Dossier pour les enseignants - Palais de la découverte
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P T<br />
DU 12 FÉVRIER AU<br />
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R<br />
MATÉRIAUX<br />
MATÉRIAUX<br />
roulent roulent <strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>s<br />
10<br />
10<br />
NOVEMBRE NOVEMBRE<br />
E<br />
2013 2013<br />
S<br />
MÉCANIQUES<br />
MÉCANIQUES<br />
UNE EXPO-EXPÉRIENCES AU PALAIS DE LA DÉCOUVERTE<br />
UNE EXPO-EXPÉRIENCES AU PALAIS DE LA DÉCOUVERTE<br />
M<br />
M<br />
DU 12 FÉVRIER AU<br />
Franklin Roosevelt / Champs-Élysées Clemenceau · pa<strong>la</strong>is-<strong>de</strong>couverte.fr<br />
Franklin Roosevelt / Champs-Élysées Clemenceau · pa<strong>la</strong>is-<strong>de</strong>couverte.fr<br />
A f f i c A h f e f i · c h M e i c · h M a l i c B h a t l o B r y a t o r y<br />
Cette exposition a été présentée en 2012<br />
au Muséum d’Orléans, sous le titre :<br />
TOUCHER, CASSER, COULER<br />
Conception et réalisation : En coproduction avec :<br />
En partenariat avec :<br />
rupturesDER.indd 1 28/01/13 14:21<br />
<strong>Dossier</strong> pédagogique<br />
<strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong><br />
avenue Franklin Roosevelt<br />
75008 Paris<br />
www.pa<strong>la</strong>is-<strong>de</strong>couverte.fr<br />
Enseignants <strong>de</strong> collège-lycée<br />
Service éducation
SOMMAIRE<br />
PRéPARER SA VISITE<br />
1. Présentation <strong>de</strong> l’exposition<br />
p 3<br />
2. Entretien avec Tanguy Rouxel, membre <strong>de</strong> l’équipe <strong>de</strong> conception<br />
p 4<br />
3. Présentation <strong>de</strong>s offres <strong>de</strong> médiation humaine en lien avec l’exposition<br />
p 7<br />
4. Liens avec le programme sco<strong>la</strong>ire<br />
p 9<br />
5. P<strong>la</strong>ce <strong>de</strong> <strong>la</strong> visite dans une progression pédagogique<br />
p 11<br />
6. Activités en c<strong>la</strong>sse <strong>pour</strong> <strong>les</strong> élèves d’introduction au vocabu<strong>la</strong>ire<br />
p 12<br />
COMPLéTER SA VISITE<br />
9. Propositions d’activités à faire en c<strong>la</strong>sse :<br />
p 14<br />
La tenségrité (le skwish)<br />
La roue <strong>de</strong> vélo<br />
Renforcer une étagère<br />
Le bi<strong>la</strong>me<br />
10. Les matériaux au <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> : le stand Un chercheur une manip<br />
p 19<br />
11. Les matériaux à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s sciences et <strong>de</strong> l’industrie<br />
p 20<br />
L’exposition Habiter <strong>de</strong>main<br />
L’exposition Futurotexti<strong>les</strong><br />
12. Ressources bibliographiques<br />
p 22<br />
13. Ressources vidéos<br />
p 23<br />
14. Conférences à télécharger<br />
p 26<br />
15. Lexique<br />
p 28<br />
DéTAILS PRATIQUES<br />
p 29<br />
p 2
PRéSENTATION<br />
DE L’EXPOSITION<br />
Ruptures, <strong>les</strong> matériaux roulent <strong>de</strong>s mécaniques est une exposition-expériences<br />
réalisée par le Centre sciences, CCSTI <strong>de</strong> <strong>la</strong> région Centre à Orléans, en coproduction<br />
avec le <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong>, Science-Action <strong>de</strong> Haute-Normandie et l’Espace <strong>de</strong>s<br />
sciences à Rennes.<br />
Sous le titre Toucher, casser, couler, elle a été présentée au Muséum d’Orléans<br />
en 2012. Adaptée par <strong>les</strong> équipes d’Universcience, elle est accueillie au <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
<strong>découverte</strong> du 12 février au 10 novembre 2013.<br />
DISPOSITIF DE L’EXPOSITION<br />
16 tab<strong>les</strong> thématiques sont dressées dans une salle <strong>de</strong> 300 m2 :<br />
Forces et contraintes ; dép<strong>la</strong>cements et déformations ; affaiblir en pressant ; renforcer<br />
en tirant ; dur ou mou ? une question <strong>de</strong> température ; soli<strong>de</strong> ou liqui<strong>de</strong> ? une question<br />
<strong>de</strong> temps ; dislocations et ruptures ; zéro défaut ? ; chocs et rebonds ; trancher, casser,<br />
broyer ; plisser, froisser ; déchirer, <strong>la</strong>cérer ; adhérer ou frotter ; <strong>de</strong>s grains qui collent ;<br />
glisser par sacca<strong>de</strong>s ; sècher et fissurer.<br />
Sur chaque table se trouvent un panneau général <strong>de</strong> présentation du thème et trois<br />
expériences à réaliser. Au total, l’exposition présente une cinquantaine <strong>de</strong> manips,<br />
réalisée en col<strong>la</strong>boration avec <strong>de</strong>s <strong>la</strong>boratoires <strong>de</strong> recherche. Pour chacune d’entre<br />
el<strong>les</strong>, <strong>la</strong> consigne est accompagnée d’un texte Que retenir.<br />
5 vidéos d’entretiens avec <strong>de</strong>s<br />
chercheurs sont présentées à l’entrée<br />
<strong>de</strong> l’exposition. Ils y expliquent<br />
leurs recherches et <strong>les</strong> applications<br />
possib<strong>les</strong>.<br />
© <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> - N. Lozac’h-<br />
Vi<strong>la</strong>in<br />
p 3
Entretien AVEC<br />
Tanguy rouxel<br />
L’exposition Ruptures, <strong>les</strong> matériaux roulent <strong>de</strong>s mécaniques a été conçue par Michel<br />
Darche du Centre sciences, et <strong>de</strong>ux chercheurs. Etienne Guyon est physicien. Ancien<br />
directeur du <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> et <strong>de</strong> l’ENS, il a fondé le <strong>la</strong>boratoire <strong>de</strong> physique<br />
et mécanique <strong>de</strong>s milieux hétérogènes (Pmmh, ESPCI-Paris Tech). Tanguy Rouxel,<br />
professeur mécanicien (ingénieur ENSAM), fondateur du LARMAUR (<strong>la</strong>boratoire <strong>de</strong><br />
recherche en mécanique appliquée <strong>de</strong> l’université <strong>de</strong> Rennes 1) et spécialiste du verre,<br />
nous raconte le projet.<br />
Comment résumer le sujet <strong>de</strong> votre exposition ?<br />
Le point <strong>de</strong> départ <strong>de</strong> notre exposition se résume en quelques mots : contrainte,<br />
rupture, déformation, écoulement.<br />
C’est l’histoire <strong>de</strong>s objets qui nous entourent. Je prends un exemple, l’argile. Avec<br />
<strong>de</strong> l’eau, elle va pouvoir être façonnée par le potier. Mais quand elle sèche, elle<br />
perd <strong>de</strong> sa p<strong>la</strong>sticité et se fracture. Dans notre environnement, aux informations,<br />
<strong>les</strong> effondrements, <strong>les</strong> glissements <strong>de</strong> terrains, <strong>les</strong> naufrages et acci<strong>de</strong>nts en tout<br />
genre sont le lot quotidien. Mais il y a aussi <strong>de</strong>s réussites exemp<strong>la</strong>ires <strong>de</strong> mise en<br />
forme d’objets complexes et résistants. L’homme, au travers <strong>de</strong> l’outil industriel et <strong>de</strong><br />
l’artisanat, s’efforce <strong>de</strong> façonner <strong>de</strong>s objets uti<strong>les</strong> ou décoratifs et <strong>de</strong> <strong>les</strong> faire durer. Un<br />
matériau qui se déforme trop vite, trop facilement, permet <strong>de</strong> faire un objet rapi<strong>de</strong>ment,<br />
mais celui-ci évoluera en service. A l’inverse, ce qui ne peut se déformer p<strong>la</strong>stiquement<br />
est fragile et se brise « comme du verre » !. C’est cette problématique qui est au coeur<br />
<strong>de</strong> l’exposition.<br />
C’est un sujet qui nous touche tous, qu’on observe, qui suscite <strong>la</strong> curiosité. Il est<br />
<strong>pour</strong>tant peu abordé dans <strong>les</strong> musées et peu enseigné. Nous avons donc cherché, au<br />
carrefour <strong>de</strong> nombreuses disciplines tel<strong>les</strong> que <strong>la</strong> physique, <strong>la</strong> mécanique, <strong>la</strong> chimie,<br />
<strong>la</strong> géologie, à introduire ces concepts, familiers aux ingénieurs, mais peu connus du<br />
public.<br />
En effet, <strong>les</strong> notions sont parfois assez ardues.<br />
C’était un défi <strong>de</strong> réaliser une exposition tous publics sur <strong>de</strong>s notions habituellement<br />
abordées à l’université, avec un formalisme mathématique important. On a essayé d’en<br />
c<strong>la</strong>rifier quelques unes. Nous voulions rendre intuitifs <strong>de</strong>s termes tels que viscosité,<br />
fluage, f<strong>la</strong>mbement. Nous avons choisi <strong>de</strong>s activités par<strong>la</strong>ntes, sans nécessairement<br />
L’espace d’animation au centre <strong>de</strong><br />
l’exposition est l’occasion <strong>pour</strong> <strong>les</strong><br />
médiateurs scientifiques <strong>de</strong> présenter<br />
régulièrement <strong>de</strong>s expériences.<br />
© <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> - N.<br />
Lozac’h-Vi<strong>la</strong>in<br />
p 4
Entretien AVEC<br />
Tanguy rouxel<br />
aller au bout <strong>de</strong> l’explication. Ce<strong>la</strong> serait souvent trop ambitieux, et il ne faut pas se<br />
priver <strong>de</strong> susciter une réflexion et une analyse généralement pleine <strong>de</strong> bon sens<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> part <strong>de</strong>s visiteurs. Nous n’avons d’ailleurs nous-mêmes généralement qu’une<br />
compréhension partielle <strong>de</strong>s phénomènes. D’autant que certaines expériences<br />
proposées dans l’exposition sont encore <strong>de</strong>s travaux <strong>de</strong> <strong>la</strong>boratoire sur <strong>les</strong>quels <strong>les</strong><br />
chercheurs réfléchissent en ce moment.<br />
vous AVEz choisi <strong>de</strong> construire votre exposition<br />
AUTOUR <strong>de</strong> nombreuses expériences simp<strong>les</strong>.<br />
