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Clémence DUFLOS et Anthony FORTIN
Présentent
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Sommaire
Introduction……………………………………………………………………………………………………………….3
I – Herschel, son expérience, sa découverte ! ......................................................................................... 4
A) Découverte des Infrarouges par Herschel. ...................................................................................... 4
1 – William Herschel. ....................................................................................................................... 4
2 – L'expérience d'Herschel. ............................................................................................................ 5
3 – Les Infrarouges. .......................................................................................................................... 8
B) L'expérience d'Herschel, à notre façon. .......................................................................................... 8
1 – Nos expériences ratées. ............................................................................................................. 9
2 – On a (finalement) réussi ! ........................................................................................................ 10
II – La découverte d'Herschel, un hasard, un coup de chance ? ........................................................... 13
A) Des contradictions apparaissent. .................................................................................................. 13
1 - Température du soleil. .............................................................................................................. 13
2 - Calculs et lois qui contredisent la découverte d’Herschel. ....................................................... 13
B) Un coup de chance grâce au prisme? ........................................................................................... 17
1-Le prisme. ................................................................................................................................... 17
2-Le réseau. ................................................................................................................................... 18
III - Commentaire et discussion avec le Jury régional. ........................................................................... 21
Conclusion………………………………………………………………………………………………………………22
Bibliographie…………………………………………………………………………………………………….……23
Remerciements…………………………………………………………………………………………..…………..24
Les Olympiades vues par Clémence…………………………………………………………………………………………………25
Les Olympiades vues par Anthony……………………………………………………………………………………………………27
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Introduction
Premier TP de physique de l'année. L'un des sujets 0 du baccalauréat
2013. Le premier exercice s'intitule « Le Satellite Planck et sa
mission». Celui-ci nous passionne immédiatement. Nous apprenons
alors que le Satellite Planck a été conçu afin de mesurer le
rayonnement électromagnétique fossile en provenance de l'Univers
tout entier dans le but de savoir à quoi ressemblait ce dernier au
moment de sa naissance. En balayant l'intégralité du ciel, Planck
fournit une cartographie intégrale du ciel avec le rayonnement
cosmique fossile. Le sujet nous avait tellement captivés que nous
avons décidé de faire des recherches plus poussées. Nous avons alors
découvert que le Satellite Planck avait été lancé le même jour qu'un
autre satellite, le Satellite d'Herschel, le 14 mai 2009. Herschel a une
autre mission : celle d'observer l'Univers dans le domaine des
infrarouges lointains et submillimétriques pour comprendre la
naissance des étoiles ainsi que pour étudier la formation et
l'évolution des galaxies spirales. Nous nous intéressons alors au nom
donné à ce satellite. Le satellite a été baptisé Herschel en référence à
William Herschel, astronome germano-britannique qui a découvert
les rayons infrarouges. Cependant, cette découverte fait parler. En
effet, découvrir les rayons infrarouges grâce à leur température plus
élevée que les couleurs du spectre du soleil peut faire penser à un
coup de chance. Cette découverte est même qualifiée d'accidentelle
par certains historiens. W.Herschel a-t-il donc réellement découvert
les Infrarouges ? Nous essayerons de répondre à cette question grâce
à nos expériences et nos déductions. Dans un premier temps, nous
parlerons d’Herschel, de sa vie, de sa découverte et de son
expérience. Puis, dans un second temps, nous verrons que certains
éléments viennent contredire la découverte d’Herschel. Enfin, nous
nuancerons nos propos grâce à l'analyse des jurés régionaux.
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Il y a une différence de température entre l’ombre et le soleil.
29°C à l’ombre > < 34°C au soleil
Ca, tout le monde le sait : il fait plus chaud au soleil qu’à l’ombre. Mais est-ce que les gens se sont déjà demandés pourquoi il y avait cette différence de température. En tous cas, nous, on s’est posée cette question et notre supposition est que la température serait plus chaude au soleil grâce à la lumière.
I – Herschel, son expérience, sa découverte !
A) Découverte des Infrarouges par Herschel.
1 – William Herschel.
William Herschel était un astronome britannique d'origine allemande de grande renommée. Il est né
en 1738 en Allemagne. Envoyé en Angleterre pour ses obligations militaires, il s'y installe
définitivement. Herschel était également musicien, compositeur et mathématicien : il était un
touche-à-tout. Il a composé 24 symphonies, des concertos, des sonates… Dans un même temps,
Herschel s'intéresse à l'astronomie. En 1776, Herschel construit son premier télescope. C'est un
observateur hors pair : il réalise ses observations avec beaucoup de rigueur. C'est grâce à ce travail
très méthodique qu'il découvre par hasard en 1781 la planète Uranus. Suite à cette célèbre
découverte, le roi George III lui a attribué le titre « astronome du roi ». Plus tard, il découvrira les
deux satellites d'Uranus : Titania et Obéron ainsi que deux satellites de Saturne : Mimas et Encelade.
Durant sa longue vie, Herschel réalise de nombreuses découvertes et construit de multiples
télescopes, tous plus performants les uns que les autres. Pour ces incroyables découvertes, Herschel
sera nommé président de la Royal Astronomical Society. Il meurt en 1822.
