Collections de Sciences physiques
Index de l'article
Une collection exceptionnelle d'instruments de sciences physiques pour l'enseignement
Le fonds d'instruments anciens est issu principalement des dotations et acquisitions successives, depuis la création du Lycée en 1803, mais quelques instruments témoignent d'une histoire de l'établissement plus ancienne, tel le double cône de l'abbé Nollet (1) ou le compas de marine daté de 1744 (2).
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Une bonne partie de ces instruments dormait dans des fonds d'armoire ou au milieu de débris dans des caves. Leur sauvetage (entamé à la fin des années 1980 avec des élèves volontaires), leur restauration et leur mise en valeur sont une de nos préoccupations majeures.
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Certains instruments de sciences physiques sont modestes, d'autres plus complexes, d'autres encore visent à susciter l'émerveillement (3).
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Beaucoup sortent des ateliers de constructeurs célèbres. Presque tous ont en commun d'allier beauté et vocation pédagogique :
"Vieilleries surannées, exhumées d'un passé révolu et simplement dépoussiérées, que nous avons là sous les yeux ? Non, signes vivaces, émouvants et efficaces d'un savoir toujours en mouvement et d'un enseignement en perpétuelle réinvention. [...] Mieux souvent que des instruments chromés, profilés, encastrés, numérisés, " computorisés" ..., ils nous découvrent, avec une sorte d'évidence tranquille, leur fonction, nous invitant à deviner le résultat de l'expérience qu'ils suggèrent, nous donnant l'envie de les toucher, d'en caresser les arrondis du bois verni et de les faire fonctionner. [...] De ceux et celles qui conçurent ces instruments nous sommes les élèves et les débiteurs. Nous tenons là un trait d'union entre eux et nous."
(Yves Quéré, de l'Académie des Sciences, "Éloge du musée", dans Enseigner et communiquer, Le Pommier, 2008).
Nous ne présentons sur le site qu'un petit nombre d'instruments, sans entrer dans le détail de leur fonctionnement. Le visiteur curieux trouvera un inventaire photographique très complet - plus de 300 de nos appareils - sur le site de l'Association de Sauvegarde et d'Étude des Instruments Scientifiques et Techniques de l'Enseignement (ASEISTE). Chacun y fait l'objet d'une notice très complète. Plus d'une vingtaine y sont aussi montrés en fonctionnement dans la rubrique "vidéos". Pour se connecter au site de l'ASEISTE, cliquer ici >>>
Et pour un accès direct à nos vidéos, aller sur Amelycor patrimoine scientifique
Le classement en disciplines est celui qui était en usage au XIXe siècle, auquel nous avons ajouté l'électronique.
Mécanique, pesanteur, mesures
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Le double cône de l'abbé Nollet : un mouvement contre nature ? Avec la vidéo, suivez le déplacement : lâché d'en bas, le double cône roule jusqu'en haut des rails et semble s'affranchir de la pesanteur ! |
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Avez-vous trouvé où est l'astuce ? Pour vérifier votre réponse, cliquer ici >>>
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Un instrument de précision : le cathétomètre D'usinage particulièrement délicat, cet instrument permet d'apprécier des différences de niveau au centième de mm près !
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Hydrostatique
La sphère de Pascal illustre le principe, établi par Pascal, de la transmission des pressions dans les liquides. |
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Le principe des vases communicants
Sans commentaire ! |
La presse hydraulique
Encore Pascal ! Le liquide qui remplit les tubulures et les deux cylindres de laiton transmet la pression. Mais les forces pressantes agissant
sur les pistons dans les deux cylindres sont proportionnelles à leur surface.
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La presse hydraulique
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Ainsi avec une petite ... on exerce une |
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Une balance hydrostatique On peut suspendre sous les plateaux un corps qu'on immergera dans un fluide. La balance permet alors d'évaluer la poussée d'Archimède |
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Une collection de densimètres
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Ils permettent d'évaluer la densité des liquides dans lesquels on les plonge. Certains, appelés alcoomètres, sont gradués directement en degrés alcooliques. D'autres, les pèse-acides, permettent d'évaluer la concentration d'une solution sulfurique.