Ce<strong>la</strong> vient sans doute du fait qu’Etienne Guyon et moi-même attachons une très<br />
gran<strong>de</strong> importance à l’expérimentation. J’ai un diplôme d’ingénieur <strong>de</strong> l’Ecole Nationale<br />
Supérieure d’ Arts et Métiers. Avec cette formation, je <strong>de</strong>vrais travailler sur une chaîne<br />
<strong>de</strong> production dans l’industrie automobile. J’ai un rapport pragmatique à <strong>la</strong> science.<br />
Je considère que <strong>la</strong> meilleure façon d’apprendre, c’est en observant et en touchant.<br />
Nous ne voulions pas faire une exposition abstraite, mais utiliser le bon sens paysan<br />
<strong>pour</strong> dégager <strong>de</strong>s concepts très généraux. Nous avons donc collecté un grand nombre<br />
d’expériences auprès <strong>de</strong> nombreux collègues sensib<strong>les</strong> à notre démarche. Puis, nous<br />
avons sélectionné <strong>les</strong> plus simp<strong>les</strong> à comprendre et à reproduire à <strong>la</strong> maison, en c<strong>la</strong>sse<br />
aussi.<br />
Les expériences proposées ont été<br />
conçues avec <strong>de</strong>s scientifiques<br />
travail<strong>la</strong>nt dans <strong>de</strong>s disciplines variées.<br />
© <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> - N.<br />
Lozac’h-Vi<strong>la</strong>in<br />
p 5
Entretien AVEC<br />
Tanguy rouxel<br />
on retrouve dans votre projet l’idée <strong>de</strong> jean<br />
perrin lors <strong>de</strong> <strong>la</strong> création du pa<strong>la</strong>is <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
<strong>découverte</strong>. Il vou<strong>la</strong>it montrer <strong>la</strong> science en train<br />
<strong>de</strong> se faire.<br />
Oui. Cette exposition montre le dynamisme <strong>de</strong> <strong>la</strong> recherche. Elle n’aurait pas vu<br />
le jour sans <strong>la</strong> complicité et l’implication bénévole d’un grand nombre <strong>de</strong> collègues,<br />
<strong>de</strong> disciplines variées : physiciens, chimistes, mécaniciens, géologues. Ils nous ont<br />
transmis leurs savoirs <strong>pour</strong> mettre au point <strong>les</strong> expériences, parfois très proches <strong>de</strong>s<br />
modè<strong>les</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong>boratoire. C’est un fonctionnement collégial.<br />
« La science en train <strong>de</strong> se faire », c’est fondamentalement une question <strong>de</strong><br />
créativité, d’inventivité, et aussi d’ingéniosité. Ce n’est donc pas réservé aux<br />
chercheurs <strong>de</strong>s <strong>la</strong>boratoires académiques ou industriels. C’est l’affaire <strong>de</strong> tous ceux qui<br />
portent une inspiration, et donc en particulier <strong>de</strong>s plus jeunes. Il y a beaucoup <strong>de</strong> gens<br />
qui visitent le <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> avec <strong>de</strong>s idées qui n’ont pas germé dans l’esprit<br />
<strong>de</strong>s scientifiques.<br />
Il ne faut pas se priver qu’un visiteur découvrant une expérience ait envie d’y réfléchir,<br />
et propose une explication novatrice.<br />
Cette exposition est constituée <strong>de</strong> 16 TAb<strong>les</strong>.<br />
Faut-il <strong>les</strong> parcourir dans l’ordre ?<br />
Je conseille <strong>de</strong> commencer par <strong>la</strong> lecture <strong>de</strong>s premiers panneaux. Ils définissent<br />
<strong>les</strong> termes principaux : force, contrainte, dép<strong>la</strong>cement et déformation. C’est important<br />
parce que toutes <strong>les</strong> expériences suivantes reposent <strong>de</strong>ssus.<br />
En <strong>de</strong>hors <strong>de</strong> cette introduction, l’ordre <strong>de</strong>s tab<strong>les</strong> n’est pas important. Les<br />
élèves peuvent le faire comme ils souhaitent, commencer par l’adhérence, par <strong>les</strong><br />
frottements...<br />
Les visiteurs sont invités à faire<br />
<strong>les</strong> expériences dans l’ordre qu’ils<br />
souhaitent, en fonction <strong>de</strong> leurs<br />
préférences ou <strong>de</strong>s tab<strong>les</strong> occupées.<br />
© <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> - N.<br />
Lozac’h-Vi<strong>la</strong>in<br />
p 6
L’offre <strong>de</strong><br />
médiation humaine<br />
Le <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> est un lieu <strong>de</strong> référence en médiation scientifique<br />
humaine. Dans l’exposition Ruptures, <strong>de</strong>s animations par <strong>de</strong>s médiateurs scientifiques<br />
<strong>de</strong> différentes disciplines seront présentées régulièrement. Vous n’avez pas <strong>la</strong><br />
possibilité <strong>de</strong> <strong>les</strong> réserver mais êtes libres d’y assister.<br />
Vous avez <strong>la</strong> possibilité <strong>de</strong> contacter <strong>les</strong> professeurs <strong>de</strong> sciences physiques<br />
missionnés au service éducation <strong>pour</strong> programmer une présentation <strong>pour</strong> votre c<strong>la</strong>sse :<br />
francois.byasson@universcience.fr, jean-philippe.charpentier@universcience.fr,<br />
bertrand.huberman@universcience.fr.<br />
Si vous souhaitez réserver une animation en lien avec <strong>les</strong> matériaux, plusieurs<br />
exposés <strong>de</strong> l’offre permanente sont possib<strong>les</strong>. En voici une sélection :<br />
En chimie<br />
De l’eau dans <strong>les</strong> p<strong>la</strong>stiques (4 è à Terminale)<br />
Des p<strong>la</strong>stiques pas comme <strong>les</strong> autres, <strong>les</strong> super-absorbants, capab<strong>les</strong> d’absorber<br />
jusqu’à 800 fois leur masse en eau ! Des notion <strong>de</strong> polymérisation, <strong>de</strong> solvatation, <strong>de</strong><br />
structure chimique... abordées suivant <strong>les</strong> niveaux.<br />
Les molécu<strong>les</strong> géantes (3 è à Terminale)<br />
Grâce aux matières p<strong>la</strong>stiques, vous vous familiariserez avec <strong>la</strong> notion <strong>de</strong> polymères.<br />
Quelques synthèses <strong>de</strong> polymères seront présentées tel<strong>les</strong> que le fil <strong>de</strong> Nylon, <strong>la</strong><br />
mousse <strong>de</strong> polyuréthane. Leurs propriétés et applications seront évoquées.<br />
Les p<strong>la</strong>stiques, ça se cultive (4 è à Terminale)<br />
La chimie bio-sourcée s’imp<strong>la</strong>nte autour <strong>de</strong> nous? A partir d’huile <strong>de</strong> ricin, il est par<br />
exemple possible d’obtenir <strong>de</strong>s polymères avec <strong>de</strong>s propriétés bien différentes.<br />
Certains servent à fabriquer <strong>de</strong>s objets très résistants, plus ou moins flexib<strong>les</strong>. D’autres<br />
ont <strong>de</strong>s fonctions anti-bactériennes ou adhésives.<br />
LES LIAISONS SECRèTES DES MOLéCULES (4 è à TERMINALE)<br />
Des chercheurs inventent une chimie révolutionnaire qui perment aux matériaux <strong>de</strong><br />
se réparer ! Cette innovation, basée sur une nouvelle technologie issue <strong>de</strong> <strong>la</strong> chimie<br />
supra-molécu<strong>la</strong>ire, prolongera sans doute notre quotidien en donnant naissance à <strong>de</strong>s<br />
matériaux capab<strong>les</strong> <strong>de</strong> s’auto-réparer. Illustration par l’expérience autour <strong>de</strong>s liasions<br />
covalentes et hydrogène.<br />
EN Physique<br />
La matière dans TOUS ses états (CM2 à Supérieur)<br />
Qu’est-ce que <strong>la</strong> température ? La chaleur ? Comment un liqui<strong>de</strong> peut-il cristalliser et<br />
bouillir en même temps ? Qu’est-ce que l’état critique, le zéro absolu, le point triple...<br />
Un exposé spectacu<strong>la</strong>ire entre -220°C et +100°C.<br />
p 7
L’offre <strong>de</strong><br />
médiation humaine<br />
Hydrostatique et flui<strong>de</strong>s en mouvement (CM2 à<br />
Supérieur)<br />
Qu’est-ce qu’un flui<strong>de</strong> ? Comment peut-on peser l’air ? Qu’est-ce que <strong>la</strong> poussée<br />
d’Archimè<strong>de</strong> ? Une palette d’expériences <strong>pour</strong> explorer l’hydrostatique et abor<strong>de</strong>r<br />
quelques notions en dynamique <strong>de</strong>s flui<strong>de</strong>s (effet Venturi...). Un exposé amusant et<br />
spectacu<strong>la</strong>ire.<br />
En géosciences<br />
La TECTONIQUE <strong>de</strong>s p<strong>la</strong>ques (CM1 à Supérieur)<br />
La surface <strong>de</strong> <strong>la</strong> Terre est un véritable puzzle <strong>de</strong> «minces» p<strong>la</strong>ques rocheuses rigi<strong>de</strong>s.<br />
El<strong>les</strong> se dép<strong>la</strong>cent et modifient lentement, mais en permanence, <strong>la</strong> géographie. La<br />
tectonique <strong>de</strong>s p<strong>la</strong>ques explique leurs mouvements.<br />
Les séismes (CM1 à Supérieur)<br />
La répartition <strong>de</strong>s séismes est liée aux mouvements <strong>de</strong>s p<strong>la</strong>ques. S’il n’est pas facile<br />
<strong>de</strong> prévoir quand et où <strong>la</strong> Terre va trembler, on peut chercher à se protéger.<br />
Le volcanisme (CM1 à Supérieur)<br />
Les éruptions apportent en surface <strong>de</strong>s matériaux issus <strong>de</strong> l’intérieur inaccessible <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
Terre. Sont-el<strong>les</strong> dangereuses ? Peut-on <strong>les</strong> prévoir ?<br />
Quand naissent <strong>les</strong> montagnes (2 <strong>de</strong> à Supérieur)<br />
Les montagnes surgissent - très lentement - <strong>de</strong> <strong>la</strong> rencontre <strong>de</strong> p<strong>la</strong>ques en<br />
mouvements. Mais el<strong>les</strong> ne naissent pas toutes dans le même contexte.<br />
Ce que disent <strong>les</strong> pierres (4 è à Supérieur)<br />