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Gravure représentant le télescope D’Herschel de 40 pieds (12 m) de focale et de 48 pouces (122 cm) d'ouverture
2 – L'expérience d'Herschel.
Grâce à ses articles originaux, nous avons pu comprendre la démarche d'Herschel. Herschel
s'intéressait beaucoup au soleil. Il aimait l'observer à travers son télescope. Mais, pour éviter de se
brûler ou de s’abîmer les yeux, il utilisa des filtres de différentes couleurs avec lesquels il put regarder
le soleil. En les utilisant, il remarqua que les filtres produisaient un niveau de chaleur différent et que
cette variation de température semblait être liée à la couleur du filtre. Voici ce qu'Herschel écrit dans
son essai : « Dans une série d'expériences que j'ai parfois réalisées, touchant à la méthode
d'observation du soleil avec de grands télescopes, au meilleur avantage, j'ai utilisé diverses
combinaisons de verres d'obscurcissement différemment colorés. Ce qui a semblé remarquable était
que, quand j'ai utilisé certains d'entre eux, j'ai ressenti une sensation de chaleur, même si je n'avais
que peu de lumière; tandis que d'autres m'ont donné beaucoup de lumière avec peu de sensations de
chaleur. » Ce constat amena Herschel a réalisé une expérience, basée sur celle effectuée par Isaac
Newton. En effet, Newton démontra à l'aide d'un prisme que la lumière se décomposait en un arc-en-
ciel appelé spectre de couleurs.
Herschel poussa plus loin cette expérience en 1800. Il fit passer la lumière du Soleil à travers un
prisme, ce qui eut pour effet de projeter le spectre solaire sur une table. Le spectre solaire contient
toutes les couleurs qui composent la lumière du Soleil c'est à dire le violet, le bleu, le vert, le jaune, le
orange et le rouge.
- Il fit sa première grande expérience le 27 mars 1880. Il prit trois thermomètres de mercure dont il
noircit le bout et les plaça sur une pièce de métal pour ne pas qu'ils bougent. Il mit alors le
thermomètre No.1 dans le couleur du spectre choisie et les deux autres No.2 et No.3 à l'ombre. Ces
derniers servaient de thermomètre standard. Il décida alors au début de ne prendre que les valeurs
du thermomètre No.1 et du No.2.
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* Pour la première expérience, il mit le No.1 dans les rayons rouges :
La première fois que nous avons vu ces valeurs, nous nous sommes alors rendu compte que la
température mesurée était en Fahrenheit (°F). On peut convertir les Fahrenheit en Celsius : il suffit de
soustraire à la valeur obtenue 32, puis de la multiplier par 5 et enfin de la diviser par 9. >T(°C) = (T(°F)
– 32)×5/9.
> Il trouva donc avec le No.1 : 10,5°C pour les rayons rouges et 6,66°C dans l'air ambiant, soit une
différence d'environ 3,8°C.
* Lors de la seconde expérience, il mit le No.1 dans les rayons verts :
> Ici, il trouva 7,77°C pour le No.1 et 5,95°C pour le No.2 soit une différence d'environ 1,80°C.
* Enfin, pour une dernière expérience, il mit le No.1 dans les rayons violets :
> Il trouva donc 6,66°C pour le No.1 et 6,10°C pour le No.2 soit une différence d'environ 0,55°C.
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Il fit plusieurs fois cette même expérience avec différents thermomètres et conclut ainsi : « Les
expériences réalisées ont prouvé que la puissance thermique des couleurs du prisme est très loin
d'être divisée également et que les rayons rouges sont principalement dominants dans ce domaine. »
Herschel découvrit alors que la température du rouge était plus élevée que celle du vert et que la
température du vert était plus élevée que celle du violet.
Il réalisa sa grande découverte le 24 avril 1800. Ce jour-là, il prit les mêmes trois thermomètres qu'en
mars. Il les plaça sur un petit support incliné, recouvert d'une feuille de papier blanc. Il plaça le
support afin que le thermomètre No.1 puisse prendre la valeur dans les rayons rouges et afin que les
autres thermomètres servent de standard. De nouveau, il fit apparaître le spectre du soleil à l'aide
d'un prisme : le rouge étant la couleur juste devant le support. Il mesura alors avec le thermomètre
No.1 la température dans ce qu'il appelle « la marge de disparition des rayons rouges » :
>Il obtient alors une valeur de 11,4°C pour le No.1 et à peu près 8,4°C pour les No.2 et No.3.
Il réalisa cette expérience plusieurs fois, en s'éloignant de plus en plus de la couleur rouge et
remarqua que la température augmentait de plus en plus mais très légèrement.
Il décida alors de faire cette même expérience mais du côté de la couleur violette. Et là, il remarqua
que rien ne se passait. La température du thermomètre No.1 était la même que celle des
thermomètres standards, soit d'environ 8,9°C.
Il conclut son expérience comme cela : « Les rayons invisibles du soleil dépassent en nombre
probablement de loin ceux qui sont visibles. »
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C'est ainsi qu'Herschel découvrit qu'il y avait un autre genre de lumière, invisible cette fois-ci. Les
rayons qu'il découvrit au-delà du rouge sont dorénavant appelés les Infrarouges.
3 – Les Infrarouges.