Deux exemples, en vidéo ...
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Propriétés des gaz, pression
| Les hémisphères de Magdebourg : faciles à séparer ?
Oui et non ! Les réponses sont dans la vidéo réalisée par les élèves d'un atelier scientifique du lycée Emile-Zola, sous la direction de Gérard Chapelan
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Avec l'appareil de Briet, le laboratoire produit son eau gazeuse !
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Par action de l'eau, contenue dans l'un des deux vases, sur l'acide tartrique et le bicarbonate qu'on a placés dans l'autre vase, on obtient du gaz carbonique fortement comprimé qui se dissout dans l'eau. L'eau gazéifiée jaillit alors avec force quand on ouvre le robinet. |
| Le baromètre de Fortin, un baromètre de précision.
Ce baromètre à mercure permet l'évaluation de la pression atmosphérique avec une grande précision. Une vis placée sous la cuve, dont le fond est un cuir souple, permet d'ajuster la surface libre du mercure au zéro de l'échelle graduée. |
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| C'est ainsi qu'en 1998 des élèves d'un atelier scientifique du lycée Emile-Zola, reprenant une expérience célèbre de Pascal, ont pu évaluer la diminution de la pression atmosphérique lorsqu'on passe de la cour au 3ème étage. Elle est de l'ordre du mm de mercure, à comparer à la pression atmosphérique moyenne à l'altitude zéro qui correspond à 760 mm de mercure. |
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| Un baroscope
Cet appareil est une balance. A une extrémité du fléau est suspendue une grosse sphère creuse en laiton. A l'autre une petite masse fait contrepoids. |
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| Le baroscope permet de mettre en évidence la poussée d'Archimède exercée par l'air. En effet si l'on fait le vide autour de l'appareil, le fléau s'incline du côté de la sphère. |
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Quelques histoires de la pression atmosphérique et du vide, racontées à l'aide de nos collections :
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Acoustique, vibrations
Dessiner avec le son ?
C'est possible...
... avec les figures de Chladni.
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Si vous êtes un virtuose de l'archet, vous ferez facilement chanter la plaque de laiton. |
| Si vous l'avez au préalable saupoudrée de sable de Fontainebleau (sable fin et homogène) vous verrez les petits grains de sable s'agiter fortement dans certaines régions, jusqu'à ce qu'ils se rassemblent sur des zones de mouvement nul ("lignes nodales"). Les figures obtenues – "figures de Chladni" – montrent les divers modes de vibration de la plaque : lorsque le son émis est grave et de timbre peu agressif, les zones de vibration maximale sont larges et la figure est simple. |
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Plus le son émis est strident, riche en composantes aiguëes, plus les zones obtenues sont petites et nombreuses.
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Une publication de l'Amélycor met en valeur nos collections d'acoustique : |
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Chaleur
Mais qu'est-ce donc ?
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Une ancienne boîte de conserve ? |
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Le décor noir et or incite à plus de respect ... ... quant à l'époque et |
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La comparaison avec cette planche du Traité publié en 1789 par Lavoisier ne laisse aucun doute : c'est le calorimètre à glace de Laplace et Lavoisier.
| Le nôtre est une copie, de dimensions plus réduites, de l'appareil utilisé par Lavoisier pour mesurer des quantités de chaleur, notamment celles dégagées par un organisme vivant. |  |
Pour en savoir plus sur le principe de ce calorimètre à glace et sur l'usage qu'en fait Lavoisier, se reporter au dossier consacré à ce sujet dans notre bulletin L'écho des colonnes n°41 (juin 2012).
