PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2007 : Albert Fert, Peter Grnberg et les nanosciences lhonneur

Le prix Nobel de physique 2007 a t dcern au Franais Albert Fert et l'Allemand Peter Grnberg pour leur dcouverte d'une technologie de miniaturisation des disques durs dont les applications sont visibles dans la vie de tous les jours.Albert Fret, 69 ans, mdaille d'or du CNRS 2003, est directeur scientifique de l'Unit mixte de Physique au CNRS/Thales, Orsay depuis 1995. C'est en 1988 qu'il a dcouvert la magntorsistance gante (GMR). En janvier 2007, il reoit conjointement le Japan Prize une autre distinction scientifique trs prestigieuse pour ses travaux.

La magntorsistance gante (GMR)Appele magntorsistance gante (GMR), la technologie mise au point par les deux chercheurs est utilise pour lire l'information stocke C'est grce cette technologie qu'une miniaturisation radicale des disques durs a t possible ces dernires annes , a indiqu le comit Nobel dans un communiqu. Ce domaine de la recherche en nano sciences est actuellement en forte expansion. La GMR a un impact important sur les technologies de l'information et de la communication. Elle a notamment permis de mettre au point les ttes de lecture qui quipent aujourd'hui tous les disques durs. Plus sensibles, ces nouvelles ttes de lecture permettent de lire des donnes contenues dans les disques durs compacts intgrs, prsents par exemple dans les ordinateurs portables et certains lecteurs de musique.Le phnomne de magntorsistance change la rsistance lectrique d'un conducteur lorsqu'il est soumis un champ magntique. Il est l'origine de nombreuses applications.Le lancement de la premire tte de lecture base sur l'effet GMR a eu lieu en 1997. La technologie s'est ensuite vite standardise et mme encore aujourd'hui, les toutes nouvelles techniques de lecture drivent de la GMR .

Confrence pdagogique CYCLE 2

Thmes abords:

Les tats de leauFlotte ou coule? Lenseignement des sciences de la nature lcole primaire est un enseignement obligatoire auquel tous les lves ont droit.

Constat:De longue date, des leons de choses aux activits dveil plus rcentes ont engag dans leurs classes des projets et des activits scientifiques tout fait remarquables pour le plus grand profit des lves. Cependant, malgr les programmes, malgr le patrimoine dactivits scientifiques pour la classe, il faut bien reconnatre que lenseignement des sciences est insuffisamment dispens et que, lorsque les heures rglementaires lui sont consacres, cet enseignement savre trop souvent thorique et livresque.Les rcentes valuations internationales indiquent que les lves franais, en fin de parcours secondaire, ne sont pas trs performants par rapport lensemble des preuves scientifiques auxquelles ils sont soumis. Par ailleurs, limage des sciences auprs de ces lves nest gure positive.Voici ce que mcrivait en janvier 2007 Monsieur Claude Cohen-Tannoudji, Prix Nobel de physique: Je vous flicite pour votre action en faveur de lenseignement des sciences dans les coles primaires. Il sagit l dun problme capital et il faut commencer ce niveau si lon veut terme redresser la situation catastrophique que nous constatons concernant la mauvaise perception de la science et le dveloppement dattitudes rtrogrades et fondamentalistes.

La dmarche pdagogique:Les enfants observent un objet, un phnomne du monde rel, proche et sensible et exprimentent sur lui.Au cours de leurs instigations, les enfants argumentent et raisonnent, mettent en commun et discutent leurs ides et leurs rsultats, construisent leurs connaissances, une activit purement manuelle ne suffisant pas. Le rle du matre est dtre la fois mdiateur cest--dire intermdiaire entre la science et les lves et expert cest--dire rfrence pour tout ce qui a trait la conformit scientifique; il intervient en particulier dans les moments de dbat ou de mise en commun.Les activits proposes par la matresse ou par le matre sont organises en squences en vue dune progression des apprentissages. Elles relvent des programmes et laissent une large part lautonomie des lves.Un volume minimum de 2 heures par semaine est consacr un mme thme pendant plusieurs semaines. Une continuit des activits et des mthodes pdagogiques est assure sur lensemble de la scolarit. Un accord entre les enseignants des diffrents cycles est ncessaire pour un suivi des parties des programmes et une continuit dans les mthodes pdagogiques.Les enfants tiennent chacun un cahier dexpriences avec leurs mots eux.

