La physique abordée
– Mécanique classique (chute des corps)
– Utilisation des capteurs du smartphone (accéléromètre, luxmètre, magnétomètre)
– Fabrication d’outils de mesure rudimentaires avec le smartphone : mesure d’un champ magnétique, d’une intensité lumineuse, d’un détecteur de vibrations, ou d’un anémomètre
– Electronique : utilisation de cartes Arduino pour mesurer et émettre des signaux lumineux avec des LEDs
L’histoire en deux mots
Les étudiants incarnent une équipe de l’agence spatiale européenne. Ils découvrent qu’ils doivent assister à distance un vaisseau spatial qui vient d’atterrir sur une comète inconnue.
INTRODUCTION
Montrer aux étudiants cette video « MO I1 »: quelqu’un de l’agence spatiale leur explique la situation et leur mission.
EPREUVE : OUTILS DE MESURE POUR EXPLORER
JOUR 1 / matin
L’épreuve consiste à fabriquer des outils avec smartphone pour mesurer des paramètres de base sur la planète. Du matériel frugal est fourni, et les étudiants travaillent en groupe.
Le vaisseau envoie ce message :
“Ici le vaisseau Odyssée, on a besoin de vous ! Voilà, on arrive bientôt sur la comète. On n’a malheureusement pas grand chose pour mesurer la comète, on a perdu tous les robots au décollage. Il nous reste un kit de base technologique PZ99. On a donc besoin de votre aide et vite !
Pouvez-vous, avec ce même kit, nous préparer des solutions opérationnelles pour fabriquer des petits outils de mesure ? Il nous faudrait si possible un anémomètre pour mesurer la vitesse du vent, un magnétomètre, un luxmètre, et un sismographe. On vous recommande de suivre donc le protocole PZ99. On devrait atterrir d’ici 2 heures. Pouvez-vous nous envoyer des modes d’emploi d’ici là ? On compte sur vous.”
Donner aux participants le protocole PZ99 : choisir en fonction du niveau de difficulté qu’on souhaite parmi les instruments à réaliser.
Dans cette activité, l’idée est d’utiliser les capteurs à l’intérieur des smartphones pour faire des mesures physiques, associés à un peu de bricolage. L’application Phyphox ou l’application Fizziq sont parfaites pour cela. Si les étudiants ne les connaissent pas, prévoir un crashcourse de 10 min fait par un “expert détaché à l’ESA” qui montre comment fonctionne l’une de ces applications (vous ou un collègue).
Le kit PZ99 peut être différent ou fusionné avec le kit C2309. Prévoir dans tous les cas du matériel de la vie de tous les jours avec lequel on peut faire du petit bricolage.
Selon vos objectifs, vous pouvez ne demander qu’une partie des appareils proposés.
Après les tests finaux, l’équipe doit se mettre d’accord ensemble sur quels appareils elle retient, et envoyer leurs photos et descriptifs au vaisseau (juste les photos si pas le temps).
TRANSITION
Message du vaisseau en début d’après-midi :
“Allô, voici un petit point. On a pu récupérer vos notices et fabriquer les instruments. On a fait des relevés sur toute la région autour de notre point d’atterrissage. »
En option possible : analyse des données : Le vaisseau envoie aux étudiants les données qu’il a récupérées et la carte de la comète . Il leur demande de les analyser. Ils repèrent alors normalement un point curieux au niveau d’un cratère, et doivent le dire au vaisseau qui leur répondra qu’il va aller l’explorer. Lien vers les documents nécessaires (“carte.jpg” et “donnees a tracer.xlsx”).
Suite avec ou sans l’option :
Le vaisseau envoie un message qui dit en gros :
“On a repéré un cratère étrange au vu des mesures. On va aller y jeter un œil, on vous tient au courant.”
Puis petite pause puis enchaîner avec l’épreuve suivante.
EPREUVE : LACHER DE SMARTPHONE
JOUR 1 / après-midi
L’épreuve consiste à fabriquer une protection pour pouvoir laisser tomber un objet fragile de haut en suivant le protocole GH12. Du matériel frugal est fourni, et les étudiants travaillent en groupe.
Le vaisseau leur envoie ce message (adapter si besoin la hauteur de chute et la durée de l’épreuve) :
“ok, on vient de poursuivre l’exploration, et on a repéré un trou. Oui ! Un véritable trou dans le sol. Il fait un ou deux mètres de diamètre, et une profondeur de 5 mètres en gros. Il est entouré d’une zone très acide qu’on ne peut pas traverser et probablement toxique. Mais on veut voir ce qu’il y a dans ce trou à tout prix !
On a bien réfléchi, et ce qu’on peut faire, c’est envoyer un de nos smartphones dedans en mode caméra. En tombant, il pourra filmer ce qu’il y a autour et en bas, puis on récupèrera le signal par le bluetooth. Tant pis si on en sacrifie un, ça vaut le coup.Bref, on a besoin de vous pour nous aider ! Attention, on a peu d’autonomie, on ne peut pas rester plus de 2 heures sur la comète . Donc envoyez nous d’ici 1h30 un protocole à suivre pour protéger le smartphone et lui permettre de tomber et filmer ce qu’il y a autour de lui. Attention, pas possible d’utiliser de corde à cause de la zone acide. On peut juste venir près du trou, lancer le smartphone, et repartir en courant dans une zone protégée.