Voyage dans le temps, <strong>la</strong> Terre et ses roches. Chacune raconte son histoire.<br />
En mathématiques<br />
Il n’existe pas d’offre liée à l’exposition Ruptures, mais vous pouvez contacter l’équipe<br />
<strong>de</strong>s médiateurs <strong>pour</strong> <strong>de</strong>man<strong>de</strong>r un exposé associé.<br />
Retrouvez l’ensemble <strong>de</strong> l’offre <strong>de</strong> médiation du <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong>.<br />
p 8
Liens AVEC le<br />
programme sco<strong>la</strong>ire<br />
L’exposition Ruptures peut être exploitée par <strong>de</strong>s élèves du collège aux étu<strong>de</strong>s<br />
supérieures. Les expériences sont simp<strong>les</strong> à réaliser et sont interprétées à différents<br />
niveaux <strong>de</strong> lecture. Les <strong>enseignants</strong> et leurs élèves <strong>pour</strong>ront, entre autre, illustrer par<br />
cette exposition <strong>de</strong> nombreux points traités dans <strong>les</strong> programmes sco<strong>la</strong>ires.<br />
Collège<br />
Technologie<br />
Cette exposition s’inscrit tout particulièrement dans le thème « <strong>les</strong> matériaux utilisés »<br />
du programme <strong>de</strong> technologie du collège : propriétés physique <strong>de</strong>s matériaux (propriétés<br />
mécanique et thermique, résistance etc.) , re<strong>la</strong>tion entre formes, matériaux et procédés<br />
<strong>de</strong> réalisation etc.<br />
Sciences physiques et chimiques<br />
Ruptures permet un prolongement du programme <strong>de</strong> <strong>la</strong> cinquième et <strong>de</strong> <strong>la</strong> quatrième<br />
sur <strong>les</strong> états <strong>de</strong> <strong>la</strong> matière : propriétés <strong>de</strong> l’état soli<strong>de</strong>, liqui<strong>de</strong>, gazeux et interprétation<br />
molécu<strong>la</strong>ire. Un parcours <strong>pour</strong> <strong>les</strong> élèves sous forme <strong>de</strong> démarche d’investigation sur le<br />
thème « soli<strong>de</strong> ou liqui<strong>de</strong> ? » vous est proposé.<br />
Sciences <strong>de</strong> <strong>la</strong> vie et <strong>de</strong> <strong>la</strong> terre<br />
L’exposition trouvera <strong>de</strong> nombreux liens avec le programme <strong>de</strong> SVT en c<strong>la</strong>sse<br />
<strong>de</strong> quatrième dans le thème « activité interne du globe ». Rupture <strong>de</strong>s roches en<br />
profon<strong>de</strong>ur et déformations à <strong>la</strong> surface <strong>de</strong> <strong>la</strong> Terre lors <strong>de</strong>s séismes ; écoulements <strong>de</strong>s<br />
<strong>la</strong>ves ; déformations engendrées par <strong>la</strong> collision <strong>de</strong>s continents et formation <strong>de</strong> chaînes<br />
<strong>de</strong> montagnes.<br />
Socle commun<br />
La compétence 3 du socle commun <strong>de</strong> connaissances et <strong>de</strong> compétences, pilier 3 :<br />
« <strong>les</strong> principaux éléments <strong>de</strong> mathématiques et <strong>la</strong> culture scientifique et technologique<br />
» va trouver un éc<strong>la</strong>irage particulier dans cette exposition, sur le thème « La matière » :<br />
principa<strong>les</strong> caractéristiques, états et transformations, propriétés physiques et chimiques<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> matière et <strong>de</strong>s matériaux.<br />
Lycée<br />
Première S, physique chimie<br />
On retrouve ce thème dans <strong>la</strong> partie « Agir, <strong>les</strong> défis du XXIème siècle » : propriétés<br />
<strong>de</strong> matériaux amorphes et organisés, propriétés <strong>de</strong>s matières p<strong>la</strong>stiques, lien avec <strong>la</strong><br />
structure microscopique <strong>de</strong>s matériaux et création <strong>de</strong> nouveaux matériaux innovants.<br />
p 9
Liens AVEC le<br />
programme sco<strong>la</strong>ire<br />
terminale s, sciences <strong>de</strong> <strong>la</strong> vie et <strong>de</strong> <strong>la</strong> terre<br />
On trouvera <strong>de</strong>s rapprochements à faire entre l’exposition et le thème « convergence<br />
lithosphérique : contexte <strong>de</strong> <strong>la</strong> formation <strong>de</strong>s chaînes <strong>de</strong> montagnes » du programme<br />
<strong>de</strong> terminale.<br />
Terminale S, spécialité physique-chimie<br />
Au lycée, <strong>les</strong> propriétés <strong>de</strong>s matériaux constituent le thème 3 du programme<br />
<strong>de</strong> Terminale S spécialité physique chimie. Les propriétés <strong>de</strong>s col<strong>les</strong> et adhésifs,<br />
tensioactifs, émulsions et mousses, <strong>de</strong>s céramiques et <strong>de</strong>s verres sont abordées dans<br />
cette exposition.<br />
Filières STI2D et STL<br />
Cette exposition s’inscrit dans <strong>les</strong> programmes <strong>de</strong>s filières STI2D et STL où sont<br />
traitées <strong>les</strong> notions <strong>de</strong> résistance <strong>de</strong>s matériaux aux contraintes mécaniques et<br />
thermiques. Les élèves <strong>pour</strong>ront aussi se familiariser avec <strong>de</strong>s exemp<strong>les</strong> <strong>de</strong> matériaux<br />
<strong>de</strong>s différentes famil<strong>les</strong>.<br />
Cette exposition permet aux élèves <strong>de</strong> collège et <strong>de</strong> lycée <strong>de</strong> découvrir une filière <strong>de</strong><br />
l’activité scientifique et technique et <strong>de</strong> réfléchir sur le lien entre science et société, <strong>la</strong><br />
recherche sur <strong>les</strong> matériaux étant étroitement liée aux besoins <strong>de</strong> l’être humain.<br />
Supérieur<br />
Les élèves <strong>de</strong> c<strong>la</strong>sses préparatoires scientifiques, <strong>de</strong>s éco<strong>les</strong> d’ingénieur et <strong>de</strong>s<br />
éco<strong>les</strong> d’architecture en particulier, <strong>pour</strong>ront à travers cette exposition, approfondir<br />
leurs connaissances sur <strong>les</strong> matériaux et se familiariser aux problématiques qu’ils<br />
rencontreront dans l’exercice <strong>de</strong> leurs futurs métiers.<br />
Les expériences proposées dans l’exposition peuvent permettre <strong>de</strong> concrétiser <strong>les</strong><br />
enseignements, souvent abstraits, délivrés en c<strong>la</strong>sse, et <strong>de</strong> développer une intuition<br />
<strong>de</strong>s matériaux.<br />
p 10
p<strong>la</strong>ce <strong>de</strong> <strong>la</strong> visite<br />
P<strong>la</strong>ce <strong>de</strong> <strong>la</strong> visite dans une progression<br />
pédagogique<br />
D’une façon générale, une visite d’une salle d’exposition peut prendre sa p<strong>la</strong>ce<br />
dans une séquence <strong>de</strong> cours dans le cadre <strong>de</strong>s programmes sco<strong>la</strong>ires. Les liens <strong>de</strong>s<br />
contenus <strong>de</strong> l’exposition Ruptures, <strong>les</strong> matériaux roulent <strong>de</strong>s mécaniques avec <strong>les</strong><br />
programmes ont été précisés ci-<strong>de</strong>ssus.<br />
La visite peut également avoir lieu dans le cadre d’une démarche <strong>de</strong> projet, <strong>pour</strong><br />
alimenter un atelier scientifique ou un projet <strong>de</strong> c<strong>la</strong>sse. Dans ce cas, <strong>les</strong> notions<br />
abordées peuvent être plus <strong>la</strong>rges que cel<strong>les</strong> <strong>de</strong>s programmes, mais <strong>les</strong> compétences<br />
<strong>de</strong>mandées aux élèves doivent correspondre à cel<strong>les</strong> <strong>de</strong> son niveau.<br />
Dans ces <strong>de</strong>ux cas, <strong>la</strong> visite peut se faire :<br />
Avant d’abor<strong>de</strong>r <strong>la</strong> notion : elle est utilisée comme phase d’accroche <strong>pour</strong><br />
introduire une notion ou faire émerger une problématique. Elle peut permettre par<br />
exemple <strong>de</strong> débusquer <strong>les</strong> représentations initia<strong>les</strong> <strong>de</strong>s élèves.<br />
Au cours d’une séquence : elle peut permettre d’apporter <strong>de</strong>s éléments<br />
supplémentaires ou <strong>de</strong>s réponses au questionnement <strong>de</strong>s élèves. Dans ce cas, elle<br />
constitue une étape dans <strong>la</strong> démarche d’investigation.<br />
Après une séquence : elle complète <strong>les</strong> notions abordées et propose une<br />
ouverture culturelle.<br />
Si vous choisissez d’utiliser <strong>les</strong> documents d’accompagnement <strong>de</strong>s élèves pendant<br />
votre visite, nous vous conseillons <strong>de</strong> <strong>les</strong> introduire en c<strong>la</strong>sse à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong>s activités<br />
proposées.<br />
p 11
Définir <strong>de</strong>s<br />
termes uti<strong>les</strong><br />
Expérience élève 1<br />
En lien avec <strong>la</strong> table 1 <strong>de</strong><br />
l’exposition<br />
Photos et schémas © Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
Objectif : préparer <strong>la</strong> visite <strong>de</strong> l’exposition en apportant un éc<strong>la</strong>irage sur <strong>la</strong><br />
notion <strong>de</strong> déformations é<strong>la</strong>stique ou p<strong>la</strong>stique aboutissant à <strong>la</strong> notion <strong>de</strong> ruptures fragile<br />
ou ductile.<br />
Principe : on crée une déformation <strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique en y ajoutant une masse, puis<br />
on enlève <strong>la</strong> masse <strong>pour</strong> vérifier si l’é<strong>la</strong>stique revient à sa taille d’origine ou non. On<br />
ajoute <strong>de</strong>s masses <strong>de</strong> plus en plus lour<strong>de</strong>s jusqu’à rupture <strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique.<br />
