Parcours Sciences

De la A4 à Ariane
Histoire des fusées
Parcours collège
Visa :
UÜâÇÉ WxvÜ|xÅ
Service pédagogique LaCoupole.
1
2
Objectifs pédagogiques
Ce parcours, destiné à des élèves de collège, présente les nouvelles armes qui ont été
créées et utilisées au cours de la Seconde Guerre mondiale. Parcours pluridisciplinaire, à
dominante scientifique, il associe Sciences et Histoire et se termine sur une réflexion
citoyenne et humanitaire.
Les objectifs pédagogiques sont les suivants :
Faire comprendre aux élèves le fonctionnement des armes nouvelles.
Les faire utiliser des outils de mathématiques et de sciences physiques et chimiques.
Permettre la construction d’une réflexion individuelle sur les responsabilités de
chacun.
L’élève doit identifier dans les expositions les informations nécessaires à l’analyse d’une
situation et utiliser ces connaissances pour développer un raisonnement en réponse à une
problématique.
Le parcours s’appuie sur les parties des programmes d’histoire (conflits du XXe siècle,
guerre totale, guerre froide, génocide, progrès des sciences et techniques) et de
mathématiques (relations trigonométriques, statistiques (%), aire d’un disque,
identification de solides usuels, fonction, repérage sur un axe, repérage d’une figure plan à
partir d’un solide usuel, racine carrée) en sciences (action et réaction, atomes, réaction
chimique).
Ce dossier est présenté sous forme de fiches pour que le professeur puisse les adapter à sa
propre démarche pédagogique.
Il est conseillé de préparer la visite en faisant lire les parties en italique avant l’entrée sous
le dôme de La Coupole.
Contenu des fiches
Fiche 1 –La Coupole : base de lancement du premier missile de l’Histoire
Après une rapide présentation du site de La Coupole, une étude statistique sur les
travailleurs est proposée. La fusée A4/V2 et son principe de fonctionnement sont
développés pour comprendre l’utilisation de cette nouvelle arme de destruction massive.
Une recherche sur la reconnaissance de solides usuels et une étude de la forme du dôme
(calotte sphérique) fait réfléchir à la coupe d’un solide par un plan.
Fiche 2 – Le moteur de la fusée A4/V2
Après la présentation des scientifiques, Tsiolkovski, Von Braun, Sergueï Korolev qui ont
participé à « l’aventure spatiale », et le développement du principe de l’action et de la
réaction, base de la propulsion des fusées, nous étudierons plus particulièrement le centre
de recherche de Peenemünde. L’observation du réacteur, mis au point par Von Braun,
permet de retrouver des calculs de vitesse de rotation et de comprendre les solutions
techniques utilisées.
Fiche 3 - Peenemünde, Los Alamos et les armes de destruction massive.
Sont présentés dans cette fiche :
Le fonctionnement de la bombe atomique
La bombe atomique a été fabriquée. Quels sont ses effets ? Quand a-t-elle été
utilisée ?
Nous comparerons les deux centres de recherche, Peenemünde et Los Alamos,
ainsi que les armes de destruction massive.
3
Fiche 4 - Les armes de terreur et l’héritage de Peenemünde
La comparaison des effets de deux armes nouvelles de l’armée nazie (la bombe volante V1
et la fusée V2).
La récupération des savants et la conquête spatiale : En suivant Von Braun et Korolev,
nous verrons comment les gouvernements ont récupéré les technologies et les armes
nouvelles.
Fiche 5 - A la conquête de la Lune
Le parcours se termine sur une fiche apportant des informations sur la satellisation d’un
objet autour de la terre et une incursion sur les réactions de combustion des propergols
utilisés.
La fin de cette fiche permet de rappeler qu’à côté de la réussite technologique le régime
nazi a exploité et décimé une population dans des conditions d’une telle atrocité que les
hommes de bonne volonté ont défini des lois internationales et la déclaration universelle
des droits de l’Homme et du citoyen.
Une fiche « Impressions de visite » est proposée en fin de parcours, nous vous serions
reconnaissants de nous indiquer vos remarques et suggestions pour l’amélioration et
l’adaptation de ce parcours à vos propres attentes pédagogiques.
Plan du site :
Zone 1 - Fiche N°2 : Les pionniers et le moteur de la V2
Zone 2 - Fiche N°3 : Peenemünde et Los Alamos.
