UNE MAQUETTE TERRE/SOLEIL pour pas cher et respectant l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre
Auteur : F. LABAUNE
Présentation : Ce document est un mode d’emploi pour ceux qui veulent construire une maquette montrant la révolution de la Terre autour du Soleil avec une inclinaison de l’axe de rotation de la Terre toujours identique par rapport au plan de l’écliptique (23°).
Mots-clés : Terre/Soleil – Plan de l’écliptique – Saisons – Solstices – Equinoxes – Pôles – Equateur – Tropiques.
Public visé : Enseignants qui ont des Secondes ou qui veulent tout simplement montrer comment la Terre tourne autour du Soleil.
Objectif principal : Montrer qu’on n’est pas obligé de dépenser beaucoup d’argent chez « J… » et « P… » pour avoir une maquette qui marche mieux et ainsi faire un T.P. probant.
Dans le cadre du nouveau programme de Secondes, partie « Thème 2 Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol – Le soleil : une source d’énergie essentielle« , nous avons à traiter de l’influence du rayonnement solaire sur la température à la surface du globe. Ce rayonnement est inégalement réparti selon les latitudes (sphéricité de la Terre), selon les saisons (+ inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l’écliptique).
J’ai associé ces deux notions aux effets de l’éloignement d’une planète par rapport au Soleil (luxmètre), plus une modélisation de l’effet de serre dans un gros TP tournant (4 ateliers – 2 séances – 2 ateliers/binôme/séance) et épuisant.
A l’un des ateliers, il y a une maquette Terre/Soleil qui permet aux élèves de visualiser la situation de la Terre au moment des changements de saisons, de voir que les durées des jours et des nuits s’expliquent par l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre.
Plan de construction :
Détail du plan :
Quelques instructions de montage :
– La chaîne à vélo et les pignons de dérailleur se trouvent dans des décharges. Le profilé métallique, la visserie et la planche de support se trouvent dans un magasin de bricolage.
– Sciez le profilé à une longueur supérieure à la longueur « chaîne tendue, passant autour des pignons » (profitez-en pour repérer les trous à faire dans le profilé – si la chaîne n’est pas assez tendue au montage, vous aurez déraillements sur déraillements – sur un de mes modèles, j’ai fini par faire un tendeur).
– Percez les trous.
– Evidez les extrémités des profilés (voir schéma et photos) de sorte à ne plus laisser que l’épaisseur de métal du « toit » et de la « base » du profilé.
– Préparez la tige filetée fine en la coudant à 23° à quelques cm de l’une de ses extrémités.
– Une fois que tous les éléments sont réunis, le montage est assez rapide. Il faut bien serrer les pignons de dérailleur à l’aide des écrous/contre écrous. Les pignons doivent être à la même hauteur (risque de déraillement). La chaîne doit être en place lors de l’installation du second pignon. Les écrous qui « tiennent » le profilé et la tige filetée ne doivent pas être trop serrés (éventuellement, mettre des contre écrous pour ne pas qu’ils bougent lors des rotations du profilé). Ne pas lésiner sur les rondelles, la graisse ou l’huile, le profilé doit tourner autour de l’axe central et l’axe portant la « Terre » doit tourner librement dans le profilé.
– Ne pas oublier les balles de tennis, des feutres pour repérer quelques lignes remarquables (Equateur, Cercles polaires, latitude de la France) et une lampe (de poche) à poser sur le profilé (éclairant la balle de tennis, à la même hauteur).
Quelques photos et détails de maquette (en action) :
Modèle avec bras métallique :
Modèle avec bras en aggloméré :
Un autre modèle de maquette, tout aussi excellent, par Nicolas Esseiva
Cette maquette permet de comprendre facilement et rapidement l’origine des saisons. Elle a été réalisée en quelques heures de travail à partir de différents matériaux de récupération. Son coût total est de 15€ environ.
La terre est une simple boule de polystyrène achetée en librairie (3frs). Elle est fixée par des vis à bois sur un anneau de plastique blanc. Elle peut tourner sur elle même mais de façon limitée.
Amélioration possible: Réaliser une fixation permettant une rotation de la terre sur elle même afin de mieux voir les variation de durée du jour. Attention: il est impossible de traverser la sphère par son centre afin de placer un axe de rotation.
On peut également améliorer le montage en permettant à la terre de changer son angle d’inclinaison par rapport à l’écliptique. Ceci permet de faire comprendre un des 3 cycles de Milankovitch.
L’axe central est une tige filetée creuse spéciale (permettant de faire passer à l’interieur le fil électrique) achetée dans le rayon électricité d’un magasin de bricolage. Les vis qui servent à maintenir le levier en bois sont des vis spécifiques (pas de vis électrique). Enfin, la douille est également disponible dans les rayon électricité. C’est cette partie qui coûte le plus cher dans la maquette. L’ampoule est issue d’une lampe pour bébé (20watts). J’y ai ajouté un interrupteur.
Le levier est un morceau de bois récupéré dans les bacs de chutes à la sortie d’un magasin de bricolage. Comme je l’ai mentionné je l’ai percé de 2 trous et renforcé par des cylindre de cuivre afin d’éviter au maximum le jeu des axes qui le traversent.
La poulie centrale est fixe. Ainsi, lorsque l’on fait un tour avec le levier, on impose à la Terre de conserver la même direction dans l’espace. La poulie placée sous la Terre est de même diamètre (c’est là une obligation) et mobile. La poulie est fixée sur un axe central qui supporte la lampe similant le soleil. L’axe traverse le levier de bois; il est maintenu en position par des écrous et contre écrou. Les poulies sont reliées ensemble par un élastique.
Cette poulie en plastique est mobile. Elle est de même diamètre que celle qui est au centre de la maquette (diamètre 6cm mais peu importe). Elle est reliée à la Terre par un axe (tige filetée) qui transperce le levier en bois. Pour éviter au maximum le jeu (c’est là en effet la principale difficulté de réalisation de cette maquette) j’ai renforcé le passage dans le bois par un tube de cuivre.
