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Atelier scientifique STAR DUST

Par VINCENT GUILI, publié le mardi 4 avril 2023 22:18 - Mis à jour le mardi 27 juin 2023 17:44
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En 2022 l'atelier scientifique est parti à la chasse aux micrométéorites : ces particules de poussière d'origine extraterrestre (astéroïdes et comètes) représentent la majorité du matériel qui tombe chaque année sur Terre.

Les météorites sont depuis longtemps un objet de fascination, d'abord pour le mystère de l'origine de ces pierres tombées du ciel qui aiguillonne l'imaginaire, ensuite pour leur valeur scientifique, qui invite à un voyage dans l'espace et le temps aux origines de notre système solaire.

Trouver une météorite est un évènement très rare. Mais la majorité du matériau extraterrestre tombant sur Terre ― environ 5 200 tonnes par an ! ― se présente sous forme de micrométéorites.

Le projet réalise la coalescence d'intérêts scientifiques fondamentaux (le matériel extraterrestre invite à se pencher sur les origines de notre système solaire) et de préoccupations techniques (optimisation des techniques de tri avec le bol vibrant), tout en convoquant l'imaginaire (les pierres tombées du ciel) et l'esthétique (les photos en focus-stacking et les inclusions dans la résine).

Le projet repose sur l'interdisciplinarité Sciences de la Vie et de la Terre / Sciences de l'Ingénieur.

L'objectif du projet est de réaliser une véritable chasse à la micrométéorite. Quatre axes sont privilégiés :

  1. la collecte des échantillons à partir des poussières lavées de l'atmosphère par les pluies, et concentrées dans les récupérateurs ou les regards collecteurs des eaux des gouttières ;
  2. l'optimisation des techniques de tri et de récupération : lavage à l'eau (différences de densité et granoclassement), extraction de la partie organique, tamisage, tri manuel sous loupe binoculaire, tri magnétique. Design, construction et programmation d'un trieur automatisé inspiré des bols vibrants utilisés dans l'industrie ;
  3. la validation de l'origine extraterrestre par détermination de l'histogramme de dispersion des diamètres et comparaison aux données scientifiques ; par comparaison aux sphérules d'origine anthropique ; par soumission à l'expertise des chercheurs ;
  4. la valorisation des micrométéorites collectées. Les sphérules collectées seront montées sur des lames à concavité pour être photographiées au microscope (technique du focus-stacking). Si les sphérules sont en quantité suffisante, une partie sera incluse dans de la résine puis montée en pendentif.

Le projet s'appuie sur les données quantitatives publiées par les chercheurs (The micrometeorite flux at Dome C (Antarctica), monitoring the accretion of extraterrestrial dust on Earth, Rojas et al., Earth and Planetary Science Letters 560 (2021) 116794). La faisabilité de l'extraction de sphérules métalliques ou vitreuses à partir de sables issus de collecteur d'eau de pluie a été validée par expertise d'un premier lot d'échantillons par Cécile Engrand, co-auteure de la publication citée au-dessus. À partir de ce matériel de base, les élèves mettent en place des investigations pour tester différentes technique de tri, y compris la mise au point d'un trieur automatisé qui sera conçu par CAO (Solidworks, Arduino) puis construit au FabLab du lycée (découpe laser et impression 3D). Les micrométéorites collectées sont photographiées et mesurées. Les données quantitatives sont comparées à celles obtenues par les chercheurs et à celles obtenues sur des artefacts d'origine anthropique (résidus de meulage, de soudure, de combustion diesel, etc.). Enfin les sphérules cosmiques sont valorisées par inclusion dans de la résine.

L'atelier se déroule chaque semaine le jeudi sur la pause méridienne, en salle de science. Seule la thématique et les objectifs généraux sont proposés aux élèves. Ils doivent investiguer pour mettre au point les meilleures techniques de tri, pour dessiner, construire et programmer l'automate de tri, pour réaliser les acquisitions d'images, les mesures et les traitements de données. La progression des recherches est enregistrée grâce à un carnet de bord collaboratif et un espace de partage en ligne. Les élèves sont force de proposition pour imaginer des développements du projet non initialement prévus.

Les élèves ont participé aux concours CGénial et Faites de la Science en 2022.