Zone 2 - Fiche N°3 : La bombe atomique
Zone 3 - Fiche N°4 : Von Braun et les nazis, les armes de terreur.
Zone 5 - Fiche N°5 : L’héritage de Peenemünde.
4
NOM –Prénom
………………………………………………
………………………………………………
Vous avez dix minutes pour répondre
« Science sans conscience n’est que ruine de l’âme » RABELAIS
Bundes Archiv
Berlin
Imperial War Museum
Washington
_t VÉâÑÉÄx M âÇx utáx wx ÄtÇvxÅxÇà
wâ ÑÜxÅ|xÜ Å|áá|Äx wx ÄË[|áàÉ|ÜxA
Le « projet de construction 21 »
1°) À quelle époque débutent les études du chantier ? …………….……………………………….……
2°) Pourquoi a-t-on choisi ce site ?……………………………………….……………………..………….……
…………………………………………………………………………………………….………………………………….……
Un chantier 24 heures sur 24
3°) Sur ce chantier travaillaient par roulement environ 1 300 employés.
Quel en est le pourcentage d’Allemands ? …………………………………………………….……………………….
Compléter le tableau :
Total
Allemands
Ouvriers non
allemands
1 300
100%
………………
60%
……………..
……………
Dont
travailleurs
soviétiques
500
……………..
Autres
travailleurs
……………….
………………
Des bombardements massifs
4°) À quelle date le chantier est-il arrêté ?……..…………………….……………………………….……
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
5°) [photo G3-10] : Quel type de bombe a précipité cet abandon ?
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
5
[Prendre l’ascenseur. Vous arrivez sur la mezzanine
pour l’observation du fonctionnement de la maquette
animée et de l’intérieur du dôme.]
6°) Où devaient être stockées les fusées ? ………………………….……
………………………………………………………………….………………………….……
7°) D’où devaient-elles décoller ? ……………………………………….………
8°) Y-a-t-il eu des fusées lancées d’ici ? Pour quelle raison ?
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
La fusée A4 /V2 : [Observer la fusée]
9°) Retrouver les formes simples constituant la fusée parmi les propositions suivantes :
cylindre, cône, sphère, cône tronqué, cube, surface plane, parallélépipède.
A : explosif, amatol
En forme de ……………………
D : Ailerons
En forme de
…………………………………
B : réservoir d’oxygène liquide
En forme de ……………………
…………………………………
…………………………………
…………………………………………………
Deutsches Museum
München
C : réservoir d’alcool
En forme de ……………………
…………………………………………………
D : Zone du réacteur
En forme de ……………………
…………………………………………………
Longueur intérieure environ : 50 m
10°) Observer la coupe du dôme. Quelle est la
forme de la surface d’exposition inférieure ?
………………………………………………………………….………….
……………………………………………………….……………………
11°) En déduire la valeur approximative de
cette surface en m². (S = π xR²)
……………………………………………………………..………………
………………………………………………………………..……………
……………………………………………………………………….………
.
[
Allez voir le film « Les armes secrètes de Hitler »]
12°) Quelle séquence vous a le plus marquée ?
6
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
…………………………………………………………………………………………….……………………………….……
NOM –Prénom
………………………………………………
………………………………………………
Vous avez dix minutes pour répondre
V|Üvâ|à exå
Les pionniers de l’astronautique
Le rêve du voyage spatial en Russie
1°) Quel savant russe propose d’utiliser la propulsion à réaction * ?
…………………………………………………………………………………………….……….…
……………………………………………………………………….………………………….……
* Le principe de l’action et de la réaction
Le
bouchon
est
éjecté
Le gaz pousse
sur les parois
Seule
reste
la réaction
vers le haut
Action du gaz
sur le bouchon
L’action du gaz sur la paroi du haut n’est plus compensée, la fusée est poussée verticalement
vers le haut. Tout se passe à l’intérieur de la fusée, donc la propulsion par réaction fonctionne dans le vide de
l’espace.
2°) a) Quel est le nom du principal animateur russe de l’étude des missiles balistiques ?
………………………………………………………………………….…………………………………………..…………….……
L’armée allemande, les nazis et les fusées
Le contexte historique
3°) Pourquoi l’armée allemande développe-t-elle, en
1929, des recherches sur les fusées ?
