Olympiades de physique au Lycée Pothier

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Wednesday 31 October 2012

Concours EUCYS : faites de la physique !

 

Au concours C.Génial, notre équipe a été sélectionnée pour participer au concours EUCYS qui s'est déroulé du 21 au 26 septembre à Bratislava, European Union Contest for Young Scientists.

 

Dans ce billet, nous allons raconter ça en détail, en ajoutant notre point de vue d'après coup et en agrémentant le récit de photos. Un billet pour faire partager notre expérience au lecteur, et à ceux qui n'ont pas pu venir nous supporter en Slovaquie (il y en a).

Je sens que le billet va être assez long, donc commençons tout de suite.

 

Jour 1 - 21 septembre 2012 - 5h15 - Paris

L'avenir appartient à ceux qui se lèvent tôt. Nous quittions donc provisoirement nos vies d'élèves en classe préparatoire afin d'endosser encore une fois notre bon vieux costume de jeunes physiciens (bon ça reste un T-shirt mais c'est une image). En parlant de T-shirt, nous avons pu en prendre plusieurs pour la Slovaquie (!), car nous n'avions pas à transporter le matériel avec nous dans l'avion, il était parti quelques jours avant en Slovaquie grâce à une compagnie de transport routier. Bref, valise à la main, nous nous retrouvons à l'heure prévue devant la station de rer, avec notre accompagnateur durant le voyage, Gilles Camus, de l'organisme Sciences à l'école.

Arrivés à l'aéroport, nous rencontrons l'autre groupe de la délégation française (ceci fait très pompeux), les filles du lycée Louis Le Grand : Ophélia, Céline et Fanny, qui travaillaient sur un robot hexapode.

Nous prenons l'avion, un grand moment, mais pas un grand avion. Pour la petite histoire, il s'agissait d'un avion-mouche, la compagnie de l'avion s'appelant Niki mouche, ou quelque chose comme ça. C'est vraiment sympa de prendre l'avion, nous ne dirons pas le contraire.

Nous arrivons ensuite à Vienne. Ci-dessous les photos de l'avion et de l'aéroport de Vienne.

Finalement, nous trouvons le petit stand de EUCYS qui attend de nombreux pays. Nous prenons alors la navette qui va nous conduire à Bratislava.

Nous découvrons notre hôtel, 4 étoiles, au bord du beau Danube bleu (en fait le Danube est vert, par là). C'est très coquet. Nous sommes enthousiastes (comment ne pas l'être ?). Yohann a eu la chance d'avoir une suite (un salon + une chambre), qui s'est transformée en deux chambres quand il a dû la partager avec un participant britannique que nous nommerons ici Roberto.

Nous nous rendons ensuite sur le lieu d'exposition, Incheba expo, où nous devons monter notre stand et nous familiariser avec les lieux.

Nous retrouvons nos malles, et nous nous mettons au travail : c'est parti pour l'installation du stand.

Nous déballons tout et faisons un inventaire.

Surprise : le cristal de verre est cassé. Il a souffert du voyage, et des tubes de verre se sont brisés. Il semble néanmoins tenir un tant soit peu le choc, et nous le réparons avec de la colle chaude. Il faut toujours avoir de la colle chaude sur soi.

Après diverses autres petites difficultés mineures, le stand est monté !

On remarque que le nombre de chaises est légèrement inférieur au nombre de membres du groupe, détail dont nous avons fini par être très conscients.

La vue de notre chambre :

Ensuite, nous avons eu un dîner dans un autre hôtel, celui du jury. C'était fort bon. On a bien rigolé, ce soir-là. On nous a fait ensuite la réflexion que les français semblaient tout le temps de bonne humeur. Il y a pire, comme réputation internationale.

 

Jour 2 - 22 septembre 2012 - 8h, Bratislava

C'est là notre fait d'armes le plus remarquable : nous avons demandé un haricot à une slovaque.

Elle a d'abord semblé étonnée, mais devant notre insistance et nos mimes désespérés elle a fini par comprendre. Mais, vous demandez-vous, comment mimer un haricot ? En fait, on lui a demandé une poubelle (a bin), mais nous l'avons prononcé comme un haricot (a bean). Car tout se faisait en anglais, et malgré notre entraînement intense, il nous restait certains défauts de prononciations et de compréhensions. Malgré ce petit épisode, nous avons toujours réussi à nous faire comprendre (à part avec un participant allemand : il semble que les accents allemands et français soient incompatibles).

