et 55(octobre et novembre 2012), où il présente ses travaux sur ce sujet : « À l’écoute de la Galaxie » et « La forme de la Galaxie ». Leslecteurs intéressés pour en savoir un peu plus sur le sujet, pourront se reporter à ces textes, qui leur apporteront les explications et lescommentaires nécessaires à une bonne compréhension. Ces textes sont consultables sur le site de J.-J. Maintoux. www.f1ehn.org

4. Comparaison de nos nuages avec la carte obtenue par Jean-Jacques Maintoux tirée du magazine l’Astronomie

«. Nous avonsl’impressiond’avoir vécu unevraie aventure àl’occasion de cetravail scolaire.»

Bras du Cygnus

Tem

péra

ture

en

K Bras de Norma

Bras de Perseus

Bras de Scutum-Crux

Bras de Sagitarius