Atelier A11 :

Construction d'un lunoscope, maquette permettant de prédire les éclipses

Présentation

- Objectifs :

Visualiser les phases de la Lune.

Mettre en évidence la différence entre les durées des périodes sidérale et synodique.

Visualiser les éclipses dans un référentiel géocentrique et prévoir les dates approximatives des éclipses sur une durée de 18,6 ans.

- Principe et lien avec l'éclipse de 1999 :

Faire apparaître, d'un point de vue géocentrique les mouvements relatifs du Soleil et de la Lune à l'aide d'une maquette plane en carton.

Ce travail entre explicitement dans le cadre du sujet.

- Produit fini :

La maquette peut éventuellement être scindée en trois "sous-maquettes" simplifiées, adaptées à chacun des trois objectifs décrits ci-dessus.

- Utilisation :

Exemple : le lunoscope est réglé le 24 août 1998.

1 - On place l'index du Soleil le 24 août dans la constellation du Lion.

2 - On place la première Nouvelle Lune de l'année le 28 janvier à 6h et on en déduit que la Nouvelle Lune la plus proche était le 22 août et donc que la Lune est au deuxième jour du mois lunaire.

3 - On place alors l'index de la Lune au deuxième jour de la lunaison ; on a donc les positions relatives du Soleil et de la Lune du point de vue de l'observateur terrestre situé au centre de la maquette

4 - On place l'index des nuds devant l'année 1998 et on remarque que le Soleil "passe" aux nuds, d'une part en février-mars, d'autre part en août-septembre.

5 - Recherche des éclipses dans la période février-mars :

- On met l'index des nuds à la fin du premier trimestre de l'année 1998.

- On fait tourner l'index du Soleil dans le sens direct et on cherche les dates de la Nouvelle Lune et celles de la Pleine Lune de cette période pour lesquelles la couleur du disque des nuds apparaît dans le trou Soleil.

On trouve une NL le 26 février : éclipse totale de Soleil.

On trouve une PL le 13 mars : éclipse de Lune par la pénombre.

6 - Recherche des éclipses dans la période août-septembre :

- On met l'index des nuds à la fin du troisième trimestre 1998.

- On fait tourner l'index du Soleil dans le sens direct et on cherche les dates de la Nouvelle Lune et de la Pleine Lune de cette période pour lesquelles la couleur du disque des nuds apparaît dans le trou Soleil.

On trouve une PL le 8 août : éclipse de Lune par la pénombre

On trouve une NL le 22 août : éclipse totale de Soleil.

On trouve une PL le 6 septembre : éclipse de Lune par la pénombre.

Réinvestissement en classe

- en collège et au lycée on se limite à l'emploi de la maquette concernant les phases de la Lune et les périodes synodiques et sidérales.

- en physique, en 3ème, exemple de mouvement circulaire (mécanique) ; définition et compréhension de la période synodique et de la période sidérale ; la maquette permet de mettre en évidence l'écart entre ces deux périodes ;

- en math, à partir de la 5ème, on peut faire construire les graduations correspondant à ces deux périodes (angles, proportionnalité).

- en club :

- L'emploi de la maquette pour la prévision des éclipses étant plus délicate, peut s'envisager en club de lycée ou de collège car elle nécessite un assez long travail de préparation : il faut que les élèves aient déjà des connaissances sur le mouvement apparent du Soleil, sur le mouvement de la Lune et sur les conditions d'éclipses.

- Il faut distinguer deux aspects du lunoscope :

- la construction et la compréhension.
- l'utilisation.

La difficulté de compréhension de la maquette est qu'elle est un moyen de calcul et non une représentation immédiate. On peut envisager de défricher le terrain avec des maquettes en trois dimensions, surtout pour les élèves plus jeunes.

L'utilisation demande de l'entraînement, mais la maquette permet une prévision intéressante des éclipses.

Remarque : la construction du lunoscope permet de faire comprendre aux élèves que la prévision des éclipses n'est pas simple et est le résultat d'un certain nombre de calculs.

Pour en savoir plus

- La fiche complète

Éléments bibliographiques :

Hors-Série n5 : Gravitation et Lumière (niveau lycée), réalisé par le CLEA.