Les jurys commencent à passer. Nous leur faisons notre speech. Bien rôdé, puisque nous l'avions répété encore et encore pas plus tard que 5 minutes avant. Les questions n'ont pas afflué.

S'est ensuivie la cérémonie d'ouverture, où on nous voit dans une vidéo sur Internet agiter nos drapeaux français.

Nous avons notamment eu droit à quelques discours en anglais à l'accent exotique, à un petit concert, à des danses traditionnelles slovaques.

L'après-midi, rebelote, il faut signaler que comme tous les jurys ne passent pas voir tous les groupes, il y a parfois des instants de vide intersidéral où nous attendons, attendons, attendons, sur le stand. Nous en avons profité pour aller voir un peu les projets des autres participants, et manger des poires. A ce moment nous avons connu un empty round : pas de jury pendant toute une après-midi. Puis était prévue une conférence sur les « patents ». On se serait crus dans une de ces vidéos où les patrons d'Apple présentent leur nouvelle révolution.

Le soir, avec les filles de « l'équipe de France » (avec lesquelles nous nous entendons très bien), quelques participants de EUCYS (slovaques et tchèques notamment), et notre student helper Maria sans qui nous n'aurions pas pu faire grand-chose en Slovaquie, nous avons un peu visité Bratislava.

C'est très joli. Ce n'est pas très grand, mais il y a de nombreux monuments remarquables et les couleurs sont vraiment belles, la nuit. Sans parler de toutes les statues que l'on croise à chaque coin de rue. Bref. On boit un chocolat chaud, on se promène un peu, et on rentre. Demain, il y a d'autres jurys.

 

Jour 3 - 23 septembre 2012 - 15h30, Bratislava

Les séquences de passage de jurys s'enchaînent et les séquences d'attente aussi. On répète notre speech. On mange des poires. Un jury passe. On va voir d'autres stands. On mange des poires. Un autre jury passe. Tiens, il n'y a plus de poires, va pour les bananes.

Sur le fond, nous ne savons que penser de nos chances de recevoir un prix. Elles semblent relativement minces. Un projet de recherche fondamentale dans un concours dont le maître mot est « application » ? Il va falloir jouer des coudes. Evidemment, quand on nous pose la question, et même quand on ne la pose pas, on dit que le projet que nous avons mené et les cristaux construits nous ont permis de comprendre les phénomènes physiques que nous étudions. Un tel projet peut donc servir dans les salles de classes et même dans les musées pour expliquer la diffraction de Bragg aux étudiants. Mais comme application ? Au fond, ce n'est pas vraiment le but de notre projet, de trouver une concrétisation industrielle. Time will tell !

Le soir, nous avons cette fois la visite guidée de Bratislava.

 

Nous avons la surprise de tomber sur une affiche d'Intouchables en slovaque !

 

Jour 4 - 24 septembre 2012 - 21h - Bratislava

C'était la dernière journée de concours à proprement parler. Les jurys ne passeront plus. Nous ne mangerons plus de poires. Le bilan général est satisfaisant, nous avons fait de notre mieux, nous nous sommes fait comprendre (ou alors les jurys sont de bons acteurs).

Le soir, nous mangeons dans un restaurant panoramique qui nous permet d'observer tout Bratislava. Nous sommes plutôt fatigués, mais contents, on rigole avec les autres, on fait des rencontres, on marche dans Bratislava.

Le matin, nous étions allés dans un lieu incroyable : la poste, qui ressemblait à un décor de film fantastique.

Ah, j'oubliais : on a aussi visité une usine Volkswagen (photos interdites). C'était vraiment intéressant.

http://www.youtube.com/watch?v=_HRCRI_T0SI&feature=plcp

C'était comme dans cette vidéo !

Jour 5 - 25 septembre 2012 - 10h - Bratislava

La remise des prix dans le théâtre national de Slovaquie. Nous nous habillons bien pour l'occasion ! Le théâtre est exceptionnel.

La délégation française :

Avec des interludes musicaux, des discours, des vidéos. Tout est très beau. On nage en plein film. C'était presque magique.