On vous suggère de suivre un protocole GH12, c’est ce qui nous semble le plus raisonnable et on a tout le matériel ici du kit C2309 donc si vous arrivez à le faire sur Terre, on y arrivera ici aussi !
Bon courage, on compte sur vous !”
Choisir parmi 2 versions du protocole GH12 à donner aux étudiants :
– une version simple, la seule consigne est que l’œuf résiste à la chute.
– une version plus évoluée, qui demande aux étudiants de faire une analyse vidéo de la chute pour évaluer les forces de frottements de l’air.
Ne pas hésiter à ajuster les contraintes en fonction de vos étudiants et de vos objectifs, par exemple :
– la caméra doit pouvoir filmer la chute, ce qui oblige les étudiants à ralentir la chute (fixer une durée minimum)
– une fois le dispositif au sol, il faut être sûr que la caméra ait une orientation précise (pour filmer dans la bonne direction).
Cette activité peut être plus ou moins poussée selon les contraintes que vous imposez :
– tracking de la chute par analyse vidéo (utilisez l’application Fizziq par exemple)
– imposez une contrainte de temps minimum et d’orientation pendant la chute afin de filmer celle-ci.
Déroulé typique :
Temps de fabrication des dispositifs : 1h30 – Les étudiants conçoivent par groupe un dispositif, le testent, l’améliorent.
Test final : 20 à 30 mn : tous les groupes, les uns après les autres (ou tous en même temps si le temps est compté), testent en grandeur réelle leur dispositif (le laissent tomber d’une hauteur d’environ 5 m) et on vérifie si les conditions émises par le protocole sont vérifiées. Pour ce test, le smartphone est remplacé par un œuf : il faut que l’œuf soit intact à la fin de la chute. L’ensemble des étudiants doit se mettre d’accord alors sur le dispositif à envoyer aux astronautes (prendre en photo plan et appareil qu’on envoie au vaisseau spatial).
En option : si on veut éviter de choisir entre les différents dispositifs (pour éviter des tensions de compétitions), on envoie les plans de tous les dispositifs aux astronautes ainsi que leur résultat au test, et on dit que ce seront eux qui choisiront en fonction de leurs contraintes locales (matériel, combinaisons spatiales, …)
Si vous avez beaucoup d’étudiants : des groupes de 3 / 4 étudiants fonctionnent bien. Si les groupes sont plus grands, on peut prévoir des fonctions de rédacteur de tutoriel : quelques étudiants prennent en charge la rédaction d’un mode d’emploi pour fabriquer le dispositif. On peut insister sur le caractère important de ce document et son devoir de clarté. Sinon, des photos suffisent pour communiquer avec les astronautes. Si les groupes sont plus grands, prévoir une activité d’analyse de trajectoire qui soit prise en charge par quelques étudiants.
Matériel : Le kit C2309
Ce sont ce dont les astronautes disposent. Il peut être modifié en fonction de vos stocks. Il s’agit de petit matériel de bricolage, la liste proposée (au format pd et ppt) a été testée et fonctionne mais peut être modifiée facilement. Idéalement, il faudrait que chaque groupe ait un kit C2309 à sa disposition, mais en pratique le plus simple est de mettre le matériel à disposition dans la salle. Les quantités disponibles sont alors plus importantes que ce qui est indiqué dans le kit (on peut avoir 100 pailles, même si le kit indique que les astronautes n’en n’ont que 10) : il faut que les groupes fassent attention à ne pas dépasser les quantités dans leur dispositif (mais plusieurs groupes peuvent utiliser 10 pailles).
Matériel bricolage : en plus du kit, prévoir cutters, ciseaux, pistolets à colle, pinces, matériel de protection et de nettoyage : tapis de découpe, bâches plastiques, sacs poubelle, balais… Il faut également prévoir des œufs pour le test final.
TRANSITION
Le vaisseau indique au bout d’un certain temps (temps propice pour une petite pause ou du rangement) : “Ca y est ! On a réussi à faire le montage que vous nous avez recommandé. On est parti et on a lancé la caméra. Ca a marché !!! Bravo ! Trop fort les gars sur Terre ! On vous envoie le film qu’on a récupéré.”
Montrer la vidéo « MO T2 » https://youtu.be/2LIr9OTkvhE chute à la premiere personne d’un smartphone, puis arrivé en bas, on devine une présence extérieure qui s’empare du smartphone (on entend même quelques mots en extraterrestre).
