La physique abordée

– Optique : conception d’un microscope avec une goutte d’eau
– Electronique : utilisation de cartes Arduino pour mesurer et émettre des signaux lumineux avec des LEDs
– Mécanique classique (chute des corps)

L’histoire en deux mots

Les étudiants incarnent une équipe du GITECH, un groupe d’ingénieurs en appui à des opérations menées sur le terrain. Ils découvrent qu’ils doivent assister un agent secret qui s’est infiltré chez le dirigeant nord coréen Kim Jong Un.

PREPARATIFS

Il faut un lieu où les étudiants peuvent travailler en groupe, et bricoler ensemble. Idéalement, un lieu qui ne leur est pas connu, de façon à les sortir de leurs habitudes. Une salle de TD peut convenir, si elle n’est pas trop chargée en tables (et si les tables sont installées en ilôt). Il faut également un lieu pour le test ultime, avec un dénivelé d’environ 5m : fenêtre, passerelle. Des conditions de sûreté évidentes sont à prendre quand on jette des objets par la fenêtre. Pour le matériel, voir plus loin.

INTRODUCTION

Montrer aux étudiant la vidéo « KJU I8 » : un Agent en Corée du Sud indique qu’il assiste un espion en Corée du Nord qui a récupéré un micro échantillon chez Kim Jong Un où il était invité, ça a l’air d’indiquer un code mais il n’arrive pas à le déchiffrer. Il est sur place. Il faut lui envoyer une façon de faire un microscope avec les outils du bord, il leur suggère de suivre protocole MM27.

en option : L’encadrant leur donne un moyen de communiquer avec l’espion (ex : via minnit.chat ou un canal whatsapp ou un discord que l’encadrant utilisera en secret pour jouer l’espion). Laisser alors les participants éventuellement poser des questions pour préciser la mission.

Il faut un lieu où les étudiants peuvent travailler en groupe, et bricoler ensemble. Idéalement, un lieu qui ne leur est pas connu, de façon à les sortir de leurs habitudes. Une salle de TD peut convenir, si elle n’est pas trop chargée en tables (et si les tables sont installées en ilôt). Il faut également un lieu pour le test ultime, avec un dénivelé d’environ 5m : fenêtre, passerelle. Des conditions de sûreté évidentes sont à prendre quand on jette des objets par la fenêtre. Pour le matériel, voir plus loin.

EPREUVE : MICROSCOPE AVEC SMARTPHONE

JOUR 1 / matin

Les étudiants doivent concevoir et caractériser un microscope avec une goutte d’eau sur leur smartphone. Ils suivent le protocole MM27.

Le protocole demande plusieurs actions, qui peuvent être plus ou moins poussées selon les objectifs de la séance et le niveau des étudiants :
– mesurer l’agrandissement dû à la goutte (en trouvant la même façon de le mesurer sur les différents smartphones, par exemple en agrandissant un objet calibré comme une règle)
– mesurer l’effet de la taille de la goutte d’eau calibré le plus précisément possible : on verra que l’agrandissement varie en inverse de la taille.
– développer un porte échantillon le plus efficace possible avec des moyens frugaux
– faire un mode d’emploi illustré

Pour le test final, il faut choisir un objet à photographier. Les billets de banque sont de bons objets, il y a beaucoup de petits détails qui y sont cachés (notamment dans les arches des ponts, on retrouve le mot EURO dans les différents alphabets de l’UE). 

Alternative : chaque équipe photographie un objet mystère et les autres équipes doivent deviner de quel objet il s’agit.

Après les tests finaux, l’équipe doit se mettre d’accord ensemble (ou sur des critères quantitatifs) quel est le meilleur prototype et l’encadrant annonce qu’il envoie le plan et des photos à l’espion aussitôt.

TRANSITION

montrer vidéo « KJU T9A« : l’agent en Corée du sud indique qu’il faut maintenant transmettre le mode d’emploi à l’agent en corée du Nord mais sans être détecté ! Idée : utiliser Youtube accessible en Corée du Nord en créant une vidéo façon tuto qui explique le principe du microscope, la physique, la façon de le fabriquer et de le caractériser en se glissant dans une chaîne existante. Donc faire une vidéo youtube ou tiktok à la façon d’un youtubeur ou tiktokeur célèbre qui fasse tout ça. Et ils le mettront en ligne et l’agent pourra la regarder. Protocole à suivre : YT98

EPREUVE : VIDEO DE VULGARISATION

JOUR 1 / après-midi

Les étudiants doivent concevoir par petits groupes des vidéos façon Youtube qui expliquent le principe du microscope, comment le fabriquer, etc. 

Les encourager d’abord à identifier une chaîne youtube ou un type de format qu’ils vont imiter (Fred et Jammy, youtubers célèbres, documentaire, tiktok, etc). Vérifier qu’ils ne font pas tous le même. 

A la fin de l’épreuve : projection collective de toutes les vidéos. On les informe qu’en parallèle ces vidéos sont envoyées sur le Youtube nord-coréen qui laisse passer toutes les vidéos scientifiques.

Côté pratique : 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 http://www.videosoftdev.com/fr  ou iMovie ou MovieMaker / stop motion sur smartphone : stop motion studio

A la fin de l’épreuve : projection collective de toutes les vidéos. On les informe qu’en parallèle ces vidéos sont envoyées sur le Youtube nord-coréen qui laisse passer toutes les vidéos scientifiques. On attend ensuite le retour de l’agent en Corée du Sud (pour le lendemain matin).

TRANSITION

Jour 2 / Matin

montrer la vidéo « KJU T9B » : l’agent en Corée du sud indique :  l’espion a découvert un code pin via le microscope, il veut le transmettre via un canal lumineux tangible grâce à l’Arduino et Protocole AR22.

EPREUVE : ARDUINO ET CODES LUMINEUX

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 de quelques lettres en choisissant le chiffrage (par exemple SOS en morse).

En option : on choisit le prototype qui marche le mieux et on le câble avec une distance de câble 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 à l’espion aussitôt

TRANSITION

montrer vidéo « KJU T9C » vidéo transition 9 C : l’agent indique qu’ils ont récupéré le code lumineux → 4 chiffres et un smartphone. L’espion a du récupérer un smartphone. Il va leur envoyer depuis un mur de la DMZ. Il y a une caméra de sécurité. Il faut suivre le protocole GH12.

EPREUVE : LACHER DE SMARTPHONE

JOUR 2 / 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.

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 à l’espion (prendre en photo plan et appareil qu’on envoie à l’espion).

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 à l’espion ainsi que leur résultat au test, et on dit que ce sera lui qui choisira en fonction de ses contraintes locales.

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 l’espion dispose. 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 l’espion n’en a 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.

EPILOGUE

Ils reçoivent un message indiquant qu’une vidéo des services d’espionnage arrivera au bout d’un certain temps (temps propice pour une petite pause ou du rangement) : 

video finale KJU E6 : l’agent leur indique que les services ont bien récupéré le smartphone – ça leur a permis d’accéder aux codes des derniers missiles puis générique de fin (on peut ajouter au générique le nom des participants, élèves et profs).