Carte Y.Delefosse
b) Quel est le dirigeant de l’URSS à cette époque ? ……………….……………………………….……
……………………………………………………………………………….……………………………………………..….……
…………………………………………………………………………………………….…………………………………….……
4°) Quand Hitler arrive-t-il au pouvoir ?……………………………….……………………………….….……
5°) Combien de personnes travaillent au centre de Peenemünde ? ……………………..………….
Quelle en est la proportion d’ingénieurs (en %) ? ……………………………………………..………………….
Est-ce important ?…………………………………….………………………………………………………..……………
7
Le fonctionnement du moteur de la fusée A4
6°) Compléter le texte en vous aidant de la simulation informatique 3D et des mots
suivants : pompes ; d’eau sous pression ; 2600 °C ; alcool ; dioxygène ; vers le bas ; action ;
vers le haut.
La turbine (2) entraînée par de la vapeur ……………………………, met en rotation les deux
………………. de combustible (…………………) et de comburant (…………………………).
Injectés dans la chambre de combustion (4), la température monte à ……………….. Les gaz
chauds produits sont poussés par le réacteur …………………… (action), ils réagissent et
propulsent la fusée ……………………… par les arceaux métalliques
Compléter sur le schéma
Le réservoir de peroxyde de
dihydrogène
La turbine
Les tuyaux par où s'échappe
la vapeur de la turbine
La chambre de combustion
La tuyère
Les tubes métalliques qui transmettent
la poussée à la fusée
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
7°) La turbine tourne à 6000 tr/min, son diamètre est de 40 cm, calculer la vitesse linéaire
de déplacement d’une extrémité d’ailette, en km/h. (V= ̟ . D. n)
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Étude de la tuyère et de la chambre de combustion
Température
1000°K
2000°K
3000°K
vitesse des
gaz éjectés
2000 m/s
600 m/s
50 m/s
8°) La tuyère a une forme particulière qui
permet d’accélérer la vitesse de sortie des gaz
brûlés (effet venturi, voir schéma), pourquoi a-ton utilisé des propergols liquides plutôt que
des combustibles solides ? …………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
…………………………………………………..….
8
NOM –Prénom
………………………………………………
………………………………………………
Vous avez dix minutes pour répondre
« Science sans conscience n’est que ruine de l’âme » RABELAIS
_t UÉÅux tàÉÅ|Öâx M ÑÜ|Çv|Ñx wx yÉÇvà|ÉÇÇxÅxÇà
Il est basé sur la réaction en chaîne : un noyau d’atome (1) en se cassant
(fission) sous l’impact d’un neutron, éjecte deux neutrons. Ces neutrons
peuvent à leur tour casser deux noyaux, et ainsi de suite. Très vite des
milliards de noyaux fissionnent en libérant une énergie considérable
conformément à la célèbre formule d’Einstein E = m.c².
Maquette de la bombe
LA COUPOLE
Schéma de la fission
Conditions : il faut qu’il y ait une masse de matière fissile suffisante appelée « masse critique ».
Il faudra donc produire suffisamment de matière radioactive, de l’uranium 235 dans la bombe
« Little Boy » d’Hiroshima, et du plutonium dans la bombe « Fat Man » de Nagasaki.
Contexte scientifique :
Il a d’abord fallu vérifier que la réaction en chaîne était possible.
C’est un savant italien Enrico Fermi qui réalise la première réaction en chaîne contrôlée.
[Chronologie R2-e]
1°) Où et quand a eu lieu cet événement ?
………………………….………………………
………………………….………………………
…………………………………………………
…………………………………………………
………………………….………………………
Ce premier réacteur nucléaire est
à la base de toute l’industrie nucléaire
actuelle.
Schéma de la réaction en chaîne
9
Les effets de la bombe atomique
National Archives
Washington
Los Alamos National
Laboratory / New-Mexico
La bombe d’Hiroshima
Cette bombe de 20 kt (20 kilotonnes équivalent à 20 000 tonnes de l’explosif le plus
puissant de l’époque le TNT) contenait environ 60 kg d’uranium 235.
Essai à Trinity
6 août 1945 : 8 h 15
Le bombardier Enola Gay largue sa bombe sur Hiroshima
1. D’abord un éclair éblouissant, en un millième de seconde.
2. Une boule de feu de plusieurs milliers de degrés vaporise tout dans un rayon de
1 km, humains et bâtiments prennent feu spontanément dans un rayon de 4 km.
3. Une onde de choc avec des vents de 1000 km/h pulvérise tout sur son passage
et réduit tout en poussière dans un rayon de 2 km.