Matériel : <strong>de</strong>s masses<br />
marquées, <strong>de</strong>s é<strong>la</strong>stiques plus ou<br />
moins « résistants », une règle, <strong>de</strong>s<br />
lunettes <strong>de</strong> protection.<br />
Protocole : Pour pouvoir<br />
mesurer <strong>la</strong> longueur <strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique<br />
<strong>de</strong> manière précise, il faut le tendre<br />
légèrement en y ajoutant une masse<br />
légère M0. Cette masse restera<br />
accrochée à l’é<strong>la</strong>stique tout au long <strong>de</strong><br />
l’expérience, <strong>la</strong> longueur « à vi<strong>de</strong> » L0<br />
<strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique étant celle où il est tendu<br />
uniquement par cette masse M0.<br />
b) On accroche ensuite une masse M1<br />
pendant 10 secon<strong>de</strong>s puis on l’enlève<br />
et on mesure <strong>la</strong> longueur L0 à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong> règle.<br />
c) On recommence l’opération précé<strong>de</strong>nte en augmentant <strong>la</strong> valeur <strong>de</strong> <strong>la</strong> masse,<br />
jusqu’au « c<strong>la</strong>quage » <strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique (Mettre <strong>de</strong>s lunettes <strong>de</strong> protection).<br />
Masse suspendue M1<br />
Longueur L<br />
La longueur L0 <strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique reste-t-elle égale tout au long <strong>de</strong> l’expérience ?<br />
……………...................................................................................................................<br />
Dans le cas d’une déformation é<strong>la</strong>stique, l’objet déformé reprend sa longueur<br />
initiale lorsqu’on supprime <strong>la</strong> cause <strong>de</strong> <strong>la</strong> déformation. Si au contraire l’objet ne reprend<br />
pas sa longueur initiale, alors on parle <strong>de</strong> déformation p<strong>la</strong>stique.<br />
Comment se comporte l’é<strong>la</strong>stique dans l’expérience ? Subit-il une déformation p<strong>la</strong>stique<br />
ou é<strong>la</strong>stique ? Faire une phrase décrivant le comportement <strong>de</strong> l’é<strong>la</strong>stique au cours <strong>de</strong><br />
l’expérience.<br />
………………….………………………………………………………………………………<br />
p 12
Définir <strong>de</strong>s<br />
termes uti<strong>les</strong><br />
Expérience élève 2<br />
En lien avec <strong>la</strong> table 1 <strong>de</strong><br />
l’exposition<br />
Préambule : Appuyez à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong> vos doigts, sur chacun <strong>de</strong>s bâtonnets avec <strong>la</strong><br />
même force<br />
Indiquez quel est le coté<br />
le plus douloureux<br />
A<br />
B<br />
A et B<br />
Indiquez quel est le coté<br />
le plus douloureux<br />
A<br />
B<br />
A et B<br />
Indiquez quel est le coté<br />
le plus douloureux<br />
A<br />
B<br />
A et B<br />
à votre avis à quoi est due cette différence? _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<br />
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<br />
Vous appliquez <strong>la</strong> même force, et <strong>pour</strong>tant <strong>la</strong> sensation n’est pas <strong>la</strong> même. Ce<strong>la</strong> veut<br />
dire qu’il existe une notion plus fine en physique qui va répondre à ce problème. C’est <strong>la</strong><br />
notion <strong>de</strong> contrainte.<br />
Photos et schémas © Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
Expérience : Pour faire l’expérience, nous avons besoin <strong>de</strong> 2 blocs <strong>de</strong> mousse<br />
i<strong>de</strong>ntiques, ainsi que 2 masses i<strong>de</strong>ntiques.<br />
Mesurez <strong>la</strong> hauteur «à vi<strong>de</strong>» du bloc <strong>de</strong><br />
mousse H=_ _ _ _ _<br />
Posez <strong>la</strong> masse 1 sur le bloc <strong>de</strong> mousse 1.<br />
Mesurez <strong>la</strong> hauteur du bloc H 1<br />
=_ _ _ _ _<br />
Posez <strong>la</strong> masse 1 + <strong>la</strong> masse 2 sur le bloc<br />
<strong>de</strong> mousse 1.<br />
Mesurez <strong>la</strong> hauteur du bloc H 2<br />
=_ _ _ _ _<br />
Mettez cote à cote <strong>les</strong> <strong>de</strong>ux blocs <strong>de</strong> mousse, et posez <strong>la</strong><br />
masse 1 sur l’ensemble.<br />
Mesurez <strong>la</strong> hauteur <strong>de</strong> l’ensemble H 3<br />
=_ _ _ _ _<br />
Mettez cote à cote <strong>les</strong> <strong>de</strong>ux blocs <strong>de</strong> mousse, et posez <strong>la</strong><br />
masse 1 + masse 2 sur l’ensemble.<br />
Mesurez <strong>la</strong> hauteur <strong>de</strong> l’ensemble H 4<br />
=_ _ _ _ _<br />
Exploitation :<br />
Calculez:<br />
(1) H-H 1<br />
=_ _ _ _ _<br />
(2) H-H 2<br />
=_ _ _ _ _<br />
(3) H-H 3<br />
=_ _ _ _ _<br />
(4) H-H 4<br />
=_ _ _ _ _<br />
H-H a<br />
représente <strong>la</strong> déformation due à <strong>la</strong> contrainte.<br />
Dans quelle expérience <strong>la</strong> déformation est-elle <strong>la</strong> plus importante? _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<br />
Dans quelle expérience <strong>la</strong> déformation est-elle <strong>la</strong> plus faible? _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<br />
Que remarquez vous dans le cas (1) et (4)? _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<br />
Comment pouvez vous expliquer ce <strong>de</strong>rnier résultat alors que <strong>la</strong> masse était 2 fois plus<br />
lour<strong>de</strong> dans le cas (4) que dans le cas (1)? _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<br />
Conclusion: Une contrainte ne dépend pas uniquement <strong>de</strong> <strong>la</strong> _ _ _ _ _ _ _<br />
que l’on applique à l’objet, elle dépend également <strong>de</strong> <strong>la</strong> _ _ _ _ _ _ _ _ _ _<strong>de</strong> contact.<br />
La preuve, <strong>la</strong> _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ est <strong>la</strong> même quand <strong>la</strong> force est _ _ _ _ _ _ fois plus<br />
gran<strong>de</strong>, mais que <strong>la</strong> surface est aussi _ _ _ _ _ _ _ plus importante.<br />
p 13
propositions<br />
d’activités<br />
Renforcer une structure : Expérience sur <strong>la</strong><br />
tenségrité. le skwish<br />
La tenségrité est une manière <strong>de</strong> rigidifier une structure par effet <strong>de</strong> tension, en y<br />
créant <strong>de</strong>s zones <strong>de</strong> compression et <strong>de</strong> tension.<br />
Les forces <strong>de</strong> tension et <strong>de</strong> compression se répartissent et s’équilibrent dans <strong>la</strong><br />
structure, ce qui <strong>la</strong> renforce. En reliant <strong>de</strong>s barres par <strong>de</strong>s câb<strong>les</strong>, sans relier <strong>les</strong> barres<br />
entre el<strong>les</strong>, on peut arriver à obtenir une structure stable et rigi<strong>de</strong>. C’est le principe<br />
<strong>de</strong>s tentes <strong>de</strong> camping auto-portantes, mais aussi du squelette et <strong>de</strong>s musc<strong>les</strong> <strong>de</strong>s<br />
êtres vivants. Cette technique est également utilisée dans le batiment où <strong>de</strong>s cab<strong>les</strong><br />
métalliques compriment le béton précontraint.<br />
Matériel :<br />
Ruban<br />
adhésif<br />
Paille Soli<strong>de</strong><br />
Paille fendue sur<br />
0.5cm<br />
Mise en p<strong>la</strong>ce <strong>de</strong> <strong>la</strong> structure :<br />
Voilà, vous obtenez une structure auto-portante dont <strong>la</strong><br />
résistance à été améliorée par tension !<br />
En lien avec <strong>la</strong> table 4 <strong>de</strong><br />
l’exposition<br />
© Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
p 14
propositions<br />
d’activités<br />
Renforcer une structure : <strong>la</strong> roue <strong>de</strong> vélo<br />
Voici un autre exemple <strong>de</strong> structure se trouvant renforcée par tension.<br />
Sans rayon, on observe qu’une<br />
contrainte, appliquée suivant un axe à <strong>la</strong><br />
jante, crée une déformation suivant une<br />
autre direction, fragilisant l’ensemble du<br />
système.<br />
On va donc utiliser <strong>de</strong>s rayons <strong>pour</strong><br />
rigidifier l’ensemble.<br />
Alors que chaque rayon est fragile<br />
et peut se tordre très facilement,<br />
l’organisation collective <strong>de</strong>s<br />
rayons constitue un arrangement<br />
particulièrement stable, soli<strong>de</strong> et léger.<br />
Photos et schémas © Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
Vous pouvez réaliser cette expérience simplement en fixant<br />
<strong>de</strong>s cor<strong>de</strong>s en tension à l’interieur <strong>de</strong> <strong>la</strong> partie supérieure d’une<br />
boite circu<strong>la</strong>ire coupée en <strong>de</strong>ux.<br />
Par <strong>la</strong> suite on observe très simplement que lorsque l’on<br />
pratique une contrainte sur <strong>les</strong> bords du disque, <strong>les</strong> cor<strong>de</strong>s<br />
opposées se ten<strong>de</strong>nt, et par là même empêchent <strong>la</strong> déformation.<br />
Le fil jaune rigidifie<br />
l’ensemble. Le <strong>pour</strong>tour <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong> roue se déforme moins.<br />
En lien avec <strong>la</strong> table 4 <strong>de</strong><br />
l’exposition<br />
p 15
propositions<br />
d’activités<br />
Renforcer une structure : Pourquoi <strong>les</strong> étagères<br />
sont-el<strong>les</strong> renforcées par le bas?<br />
Les étagères métalliques que l’on trouve dans le commerce sont souvent constituées<br />
<strong>de</strong> tô<strong>les</strong> fines qui ne résisteraient pas à <strong>de</strong> fortes charges si el<strong>les</strong> n’étaient renforcées<br />