Le rayonnement infrarouge est un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'ondes est
comprise entre 800nm et 1mm. Il est compris entre la lumière visible et les micro-ondes. Dans cette
fourchette de longueur d'ondes, on distingue différents types d'infrarouges allant des proches
infrarouges aux infrarouges lointains.
B) L'expérience d'Herschel, à notre façon.
Nous savions qu'il fallait créer un spectre à l'aide d'un prisme et du soleil. Rien de plus facile, dites-
vous ! Nous pensions cela aussi. Mais nous avons vite compris que ça ne serait pas si simple. En effet,
habiter Boulogne sur Mer signifie ne pas avoir beaucoup de soleil durant l'année. Et nous exagérons à
peine ! Surtout que l'été n'avait déjà pas été très chaud ni beau, à quoi fallait-il s'attendre pour la
suite ? Ce qui est sûr, c'est qu'il a fallu travailler sans savoir réellement quoi faire. Aller un mercredi
après-midi aux Olympiades et voir qu'il n'y avait pas de soleil nous faisait changer le travail que nous
avions préparé. Il fallait être prêt à chaque instant, n'importe où, n'importe quand. Ainsi, même si
nous étions en cours, si le soleil pointait le bout de son nez, nous allions faire nos mesures. Nous
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prenions les affaires chez nous pour faire des mesures le week-end si le soleil se montrait. Comme
quoi, nous étions vraiment intéressés par notre sujet.
*La première chose que nous avons faite a été de peindre le bout des thermomètres en noir. En effet,
Herschel lui-même l'avait fait. Cela permet de mieux absorber la lumière reçue (car un corps noir
absorbe tout le rayonnement visible qu'il reçoit) et de la transformer en chaleur. Ainsi, les
thermomètres capteront mieux et plus vite la chaleur reçue. L'encre de chine (ce qu'Herschel a
utilisé) ne marchant pas, nous avons peint le bout des thermomètres avec du cirage à chaussure noir.
1 – Nos expériences ratées.
*31 octobre, 12h, notre toute première expérience ; réalisée de manière un peu artisanale. Nous
n'avions réfléchi à rien, nous voulions simplement essayer d'avoir des mesures. Pour cela, nous
tenions le prisme et le thermomètre à bout de bras. Nous faisions apparaître le spectre à l'ombre,
pour mieux le voir.
Les valeurs n'ont pas été concluantes du tout. Nous avons trouvé les températures suivantes :
Température ambiante > 14°C
Température dans le violet > 15°C
Température dans le vert > 15,5°C
Température dans le rouge > 16°C
Température dans les infrarouges > 15°C
Nous savons ce qui n'a pas été. Tout d'abord, tenir à bout de bras un prisme, même si il est très léger,
était très difficile. Notre main tremblait et faisait par conséquent bouger le spectre. De même pour le
thermomètre, nous le faisions, sans le faire exprès, bouger. Les valeurs étaient donc faussées. De
plus, le soleil jouait à cache cache avec les nuages. Le spectre était une fois net, une fois trouble.
> Il fallait donc trouver un support pour le prisme ainsi que pour le thermomètre et avoir un soleil
sans nuages.
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*7novembre, 11h ; deuxième expérience ratée. Nous avions trouvé le moyen de tenir le prisme grâce
à une potence et une pince ; et nous posions la feuille blanche et les thermomètres sur une surface
lisse.
Cette expérience aurait pu être réussie mais ce qui a été une erreur fut de faire apparaître le spectre
au soleil : il était à peine visible. Les thermomètres prenaient souvent la température ambiante (du
soleil) sans tenir compte du spectre. De plus, le fait de prendre les mesures avec 3 thermomètres
différents ne nous donnait pas toujours les mêmes valeurs et c'est pour cela que nous n'avons pas
gardé ces mesures.
2 – On a (finalement) réussi !
Un dimanche, le 9 novembre exactement, nous avons eu enfin du soleil ! Nous avons donc eu l'idée
de faire l'expérience de Herschel dans un carton.
Nous avons d'abord découpé au cutter un trou pour simplement faire passer un peu des rayons du
soleil à travers le prisme. Nous avons ensuite fixé le prisme avec du scotch. Ce dernier ne doit être
que sur les côtés du prisme, car si le scotch traverse le prisme, le spectre ne sera pas entier, il sera
coupé d'une bande noire > le scotch.
Puis, nous avons dû découper au cutter une ligne dans le bas du carton car :
- Le thermomètre ne passait pas.
- Et cela permettait aussi au thermomètre d'être tenu.
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Nous avons commencé l'expérience à 13h15 et fini à 14h15. Nous avons utilisé l'un après l'autre deux
thermomètres différents que l'on appellera T1 et T2 pour mesurer la température ambiante puis dans
les rayons violets, verts, rouges et pour finir Infrarouges. Voici les températures que nous avons
trouvées :
- Températures ambiantes à l'intérieur du carton :
T1 > 16°C T2 > environ 15,2°C
- Températures dans le violet :
T1 > environ 16,2°C T2 > environ 15,2°C
- Températures dans le vert :
T1 > 17°C T2 > 17°C
- Températures dans le rouge :
T1 > 18°C T2 > 18°C
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- Températures dans les Infrarouges :
T1 > environ 18,2°C T2 > environ 18,4°C
A la fin de l'expérience, nous remarquons bien que les températures augmentent petit à petit du
violet aux infrarouges, que ce soit avec le premier thermomètre ou avec le second. Nous avons donc
réalisé ce graphique montrant la hausse de température entre la température ambiante et celle dans
le spectre visible et au-delà pour le thermomètre No1. On voit bien ici que la température a tendance
à augmenter et que cette hausse se poursuit au-delà de la lumière rouge dans les Infrarouges.