4. En une seconde, « Little Boy » a tué 80 000 personnes.
Oppenheimer restera marqué et militera le reste de sa vie pour la limitation des armements nucléaires.
[Regarder le film du lancement d’un V2 et de l’explosion de la première bombe
atomique.]
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2°) Comparaison des deux centres de recherche : compléter le tableau
Arme développée
Peenemünde
Los Alamos
………………………………..
……………………………
Durée du
programme
Délai de mise en
œuvre
opérationnelle
……………………………….
……………………………
…………………………………
……………………………
Nombre de savants
………………………………
…………………………
………………………………
……………………………
………………………………
……………………………
Date de première
utilisation
Nombre de
victimes
10
NOM –Prénom
………………………………………………
………………………………………………
Vous avez dix minutes pour répondre
Wxá tÜÅxá wx àxÜÜxâÜ
[photo R2-04 ]
1°) Quelles sont les deux « armes miracles » avec lesquelles Hitler
espère renverser le cours de la guerre ? ………………………..……………
…………………………….……………………………….………………………………………
….…………………………………………………….……………………………………….……
2°) Comparer les deux armes nouvelles de l’armée nazie :
[Bandeau de comparaison V1/V2 ]
Fi 103 ou V1 :
la bombe volante
A4 ou V2 :
la fusée
…………….
…………….
…………….
…………….
…………….
…………….
Hauteur maximale
atteinte
…………….
…………….
Masse de la charge
explosive
…………….
…………….
…………….
…………….
Longueur
Vitesse
Portée
Coût unitaire
3°) Quel sont les noms des dirigeants scientifique et militaire de Peenemünde ?
………………………………………….…………………………………………………….……………………………….……
4°) Comment s’appelle le camp de travail concentrationnaire d’assemblage des fusées ?
Deutsches Museum
München
……………………………………………………………………………………………………………………..………………………………..
11
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Le contexte historique
La récupération des armes nouvelles et la guerre froide :
Staline et les différents dirigeants de la planète (américains, français, anglais)
comprennent que si on associe la fusée allemande et la bombe atomique
américaine, on obtient le missile thermonucléaire, l’arme absolue.
Il leur faut donc récupérer les savants allemands pour développer les missiles.
Von Braun : période américaine
5°) [Photo R4-04] Où se retrouve Von Braun en 1946 ?
………………………….……………………………………………………………………………………………
6°) [Photo R4-10] : À quelle aventure va-t-il participer ? Quelle est sa mission ?
………………………….……………………………………………………………………………………………
………………………….……………………………………………………………………………………………
Von Braun - NASA
Korolev à gauche - NASA
Spoutnik - NASA
Images extraites du film « De la Terre à la Lune »
[OR-23 : Observer les maquettes]
7°) Comment s’appelle le premier satellite artificiel ? Quand a-t-il été envoyé dans
l’espace ?……………………………………………………………………………………………………………
8°) Korolev est l’artisan d’un autre exploit spatial extraordinaire, lequel ?
…………….…………………………………………………………………………………………………………
ZâxÜÜx yÜÉ|wx xà °Öâ|Ä|uÜx wx Ät àxÜÜxâÜ
Á la fin du conflit, certains savants continuent leurs recherches sur les armes nouvelles. Deux nations
s’affrontent par essais nucléaires interposés, les États Unis et L’URSS, et fabriquent des bombes de plus en
plus puissantes.
Von Braun
Youri Gagarine
NASA
NASA
NASA
[Allez voir le film « De la Terre à la Lune »]
Neil Armstrong
12
NOM –Prénom
………………………………………………
………………………………………………
Vous avez dix minutes pour répondre
_t vÉÇÖâ£àx wx Ät _âÇx
[Vitrine de la bande dessinée]
1°) A la fin de la deuxième Guerre mondiale, deux nations, URSS et USA, se combattent
médiatiquement sans effusion de sang, comment a été appelé ce conflit ?
…………………………………………………..………………………………………………………….………….
2°) Les deux bandes dessinées présentent ce combat d’un point de vue médiatique et
militaire.
a) Quelle est celle correspondant aux actions spectaculaires ?
…………………………………………………..…………………………………………………………………………………….
b) Laquelle correspond à un affrontement militaire ? …………………………………………………….……
…………………………………….…………………………………………………..………………………………………..….….
c) Que représente la couleur rouge des missiles dans le « Secret de l’Espadon » ?
