Éveil scientifique

Europalia … Russie … Mathématique …

Trois mots et les élèves de Madame Chantal Randour font des plans, jettent des ponts entre les disciplines scolaires, entre les différentes sections, entre le maternel, le primaire et le secondaire, entre les acteurs pensionnés et actifs de l’Athénée royal Gatti de Gamond.
Trois mots et la mobilisation s’installe.  

Objectif : une exposition ! 
Préalables : curiosité, ouverture d’esprit, tolérance, disponibilité.

Et qu’ils aient 2, 4 ou 6 heures de mathématiques, les élèves se lancent dans des visites réelles et virtuelles, confrontent leurs idées, demandent des explications plus pointues à des universitaires, à des ingénieurs, recherchent des fonds, des objets caractéristiques du pays, et ce n’est pas tout !
Les aînés des classes terminales initient les petits de maternelle à la fabrication de clochers typiques… et voilà une leçon de bricolage où l’on se frotte à l’élaboration de consignes claires et accessibles à un tout jeune public, où l’on doit adapter son langage, et surtout où l’on réalise qu’enseigner ne s’improvise pas !
La grandeur du pays, ses espaces enneigés, son climat, tout interpelle. 

Le Transsibérien, bien sûr, mais plus simplement la troïka pour ses déplacements … et une classe de primaire découvre le folklore et interprète une danse à trois : la Troïka !

Mathématique et chimie … tableau de Mendeleïev

Que sont ces éléments dans la vie quotidienne ?  Chaque élève expose, explique un élément : il réalise combien communiquer est complexe, même dans un cours d’éducation scientifique et technique, d’autant plus que le professeur de français évalue l’expression orale…

La peinture russe d’avant-garde ! Une bicyclette et Cabri-géomètre : de la toile à l’écran d’ordinateur ! Voilà le visiteur plongé dans la décomposition du mouvement, pressentie par l’artiste, expliquée par l’ordinateur, rendue accessible aux élèves par un condisciple !

Quant aux homothéties, les élèves de 3e les découvrent en jouant à la poupée : les matriochkas leur dévoilent leur secret mathématique !
Et si vous voulez du rêve, l’Oiseau de Feu et les élèves de français de 2e secondaire vous emportent…

Point de départ et point de chute identiques : jeter un «Regard mathématique sur la Russie».
Point d’orgue : l’exposition, projet porteur de sens et projet  fédérateur de la Communauté éducative de l’Athénée royal Gatti de Gamond !

Nicole ANTOINE
préfète f.f.

Athénée royal Gatti de Gamond.
Rue du Marais, 65
1000 BRUXELLES

Le pluvioscan 
Athénée royal Leonardo da Vinci

Des élèves de 5e en 2004-2005 (actuellement en 6e) sont partis d’une constatation qui les mènera à Stockholm en 2006 : l’eau de pluie est la première source d’eau potable sur terre et son étude quantitative et qualitative est de toute première importance, aussi bien pour l’agriculture que pour chacun de nous.
Mesurer la quantité et la qualité de l’eau tombée du ciel est en effet une préoccupation humaine depuis la nuit des temps.
Le principe de fonctionnement du pluviomètre traditionnel est simple : un récipient en forme d’entonnoir dont la surface est connue (généralement 200 ou 400 cm2), capte l’eau de pluie qui s’écoule ensuite dans un réservoir où elle est conservée jusqu’à l’instant de la mesure.
C’est ainsi que, des pluviomètres, il en existe depuis près de 30 siècles. Seuls les modèles à augets basculeurs, jusqu’à l’apparition du pluvioscan de l’AR Leonardo da Vinci, faisaient une acquisition des données en continu.

Un pluviomètre qui mesure aussi la qualité de l’eau…

Dans le cadre du projet E.O.N.S (Earth Observatory Network of Schools) dont l’ambition est la réalisation d’un réseau de mesures météorologiques effectuées par des écoles du monde entier, les élèves de 5e, sous la houlette de leur professeur de chimie, Julien Peetermans, ont entrepris la réalisation d’un capteur de pluie « home made » capable de mesurer, dans un premier temps, les précipitations en temps réel.
En voulant perfectionner (ne pas devoir vider le godet…) et rendre plus précis les instruments traditionnels, ils ont rapidement constaté que leur appareil notait des variations dans le comptage des précipitations récoltées dans un entonnoir et redistribuées goutte à goutte. Ils se sont donc demandé si les électrodes n’enregistraient pas des différences en fonction de la résistivité de l’eau et de l’air.
Très vite, il leur est dès lors apparu que ce capteur d’une précision extrême allait aussi pouvoir renseigner sur la qualité de l’eau de pluie dont chacun sait que la conductivité dépend de la concentration ionique.
Les données, acquises sur PC, étaient automatiquement exploitées dans un tableur type Excel favorisant une analyse rapide des données et de transfert d’informations, comme prévu dans le projet E.O.N.S.

Le pluvioscan est donc un appareil de mesure original capable de mesurer la quantité et la qualité d’une eau de pluie en temps réel, pour un coût très raisonnable, ce qui est cohérent avec les objectifs de l’enseignement…
D’après les concepteurs, les applications du pluvioscan ne se limiteront pas au monde agricole, mais pourront s’étendre en météorologie, en écologie et pourquoi pas en géologie où le système pourrait, par exemple, être utilisé pour mesurer et expliquer la formation plus ou moins rapide des stalactites.
Les premières mesures ont permis d’établir que la précision du pluvioscan dans les mesures pluviométriques est dix fois supérieure à celle des appareils actuels. De plus le pluvioscan a permis de différencier significativement les qualités de différentes eaux de pluie… et les élèves sont même allés jusqu’à analyser la qualité d’eaux minérales, d’eau du robinet et d’eau distillée...