par pliage vers le bas <strong>de</strong>s rebords <strong>de</strong>s tô<strong>les</strong>.<br />
Mais <strong>pour</strong>quoi vers le bas et non vers le haut ?<br />
Pour répondre à cette problématique et comprendre comment renforcer une structure<br />
assez simplement par pliage, nous vous proposons <strong>de</strong> réaliser une étagère.<br />
Réalisation : N’oubliez pas <strong>de</strong> relier <strong>les</strong> <strong>la</strong>nguettes du haut par un fin film <strong>de</strong><br />
scotch<br />
Photos et schémas © Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
mise en p<strong>la</strong>ce : Une fois l’étagère en carton fabriquée, il faut tester sa solidité<br />
1] Poser <strong>la</strong> feuille entre <strong>les</strong> <strong>de</strong>ux livres,<br />
le scotch étant en bas.<br />
Poser un objet sur <strong>la</strong> feuille.<br />
La feuille résiste !<br />
2] Poser <strong>la</strong> feuille entre <strong>les</strong> <strong>de</strong>ux livres, le scotch étant en haut.<br />
Poser un objet sur <strong>la</strong> feuille.<br />
La feuille se déforme et l’objet tombe<br />
p 16
propositions<br />
d’activités<br />
Explications :<br />
Image 1] l’étagère commence à se déformer sous l’effet <strong>de</strong> <strong>la</strong> charge. Les <strong>la</strong>nguettes<br />
du bas vont vouloir s’écarter <strong>les</strong> unes <strong>de</strong>s autres. Le ruban adhésif se tend et empêche<br />
ce mouvement. Il résiste. L’étagère ne plie pas.<br />
Dans le cas d’une étagère métallique, quand on pose une charge, <strong>la</strong> partie <strong>de</strong> métal<br />
repliée sous le p<strong>la</strong>teau subit une mise en tension à <strong>la</strong>quelle le métal résiste bien,<br />
le p<strong>la</strong>teau ne plie pas.<br />
Image 2] sous l’effet <strong>de</strong> <strong>la</strong> même charge, <strong>les</strong> <strong>la</strong>nguettes du bas vont pouvoir s’écarter<br />
<strong>les</strong> unes <strong>de</strong>s autres. Les <strong>la</strong>nguettes du haut se rapprochent malgré le scotch, puisque<br />
celui-ci peut facilement se plier. La feuille se plie aussi.<br />
Dans le cas d’une étagère métallique, si on repliait une partie du métal au-<strong>de</strong>ssus du<br />
p<strong>la</strong>teau, cette partie serait comprimée lors <strong>de</strong> <strong>la</strong> pose <strong>de</strong> <strong>la</strong> charge. Or le métal est moins<br />
« résistant » en compression qu’en traction, car il peut facilement f<strong>la</strong>mber. Donc il y a un<br />
risque plus élevé <strong>de</strong> déformation dans cette configuration.<br />
Variante : si on pose un objet à un bout <strong>de</strong> <strong>la</strong> feuille et qu’on tient l’autre bout,<br />
il faut au contraire que <strong>la</strong> partie scotchée soit vers le haut afin que <strong>la</strong> feuille ne plie pas,<br />
<strong>pour</strong> <strong>la</strong> même raison qu’au 1]<br />
.<br />
Photos et schémas © Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
En lien avec <strong>la</strong> table 4 <strong>de</strong><br />
l’exposition<br />
p 17
propositions<br />
d’activités<br />
matériaux et température : Le bi<strong>la</strong>me<br />
Tous <strong>les</strong> matériaux ne sont pas égaux face à <strong>la</strong> chaleur. A une température suffisamment<br />
élevée, certains matériaux passent d’un régime fragile (une rupture) à un régime ductile<br />
(une déformation irréversible) et <strong>de</strong>viennent à mi-chemin entre le soli<strong>de</strong> et le liqui<strong>de</strong>.<br />
Il n’est pas rare d’utiliser ce changement à <strong>de</strong>s fins industriel<strong>les</strong> (c’est le cas par<br />
exemple du thermoformage du verre ou <strong>de</strong>s matières p<strong>la</strong>stiques).<br />
Mais sans aller à ces hautes températures, on peut également utiliser <strong>la</strong> di<strong>la</strong>tation <strong>de</strong>s<br />
métaux à <strong>de</strong>s fins technologiques. Ce phénomène est utilisé dans ce que l’on nomme<br />
<strong>les</strong> bi<strong>la</strong>mes.<br />
Exemple d’utilisation d’un bi<strong>la</strong>me : Dans certains radiateurs<br />
mécaniques, on trouve un thermostat mécanique, qui allume ou coupe l’alimentation<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> résistance chauffante en fonction <strong>de</strong> <strong>la</strong> température voulue. Le thermostat<br />
est constitué d’un bi<strong>la</strong>me, c’est-à-dire <strong>de</strong>ux <strong>la</strong>mes métalliques solidaires <strong>de</strong> nature<br />
différente (coefficients <strong>de</strong> di<strong>la</strong>tation différents). En chauffant, le bi<strong>la</strong>me se courbe du<br />
côté qui se di<strong>la</strong>te le moins, ce qui permet par exemple d’interrompre un courant par<br />
ouverture du circuit. En se refroidissant, le bi<strong>la</strong>me retrouve sa forme d’origine.<br />
© Enseignants missionnés au service éducation Universcience<br />
Protocole :<br />
Pour créer un bi<strong>la</strong>me papieraluminium,<br />
il suffit <strong>de</strong> découper<br />
<strong>de</strong>ux ban<strong>de</strong>s <strong>de</strong> même taille et<br />
<strong>de</strong> même forme, l’une en papier<br />
(bristol), l’autre en aluminium, et <strong>de</strong><br />
<strong>les</strong> coller face contre face. Ou bien<br />
<strong>de</strong> prendre un papier d’embal<strong>la</strong>ge<br />
<strong>de</strong> chewing-gum alumisé sur l’une<br />
<strong>de</strong> ses faces<br />
Ensuite on chauffe (p<strong>la</strong>que<br />
électrique par exemple) sous l’une<br />
<strong>de</strong>s faces du bi<strong>la</strong>me.<br />
En lien avec <strong>la</strong> table 16 <strong>de</strong><br />
l’exposition<br />
p 18
un chercheur<br />
une manip<br />
Pour accé<strong>de</strong>r à l’exposition Ruptures, vous passez <strong>de</strong>vant le stand d’Un chercheur<br />
une manip.<br />
Le principe d’Un chercheur, une manip est simple : inviter <strong>de</strong>s scientifiques à<br />
présenter leurs travaux et à dialoguer avec <strong>les</strong> visiteurs. De p<strong>la</strong>ce en p<strong>la</strong>ce, à <strong>de</strong>s jours<br />
définis, <strong>de</strong>s chercheurs viennent au <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong>. et présentent quelquesunes<br />
<strong>de</strong> leurs expériences, choisies <strong>pour</strong> leur intérêt et leur côté spectacu<strong>la</strong>ire.<br />
Véritable petit bout <strong>de</strong> <strong>la</strong>boratoire au sein <strong>de</strong> nos expositions, Un chercheur, une<br />
manip est une vraie rencontre avec <strong>la</strong> « science en train <strong>de</strong> se faire », bien dans l’esprit<br />
fondateur <strong>de</strong> l’établissement.<br />
Mais qu’est-ce qui vous enthousiasmera le plus ? Le matériel expérimental, <strong>les</strong><br />
phénomènes insoupçonnés qui feront le mon<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>main, ou le brin <strong>de</strong> causette avec<br />
leurs découvreurs ? A chacun <strong>de</strong> voir…<br />
Vous n’avez pas l’occasion <strong>de</strong> réservez un créneau, mais si <strong>les</strong> scientifiques sont<br />
là, n’hésitez pas à vous y arrêtez. Pendant l’exposition, <strong>de</strong>s liens seront faits avec<br />
l’exposition Ruptures.<br />
Mouillez, pliez, cassez: emballez !<br />
En partenariat avec <strong>les</strong> chercheurs <strong>de</strong> l’ESPCI, école supérieure <strong>de</strong> physique et <strong>de</strong><br />
chimie industriel<strong>les</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> ville <strong>de</strong> Paris, et <strong>de</strong> Fast, <strong>la</strong>boratoire <strong>de</strong> recherche sur <strong>les</strong><br />
flui<strong>de</strong>s, automatique et système thermique du CNRS, en association avec l’université<br />
<strong>de</strong> Paris Sud, un Chercheur une manip présentera du 20 février au 14 avril 2013 le<br />
comportement <strong>de</strong>s matériaux. Plier, tordre, broyer, mouiller… seront à l’honneur.<br />
p 19
à <strong>la</strong> cité <strong>de</strong>s sciences<br />
L’EXPOSITION<br />
FUTUROTEXTILES<br />
L’exposition Futurotexti<strong>les</strong> est présentée du 5 février au 14 juillet 2013 à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s<br />
sciences et <strong>de</strong> l’industrie.<br />
Créée en 2006 à l’initiative <strong>de</strong> lille3000, Futurotexti<strong>les</strong> associe <strong>la</strong> science, <strong>la</strong><br />
technologie et l’art au textile. L’exposition invite <strong>les</strong> visiteurs à partir à <strong>la</strong> <strong>découverte</strong><br />
du mon<strong>de</strong> du textile. Scientifique et technologique, l’exposition propose également un<br />
voyage artistique, ludique et poétique avec <strong>de</strong>s réalisations <strong>de</strong> créateurs.<br />
L’exposition fait prendre conscience <strong>de</strong> l’importance <strong>de</strong>s recherches développées<br />
aujourd’hui dans le milieu du textile innovant et montre comment ce matériau aux<br />
formes multip<strong>les</strong> peut améliorer notre quotidien et modifier profondément notre rapport<br />
au mon<strong>de</strong>. Les applications sont multip<strong>les</strong>, parfois insolites : santé, sport, protection,<br />
transports, architecture... Les origines <strong>de</strong>s fibres qui <strong>les</strong> composent intriguent : un<br />
caillou <strong>de</strong> basalte, une tige <strong>de</strong> lotus, l’écorce <strong>de</strong> <strong>la</strong> glycine, une bactérie peuvent donner<br />
naissance à un fil, un tissu…<br />