LE CAHIER DEXPRIENCES:

Le cahier dexpriences constitue un support des traces crites (mots, phrases, dessins,..) des diffrents moments de la propre activit scientifique de lenfant. Il comporte deux parties: Une partie libre, spontane, non organise tout au moins au dbut (progressivement, avec laide du matre mais aussi par autocorrection llve va organiser ses notes, amliorer son orthographe et son expression crite) Une partie institutionnalise, fruit dun consensus recherch et obtenu avec laide du matre, tmoin dun savoir partag. Pour llve lintrt de ce cahier est multiple: il assure un rle de mmoire, de tmoin de ses progrs, de son volution au cours de lanne, voire dun cycle; il constitue un outil de communication vers les autres (camarades, matre) mais aussi un support pour dvelopper et construire sa rflexion.Le matre y trouvera des informations sur les reprsentations des lves, ltat davancement des apprentissages et il en tiendra compte pour organiser et parfois pour modifier le contenu des sances.Le cahier dexpriences est un des lments majeurs de la dmarche prconise par La main la pte.Lobjectif majeur est une approximation progressive, par les lves, de concepts scientifiques et de techniques opratoires, accompagne dune consolidation de lexpression crite et orale. Est affirm ici le lien trs fort entre apprentissage scientifique et apprentissage de la langue. Cela peut conduire une motivation rciproque pour les deux apprentissages mais aussi, parfois, un blocage pour des lves qui ne peuvent traduire correctement des ides justes avec des mots, do une ncessaire vigilance des matres pour que chaque lve puisse sexprimer.

Les tats de leau (cycle2) Objectifs:Module de quatre squences pour dcouvrir les trois tats de l'eau (liquide, solide, gaz) et reprer un certain nombre de proprits caractristiques de chaque tat (surface horizontale d'un liquide...) et des changements d'tats. Matriel :Pour la classe : - 30 gobelets plastique - 2 bacs glaons - 7 thermomtres alcool (-10C 50C) - 7 cuves plastique - 6 verres pied plastique - 6 fltes plastique - 1 rouleau essuie-tout - des ponges - 7 plaques de verre - du film plastique - bouteilles plastique, pots de confiture ( ramener de la maison) - de la pte modeler (non fournie) - sucre, sel, farine, sable, terre, huile, alcool, vinaigre, vin, sirop color,... ( ramener de la maison) - des petites cuillres en plastique

Squence 1: Questionnement initial sur: Cest quoi leau?

Pour commencer, on peut envisager un questionnement collectif men par lenseignant : Cest quoi, leau ? Quest-ce que vous savez sur leau ? Lenseignant crit toutes les rponses sur une grande feuille, mme si plusieurs lves disent la mme chose. Se faisant, on prend conscience de limportance de leau dans la vie quotidienne, car les enfants voquent surtout les usages de leau. Puis on poursuit avec un test individuel : une srie de dessins reprsentant des glaons, un nuage, une rivire, la mer etc. Le matre distribue une feuille avec une srie de dessins ou une autre feuille avec ce tableau 3 colonnes: feuille qui sera colle sur le cahier dexpriences.

Pour notre information do vient leau? L'eau est un liquide incolore et inodore qui se trouve presque partout sur la Terre et est un compos essentiel pour tous les organismes vivants connus. Le corps humain est ainsi compos 70% d'eau. Pour tous tres vivants, pour les plantes, leau est indispensable la vie. Ce liquide temprature ambiante a des proprits uniques: c'est notamment un solvant efficace. L'eau est quelque fois dsigne sous le nom de solvant universel. Pour cette raison, l'eau que l'on trouve sur Terre n'est pas un compos chimique pur. La formule chimique de l'eau pure, constituant principale de l'eau est H2O. L'eau "commune" peut avoir des proprits diffrentes que celle utilise en laboratoire, par ailleurs les chimistes prfreront parler de solution aqueuse pour dfinir une eau non pure. Cependant, beaucoup de composants sont pratiquement, sinon compltement, insolubles dans l'eau (huile,..).Prs de 70% de la surface de la Terre est recouverte d'eau (97% d'eau sale et 3% d'eau douce), essentiellement sous forme d'ocans mais l'eau est aussi prsente sous forme gazeuse (vapeur d'eau), liquide et glace et c'est la seule substance ordinaire que l'on trouve dans les trois tats de la matire dans la nature. Une tendue d'eau peut tre un ocan, une mer, un lac, un tang, un fleuve, une rivire, un ruisseau, un canal.... La circulation de leau au sein des diffrents compartiments terrestres est dcrite par son cycle bio gologique.