>Nous avons eu le plaisir, en faisant la même expérience qu'Herschel, dans les mêmes conditions que
lui, de trouver le même résultat.
Cependant, nous avions étudié en cours de première des formules et des lois qui nous semblent en
contradiction avec le résultat de l’expérience d’Herschel. N’y a t il donc pas une contradiction entre ce
résultat et nos cours de première?
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II – La découverte d'Herschel, un hasard, un coup de chance ?
A) Des contradictions apparaissent.
1 - Température du soleil.
* Notre première expérience fut réalisée le mercredi 17 octobre 2012 vers 13h.
Nous avons mesuré avec l'appareil de la constante solaire (le cube) la température ambiante à
l’ombre : environ 22°C ; puis celle au soleil : environ 28°C. Nous avons attendu que le cube soit à la
même température que celle ambiante à l’ombre. Quand le cube fut à cette température, nous
l’avons placé face au soleil pendant 10 minutes puis nous avons pris la température du cube : 28°C.
Nous avons de nouveau attendu que le cube revienne à la même température que l’ombre, cela prit
environ 20 minutes. Puis nous avons recommencé l’expérience mais, cette fois-ci, nous avons placé le
cube face au soleil pendant 5 minutes. A la fin de l’expérience, la température du cube était d’environ
24.6°C.
* La deuxième expérience fut réalisée le mercredi 24 octobre aux alentours de 14h30.
On a refait l’expérience du 17. La température ambiante à l’ombre était d’à peu près 18°C. Nous avons
placé le cube face au soleil, puis au bout de 10 minutes, pris la température : 26.6°C. Ensuite, on a
attendu que la température de cette dernière redescende à la température de l’ombre puis nous
avons recommencé l’expérience. Après 5 minutes, la température du cube était : 22.6°C.
2 - Calculs et lois qui contredisent la découverte d’Herschel.
Il y a un conflit entre Herschel et sa découverte et la loi de Planck.
En effet, la loi de Planck affirme que plus la longueur d’onde est grande, plus l’énergie est faible.
Donc, normalement, ça devrait être plus chaud du côté des ultraviolets qui ont une longueur d’onde
plus courte que les infrarouges.
Pour déterminer la longueur d’onde dans laquelle la température du soleil est plus chaude, il y a
plusieurs étapes à effectuer.
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*Trouver la puissance terrestre et atmosphérique.
Psol=
Où m désigne la masse de l’objet en kilogrammes : 0,197 kg.
c = chaleur massique spécifique en J.kg-1.K-1 : 418 J.kg-1.K-1.
∆T = variation de la température en °C.
S = surface en m2 : (45.10-3)2 m²
T = temps de mesures en secondes.
On utilise les 2 meilleures mesures que l’on a trouvées dans les expériences de température du soleil
: l'expérience 1 (du 17.10) au bout de 5 minutes (+3,6°C) et l'expérience 2 (du 24.10) au bout de 10
minutes (+8,6°C). On les appellera 1 pour l'expérience 1 et 2 pour l'expérience 2 (P1, T1, …).
Pour la première valeur :
P1sol =
Pour trouver la puissance de l’atmosphère à partir de la puissance terrestre il faut multiplier par un
nombre qui varie selon le temps, l’état du ciel et l’angle par rapport au soleil. Nous avons dû
multiplier par 2,1.
Donc P1atmos =488 x 2,1 1024 W.m-2
Pour l’autre mesure :
P2sol =
Donc P2atmos =583 x 2.1 1224 W.m-2
Notre seconde valeur obtenue est correcte puisque la puissance atmosphérique doit être d’environ
1400 W.m-2.
*Trouver la puissance du soleil.
Pour trouver celle-ci, on a utilisé l’égalité suivante :
Patmos .4π(RST)2 = Psoleil. 4π(Rs)
2
Où Rst est le rayon Terre-Soleil en km
et Rs est le rayon du Soleil en km
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Donc Psoleil=
On enlève le 4π en haut et en bas et on a :
Psoleil =
On remplace par nos valeurs :
P1soleil =
Et P2soleil =
*Trouver la température (elle s’exprime en Kelvin et se note T)
D’après la loi de la constante solaire on a :
Psoleil=
Donc : où = 5.67.10-8
On utilise nos valeurs :
T1 =
T2 =
La température du soleil est de 5780 K. Notre seconde valeur est donc toujours très bien.
*Trouver (enfin) la longueur d’onde.
On utilise la loi de Wien :
Où s’exprime en mètres.
T en Kelvin.
2,898.10-3 est la constante de Wien donc :
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Prenons nos valeurs :
λ1max =
λ2max =
Pour conclure toute cette partie de calculs, le soleil à une température plus chaude dans les
longueurs d'ondes appartenant à la couleur verte. (Longueur d’onde du vert : entre 5x10-7m et
5.78x10-7 m).