Dire que pour des raisons liées aux trajectoires spatiales, la communication est coupée jusqu’au lendemain matin
EPREUVE : ARDUINO ET CODES LUMINEUX
JOUR 2 / matin
Communication avec le vaisseau :
“Vous avez vu et entendu ??? Incroyable ! Quelqu’un a pris la caméra ! Il y a une présence vivante en bas qui semble parler. Il faut absolument qu’on essaye de communiquer. On ne sait pas trop en quoi ou comment. Si c’est un humain ou une présence vivante intelligente, le plus simple, c’est de la lumière et du morse, en espérant qu’ils connaissent assez la Terre pour connaître ce protocole de base.
Bon, on a des arduinos et de quoi faire un câble long ici. Mais on n’y connaît rien à Arduino. Pouvez-vous, d’ici 2 heures, nous envoyer un mode d’emploi pour comment s’y prendre ? On est parti sur un protocole AR22 clairement. Faîtes vite, mais testez tout avant de nous l’envoyer.
Bon courage, le temps est compté, et le destin de l’humanité est peut-être entre vos mains…”
Dans cette épreuve, les étudiants doivent concevoir d’abord un système de LED qui émette n’importe quelle succession de ON et OFF et si possible un autre système qui le détecte.
Puis ils doivent tester qu’ils arrivent bien, entre eux, à se transmettre et décoder un code secret genre SOS en morse (pas besoin par défaut de programmer la traduction morse, les étudiants indiquent direct à la LED quand éclairer ou pas).
En option : on choisit le prototype qui marche le mieux et on le cable avec une distance de cable plus grande (5 mètres) et on sépare les étudiants (deux pièces différentes, ou bien en haut et en bas d’une fenêtre) et on donne un code à un des groupes, à l’autre de le décoder.
Donner aux participants le lien vers le protocole AR22.
Déroulé pratique de l’épreuve :
Il faut prévoir les kits Arduino en nombre suffisant : carte Arduino (Uno par exemple), Led, résistance, capteur de lumière (analogique de préférence, c’est plus simple). Prévoir également une bobine de fil (préférer des câbles avec plusieurs fils, pour faciliter les manipulations de grandes longueurs), et du matériel de soudure et des pinces coupantes.
Si les étudiants n’ont jamais utilisé de cartes microcontrôleur, il faut leur faire un cours introductif. Un enseignant joue le rôle de « spécialiste Arduino » et vient former l’équipe au minimum vital : il explique rapidement le principe d’une carte microcontrôleur, et donne comme mission les cartes “tester votre carte”, “allumer une led” et “mesurer une tension” du site opentp.fr (http://opentp.fr/card/). Pour des étudiants qui ont des connaissances en programmation et ont fait un peu d’électricité, 30 minutes suffisent.
Selon les étudiants et les objectifs, des contraintes supplémentaires peuvent être ajoutées (“contraintes supplémentaires émises par l’équipe opérationnelle”)
– changer la longueur du câble
– imposer un débit rapide en émission et en réception des signaux lumineux
– imposer un codage/décodage en morse par le microcontrôleur
L’épreuve finit par une séance collective de tests et démonstrations. Les étudiants doivent ensuite se mettre d’accord ensemble quel est le meilleur prototype et l’encadrant annonce qu’il envoie le plan et des photos au vaisseau aussitôt
TRANSITION
Le vaisseau leur envoie un message :
“Ca y est ! On a réussi à faire le montage que vous nous avez recommandé. Et quelque chose nous a répondu ! OUI ! Regardez !
vidéo transition 4 (MO T4) : étranges signaux lumineux puis message des E.T. qui demandent qu’on leur fasse une vidéo souvenir sur le gitech, la science, les humains.
Le vaisseau envoie un message pour dire :
“incroyable, non ? Bon, à vous de jouer et de fabriquer ces vidéos, nous on ne peut pas ici. Attention,on n’a plus assez d’autonomie de carburant, on doit repartir à XXhXX donc envoyez nous les vidéos avant XXhXX pour qu’on ait le temps de les envoyer dans le cratère !”
EPREUVE : MISSION VULGARISATION
JOUR 2 / après-midi
Les étudiants doivent concevoir par petits groupes des vidéos pour les E.T. qui racontent un peu leur aventure gitech. Les encourager à y parler notamment des expériences/montages/science qu’ils ont fait ces deux jours, même si cela peut aussi inclure d’autres choses (dimension humaine, futuriste, message universaliste, etc).
Les mettre en garde qu’un montage c’est long à faire, et les encourager à le faire en direct sur smartphone. Les forcer à faire un petit rétroplanning qui anticipe le temps de montage et d’export de la vidéo.
Liens utiles : montage sur smartphone Android avec Youcut ou sur iOs avec iMovie ou KLinemaster / sur PC ou Mac avec VSDC ou iMovie ou MovieMaker / stop motion sur smartphone : stop motion studio
Une fois réalisées, on organise une projection de toutes les vidéos en prévenant les étudiants qu’on les a envoyées en parallèle au vaisseau pour transmission aux E.T.
EPILOGUE
montrer vidéo « MO E4 » : vidéo finale où les E.T. disent que c’était super puis générique de fin (on peut ajouter au générique le nom des participants, ,élèves et profs).