Le cycle dcrit ci-dessus est essentiellement gochimique. En ralit, les tres vivants, et plus particulirement les vgtaux ont une influence sur le cycle. Les racines des vgtaux pompent l'eau du sol, et en relchent une partie dans l'atmosphre. De mme, une partie de l'eau est retenue dans les plantes. Lors de dforestation, le cycle de l'eau est fortement modifi localement et il peut en rsulter des inondations.

Squence 2: Leau qui coule (eau liquide)Sance 1 : Observation de la surface de l'eauObjectif :Introduire la notion de surface horizontale pour l'eau au repos. Faire prendre conscience du fait qu'un liquide n'a pas de forme propre et qu'il prend la forme du rcipient qui le contient.Matriel :Par groupe : 1 bac en plastique transparent, 1 gobelet en plastique, 1 flte champagne en plastique, 1 pot rond, Un tube essais avec bouchon du papier journal pour protger les tables.

Par petits groupes, aprs un temps de familiarisation avec le matriel, les lves transvasent de l'eau dans les diffrents rcipients et comparent les niveaux obtenus. Ils dessinent. Dans un second temps, on lance le dfi de pencher les rcipients contenant l'eau. On leur propose alors les dessins des diffrents rcipients utiliss et on leur demande de tracer la ligne d'eau.

Lors de la mise en commun finale, l'enseignant refait le dessin au tableau et demande un lve par groupe de dessiner le niveau de l'eau sur le schma d'un rcipient vide. Le vocabulaire est crit : liquide, horizontal, surface en donnant des exemples (se limiter des exemples de surfaces horizontales pour commencer : la table, le sol etc.)

Pour aller plus loin :

Fabriquer un niveau eau simple, avec une bouteille d'eau ou avec un tube essais, pour dterminer l'horizontalit. Observer un niveau bulle. Dix minutes avant la fin de la sance, l'enseignant annonce le sujet et pose la question suivante : Qu'est-ce qu'on va pouvoir mlanger avec l'eau ? Faire une liste des propositions, en distinguant liquides et solides. Puis il a demand chacun d'apporter l'une des substances.

Sance 2 : Les mlanges avec l'eau

Objectif :Montrer que les substances ne se mlangent pas de la mme faon. Matriel :Par groupe : Des gobelets en plastique transparent. Substances solides : sucre, sel, farine, sable, terre... Substances liquides : huile, alcool, vinaigre, vin, sirop color...Droulement :Chaque groupe teste les diffrentes substances et chacun dessine le rsultat.Exemple: le sel dans leau

Puis un classement est ralis en remplissant un tableau en deux colonnes sur une grande feuille : se mlange / ne se mlange pas. Des remarques sont faites. Certains mlanges homognes au dbut vont dcanter et faire apparatre deux phases de raction sur la dure, apparition qui peut prendre un certain temps. Le sel ou le sucre n'ont pas disparu, mais se sont dissous. Pour aider les lves s'en convaincre, le phnomne d'vaporation est propos pour faire rapparatre le sel et le sucre.

Pour viter les dbordements " glissants ", il est prfrable de donner l'huile en fin de sance et de raliser un mlange par groupe.Exprience ralise par le matredite exprience de Marie Curie: Dans un rcipient, verser un peu dalcool color, un peu dhuile et un peu deau. On observe.