Nous avons donc décidé d'utiliser un spectrophotomètre (modèle à fibre optique) pour vérifier notre
découverte. Nous avons fait plusieurs spectres comme celui-ci dessous.
On retrouve bien ici et dans tous les autres spectres, un maximum d'émission dans le vert comme le
prévoyait la loi de Wien.
Alors pourquoi Herschel (et nous aussi) trouve-t-il dans le spectre Solaire, qui est la lumière
directement émise par le soleil, une température plus élevée dans les Infrarouges ?
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B) Un coup de chance grâce au prisme?
1-Le prisme.
On s'est alors demandé si ce n'était pas grâce au prisme qu'Herschel avait pu découvrir les
Infrarouges.
Grâce à nos cours de premières, nous avions appris la réfraction. La réfraction est le fait que la
lumière est déviée lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre. Ici, nous faisons passer la
lumière blanche à travers un prisme, il y a donc une double réfraction : les rayons passent de l'air au
verre puis du verre à l'air. Mais nous savons aussi que la lumière blanche en traversant un prisme crée
un spectre de couleurs. Nous avons donc essayé de mesurer l'angle de réfraction des rayons rouges et
l'angle de réfraction des rayons verts grâce à un goniomètre. Mais l'expérience n'a pas fonctionné car
la lampe à mercure nous a lâchés au bout de quelques minutes. Cependant, même si nous n'avons
pas réussi à trouver de valeurs personnelles, nous savons que les rayons violets sont les plus
réfractés, que les rayons verts sont un peu moins réfractés que les violets et que les rayons rouges
sont les moins réfractés.
Nous avons décidé de mesurer l'absorbance du verre, c'est à dire que nous avons mesuré la capacité
du verre à absorber la lumière qui le traverse. Grâce à un spectrophotomètre (modèle classique à
cuve), nous avons mesuré l'absorbance d'une lame de verre d'épaisseur de 2mm en fonction de la
longueur d'ondes. Nous avons été des UV aux IR.
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Puis grâce à l'absorbance, nous avons pu calculer la transmittance, qui est, pour un milieu donné, la
fraction de l'intensité lumineuse le traversant. La transmittance est liée à l'absorbance par la relation
suivante :
A = - logT c'est-à-dire T = 10¯A.
Grâce à la transmittance, nous avons pu faire le spectre de transmission du verre.
>Le spectre nous montre que le verre est
défavorable aux UV et favorable aux IR. On voit
en effet que le verre laisse à peine passer les
UV alors qu'il laisse vraiment bien passer les IR.
>Donc on voit bien que le verre est très
favorable aux IR et non aux UV. Le prisme ne
laisse presque pas passer les UV mais en plus ce
sont les rayons les plus réfractés ! Quant aux IR, eux, le verre les laisse passer et ils sont les rayons les
moins réfractés. Donc on peut dire que le prisme favorise les rayons IR.
2-Le réseau.
Nous avons donc décidé de refaire la même expérience mais cette fois-ci en utilisant un réseau, qui
lui ne favoriserait pas les IR.
Il existe plusieurs types de réseau :
- Le réseau par transmission est une diapositive sur laquelle on a disposé à intervalles réguliers des
traits opaques.
- Un réseau par réflexion est un miroir sur lequel on a disposé à intervalles réguliers des traits
opaques.
Pour nos expériences, nous avons utilisé un réseau par réflexion. Nous avons placé le réseau face au
soleil afin de projeter le spectre sur une feuille blanche, collée à un carton. Nous avons choisi l'ordre
1 pour mesurer la température du spectre car il est plus lumineux. Nous avons donc mesuré la
température ambiante, dans le violet, dans le vert, dans le rouge et enfin dans les Infrarouges. Nous
avons réalisé l'expérience à deux reprises, une première fois le 14 novembre 2012 de 16h à 17h puis
une deuxième fois le 18 novembre 2012 de 13h15 à 14h15. Nous appellerons T1 le thermomètre
ayant mesuré les températures prises lors de la première expérience et T2 celles prises lors de la
seconde expérience.
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Le 14 novembre 2012 :
Le 18 novembre 2012 :
Voici les températures que nous avons trouvées :
- Températures ambiantes à l'ombre :
T1 > environ 13,2°C T2 > 15°C
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- Températures dans le violet :
T1 > environ 14°C T2 > 15°C
- Températures dans le vert :
T1 > environ 15,1°C T2 > 17°C
- Températures dans le rouge :
T1 > environ 13,2°C T2 > environ 15,6°C
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- Températures dans les Infrarouges :
T1 > environ 13,8°C T2 > environ 16,4°C
En réalisant la même expérience qu’Herschel, mais cette fois-ci avec un réseau, on découvre que la
température la plus haute se trouve dans le vert. Ce résultat, lui, est plus proche de ce que proposent
les lois. Cela montre que le prisme a aidé Herschel à faire sa grande découverte.
III - Commentaire et discussion avec le Jury régional.
Une nuance dans nos propos.
Comme nous l'a fait remarquer le Jury régional, il est un peu extrême d'affirmer qu'il existe une
contradiction entre la découverte d'Herschel et les lois existantes. Il est vrai que de nombreux
historiens et scientifiques ont remis cette découverte en question. Mais, il faut remarquer que la
plupart des encyclopédies et des livres de physiques attribuent tout de même la découverte des
Infrarouges à William Herschel. Il faut donc en effet nuancer nos propos.
