Comment évolue un engin spatial dans le champs gravitationnel d'une planète ?

Par Célestine Couppoussamy de la 1ère S1,

En groupe avec Lucie Nadam et Ruben Sero de la 1ère S1,

du Lycée Thibaut de champagne

 

Années : 2015-2016

Série : Scientifique

Matière : Maths-Physique

Thème : Mesure

Sujet : Satellisation

Problématique : Comment évolue un engin spatial dans le champs gravitationnel d'uns planète ?

 

          Dans le cadre du travail personnel encadré réalisé par toutes les classes de première, j'ai choisi le binôme de matière physique-mathématiques car j'aime beaucoup les maths. De plus j'avais déjà une idée de faire mes TPE sur les fusées qui innovent constamment ainsi que sur l'astronautique et/ou l'aéronautique car ces sont des domaines qui m'intéressent beaucoup, dans lesquels je souhaite centrer mes futurs études et métier. Ce sont des domaines où les recherches sont beaucoup concentrés de nos jours et qui connaissent de nombreux progrès et évolutions, mais comme on n'étudie pas ces sujet au lycée et que j'ai peu de connaissances sur ces domaines, les TPE me paraissaient un bon moyen d'en apprendre d'avantage et qui me permettrait de produire un travail qui me plaît et qui me motivera à travailler. C'est pourquoi j'ai choisi la physique qui va nous permettre d'étudier ces notions, de plus je trouve que les maths se combinent bien avec la physique . Afin de travailler les TPE en groupe tout au long de l'année, je me suis mise avec Lucie Nadam, nous avions décidé dès le départ d'être ensemble, de plus nous nous entendions bien et nous pouvons travailler dans de bonne conditions. Comme nous habitons près l'une de l'autre cela nous permettra d'avancer nos TPE ensemble et de nous consulter plus souvent. Ruben Sero, qui avait lui aussi choisi le même binôme de matières que nous, nous a demandé de rejoindre le groupe, ce qui me dérangeait pas car il est studieux et sérieux.

 

          Le sujet traité dans nos TPE est la satellisation cependant le mot « satellisation » a été défini en tant que sujet vers les dernières séances de TPE mais ce ne fut pas un problème majeur dans l'évolution et l'élaboration de nos travaux. En effet, dès lors de la première séance des TPE, j'ai présenté mon idée et nous nous sommes ainsi mis d’accord pour réaliser nos TPE autour d'un sujet concernant l'aviation/ les fusées. Nous avons donc facilement trouvé un sujet qui nous intéresse tous les trois. Nous avons alors centré nos recherche là-dessus lors des premières semaines. Cependant le sujet nous paraissait trop vaste, nous ne savions pas sur quelle partie concentrer notre projet et comme nous n'avions pas assez de connaissances précises, certaines notions nous paraissaient flous. En faisant beaucoup de recherches sur toutes les notions du thème (orbite, composition de la fusée..) et sur les notions de bases (aéronautique, astronautique...), nous avons commencé à centrer nos recherches sur la vitesse de libération ce qui devint notre sujet pendant un certain temps. Finalement, nous nous sommes rendus compte que notre production finale et notre problématique n'étaient pas centrés sur la vitesse de libération, nous avons avons changé notre sujet par la satellisation sans que cela ait des conséquence sur nos travaux réalisés. Nous n'avons donc eu aucun soucis du côtés du choix du sujet, et je trouve qu'il englobe toutes notre recherche sur les engins spatiaux qui satellisent et leur trajectoires.

 