Se mlangeNe se mlange passiropfarinevinaigreterreselsucregravier

Squence 3: La glace (eau solide).Sance 1 : Leau qui fondLa veille, on peut demander chaque enfant de ramener un glaon dans un plastique ferm et hermtique de chez lui pour qu'il soit sensibilis au fait que le glaon fonde.Objectif :Constater la rversibilit du changement d'tat de l'eau.Matriel :Par groupe : des glaons gobelets en plastique de la pte modelerDroulementLa sance commence par une discussion collective sur les conditions employes par chacun des lves pour apporter des glaons de la maison sans qu'ils fondent trop vite. Ensuite un glaon est distribu chacun en lanant le dfi suivant : Le faire fondre le plus vite possible, sans le mettre dans la bouche afin de pouvoir suivre visuellement l'volution du glaon. En fin de sance, chaque groupe fabrique un petit moule avec de la pte modeler. Les moules sont alors remplis d'eau et placs l o les enfants l'ont propos pour que l'eau liquide devienne de la glace (freezer du rfrigrateur de l'cole ou conglateur ou rfrigrant fabriqu devant les lves: glace pile et gros sel)

Sance 2 : Fabriquer de la glace

Objectif :Constater la rversibilit du changement d'tat de l'eau. Utiliser un thermomtre et mesurer la temprature de fusion d'un glaon.Matriel :Par groupe : des glaons des moules des glaons pour remplir 7 gobelets 7 gobelets en plastique 1 thermomtreDroulement :Les enfants rcuprent les moules aprs avoir fait des prvisions Les moules sont-ils remplis de glace, sont-ils vides, ont-ils dbord ? Dans un second temps les enfants remplissent un gobelet de glaons et mesurent la temprature avec un thermomtre : ils observent que l'alcool du thermomtre descend aux alentours de 0C. Aprs une phase de discussion, les enfants conviennent d'un rsultat commun : le glaon fond une temprature de 0C environ. Pour aller plus loin :Discuter des diffrentes formes prises par l'eau dans la nature quand il fait froid : le givre, la neige, la grle...

Squence 4: Leau invisible (la vapeur deau)Pour introduire la vapeur d'eau, on peut envisager des situations quotidiennes : que devient leau liquide place dans un rcipient sur une plaque chauffante (ou sur le feu ou sur la gazinire)? Que devient l'eau du linge mouill ? L'eau des flaques d'eau ? Celle des cheveux mouills ? Observer la bue sur les vitres. Vocabulaire :bue brouillard fume vapeur d'eau

Sance 1 : Evaporer de l'eau: Travail prparatoire avec toute la classe.

Cette sance prparatoire est fondamentale permettant lenfant dexprimenter et en classe et la maison.Objectif :Faire apparatre la notion d'vaporation. L'eau n'a pas disparu, elle est dans l'air, invisible. A la fin de la squence, les expriences lcole et la maison sont mises en place et vont durer plusieurs jours. Activits des lves :Observations, expriences, compte rendu d'expriences, exprimentation, organisation des donnes, discussion de groupeSituation dclenchante :Il a plu. Il y avait des flaques d'eau dans la cour et maintenant il n'y en a plus. Les vtements taient mouills et maintenant ils sont secs. Comment cela sest-il pass ?

Discussion de la classe pour exprimer les ides pralables

Propositions obtenues : L'eau des flaques s'est envole. Le soleil a sch l'eau. Le vent a sch les vtements. etcFaire voluer vers un dispositif exprimental : On voudrait savoir dans quelle(s) condition(s) l'eau sche plus vite et ce qu'elle devient quand elle disparat. Comment peut-on faire pour le savoir ? Quelles expriences faire et quelles observations faire ? Recherche en groupe pour obtenir des ides d'expriences faireDiscussion dans chaque groupe Propositions des lves devant la classe Exemples : - Prendre des rcipients identiques deux par deux (par exemple un verre et une assiette) et y mettre la mme quantit deau - Lun est bouch avec un couvercle ou un bouchon ou avec un film plastique tanche, lautre ne lest pas. - Les placer diffrents endroits ( ct du radiateur, dans le placard, dans la cour, dans le jardin) - Faire expliciter ce que les lves pensent. Que va-t-il se passer suivant les cas ? (Prvisions de l'effet du couvercle, de la temprature, de la grandeur de louverture du rcipient, de lendroit o il est plac: intrieur ou extrieur la classe ou dehors )