*Il faut remarquer que l'atmosphère a un rôle à jouer. Il est vrai que l'atmosphère absorbe les UV et
les IR. Les UV sont absorbés en partie par la couche d'ozone. Les IR sont absorbés par la vapeur d'eau
et donc énormément par les nuages. Ce qui signifie que la lumière visible arrive plus facilement sur
Terre. Alors, le fait que le soleil ait un maximum d'émission dans le vert ne serait-il pas un
phénomène dû à l'absorption de l'atmosphère des IR et des UV. Sans l'atmosphère cela serait peut-
être différent.
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*On peut alors se demander s'il n'y aurait pas un pic d'émission dans les IR mais impossible à
observer pour nous ?
*Ensuite, il est vrai aussi que nous n'avons pas fait nos expériences avec le prisme et le réseau le
même jour, au même moment. Le spectre apparu n'avait pas non plus la même longueur. Mais même
si la température était différente, la conclusion était toujours la même.
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Conclusion
En réalisant les expériences d’Herschel, nous avons eu le plaisir de
retrouver les mêmes résultats, c’est-à-dire que la température est
plus chaude dans les Infrarouges lorsque la lumière du soleil traverse
un prisme.
Cependant il semble qu'il y ait une contradiction lorsque nous avons
repris les courbes de première. Certaines lois comme celle de Wien
viennent contredire la découverte d’Herschel en montrant que la
longueur d’onde maximale du spectre d’un corps noir dépend de sa
température. Normalement, d’après les courbes, le pic d'émission du
soleil est dans le vert, donc on pense que la température la plus
chaude devrait être dans le vert.
Nous avons alors appris que le prisme en verre était favorable aux
Infrarouges. Nous avons donc entrepris de refaire les mêmes
expériences qu’Herschel mais avec un matériel plus récent : un
réseau. Celui-ci n'étant favorable ni aux UV ni aux IR, nous trouvons
une température plus chaude dans le vert, ce qui est plus probable
d'après les lois.
Nous pouvons donc dire qu’Herschel, s’il n’avait pas eu la chance
d’utiliser un prisme, n’aurait sûrement pas fait sa grande découverte,
c’est-à-dire découvrir les infrarouges.
24
Bibliographie.
- Investigation of the Powers of the PrismaticColours to Heat And IlluminateObjects;
WithRemarks, That Prove the DifferentRefrangibility of Radiant Heat. To WhichisAdded, an
Inquiryinto the Method of Viewing the Sun Advantageously, withTelescopes of
LargeApertures and High MagnifyingPowers. By William Herschel.
- Experiments on the Refrangibility of theInvisible Rays of the Sun. By William Herschel
- Experiments on the Solar, and on the Terrestrial Rays that Occasion Heat; With a
Comparative View of the Laws to Which Light and Heat, or Rather the Rays Which Occasion
Them, are Subject, in Order to DetermineWhetherThey are the Same, or Different. Part I. By
William Herschel
- POUR LA SCIENCE - N°423 - JANVIER 2013, article « Herschel et l'énigme des
Infrarouges. »
- AMERICAN SCIENTIST, the magazine of Sigma Xi, The Scientific Research Society -
Volume 100, Number 3, Page: 218 – MAI- JUIN 2012 , article « Herschel and the puzzle of
infrared. »
25
Remerciements
Mme Christine RIGOLLET, Proviseure, Lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer.
Mr. Mathieu VAAST, Proviseur Adjointe, Lycée E.BRANLY, Boulogne-sur-Mer.
Mr. Eric FOUCHOU-LAPEYRADE, agent comptable, Lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer
Mr. Kamil FADEL, directeur du département Physique du Palais de la Découverte.
Georges WLODARCZAK
Tout le jury régional et toutes les personnes du lycée d'Hazebrouck.
Un énorme MERCI à Mr. Olivier BURIDANT, professeur de Physique-chimie et coach d'Olympiades. Lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer.
Mr. Didier SORET, professeur de Mathématique. Lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer.
Mme. Elise BERTELOOT, professeur de Français et de Latin. Lycée E.BRANLY, Boulogne-sur-Mer.
Mme Patricia CAROEN, Mme Sylvie DELETOILLE, Mme Betty HENGUELLE, Mme Véronique PRUVOT et Mr. Gaël DANEL, Mr Romain LAMARRE et Mr Bruno HERMAND, personnels de laboratoire. Nous n'aurions rien pu faire sans leur aide et leur patience.
Les Agents de service du Lycée : Les Agents Techniques, les Dames de Services qui ne sont jamais tranquilles et qui ne peuvent jamais nettoyer les salles le mercredi.
Tout le personnel du lycée pour leur aide, même involontaire.
Aux anciens camarades d'Olympiades qui viennent nous voir et nous aider ; même à travers le monde.
Aux camarades d'Olympiades 2012 car nous sommes tous dans la même galère.
A notre classe, la Terminale S2 pour leur soutien.