En lien avec Ruptures, <strong>la</strong> visite <strong>de</strong> Futurotexti<strong>les</strong> est l’occasion d’abor<strong>de</strong>r <strong>la</strong> recherche<br />
sur <strong>les</strong> matériaux innovants et quelques exemp<strong>les</strong> d’applications.<br />
Vous trouverez plus d’informations sur le site Internet dédié à l’exposition :<br />
http://www.cite-sciences.fr/futurotexti<strong>les</strong><br />
p 20
à <strong>la</strong> cité <strong>de</strong>s sciences<br />
L’EXPOSITION<br />
HABITER DEMAIN,<br />
RÉ-INVENTONS<br />
NOS LIEUX DE VIE<br />
L’exposition, concue par <strong>les</strong> équipes d’Universcience, est proposée à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s<br />
sciences et <strong>de</strong> l’industrie, du 4 décembre 2012 au 10 novembre 2013.<br />
Habiter <strong>de</strong>main révèle le lien intime qui relie l’habitat et <strong>la</strong> société qui l’abrite. Elle<br />
présente <strong>les</strong> enjeux humains, sociétaux et p<strong>la</strong>nétaires <strong>de</strong> l’habitat : problèmes <strong>de</strong><br />
logement, exigences sanitaires, adaptation aux mutations <strong>de</strong> <strong>la</strong> société, réchauffement<br />
climatique, épuisement <strong>de</strong>s ressources, crise énergétique, extension <strong>de</strong>s vil<strong>les</strong>,<br />
inégalités croissantes, et, <strong>pour</strong> l’Europe, vieillissement <strong>de</strong> <strong>la</strong> popu<strong>la</strong>tion...<br />
La première partie <strong>de</strong> l’exposition, Construire, invite le visiteur à découvrir <strong>les</strong><br />
principes techniques et scientifiques mis en oeuvre dans <strong>la</strong> construction et dans <strong>la</strong><br />
rénovation d’habitat. Le visiteur <strong>de</strong>vient acteur en manipu<strong>la</strong>nt <strong>de</strong>s objets, en testant <strong>de</strong>s<br />
maquettes et <strong>de</strong>s dispositifs interactifs. On trouvera <strong>de</strong>s liens avec l’exposition Ruptures<br />
dans l’ïlot «Matériaux et innovation» :<br />
« La liste <strong>de</strong>s matériaux employés dans <strong>la</strong> construction est impressionnante. Toutefois<br />
<strong>la</strong> terre cuite, le béton, l’acier et le bois restent <strong>les</strong> plus <strong>la</strong>rgement utilisés dans le<br />
mon<strong>de</strong>. Cette réalité ne doit pas cacher le dynamisme <strong>de</strong> <strong>la</strong> recherche en science <strong>de</strong>s<br />
matériaux. L’innovation est sans cesse stimulée par <strong>les</strong> <strong>de</strong>man<strong>de</strong>s <strong>de</strong>s architectes<br />
et constructeurs : plus <strong>de</strong> performance, plus d’économie, plus <strong>de</strong> légèreté. Certains<br />
matériaux traditionnels sont améliorés, enrichis <strong>de</strong> capteurs. Des procédés physicochimiques<br />
modifi ent leurs performances et permettent <strong>de</strong> nouveaux usages. Des<br />
matériaux nouveaux ou négligés jusqu’ici font leur entrée. Les propositions se<br />
diversifient <strong>pour</strong> répondre aux nouvel<strong>les</strong> attentes. »<br />
Vous trouverez plus d’informations sur le site Internet dédié à l’exposition :<br />
www.cite-sciences.fr/habiter-<strong>de</strong>main<br />
© EPPDCSI-A Robin<br />
© EPPDCSI-A Robin<br />
p 21
BIBLIOGRAPHIE<br />
#<br />
P. Atkins, Molécu<strong>les</strong> au quotidien, Interéditions, Paris, 1989.<br />
M. Eberhart, Why things break, Harmony books, 2003.<br />
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L. Fontaine et R. Anger, Bâtir en terre. Du grain <strong>de</strong> sable à l’architecture, Belin-CSI,<br />
Paris, 2009. (Lauréat du prix Roberval 2010)<br />
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D. François, A. Pineau et A. Zaoui, Viscop<strong>la</strong>sticité, endommagement, mécanique <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong> rupture et mécanique du contact, Hermès, Paris, 2009.<br />
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D. François, A. Pineau et A. Zaoui, É<strong>la</strong>sticité et p<strong>la</strong>sticité, Hermès, Paris, 2009.<br />
P.G. <strong>de</strong> Gennes, Les objets fragi<strong>les</strong>, Plon, Paris, 1994.<br />
J.E. Gordon, Structures et Matériaux, l’explication mécanique <strong>de</strong>s formes, Belin,<br />
Paris, 1994.<br />
D. Guitard, Mécanique du matériau bois et composites, Cepadues, Toulouse, 1987.<br />
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E. Guyon (dir), Matière et matériaux ; <strong>de</strong> quoi est fait le mon<strong>de</strong>, Belin, Paris, 2011.<br />
(Lauréat du prix Roberval 2011)<br />
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E. Guyon, J.P. Hulin, L. Petit, Ce que disent <strong>les</strong> flui<strong>de</strong>s, Belin, Paris, 2005.<br />
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J.B. Leblond, Mécanique <strong>de</strong> <strong>la</strong> rupture fragile et ductile, Hermès, Paris, 2003.<br />
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H.C. Nataf & J. Sommeria, La physique et <strong>la</strong> terre, Belin, Paris, 2000.<br />
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G. Petitet & M. Barquins, Matériaux caoutchouteux, PPUP, Lausanne, 2008.<br />
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J.P. Poirier, Le minéral et le vivant, Fayard, Paris, 1995.<br />
L. Pauchard, V. Lazarus, B. Abou, K. Sekimoto, G. Aitken & C. Lahanier, Craquelures<br />
dans <strong>les</strong> couches pictura<strong>les</strong> <strong>de</strong>s peintures d’art, Reflets <strong>de</strong> <strong>la</strong> Physique, n°3, p5-9,<br />
2007. hal.archives-ouvertes.fr/hal-00158845.<br />
Y. Quéré, Physique <strong>de</strong>s matériaux, Ellipses, Paris, 1998.<br />
T. Rouxel, Propriétés mécaniques, ch. 1, Traité MIM sur <strong>les</strong> propriétés et <strong>les</strong><br />
applications <strong>de</strong>s céramiques, série Alliages Métalliques, Hermes, Paris, 2001.<br />
T. Rouxel, Fragilité <strong>de</strong>s matériaux : causes et remè<strong>de</strong>s, Reflets <strong>de</strong> <strong>la</strong> Physique (anc.<br />
Bull. <strong>de</strong> <strong>la</strong> SFP), n°8 p5-9, 2008.<br />
#<br />
Ces ouvrages sont consultab<strong>les</strong> et empruntab<strong>les</strong> à <strong>la</strong> Bibliothèque <strong>de</strong>s sciences et<br />
<strong>de</strong> l’industrie à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s sciences et <strong>de</strong> l’industrie. 30, avenue Corentin Cariou, 75019<br />
Paris. www.cite-sciences.fr/fr/bibliotheque-bsi<br />
p 22
essources :<br />
vidéos<br />
universcience.tv est une webTV scientifique hebdomadaire. Tous <strong>les</strong> vendredis, une<br />
sélection <strong>de</strong> programmes, <strong>de</strong> thématiques et formats variés est proposée.<br />
Le site universcience-vod.fr propose un <strong>la</strong>rge choix <strong>de</strong> vidéos libres <strong>de</strong> droit réalisées<br />
par Universcience et nos partenaires. Vous ne pouvez pas <strong>les</strong> télécharger. Si vous<br />
disposez d’un accès Internet, vous avez <strong>la</strong> possiblité <strong>de</strong> <strong>les</strong> visionner en c<strong>la</strong>sse.<br />
Voici une sélection <strong>de</strong> vidéos autour <strong>de</strong> l’exposition.<br />
Plongée dans <strong>les</strong> matériaux<br />
Observation au microscope <strong>de</strong> matériaux à <strong>de</strong>s grossissements <strong>de</strong> l’ordre du million<br />
<strong>pour</strong> observer leurs structures internes.<br />
Série réalisée par : Pierre-Oscar Lévy, Gabriel Turkieh, Jean-Michel Sanchez, 3 min.<br />
- L’argile (1997)<br />
- Le béton (1999)<br />
- L’aluminium (1999)<br />
- Le <strong>la</strong>iton (1997)<br />
Observation <strong>de</strong> phénomènes<br />
- Fibres <strong>de</strong> carbone<br />
Le chercheur qui a capturé cette image a consacré vingt ans <strong>de</strong> sa vie aux fibres <strong>de</strong><br />
carbone. Vingt années <strong>de</strong> recherche sur <strong>la</strong> structure <strong>de</strong> ce matériau, son point <strong>de</strong><br />
rupture et sa résistance éprouvée notamment dans l’aéronautique.<br />
Réalisation : Jean-Marc Serelle, 2 min, 2009<br />
- Gouttes d’huile<br />
Séquence, en prise <strong>de</strong> vue à gran<strong>de</strong> vitesse, permettant l’observation <strong>de</strong> chute <strong>de</strong><br />
gouttes d’huile dans l’huile.<br />
Réalisation : Henri-Louis Poirier, 30 s, 2001<br />
- Comparaison <strong>de</strong> gouttes<br />
Séquence, en prise <strong>de</strong> vue à gran<strong>de</strong> vitesse, comparant <strong>les</strong> chutes <strong>de</strong> gouttes <strong>de</strong><br />
plusieurs natures.<br />
Réalisation : Henri-Louis Poirier, 1 min, 2001<br />
- Gouttes<br />
Des chercheurs étudient le comportement <strong>de</strong>s liqui<strong>de</strong>s lorsqu’ils s’écoulent à <strong>la</strong> surface<br />
<strong>de</strong> certains matériaux. Ici, l’inclinaison d’une p<strong>la</strong>que <strong>de</strong> verre modifie <strong>la</strong> forme <strong>de</strong>s<br />
gouttes d’huile qui y sont déposées.<br />
Réalisation : Hervé Colombani, 2 min, 2005<br />
p 23
essources :<br />
vidéos<br />
- Cristal liqui<strong>de</strong><br />
Capable <strong>de</strong> réagir à une impulsion électrique en un millionième <strong>de</strong> secon<strong>de</strong>, le cristal<br />
permet <strong>de</strong> créer <strong>de</strong>s matériaux parfaits qui offrent, sous l’œil du microscope, <strong>la</strong> vision<br />
d’un mon<strong>de</strong> étrange et gai.<br />
Réalisation : Jean-Marc Serelle, 2 min, 2009<br />
- Déchirure du p<strong>la</strong>stique<br />