…………………………………………………..…………………………………………………………………………………….
Vitesse de satellisation, vitesse de libération
La vitesse de satellisation d’un objet autour de la Terre est donnée par la relation
V= GxM
avec d = R + h R = rayon terrestre = 6400 km,
d
h = altitude du lieu en m M = masse de la Terre = 6 x 1024 kg
V en mètre par seconde (m/s)
G = 6,7 x 10-11 m3 kg-1 s-2
3°) Calculer la vitesse d’un satellite à 300 km d’altitude : ……………………….……………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
4°) La vitesse de la fusée A4 était de 5 500km/h, pouvait-elle se satelliser ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………….………
V = 0,5 km/s
l'objet retombe
V = 5 km/s
l'objet retombe
V = 7,38 km/s
l'objet se satellise
V = 11,10 km/s
l'objet s'échappe
D'après l'Encyclopédie des sciences et techniques-Edition Atlas
5°) Quelle doit être la vitesse de la fusée, dit vitesse de libération, pour atteindre la Lune ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
13
La combustion dans un moteur de fusée
6°) Le réacteur de la fusée A4/V2 fonctionne par combustion d’un mélange d’alcool à
brûler (C6H5OH) et de dioxygène (O2). Cette réaction produit du dioxyde de carbone et de
la vapeur d’eau.
Compléter l’équation de cette réaction et l’équilibrer :
C6H5OH +
O2
…………………
+
……………………….
7°) Le réacteur de la fusée Ariane V fonctionne par combustion d’un mélange de
dihydrogène (H2) et de dioxygène (O2). Cette réaction produit de la vapeur d’eau (H2O).
Compléter l’équation de cette réaction et l’équilibrer :
…………….
+
O2
…………………………
[Sortir par la zone « Déportés » ]
8°) Qui a construit la fusée A4/V2 ? Comment s’appelait ce camp de travail
concentrationnaire ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………..……….……………………………….……
Leon Delarbre
Musée de Besançon
9°) Que vous inspirent les images et dessins des
conditions de travail dans ce camp ?
……………………….……………………………….……
……………………….……………………………….……
……………………….……………………………….……
……………………….……………………………….……
……………………….……………………………….……
…………………….……………………………….………
…………………….………………………………….……
10°) Les tortionnaires du camp de Dora ont été condamnés au procès de Nuremberg pour
extermination par le travail.
Les images furent diffusées et une prise de conscience mondiale amena les états à créer
une célèbre déclaration de droit international, hélas les génocides continuent (Yougoslavie,
Rwanda).
Quel est le nom de cette déclaration ?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………..…..
14
Nom .........................................
Prénom : .....................................
Classe .........................................
Établissement : ........................
Impressions de visite ... à destination
......................................................
des élèves et des professeurs
Parcours effectué : …………………………………………………………….……………………
1 • L'organisation du parcours
a) - La durée du parcours vous a-t-elle paru
trop longue - pourquoi ? ............................……………… ………............................
trop courte - pourquoi ? ............................………………………............................
satisfaisante - pourquoi ? ………………………………………..…………………
b) - Les activités du parcours vous ont-elles paru :
trop difficiles - lesquelles et pourquoi ? ……………………………………………
trop faciles - lesquelles et pourquoi ? ……………………………............................
abordables - lesquelles et pourquoi ? ……………………………………………….
c) - Les indications fournies pour vous repérer sont-elles :
efficaces
peu claires
trop nombreuses
pas assez nombreuses
2 • Le contenu de la visite
a) - Le parcours effectué vous a-t-il intéressé(e) ?
oui
non
Pourquoi ? ……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
b) - Auriez-vous aimé un autre parcours ?
oui
non
Lequel ? ………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
c) - Aimeriez-vous revenir à LA COUPOLE ?
oui
non
Si oui :
à titre individuel
dans le cadre d'un déplacement scolaire ? (avec un autre parcours adapté au programme
de la classe où vous seriez désormais)
avec vos parents ?
Si non : pourquoi ? ……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
3 • Les remarques générales
a) - Avez-vous des suggestions à formuler sur l'organisation des visites ? (par exemple plus
d'activités de telle ou telle nature, plus de temps libre pour la découverte individuelle, etc.)
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
b) - Y a-t-il des activités que vous auriez souhaitées et qui n'étaient pas proposées ? Lesquelles ?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
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……………………………………………………………………………………………………………………
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