Matriel : Celui que les enfants ont retenu. Droulement Les enfants placent leurs chantillons et notent sur leur cahier dexprience lemplacement, la forme du rcipient et le niveau de leau. Comment verra-t-on si de l'eau est partie ? - Proposer de reprer le niveau avec une marque par exemple sur l'extrieur d'un rcipient transparent ou une graduation en papier coll si aucune procdure valide n'est propose par les lves.Le lendemain ou quelques jours plus tard, les enfants rcuprent leurs chantillons et notent sur leur cahier les rsultats obtenus.Pour aller plus loin : Rle de la surface, du vent... (Que fait lenfant pour scher ses cheveux mouills?)

Sance 2: Quest devenue leau dans chaque rcipient? Lvaporation:Objectif: Recenser tous les rsultats obtenus sur plusieurs jours.Ces rsultats doivent montrer que de leau (au moins une partie) a disparu des rcipients non bouchs. La quantit disparue dpend:de la temprature de lendroit de lexprience,de la prsence ou non de vent ou de soleilde la grandeur de louverture du rcipientTravail rcapitulatif:Chaque enfant indique les rsultats dans le cahier dexpriences.Il en tire des applications: schage naturel dans les marais salins, disparition dune flaque deau, schage naturel ou artificiel des cheveux, du linge..Mettre en commun les observationsObservations des lves : - Plus il fait chaud, plus l'eau part vite. - Plus l'eau est tale, plus elle part vite. - L'eau part plus vite s'il n'y a pas de couvercle. - S'il y a un couvercle ou un film tanche, il y a des gouttes d'eau qui s'y forment.

Sance 3 : Apparition de bue sur une vitre : la condensation

Objectif :Montrer qu'il y a effectivement de l'eau dans l'air, autour de nous. Elle rapparat au contact d'un objet dont la temprature est plus basse que celle de l'air qui contient cette eau. Le terme de condensation n'est pas ncessaire.Matriel :Par groupe : un bac en plastique, une plaque en verre. Droulement :L'enseignant commence par expliquer que l'on va faire apparatre l'eau invisible. Puis il dcrit le dispositif qui sera propos aux enfants :

Demander de prvoir ce qui va se passer. Puis les enfants passent l'exprimentation. Ils pourront observer l'apparition de bue sur la plaque de verre et constater en passant le doigt sur la plaque qu'il sagit bien de l'eau liquide.

Pour aller plus loin :Parler de la rose le matin : le sol est froid aprs la nuit, et il se rchauffe avec le soleil.

Fabrication de la pluie : Ce que lon peut dire sur:la pluie Les nuages sont constitus de millions de minuscules particules d'eau. Ces gouttelettes ressemblent de la poussire. Trop petites pour tomber, elles flottent en suspension dans l'air. Lorsque le nuage refroidit, elles commencent grossir et augmenter de volume. Au fur et mesure qu'elles deviennent plus grandes et plus lourdes, elles commencent tomber. D'abord assez lentement. Si le nuage est trs haut, elles doivent franchir une trs grande distance. Leur poids les fait tomber plus vite et c'est une vritable averse qui s'abat sur le sol.

la neige Les flocons de neige sont constitus de minuscules cristaux de glace forms partir de la vapeur d'eau (les minuscules gouttelettes) contenues dans les nuages; Ils se rejoignent pour former des flocons. Comme les flocons sont plus lourds que les petits cristaux de glace, ils commencent tomber et grossissent de plus en plus : il neige.la grle Lorsque la pluie gle car il fait trs froid en altitude, elles tombent en grandes gouttes de glace appeles grle.ConclusionLa grle et la neige sont faites avec de minuscules gouttelettes d'eau. Comme la pluie, c'est de l'eau mais sous une autre forme que liquide. ProlongementAttendre qu'il neige ou quil tombe de la grle pour vrifier par exprience, que la neige et la grle sont bien faites avec de l'eau.

Complment: la temprature dun mlange eau+sel.Diagramme:mlange en fonction de la temprature.Un eutectique est un mlange de deux corps purs qui fond et se solidifie temprature constante, contrairement aux mlanges habituels. Il se comporte en fait comme un corps pur du point de vue de la fusion.