          Nous avons choisi de réaliser comme projet finale un site internet et avec problématique : Comment évolue un engin spatial dans le champs gravitationnel d'une planète ?. Le choix de la production comme le choix du sujet fut progressif et se fit petit à petit mais il n'a pas représenté pour autant de problème ou d'obstacle à l'évolution de nos recherches. En effet, au début nous voulions réaliser une maquette de fusée ou une expérience avec une fusée à eau lorsque nos recherche étaient centrés sur la fusée, cependant nous n'avions pas encore de problématique. Bien qu'on en a pas définie une dès le début, je ne pense pas que cela ai représenté un obstacle à l’avancement de notre de notre TPE car nous continuions quand même à faire des recherches et nous avions rapidement réussit à en trouver une, quelques séances après avec l'aide des professeurs et la définir après plusieurs modifications. La définition de la problématique nous a permis de mieux centrer nos recherches et d'élaborer un plan. Finalement, comme nous avions beaucoup d'idées de productions finales et beaucoup de supports différents à présenter, nous nous sommes mis d'accord pour créer un site internet. Le site comme idée de projet final nous a beaucoup plu et m'a parut très pertinent. Nous avons donc petit à petit entretenu un site centré sur une partie rédigée séparée en trois partie et répondant à la problématique. Elle contient aussi une animation sur les trajectoires de la fusée et une partie sur la sortie au musée de l'air et de l'espace que nous avons réalisée, la bibliographie est déjà inclut dans notre site.

 

          Tout d'abord, c'est la fusée appelée lanceur qui décolle de la Terre. Elle est constituée de trois étages qui vont lui permettre d'exercer sa fonction, c'est à dire soit placer un satellite sur une orbite autour de la Terre ou propulser une sonde sur la bonne trajectoire vers d'autres planètes : Le premier étage permet à la fusée de décoller en lui donnant une poussée verticale durant quelque secondes afin de monter le plus haut possible. Ensuite le deuxième étage va lui permettre d'accélérer. La fusée devra accélérer progressivement pour atteindre : soit une vitesse de 7 km.s-1 : c'est la vitesse de satellisation minimale (√(GM)/R) qui permet satelliser autour de la Terre ; soit une vitesse de 11 km.s-1 : c'est la vitesse de libération (√(2GM)/R) si la fusée ne souhaite pas satelliser autour de la terre, mais s'échapper de son attraction gravitationnel afin de satelliser sur une autre planète. Le troisième étage va permettre à la fusée de positionner dans l'espace. Il existe différentes trajectoires (circulaire, elliptique, parabolique et hyperbolique) communiquées à la fusée dès sont lancement qui vont lui permettre soit de se placer sur la plan souhaité pour lancer le satellite qu'elle transporte sur la bonne orbite ou alors aller vers la direction d'une planète souhaitée et propulser la sonde spatiale. Pour les satellites, il existe plusieurs orbites qui varient selon l'altitude et l'inclinaison et qui dépendent des missions à effectuer. Les sondes devront progresser seule dans l'espace. Afin de ralentir, accélérer ou dévier la trajectoire d'un sonde spatiale, celle-ci utilise la champs gravitationnel d'autres astres. C'est ce qu'on appelle l'assistance gravitationnelle.

 

          Il n'y a pas eu de malentendus ni de disputes entre les membres, ni de grand soucis majeurs qui ont représenté des obstacles importants nous empêchant de travailler. Le travail s'est passé dans de conditions très agréables tout au long de l'année. Il y a bien sûr eu quelques moment où nous étions bloqués ou perdus mais les profs nous ont beaucoup aidé et guidés comme lors de la définition du sujet ou de la problématique ce qui nous a permis de bien avancer. Leur aide nous a donc été très utile et précieuse. Les soucis les plus important ont été avec le site, car nous n'arrivions pas à trouver un hébergeur gratuit sur lequel créer notre site simplement. Nous avions donc changé plusieurs fois d'hébergeurs et créer plusieurs site. Le deuxième soucie fut que nous devions changer souvent de plans à cause des changement de problématique, à cause de sous parties trop courtes ou qui ne demandait pas à être développées dans notre sujet. Le plus gros soucis a été notre façon de travailler et notre organisation, car nous nous sommes trop concentrés sur nos recherches et pas assez sur la production finale, ce qui a fait que nous étions en retard lors des dernières séances. En effet, les premières séances nous travaillions beaucoup en groupe, mais avec le retard nous avons du faire beaucoup de travail personnel et nous nous sommes pas bien répartis les rôles.

 

          Je trouve que notre projet reflète tout notre travail fourni tout au long de l'année dans le cadre des TPE. Quand au site, j'ai réalisé la partie rédigée et la mise en page. Je pense que je me suis beaucoup investit tout au long des TPE. Ce travail m'a permit de m'instruire sur le domaine de l'aéronautique et de découvrir des moyens de travaux plus efficaces.