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 Numéro 0, Juin 1995 
KÉPLER Version Imprimable  Version imprimable
un logiciel éducatif en astronomie

Jean-Guy DUBOIS, CCDMD
Jean VALLIèRES, Cégep Lionel-Groulx

Grâce à Jean Vallières du collège Lionel-Groulx, les enseignants et les étudiants du cours d'Astronomie 203-926 du collégial bénéficieront bientôt d'un magnifique logiciel sous DOS dénommé KÉPLER. Jean-Guy Dubois, responsable actuel du projet au Centre collégial de développement de matériel didactique (CCDMD) l'a rencontré chez lui, à Sainte-Thérèse, pour l'interroger sur KÉPLER.

 

 


 

J.-G.D. Jean, pouvez-vous me présenter une vue d'ensemble des principales options de KÉPLER?

J.V. À partir des nombreuses icônes qu'on voit sur l'écran d'ouverture, on peut accéder à toutes les possibilités offertes par le logiciel. Par exemple, si je clique sur l'icône représentant un observatoire, je peux choisir un site et une date d'observation. Ayant une vue complète du ciel à partir de mon observatoire, la souris me permet de pointer mon télescope sur l'astre de mon choix, par exemple la planète Jupiter. J'ai ainsi une vue de Jupiter avec ses satellites et sa tache rouge à la bonne place. Une icône me permet de choisir un oculaire pour changer le grossissement. D'autres icônes me permettent d'installer des instruments de mesure sur mon télescope.

En cliquant sur les icônes du menu principal, j'ai aussi accès à toute une panoplie d'objets utiles pour l'apprentissage de l'astronomie : carte géographique avec zones de jour et de nuit et fuseaux horaires, vues de la Terre sur son orbite et à partir de plusieurs points de vues, almanach graphique de toute l'année courante ou pour 30 jours, vue polaire des satellites de Jupiter, mini-chiffrier permettant de travailler avec les mesures venant des instruments. Je peux aussi obtenir plusieurs vues comparées : système de Copernic et système de Ptolémée, ciel vu de deux postes d'observation différents, vue des planètes dans le ciel à l'oeil nu et positions sur leurs orbites, vue des planètes au télescope et sur leurs orbites, aspect de l'almanach graphique et de la sphère céleste à diverses latitudes. Il ne faut pas oublier de dire que toutes ces vues peuvent être animées.

L'apprentissage du logiciel est facilité par une icône qui introduit dans un démonstrateur animé très complet expliquant toutes les possibilités de KÉPLER. Ce démonstrateur est quasiment un cours d'astronomie par lui-même.

J.-G.D. Il existe de nombreux logiciels d'astronomie, surtout américains. Qu'est-ce qui distingue KÉPLER de ces logiciels?

J.V. La plupart des logiciels sont de type planétarium, donnant une simulation du ciel et de ses mouvements à l'écran. On y rencontre aussi des simulateurs d'orbites par gravitation, des bases de données avec ou sans possibilités graphiques, des logiciels pour la construction de télescopes, etc. Aussi surprenant que cela puisse sembler, aucun de ces logiciels n'utilise l'approche pédagogique proposée par le logiciel KÉPLER. Personne n'a pensé à fournir sur demande des instruments permettant à l'utilisateur de faire ses propres observations et de prendre ses propres mesures, comme s'il était dans un observatoire réel.

J.-G.D. Voilà un aspect pédagogique qui intéressera sûrement l'enseignant en astronomie au collégial. Comment l'utilisation de KÉPLER permet-il de renouveler les approches courantes de l'enseignement de l'astronomie?

J.V. Le logiciel KÉPLER propose de donner à l'élève un observatoire et des instruments qui lui permettront de pratiquer la méthode scientifique en classe, en le plaçant dans les mêmes conditions que l'astronome ancien ou moderne. Avec KÉPLER, l'élève est comme dans un observatoire : il peut choisir n'importe quel instrument et appliquer des mesures à n'importe quel astre. Il peut, par exemple, utiliser un photomètre pour mesurer la luminosité d'une étoile; le logiciel peut même simuler les erreurs expérimentales.

De plus, il y a des avantages à utiliser l'ordinateur plutôt que les laboratoires sur papier, et même un véritable observatoire. On y trouve d'abord les possibilités d'animation : mouvements du ciel, mouvements des astres, variations de toutes sortes selon le temps et les coordonnées. Il y a aussi la flexibilité : vue du ciel de n'importe quel endroit de la Terre et à n'importe quelle date, contraction des échelles de temps, recul dans le temps, reprise des observations, etc.

J.-G.D. Vous pratiquez l'astronomie amateur depuis 1960, année de vos 17 ans, où vous entrepreniez la construction de votre premier télescope. En fait, je voudrais savoir de quelle façon votre expérience d'astronome amateur a-t-elle influencé votre conception de KÉPLER et comment un astronome amateur pourrait-il utiliser avec profit KÉPLER pour ses observations du ciel?

J.V. L'astronome amateur peut utiliser le logiciel pour préparer ses observations. On y trouve l'aspect planétarium qui lui montre le ciel visible à l'oeil nu ou les astres vus au télescope, de n'importe quel poste d'observation et à n'importe quel moment. L'almanach graphique lui permet de connaître les périodes de visibilité des divers objets célestes, pour une nuit ou durant toute une année. Dans les vues au télescope, KÉPLER montre les détails de surface de Mars, les mers et les phases de la Lune et la tache rouge de Jupiter, aux bons endroits selon le moment de l'observation. Tous les phénomènes des satellites de Jupiter sont représentés avec réalisme et précision. On peut aussi voir avec exactitude les éclipses, les conjonctions et les occultations. Le mini-chiffrier permet enfin d'imprimer des tableaux donnant des éphémérides par exemple, les heures des levers et couchers, les magnitudes et diamètres apparents d'une planète choisie, durant plusieurs jours consécutifs.