Mais encore…

Le projet a été mis en route pendant l’année scolaire 2004-2005 et présenté à l’Expo-Sciences, du 27 au 29 avril 2005, où il n’a guère rencontré de succès (64e place)… si ce n’est que Monsieur Michel Kruglanski, sélectionneur pour l’Expo européenne des Sciences, a proposé de participer aux éliminatoires qui s’organisaient en deux étapes : présentation d’un rapport pour le 6 septembre 2005 et défense orale par les élèves le 17 décembre 2005.

Cette proposition a mobilisé bien évidemment élèves et professeurs (Monsieur Julien Peetermans, ainsi que Mesdames Catherine Donnet, Laurence Grenez, Marjorie Lejeune et Saranda Shehu) qui n’ont pas manqué de passer une partie de leurs grandes vacances à étendre leurs investigations d’une part, à peaufiner ledit rapport d’autre part !
Et le résultat est là : ils (les élèves seuls !) sont sélectionnés pour présenter leur pluvioscan à Stockholm, à l’Expo européenne des Sciences entre le 18 et le 24 septembre 2006.

Quid ?

Vous trouverez ci-après des extraits du rapport présenté par les élèves Brahim Nadia, Hkecha Latifa et Bukuru Fernand aidés par Lydia Nishimwe et Ismahane Moulaï.

A noter qu’ils ont créé une nouvelle unité découverte grâce à leur invention : le Vinci
Je les remercie pour le remarquable travail accompli, sans oublier leur professeur, Julien Peetermans.
Je me dois aussi de féliciter dès maintenant toute la Communauté éducative de l’Athénée royal Leonardo da Vinci en la personne de son Préfet, Monsieur Alain Faure.
Et je souhaite plein succès à Stockholm à nos jeunes inventeurs…

Francis SCHIEPERS
chargé de mission

Athénée royal Leonardo da Vinci
Rue Chômé Wyns, 5
1070 Anderlecht

Extraits du rapport

Nos objectifs initiaux

La réalisation d’un pluviomètre basique est d’une grande simplicité, mais nous voulions que le nôtre soit autonome (sans vidange) et que l’acquisition des données soit automatique et informatisée.
L’eau s’écoulant en continu, il était primordial d’ajouter une cellule capable de compter le volume d’eau qui la traverse. L’idée nous est venue de faire passer l’eau goutte-à-goutte à travers deux électrodes de platine disposées comme des droites gauches, aux bornes desquelles on mesurerait la conductivité. L’air n’ayant pas la même conductivité que l’eau on devait pouvoir identifier les gouttes.
Dans un premier temps, nous avons utilisé un multimètre pour tester notre hypothèse. Le résultat fut concluant à l’exception de la fréquence des mesures qui ne permettait pas toujours de capter la goutte qui tombe.
Nous nous sommes tournés vers l’Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique qui nous a généreusement prêté un acquisiteur de données (LabJack U12) dont la fréquence d’acquisition est largement suffisante et dont les mesures peuvent directement être exportées dans un tableur Excel via une programmation VBA.
(…)

Ont été testées :

Différentes dilutions (de 10 en 10) d’acide sulfurique (de 0,005M à 0,0000005M)
Trois eaux de pluie relevées à trois endroits différents :
À St Gilles (Agglomération dense)
À Anderlecht (Agglomération dense contiguë a St Gilles)
À Ninove (Petite agglomération)
À St Pierre (Petite agglomération)
Plusieurs eaux de pluie du même endroit mais de récoltes différentes
Une eau de pluie à différentes températures (de 10°C à 25°C).

On été utilisées :

comme contrôle négatif : de l’eau distillée ;
comme contrôle positif : de l’eau du robinet (St Gilles).

Mesure de différentes eaux :

(…)
le pluvioscan peut parfaitement distinguer différentes qualités d’eau, de l’eau distillée jusqu’à l’eau du robinet (sensiblement chargée en ions).
Il est à constater également que différentes pluies ont des puretés variables et mesurables. Les pluies les plus chargées étant celles des agglomérations plus denses.
On notera au passage, l’eau « de source » Cristaline qui n’est pas loin d’être de l’eau du robinet.
(…)

Conclusion

De toute évidence, l’appareil de mesure que nous avons mis au point en une année seulement, s’avère être intéressant à plus d’un titre. Il apporte une nouvelle dimension à l’étude des précipitations en analysant avec une grande précision, non seulement la quantité, mais aussi et surtout la qualité de l’eau de pluie avec des répercussions en climatologie, en agriculture et en écologie.
Nous avons montré que le pluvioscan est capable de mesurer précisément le volume de précipitations, et de distinguer différentes eaux de pluie. Son coût relativement modeste et sa simplicité de réalisation le rendent accessible au plus grand nombre, y compris au niveau du projet de départ, à savoir le projet E.O.N.S.
Il est possible de compléter le dispositif en y incluant une sonde de température pour corriger les variations de conductivité qu’elle induit. Une électrode de verre dans l’eau collectée pourrait affiner l’analyse chimique de l’eau en permettant de différencier les ions hydroniums des autres ions. Ces modifications sont actuellement à l’étude.