A nos parents, pour nous avoir écoutés répéter encore et encore, pour avoir tout relu, et pour être venu nous chercher plus tard au lycée…
Merci à tous ceux qui nous ont aidés, volontairement ou involontairement, qui ont passé du temps avec nous, qui ont eu la patience d'être là pour nous et de nous écouter. Merci à toutes les personnes pour tout ce qu'elles ont pu faire pour nous. Et enfin, merci à tous ceux que nous avons oublié de citer…
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Les Olympiades vues par Clémence.
Rien n'est perdu d'avance ; il faut tout donner jusqu'à la dernière seconde !
J'ai toujours aime la Physique. Enfin, plus particulie rement la Chimie, je vous l'avoue !
Les expe riences m'ont toujours attire es, je trouvais ça extraordinaire et avec un petit
co te magique. Quand j'ai appris qu'au Lyce e Edouard Branly il existait les Olympiades,
j'ai tout de suite voulu y aller. Cela s'est confirme lorsque je suis alle e a la porte ouverte
du lyce e, fin troisie me et que j'ai de couvert toutes les possibilite s qu'on nous offrait. Je
me souviens du professeur, Mr Buridant, qui m'avait donne envie de s la premie re
seconde d'y venir. Je suis arrive e aux Olympiades de Physique en seconde. Tout a
commence par une histoire de cristaux ! Il fallait re ussir a faire le plus gros cristal, sans
que celui-ci ne se de double. Cela n'a pas e te une mince affaire. Et non, je n'ai pas re ussi !
Je m'amuse encore a essayer, mais il faut croire que je n'ai pas le coup de main, les miens
sont tous petits. Cela m'a quand me me donne extre mement envie de re aliser des
expe riences et de continuer les Olympiades. Alors en septembre de premie re, c'e tait
reparti pour tour ! J'ai fait les Olympiades de Physique, avec comme sujet : Le Petit Lu.
Malheureusement, nous n'avons pas passe le premier tour. Cependant, je n'ai pas arre te
pour autant, et j'ai continue a venir faire des tas d'expe riences. Pour la terminale, me
convaincre de continuer a e te un peu plus difficile. En effet, les Olympiades prennent du
temps, tous les mercredis apre s-midi il faut aller travailler au lyce e et en fin d'anne e il
faut me me travailler chez soi. Alors avec le bac, j'ai doute . Mais Mr Buridant a encore
re ussi a me persuader de rester. Il est vrai que sur le plan du travail et des e tudes, les
Olympiades de Physique nous permettent de re viser la physique apprise en cours, ainsi
que de re aliser des expe riences, ce qui sera utile pour les TP bac.
Notre sujet pour cette anne e a e te comme une re ve lation. Lors du premier cours de
physique, nous retrouvons Mr Buridant comme professeur principal et professeur de
physique-chimie et spe cialite physique. Cela fut une immense joie jusqu'a ce qu'il passe
aux choses se rieuses : Sujet 0 du bac 2013 ! C'est la que nous avons de couvert notre sujet
gra ce a un exercice sur le satellite Planck. Celui-ci sera : les Infrarouges !
Les premiers mercredis, on avance petit a petit en se disant que le concours est encore
loin et que l'on a le temps. Mais le temps passe tre s vite et il faut peut-e tre commence a
s'y mettre. Surtout que nous avions besoin, pour nos expe riences, du soleil ce qui n'est
pas chose facile dans le Nord ! Lors de ces 3 mois intenses, nous avons plusieurs stades :
la re flexion, en avançant petit a petit –l’absence de progression– et pour finir le stress et
l'avance rapide ! En effet, les Olympiades nous apprennent a avoir des objectifs.
Construire un projet de A a Z et avoir la notion de temps qui s'e coule est tre s difficile. Je
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pense que cela a e te un vrai miracle de re ussir dans les temps. Rendre le dossier a
l'heure a e te une course. Nous e tions vraiment en retard mais avec un bon coup de stress
pour nous motiver, nous avons re ussi ! Travailler en groupe fu t aussi une ve ritable
expe rience, avec de bons comme de mauvais co te s. Il est vrai que ça n'a pas e te toujours
facile : des opinions qui s'opposent, des points de vue diffe rents, des changements de
dernie re minute ou encore nos caracte res contradictoires cre e rent des tensions mais
l'envie de re ussir est plus forte que tout et nous aida a surmonter toutes ces choses.
Hazebrouck, le concours re gional, « au secours » ! Le stress est a son maximum : la
journe e commence tre s to t, il faut porter les tre s nombreux cartons que nous avons pris,
installer les autres groupes.. Car en effet, la journe e est place e sous le signe de la
solidarite ! C'est cela les Olympiades, aider les autres groupes, aller les voir et les e couter.
Malheureusement pour nous, nous passions en dernier. Apre s e tre passe s, nous avions
encore a attendre le verdict ! Et quand nous avons su que l'on e tait pris, notre joie a
explose et toute la pression est redescendue, me me si, il fallait encore rectifier certaines
choses pour Paris.
Et aujourd'hui, nous sommes en pleine re vision, re pe tition et surtout en plein stress en
attendant le jour – J, celui du concours des Olympiades. C'est vraiment un honneur et un
privile ge de venir a Paris. Notre anne e de travail sera enfin re compense e. Mais je ne veux
surtout pas que le temps passe vite ; car l'anne e prochaine je ne pourrais plus vivre cette
expe rience extraordinaire !