Miroirs ardents
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L'expérience des miroirs ardents, filmée ici, démontrait selon les manuels anciens, que "chaleur et lumière se réfléchissent selon les mêmes lois". Allez jusqu'au bout de la vidéo pour savoir en quoi, pour la physique moderne, cette interprétation est fautive... |
Optique, géodésie
Le cabinet d'optique...
| ... mis en images en 2002 par des élèves de seconde du lycée |  |
L'octant
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constructeur Gregory & Wright, vers 1785 ? |
Cet instrument de navigation permettait de mesurer la hauteur d'un astre au-dessus de l'horizon
Télescope de type " Gregory "
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Dan |
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Les prismes
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Prisme à angle variable
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Entre ses deux faces vitrées, d'angle réglable, on verse de l'eau ou d'autres liquides transparents. Un pinceau lumineux pénétrant par l'une des faces ressort alors du prisme liquide ainsi constitué en ayant subi une déviation. |
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On peut étudier la façon dont cette déviation dépend de l'angle du prisme ou de l'indice de réfraction, qui varie selon le choix du liquide. |
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"Quelques expériences sur la décomposition de la lumière blanche"
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En 2002, des élèves de seconde du lycée ont réalisé des expériences à l'aide de divers prismes, dont le prisme à eau, faisant apparaître en multiples exemplaires les couleurs de l'arc-en-ciel. Ils en ont fait un diaporama : |
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Magnétisme
Ce superbe compas de marine est daté de 1744.
Sur la rose des vents, la fleur de lys indique imperturbablement le Nord.
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Une « suspension à la Cardan » permet au pivot, sur lequel reposent le barreau aimanté et le disque gradué, de rester vertical sans être affecté par le roulis ou le tangage...
... mais il est peu probable que ce compas ait jamais navigué.
Électricité statique
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A première vue, difficile d'imaginer que cet instrument soit une balance. Et pourtant c'est la balance de Coulomb. Le lieutenant du Génie Charles-Augustin Coulomb l'a imaginée, non pour peser des objets, mais pour effectuer les premières mesures de forces électriques. En 1785 il affirme avoir montré, grâce aux mesures effectuées avec une telle "balance", que la force avec laquelle se repoussent deux petits objets porteurs de charges électriques de même espèce décroit en raison inverse du carré de leur distance. |
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Comment utiliser cette balance pour "peser" les forces électriques ? La vidéo donne un aperçu du mode opératoire. |
Pour une présentation plus détaillée, voir la vidéo « Coulomb invente une balance pour l'électricité » sur le site "Ampère et l'histoire de l'électricité"
La bouteille de Leyde
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Elle est à l'origine de la ... comme le montre la vidéo !
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Un œuf ?
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Il en a la forme, mais produire un œuf de verre d'un tel volume n'est pas à la portée de n'importe quelle pondeuse! Œuf électrique ? Oui ! Voyez les deux électrodes de laiton, qui attendent d'être reliées à un générateur de haute tension. Quel int Pour la réponse, voir la vidéo. |
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Et pour en savoir plus, une autre vidéo : « Décharges électriques lumineuses, de Louis XIV aux tubes fluos », sur le site "Ampère et l'histoire de l'électricité" |
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Electricité dynamique
Une copie de la fameuse pile de Volta, telle qu'elle est décrite dans la lettre qu'Alessandro Volta adresse en 1800 à la Royal Society.
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Comment a été inventé cet instrument, qui marque un tournant majeur dans l'histoire de l'électricité ?
... voir la vidéo « Des expériences de Galvani à la pile de Volta » sur le site "Ampère et l'histoire de l'électricité"
Et pour une reconstitution de son fonctionnement ?
... voir la vidéo « La pile de Volta a encore frappé » toujours sur le site "Ampère..."
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Galvanomètre dit "de Nobili" (Constructeur : Deleuil)
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Conçu au début des années 1820 par Nobili pour évaluer de très faibles courants, cet appareil repose sur la propriété
des courants d'agir sur une aiguille aimantée.
des courants d'agir sur une aiguille aimantée.
... voir la vidéo « A la recherche de la mesure du courant » sur le site "Ampère et l'histoire de l'électricité"
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Les tubes de Geissler
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Des tubes de Geissler illuminés par la décharge électrique |  |
La lumière émise par une décharge électrique dans les gaz raréfiés a de nombreuses applications scientifiques ou techniques.
Mais les constructeurs de la fin du XIXe commercialisent aussi des tubes destinés à l'émerveillement d'un public attiré par les
curiosités scientifiques. Ils varient pour cela la forme des tubes et utilisent des verres spéciaux rendus luminescents par la décharge.