La déchirure d’un sac en p<strong>la</strong>stique, apparemment simple, présente <strong>pour</strong>tant <strong>de</strong>s formes<br />
d’une régu<strong>la</strong>rité inattendue. Comment expliquer ce phénomène ?<br />
Réalisation : Henri-Louis Poirier, 2 min, 2001<br />
- Gouttes d’eau dans <strong>la</strong> poêle<br />
Vous êtes-vous déjà posé <strong>la</strong> question <strong>de</strong> savoir <strong>pour</strong>quoi <strong>les</strong> gouttes d’eau roulent au<br />
fond d’une poêle chau<strong>de</strong> ? Messieurs <strong>de</strong> Rosnay et Lei<strong>de</strong>nfrost vous livrent <strong>la</strong> réponse,<br />
et plus encore...<br />
Réalisation : Ro<strong>la</strong>nd Cros, 5 min, 2010<br />
- Tirs sur p<strong>la</strong>que <strong>de</strong> verre et Tirs sur p<strong>la</strong>que <strong>de</strong> métal<br />
Séquence, en prise <strong>de</strong> vue à gran<strong>de</strong> vitesse, permettant l’observation d’impacts <strong>de</strong><br />
bal<strong>les</strong> sur une p<strong>la</strong>que <strong>de</strong> verre ou <strong>de</strong> métal.<br />
Réalisation : Henri-Louis Poirier, 1 min, 2001<br />
- Les bi<strong>la</strong>mes : un effet versatile<br />
Une pomme <strong>de</strong> pin dont <strong>les</strong> écail<strong>les</strong> s’ouvrent et se ferment en fonction <strong>de</strong> l’humidité,<br />
une feuille <strong>de</strong> papier calque qui s’enroule lorsqu’elle est gorgée d’eau et se déroule<br />
en séchant : voici <strong>de</strong>s phénomènes qui intéressent tout particulièrement le physicien<br />
Etienne Reyssat...<br />
Réalisation : David Bento, 1 min, 2013<br />
Présentation d’expériences par <strong>de</strong>s médiateurs<br />
scientifiques<br />
- Jérôme et le sable<br />
Pensez-vous que le sable est un soli<strong>de</strong> ? Le soupçonnez-vous plutôt gazeux ? Êtesvous<br />
persuadé que c’est un liqui<strong>de</strong> ? Jérôme Combes, médiateur scientifique à <strong>la</strong> Cité<br />
<strong>de</strong>s sciences et <strong>de</strong> l’industrie, emporte un bout <strong>de</strong> p<strong>la</strong>ge dans <strong>les</strong> sous-sols du Forum<br />
<strong>de</strong>s hal<strong>les</strong> et vous donne <strong>la</strong> réponse...<br />
Réalisation : Ro<strong>la</strong>nd Cros, 5 min, 2010, 6 épiso<strong>de</strong>s<br />
- Propriété <strong>de</strong>s tubes<br />
En ba<strong>la</strong><strong>de</strong> dans <strong>les</strong> rues <strong>de</strong> Paris, A<strong>la</strong>in Secret, médiateur scientifique à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s<br />
sciences, ramasse <strong>de</strong>s cannettes en aluminum <strong>pour</strong> un recyc<strong>la</strong>ge un peu particulier :<br />
une expérience <strong>de</strong> physique sur <strong>la</strong> résistance <strong>de</strong>s tubes, avec <strong>la</strong> complicité <strong>de</strong>s<br />
consommateurs du café voisin. Un épiso<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> série Science <strong>de</strong> trottoir.<br />
Réalisation : Ro<strong>la</strong>nd Cros, 3 min, 2012<br />
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essources :<br />
vidéos<br />
- Lisa et <strong>les</strong> flui<strong>de</strong>s<br />
La maïzena diluée dans l’eau a un comportement étrange. Si on <strong>la</strong> presse elle durcit, si<br />
on <strong>la</strong> lâche, elle coule. C’est ce qu’on appelle un flui<strong>de</strong> antithixotrope. Explications avec<br />
Lisa Faye, médiatrice scientifique à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s sciences.<br />
Réalisation : Ro<strong>la</strong>nd Cros, 5 min, 2012<br />
- La boite a bidouil<strong>les</strong> - Le cocktail fou<br />
« Si tu prends <strong>de</strong> l’eau et du sirop <strong>de</strong> menthe et que tu tournes, ça se mé<strong>la</strong>nge bien.<br />
Mais tu vas voir, si tu verses <strong>de</strong> l’huile, du miel et du colorant dans un récipient, ça se<br />
mé<strong>la</strong>nge pas. C’est fou, non ? »<br />
Réalisation : Desbrosse Guil<strong>la</strong>ume – Christine Berton, 2 min, 2009<br />
Travaux <strong>de</strong> chercheurs<br />
- Une intelligence <strong>de</strong> verre<br />
Urbanisation accrue, besoin <strong>de</strong> confort, économies d’énergie... <strong>les</strong> bâtiments évoluent<br />
avec <strong>les</strong> besoins. L’architecte Jean-Paul Viguier travaille avec Saint-Gobain Recherche<br />
sur <strong>de</strong>s matériaux comme le verre pouvant apporter <strong>de</strong>s solutions innovantes,<br />
esthétiques et écologiques.<br />
Réalisation : François Demerliac, 7 min 30 s, 2012<br />
- Hybridations minuscu<strong>les</strong><br />
Derrière <strong>les</strong> vénérab<strong>les</strong> murs du Collège <strong>de</strong> France, <strong>les</strong> chercheurs du <strong>la</strong>boratoire<br />
<strong>de</strong> chimie <strong>de</strong> <strong>la</strong> matière con<strong>de</strong>nsée <strong>de</strong> Paris fourmillent d’idées. Ils ont mis au point<br />
une chimie à température ambiante qui leur permet <strong>de</strong> créer <strong>de</strong>s matériaux hybri<strong>de</strong>s<br />
à l’échelle nanométrique et aux applications multip<strong>les</strong> : revêtements auto-nettoyants,<br />
dépolluants <strong>de</strong>s effluents <strong>de</strong> l’industrie textile, crème so<strong>la</strong>ire, pâte <strong>de</strong> verre à<br />
composantes organiques, revêtement photovoltaïque, etc.<br />
Réalisation : François Demerliac, 9 min, 2013<br />
- José Bico, <strong>de</strong> l’eau qui colle<br />
À l’École supérieure <strong>de</strong> physique et chimie <strong>de</strong> <strong>la</strong> ville <strong>de</strong> Paris, José Bico tente <strong>de</strong><br />
comprendre comment <strong>les</strong> gouttes d’eau glissent ou s’agglomèrent sur une surface.<br />
Réalisation : Emmanuèle Lagrange, 10 min, 2008<br />
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essources :<br />
conférences<br />
Les conférences<br />
Toutes <strong>les</strong> conférences grand public proposées à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s sciences et <strong>de</strong> l’industrie<br />
et au <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong> sont enregistrées et téléchargeab<strong>les</strong>.<br />
Voici <strong>la</strong> liste <strong>de</strong> cel<strong>les</strong> liées au thème <strong>de</strong> l’exposition.<br />
Cycle Matière en folie ! samedi 8 octobre 2011.<br />
Nous connaissons <strong>les</strong> trois états <strong>de</strong> <strong>la</strong> matière : soli<strong>de</strong>, liqui<strong>de</strong>, gazeux. Au-<strong>de</strong>là <strong>de</strong><br />
ces états c<strong>la</strong>ssiques, <strong>la</strong> matière réserve bien <strong>de</strong>s surprises. Certains flui<strong>de</strong>s durcissent<br />
quand on <strong>les</strong> choque, d’autres s’écoulent parfaitement à très basse température, tandis<br />
que certains corps conduisent l’électricité sans résistance. Jouons avec <strong>la</strong> matière, elle<br />
se joue <strong>de</strong> nos certitu<strong>de</strong>s.<br />
L’eau au bord <strong>de</strong> l’explosion<br />
L’eau bout à 100°C et gèle à 0°C, c’est une affaire entendue. Pas si sûr...<br />
Par Edouard Kierlik, professeur <strong>de</strong> physique à l’Université Pierre et Marie Curie,<br />
Laboratoire <strong>de</strong> physique théorique <strong>de</strong> <strong>la</strong> matière con<strong>de</strong>nsée (CNRS/UPMC) ;<br />
Jean-Michel Courty, professeur <strong>de</strong> physique à l’Université Pierre et Marie Curie,<br />
Laboratoire Kastler Brossel (ENS/CNRS/UPMC)<br />
Ca bulle, ça mousse<br />
Soufflez dans <strong>de</strong> l’eau savonneuse, <strong>de</strong>s bul<strong>les</strong> couleur arc-en-ciel se forment.<br />
Assemblez-<strong>les</strong> <strong>les</strong> unes aux autres, <strong>de</strong>s matériaux aux propriétés innovantes<br />
apparaissent. Comment ? Pourquoi ? Au travers d’expériences ; <strong>les</strong> bul<strong>les</strong> livrent leurs<br />
secrets...<br />
Par Laurie Saulnier, ingénieur doctorante CNRS-CNES, Laboratoire <strong>de</strong> physique <strong>de</strong>s<br />
soli<strong>de</strong>s, Université Paris-Sud 11, Orsay<br />
Liqui<strong>de</strong> ou soli<strong>de</strong> ?<br />
Des liqui<strong>de</strong>s qui cassent, <strong>de</strong>s soli<strong>de</strong>s qui coulent : simple comme un flui<strong>de</strong> complexe !<br />
Pourquoi ? Comment ? Pour quel<strong>les</strong> applications ? Expériences en direct...<br />
Par Thomas Podgorski, enseignant-chercheur au Laboratoire interdisciplinaire <strong>de</strong><br />
physique (LIPhy) CNRS/Université Joseph Fourier - Grenoble I<br />
Quand <strong>la</strong> matière lévite<br />
À très basse température, <strong>les</strong> supraconducteurs font léviter <strong>les</strong> aimants et conduisent<br />
le courant à <strong>la</strong> perfection. Pourquoi ? Comment ? Pour quel<strong>les</strong> applications ? Autant <strong>de</strong><br />
questions au coeur <strong>de</strong>s recherches <strong>les</strong> plus mo<strong>de</strong>rnes, illustrées par <strong>de</strong>s expériences<br />
en direct à -200°C !<br />
Par Julien Bobroff, enseignant-chercheur, Laboratoire <strong>de</strong> physique <strong>de</strong>s soli<strong>de</strong>s, CNRS,<br />
Université Paris-Sud XI, Orsay<br />
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essources :<br />
Conférences<br />
Cycle Bâtir en terre. Du grain <strong>de</strong> sable à<br />
l’architecture, <strong>les</strong> 19, 26 janvier et 2, 9 février 2010.<br />
Plus <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux milliards <strong>de</strong>s habitants <strong>de</strong> notre p<strong>la</strong>nète vivent aujourd’hui dans <strong>de</strong>s<br />