Les Olympiades m'ont permis de m'investir re ellement dans quelque chose que j'aime.
Gra ce a elles, j'ai appris e norme ment. J'ai appris que l'on pouvait faire un bon sujet a
partir de rien. J'ai appris que me me si les premie res expe riences ne sont pas les bonnes,
nos erreurs servent toujours car elles permettent de trouver d'autres expe riences plus
concluantes. J'ai compris qu'en physique on mesurait et qu’on ne calculait pas. J'ai pu
observer que nos re sultats ne coï ncidaient pas toujours avec la re alite ...
Mais, ce que j'ai surtout appris que rien n'e tait perdu d'avance, qu'il fallait tout donner
jusqu'a la dernie re seconde et ne jamais baisser les bras.
DUFLOS Cle mence
17 ans
Terminale S2
Spe cialite Physique-Chimie
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Les Olympiades vues par Anthony.
Les Olympiades, du sport à l’état pur.
C’est l’an dernier gra ce a Cle mence que je me suis inte resse aux Olympiades car
elle y participait de ja et je l’avais accompagne au concours. Ce jour-la , Monsieur
Buridant m’avait de ja touche quelques mots sur les Olympiades car il voyait que
ça me plaisait. Cette anne e, retrouvant monsieur Buridant comme professeur
principal, de physique et de spe cialite , nous en avons reparle . Je me suis alors
engage malgre la peur de ne pas avoir le temps ni la volonte ne cessaire (avec les
devoirs, le sport a co te et le fait que je rentre toujours tard chez moi apre s le
lyce e) et aussi le fait que l’on passait le Baccalaure at a la fin de l’anne e. Mais
M.Buridant sait e tre tre s convaincant et nous a dit que l’on n’aurait pas besoin de
faire beaucoup de choses et que si on avançait bien au lyce e on n'aurait rien, ou
presque, a faire a la maison.
Au de but, nous avons eu un peu de mal sur le choix du sujet mais notre
professeur nous en a propose et nous avons choisi les infrarouges. Pourquoi ? Je
trouvais ça passionnant d’e tudier quelque chose en rapport avec notre anne e de
terminale puisqu'on parle des infrarouges et des ondes en cours, ça pourra nous
servir au BAC. De plus, nous nous mettons dans la peau d’un scientifique et nous
ve rifions si un autre avait raison ou tort. Nous proposons des hypothe ses qui
peuvent e tre vraies et essayons de les justifier en re alisant de nombreuses
expe riences. Parfois c’e tait la course pour profiter du beau temps au lyce e pour
les expe riences a faire a l’exte rieur ou autres.
Nous avons eu des proble mes, il y a eu des re sultats inattendus, des
thermome tres et des prismes brise s, casse s, le mauvais temps : peut-e tre la pire
chose quand on veut e tudier le spectre du soleil… Mais on y est parvenu et c’est
ce qui est super ! On a eu aussi de bonnes choses ! Et le fait de les trouver et de
les avoir nous remontait beaucoup le moral. C’est ça les Olympiades, bosser,
bosser, pour un jour arriver a trouver quelque chose, a l’expliquer et faire partie
de ceux qui l’ont de couvert! Ce qui e tait bien c’e tait aussi de s’entendre avec
Cle mence car sinon cela n’aurait rien donne ! On avait confiance l’un en l’autre et
on n’avait pas besoin de surveiller l’autre si il le faisait bien ou non. Le fait de se
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voir facilement en dehors des cours nous permettait de nous avancer me me a
l’exte rieur du lyce e, pendant les vacances..
Arrive a Hazebrouck, le stress e tait la mais aussi la motivation. C’e tait la premie re
fois que je pre sentais un sujet d’Olympiades devant des jure s et c’e tait une
expe rience vraiment stressante ! Tout d’abord nous aidions les autres groupes a
installer leurs mate riels car nous passions derniers (chance ou malchance ?).
Nous regardions nos amis faire leurs expose s et e coutions les questions pose es ce
qui nous rendait encore plus anxieux. Puis, nous nous sommes entraï ne s, avec le
soutien des autres e quipes du lyce e. Car c'est cela aussi les Olympiades : nous
sommes une petite e quipe dans une plus grande ! En tout cas, nous voulions
re ussir, faire un bon oral, impressionner, expliquer correctement, les faire
comprendre, ... Que les jure s soient avec nous dans le sujet, inte resse s par celui-ci.
Je pense que cela a fonctionne ! Quand nous sommes passe s, tout a e te tre s vite ;
les questions virevoltaient ! Enfin, lors de la ce re monie de re compense, quand
nous avons su que 3 groupes sur 4 e taient pris (petite pense e pour ce groupe qui,
espe rons, re ussira l’anne e prochaine), ça e tait la fe te ! Les jure s nous ont
re ellement aide et ont appre cie notre sujet, ge nial ! Quoi de mieux ? Et nous voila ,
en route pour PARIS !
J’adore la physique-chimie, c’est une de mes matie res pre fe re es. Les Olympiades
ont permises d'e mettre des hypothe ses, manipuler seul, avoir des
responsabilite s… Une expe rience ge niale que je conseillerais si je pouvais a tous
ceux qui adorent la physique-chimie !
FORTIN Anthony
17 ans
Terminale S2
Spe cialite Physique-Chimie.