Mais les constructeurs de la fin du XIXe commercialisent aussi des tubes destinés à l'émerveillement d'un public attiré par les
curiosités scientifiques. Ils varient pour cela la forme des tubes et utilisent des verres spéciaux rendus luminescents par la décharge.
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Jeux de formes et de couleurs : l'illumination de quelques tubes de Geissler, en vidéo. |
Electronique Modification de l'article : juillet 2016.
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Les tubes de Crookes Sur l'image ne figure qu'une partie de la riche collection. |
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Le "tube à croix de Malte" Pourquoi Crookes avait-il choisi cette croix pour arrêter ses "rayons cathodiques" ? (Voir la vidéo) |
En revanche, si l'illumination du verre frappé par les électrons nous fait penser à l'écran de télévision d'avant l'écran plat, nous ne nous trompons pas. Le tube de Crookes est en effet un lointain ancêtre du tube cathodique. Plus généralement, il est à l'origine de l'électronique.
(Sur les propriétés étonnantes des rayons cathodiques, voir en vidéo deux autres tubes imaginés par Crookes, sur le site de l'Aseiste)
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Le "tube à rayons X" En 1895, Röntgen, travaillant sur les "rayons cathodiques" découvre les rayons X, puis en améliore la production grâce à une modification du tube de Crookes : les "rayons cathodiques" percutent une grosse anode métallique ("anticathode"), qui devient alors source du "rayonnement X". (Voir la vidéo) |
Radioactivité Création de l'article : décembre 2016.
Evidemment, pas d'instruments du 19è siècle dans ce domaine !
Il faut attendre 1947 pour que la radioactivité, découverte en 1896, soit au programme des classes de "maths-élem" des lycées (l'équivalent des Terminales S actuelles).
Les manuels conformes au programme de 1966 décrivent le compteur Geiger-Müller, compteur de rayonnement mis au point en 1928. Avec le modèle pédagogique du Lycée E-Zola (ci-dessous à gauche) un système de collimateur et d'aimant permet de distinguer le rayonnement gamma, non dévié, du "rayonnement" bêta, constitué d'électrons qui sont déviés par le champ magnétique.
Diverses sources radioactives peuvent être utilisées (à droite).
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A partir de 1980, apparaît dans nos collections le "C.R.A.B." (Compteur de RadioActivité Bêta et gamma). Un détecteur Geiger-Müller y est associé à un compteur permettant d'enregistrer le nombre de particules détectées pendant un temps donné. On peut alors comparer l'activité de diverses sources et étudier l'absorption des bêtas et gammas par des écrans d'aluminium ou de plomb d'épaisseurs diverses. |
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La chambre à brouillard permanent, mise au point en 1939, permet de visualiser en temps réel les traces laissées par les alphas et les bêtas émis par une source radioactive. L'effet est particulièrement spectaculaire pour les alphas, que les dispositifs précédents ne permettaient pas de détecter, car le verre très mince de la fenêtre d'entrée des tubes de Geiger suffit à les arrêter.
Pas de chambre à brouillard dans les collections de lycée, mais lors d'un de nos premiers "Jeudis d'Amélycor" en 1997, nous avons eu le privilège d'accueillir Gabriel Gorre pour une présentation de l'expérience réalisée avec la chambre qu'il avait construite.
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En novembre 2016, c'est encore à "Zola" (en salle Hébert), que Gabriel Gorre a repris l'expérience, en la situant dans son contexte historique, pour un film réalisé par Florence Riou. |
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Par ailleurs, notre "Jeudi" de 1997 avait été suivi de présentations devant des lycéens. |
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Chimie
Alambic
Les "petites mains" de l'Amélycor ont rendu au cuivre son éclat d'antan.
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Mais cet appareil ne nous permet pas pour autant d'offrir aux visiteurs le petit verre de l'amitié. Seul pouvait figurer |
Fourneau à réverbère.
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Ce fourneau permettait de chauffer creusets et cornues.
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