habitations en terre crue. L’étu<strong>de</strong> <strong>de</strong>s propriétés physiques <strong>de</strong>s grains <strong>de</strong> sable et <strong>de</strong>s<br />
techniques <strong>de</strong> construction, permet <strong>de</strong> montrer <strong>la</strong> diversité <strong>de</strong> l’architecture en terre qui,<br />
loin d’être seulement une tradition, est une technique prometteuse <strong>pour</strong> l’avenir dans le<br />
cadre du développement durable.<br />
Le <strong>la</strong>boratoire CRATerre-ENSAG (Ecole nationale supérieure d’architecture <strong>de</strong><br />
Grenoble), partenaire scientifique <strong>de</strong> l’exposition présentée à <strong>la</strong> Cité <strong>de</strong>s sciences et <strong>de</strong><br />
l’industrie Ma Terre première, <strong>pour</strong> construire <strong>de</strong>main, retrace <strong>pour</strong> nous cette aventure<br />
<strong>de</strong> l’architecture en terre crue.<br />
De <strong>la</strong> matière à l’architecture<br />
Par Henri Van Damme, professeur à l’Ecole supérieure <strong>de</strong> physique et chimie<br />
industrielle (ESPCI) et directeur scientifique du <strong>la</strong>boratoire central <strong>de</strong>s Ponts-et-<br />
Chaussées (LCPC) ; Romain Anger, chercheur au <strong>la</strong>boratoire CRATerre-ENSAG ;<br />
Laetitia Fontaine, chercheur au <strong>la</strong>boratoire CRATerre-ENSAG.<br />
Les verres <strong>de</strong> <strong>de</strong>main, mardi 12 AVRIL 2005.<br />
Le verre est tout à <strong>la</strong> fois un <strong>de</strong>s plus anciens matériaux du mon<strong>de</strong> et l’un <strong>de</strong>s plus<br />
mo<strong>de</strong>rnes. Du fait <strong>de</strong> sa composition complexe, il offre une infinie variété <strong>de</strong> possibilités<br />
qui, au cours <strong>de</strong>s âges ont permis d’en adapter <strong>les</strong> propriétés à une multitu<strong>de</strong><br />
d’applications.<br />
Mais le verre est aussi l’un <strong>de</strong>s matériaux dont <strong>la</strong> structure est <strong>la</strong> plus difficile à<br />
comprendre et à modéliser : matériau amorphe, c’est une sorte <strong>de</strong> « liqui<strong>de</strong> figé » dont<br />
<strong>les</strong> atomes sont répartis dans l’espace sans aucun ordre apparent. D’où <strong>de</strong>s propriétés<br />
particulières, dont <strong>la</strong> re<strong>la</strong>tive « fragilité » du verre, due à <strong>la</strong> propagation <strong>de</strong> fissures,<br />
au départ microscopiques, que <strong>les</strong> moyens <strong>les</strong> plus récents tant d’observation que <strong>de</strong><br />
modélisation permettent <strong>de</strong> mieux comprendre.<br />
Enfin aujourd’hui beaucoup <strong>de</strong> produits industriels « verriers » doivent leurs<br />
fonctionnalités à <strong>de</strong>s associations <strong>de</strong> verre et d’autres matériaux. Plusieurs <strong>de</strong> ces<br />
produits seront présentés, et donneront l’occasion d’évoquer ce que sont <strong>les</strong><br />
« contraintes industriel<strong>les</strong> » <strong>de</strong> <strong>la</strong> technologie.<br />
Par Jean-C<strong>la</strong>u<strong>de</strong> Lehmann, physicien, directeur <strong>de</strong> <strong>la</strong> recherche du Groupe Saint-<br />
Gobain, prési<strong>de</strong>nt <strong>de</strong> l’Académie <strong>de</strong>s technologies, Médaille d’argent du CNRS.<br />
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Lexique<br />
Adhésion : Phénomène physique ou chimique qui se produit lorsque l’on met en<br />
contact <strong>de</strong>ux matériaux. L’adhésion s’oppose à <strong>la</strong> séparation.<br />
Cisaillement : Lorsqu’un matériau (aussi bien soli<strong>de</strong> que liqui<strong>de</strong>) est sous<br />
contrainte, chaque partie a tendance, sous l’effet <strong>de</strong> forces <strong>de</strong> sens contraire, à glisser<br />
par rapport à <strong>la</strong> partie voisine. Exemple : <strong>la</strong> découpe <strong>de</strong>s tô<strong>les</strong> se fait en cisaillement<br />
(entre une <strong>la</strong>me fixe et une <strong>la</strong>me mobile biseautée).<br />
Contrainte : La contrainte exercée sur un objet crée une déformation qui<br />
dépend <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux facteurs, <strong>la</strong> force et <strong>la</strong> surface <strong>de</strong> contact telle que σ=F/S, <strong>la</strong> contrainte<br />
est assimi<strong>la</strong>ble à une pression. Exemple : un talon aiguille crée une plus gran<strong>de</strong><br />
contrainte qu’une patte d’éléphant.<br />
Déformation : C’est <strong>la</strong> gran<strong>de</strong>ur qui permet <strong>de</strong> comparer l’état déformé à<br />
l’état initial. Cette gran<strong>de</strong>ur est sans dimension.<br />
Ductilité : C’est le contraire <strong>de</strong> fragilité. C’est l’aptitu<strong>de</strong> à <strong>la</strong> déformation.<br />
Exemple : on peut plier une feuille ou courber un fil <strong>de</strong> métal sans qu’ils se rompent.<br />
Dur/mou : Ce<strong>la</strong> décrit l’aptitu<strong>de</strong> d’un matériau à résister ou non à <strong>la</strong> pénétration<br />
d’un corps étranger. Plus l’empreinte qui se forme est gran<strong>de</strong>, plus le matériau est mou.<br />
Exemple : une pâte à mo<strong>de</strong>ler chau<strong>de</strong> est plus molle que lorsqu’elle est froi<strong>de</strong>.<br />
É<strong>la</strong>sticité : Comportement d’un matériau dont <strong>la</strong> déformation est parfaitement<br />
réversible lorsque <strong>la</strong> charge est supprimée. Exemple : une règle qui reprend sa forme<br />
après une faible contrainte.<br />
FATIGUE : Ce<strong>la</strong> désigne <strong>la</strong> modification <strong>de</strong>s propriétés d’un matériau sous <strong>de</strong>s<br />
sollicitations répétées. La fatigue est susceptible d’entraîner <strong>la</strong> rupture <strong>de</strong> <strong>la</strong> structure.<br />
Exemple : un trombone que l’on tord <strong>de</strong> nombreuses fois avant qu’il ne casse.<br />
Fluage : C’est le nom donné à <strong>la</strong> déformation irréversible d’une structure<br />
soumise à une contrainte constante. Exemple : une étagère fléchit après quelques<br />
années sous un poids constant.<br />
Fragilité : C’est <strong>la</strong> mauvaise résistance aux chocs, et ce<strong>la</strong> provoque <strong>la</strong> fracture<br />
du matériau. Exemple : un vase en porce<strong>la</strong>ine qui se brise sous <strong>la</strong> contrainte.<br />
FROTTEMENT : C’est <strong>la</strong> force qui s’oppose à un mouvement persistant entre <strong>de</strong>ux<br />
systèmes en contact. Exemple : une caisse lour<strong>de</strong> à tirer du fait <strong>de</strong> son frottement sur le<br />
sol.<br />
P<strong>la</strong>sticité : Ce<strong>la</strong> mesure <strong>la</strong> capacité d’un matériau à subir une déformation<br />
permanente sans se casser. Exemple : si on déforme un trombone et un é<strong>la</strong>stique.<br />
L’é<strong>la</strong>stique se déforme... é<strong>la</strong>stiquement. Le trombone se déforme p<strong>la</strong>stiquement.<br />
Rigi<strong>de</strong>/souple : Ce<strong>la</strong> détermine <strong>la</strong> capacité d’un matériau à se déformer<br />
é<strong>la</strong>stiquement sous contrainte. Exemple : Un plongeoir est souple alors qu’un pont est<br />
rigi<strong>de</strong>.<br />
Viscosité : Ce<strong>la</strong> définit <strong>la</strong> résistance à l’écoulement d’un flui<strong>de</strong>. Lorsque <strong>la</strong><br />
viscosité augmente, <strong>la</strong> capacité du flui<strong>de</strong> à s’écouler diminue. Exemple : si on p<strong>la</strong>ce<br />
une goutte d’huile entre nos doigts et qu’on <strong>les</strong> frotte, on se rend compte que l’huile<br />
est plus visqueuse que l’eau.<br />
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informations pratiques<br />
Adresse<br />
avenue Franklin D. Roosevelt<br />
75008 Paris<br />
01 56 43 20 20<br />
http://www.pa<strong>la</strong>is-<strong>de</strong>couverte.fr/ruptures<br />
Accès<br />
Métro Champs-Élysées Clémenceau (L1, L13) ou Franklin Roosevelt (L9)<br />
Bus : 28, 42, 52, 63, 72, 73, 80, 83, 93<br />
R.E.R : Invali<strong>de</strong>s<br />
Horaires d’ouverture<br />
Du mardi au samedi <strong>de</strong> 9h30 à 18h, le dimanche <strong>de</strong> 10h à 19h.<br />
Fermeture le lundi, <strong>les</strong> 1 er janvier, 1 er mai, 14 juillet.<br />
Tarifs (par élève)<br />
4.50 euros. (2.50 euros <strong>pour</strong> <strong>les</strong> ZEP)<br />
Ce tarif vous donne droit à <strong>la</strong> réservation <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux animations par élève maximum.<br />
Réservations<br />
Par internet http://pa<strong>la</strong>is.<strong>de</strong>couverte.getaticket.com<br />
En contactant le bureau <strong>de</strong>s groupes<br />
- Par téléphone<br />
au 01 56 43 20 25.<br />
Du lundi au vendredi, <strong>de</strong> 9h à 16h.<br />
- Par courrier<br />
<strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong><br />
Bureau <strong>de</strong>s groupes<br />
Avenue Franklin Roosevelt<br />
75008 Paris<br />
- Par fax<br />
01 56 43 20 29<br />
- Par courriel<br />
groupes.pa<strong>la</strong>is@universcience.fr<br />
Ce document a été réalisé par le service éducation d’Universcience, en col<strong>la</strong>boration avec <strong>les</strong> médiateurs<br />
scientifiques et <strong>la</strong> direction <strong>de</strong>s expositions du <strong>Pa<strong>la</strong>is</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>découverte</strong>.<br />
Merci à Tanguy Rouxel, Etienne Guyon, <strong>pour</strong> leur relecture.<br />
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