J.-G.D. Parlons des astronomes anciens. Comment KÉPLER intègre-t-il l'évolution historique de l'astronomie? Avez-vous des exemples de grandes découvertes astronomiques que vous pouvez reproduire avec KÉPLER?

J.V. KÉPLER permet aux étudiants de refaire en quelques périodes de laboratoire les grandes découvertes des astronomes anciens. Par exemple, Ératosthènes a réussi à déduire avec précision le diamètre de la Terre en mesurant la longueur de l'ombre d'un bâton vertical à la même date et à des endroits éloignés sur la Terre. Le logiciel fournit un tel bâton, dont l'ombre projetée peut être mesurée avec précision.

Aristarque obtient une valeur assez précise de la distance Terre-Lune et Soleil-Terre en mesurant l'ombre de la Terre sur la Lune lors des éclipses de Lune. L'étudiant peut reproduire cette expérience en utilisant le micromètre et le chronomètre fournis par le logiciel.

Le logiciel fournit aussi une vue simultanée et animée des systèmes de Ptolémée et de Copernic. On y voit par exemple comment se déroule le mouvement rétrograde des planètes en même temps dans les deux systèmes. L'invention de la lunette astronomique permet à Galilée d'opter pour le système héliocentrique de Copernic. On refait avec le logiciel les observations de Galilée : phases et variation du diamètre apparent de Vénus, satellites de Jupiter, etc. En se positionnant à Padoue en Italie, le 7 janvier 1610, on peut voir au télescope les satellites de Jupiter placés exactement comme Galilée les a dessinés en cette soirée mémorable de sa première observation de Jupiter.

J.-G.D. Pour plusieurs options, KÉPLER présente différentes icônes représentant des instruments. Voulez-vous nous décrire brièvement quelques-uns de ces instruments en nous disant comment on peut les intégrer à diverses unités d'apprentissage?

J.V. J'ai déjà parlé du micromètre et du chronomètre. On utilise souvent ces instruments pour les mêmes observations, par exemple pour mesurer la position des satellites de Jupiter, reconstituer leur orbite et déduire les lois de Képler, ou bien pour reproduire l'expérience de Römer et déduire la vitesse de la lumière à partir des observations des satellites de Jupiter. Il peuvent aussi servir pour reconstituer l'orbite apparente d'un couple stellaire, comme 61 du Cygne, et déduire la masse de chacune des deux étoiles du système.

On peut aussi installer un photomètre stellaire d'ouverture sur le télescope. Cet instrument mesure la quantité de lumière qui passe à travers une petite ouverture qu'on peut déplacer dans le champ de vision du télescope. En l'appliquant sur la variable à éclipses Algol, par exemple, on peut déduire les propriétés physiques des deux étoiles : masse, diamètre et luminosité respectives. On peut aussi se servir des filtres du photomètre et du diagramme Hertzsprung-Russell pour trouver la distance des étoiles.

L'appareil photo à poses multiples est un instrument moderne qui s'utilise sans le télescope. En choisissant les intervalles appropriés, on peut faire apparaître le mouvement diurne des étoiles, l'effet de la différence entre le jour solaire et le jour sidéral, l'effet de la précession des équinoxes, le mouvement rétrograde des planètes, l'effet de l'équation du temps donnant l'analemme, avec sa forme en 8, par des poses multiples du Soleil.

Enfin, le logiciel KÉPLER sera distribué avec plusieurs unités d'apprentissage toutes prêtes à être utilisées. Chacune de ces unités est assez simple pour se faire en deux périodes de laboratoire et utilise les instruments que je viens de décrire.

J.-G.D. Je vois que KÉPLER offre aussi des possibilités d'animation. Il y a ici, dans le bas de l'écran à gauche, deux boutons pour les animations : l'un pour des animations dans le temps et l'autre pour des changements de lieux. Parlez-nous de quelques-unes de ces animations.

J.V. Avec les possibilités d'animation de KÉPLER, l'étudiant possède une véritable machine à voyager dans le temps et dans l'espace à la surface de la Terre. On peut avancer ou reculer dans le temps de façon continue ou pas à pas. On peut aussi se déplacer en longitude et en latitude à la surface de la Terre. Ces animations donnent des effets spectaculaires avec les vues au télescope où l'on peut voir la planète Mars tourner, les satellites de Jupiter se déplacer en projetant leurs ombres qui balaient la surface de la planète géante, les anneaux de Saturne changer de forme, la Lune changer de phase ou occulter des étoiles, les éclipses se dérouler en accéléré, et encore plus.

On peut animer le mouvement du globe terrestre sur son orbite et voir les effets des saisons en accéléré. La carte géographique de KÉPLER montre tous les continents du monde avec les fuseaux horaires et les zones de jour et de nuit. On peut voir l'effet des saisons en animant l'almanach graphique. On peut aussi animer la vue des orbites des satellites de Jupiter, la vue des systèmes de Ptolémée et de Copernic, la vue de la sphère céleste et comparer les diverses vues. En variant les possibilités d'animation, les vues et les instruments de mesure, j'ai voulu faire de KÉPLER un logiciel aussi complet que possible pour l'apprentissage de l'astronomie.

J.-G.D. Il ne me reste plus qu'à vous remercier. Nos lecteurs auront un aperçu suffisant pour leur donner envie, je l'espère, d'utiliser KÉPLER soit pour leur enseignement soit pour leur plaisir personnel. Quant à moi, guidé par KÉPLER, je me promets de belles soirées d'observation au cours de l'été, en compagnie de mes enfants.

Creative Commons License Cette création est mise à disposition sous un contrat Creative Commons. Dernières mises à jour : 10/04/2015