Nous ne recevons pas de prix. Bon nous sommes un peu déçus, mais de vivre tout ça c'est déjà un énorme prix ! Les filles reçoivent un prix, en plus, donc nous sommes contents pour elles.

C'est là que commence le sprint : pas le temps de goûter aux petits fours (bon si, mais juste un peu), on repart à l'expo pour tout ranger. Le transporteur était revenu la veille, mais il a fallu lui dire que le concours n'était pas fini et qu'il fallait qu'il revienne le lendemain. Effectivement le lendemain il était là, avec trois heures d'avances. Nous n'étions pas prêts, nous lui avons demandé de revenir chercher les malles « at 6 p.m.». Nous rangeons tout. Mais le transporteur ne revient pas. Du tout. Nous voilà pris au dépourvu. Nous cherchons Gilles Camus comme on cherche un e dans La disparition de Georges Perec, sans grand espoir. Le temps passe. Nous laissons nos malles dans un coin, nous finissons par trouver Gilles et lui expliquer la situation : nos malles ont l'air d'être en passe de rester ici, au moins pour la nuit. Il se charge du problème.

Le soir, nous avons une soirée organisée par EUCYS, avec un concert, pour danser un peu et décompresser. A minuit, j'ai eu 18 ans, et je me suis fait lancer en l'air par les gagnants du concours EUCYS. C'était marrant. Merci encore à Damien, Yohann et aux filles, qui ont fait en sorte d'avoir le micro à minuit pour me souhaiter mon anniversaire, en anglais s'il-vous-plaît !

 

Jour 6 - 26 septembre 2012 - 18h - Vienne

Après avoir bu un thé au gingembre, dit au revoir à tout le monde et pris une ultime photo de groupe, nous reprenons le car et nous voici à Vienne pour prendre l'avion.

L'aéroport de Vienne a ceci de particulier qu'il semble avoir été construit par Dédale. Pour aller à un endroit, nous passons trente fois de suite à un autre endroit mais par des chemins différents, nous tournons, nous sortons, rentrons, ressortons, rerentrons, retournons. Bah oui, ça permet d'occuper les gens qui n'ont alors pas l'impression d'attendre ! Pas bête…

L'avion a du retard, et il nous faut donc patienter. Nous achetons alors un jeu de tarot, dont on découvre qu'il n'est pas identique à celui qu'on a en France : il manque des cartes. On décide de jouer quand même, en adaptant les règles, les points, les scores, etc., on a sacrément rigolé. Parce que « 4 c'est 5 donc 6 ».

Nous reprenons l'avion, et on a pu faire des belles photos.

On se pose, il est tard, il faut rentrer, et bien se reposer (…) demain colle de maths pour pas mal de monde de la délégation française. Un sacré retour à la réalité. La réalité, oui, parce qu'en fait, cette semaine en Slovaquie c'était vraiment super, une expérience à part, un petit paradis éphémère fait de science, de rire et de plein d'autres choses sympas (je pense notamment aux énormes coussins de l'hôtel 4 étoiles, et aux magasins slovaques pleins de chocolat Milka qu'on n'a pas en France, mais pas que). Faites de la physique !

Exploitation finale du cristal de verre

 

De l'eau a coulé sous les mines et les ponts.

Depuis notre entrée en prépa nous n'avons plus trop le temps de tenir ce blog, mais nous allons nous rattraper pendant ces vacances. Il s'est passé un nombre de choses absolument incroyable, mais il est important que nous finissions ce qui ne l'était pas, à savoir l'exploitation finale de notre cristal de verre et de billes, le « cristou verre ». Ainsi, sur le plan du contenu scientifique, ce blog contiendra à peu près tout, du moins tous les résultats importants de notre projet.

 

Donc je ne sais pas si c'est la peine de rappeler les différentes complications que nous avons eu avec l'exploitation de ce cristal : en bref, les résultats ne correspondaient pas à la théorie. Du tout. Ce qui s'avère en général pour le moins embêtant. Conscients que nous n'étions pas en train d'inventer une nouvelle branche de la physique, nous cherchions l'erreur.

 

Nous avions construit un cristal à structure tétragonale centrée, body-centered tetragonal lattice pour les anglicans… non, anglophones. Ci-dessous un petit schéma théorique d'une telle structure :

Avec les paramètres correspondant au cristal construit.

On obtient un diffractogramme qui ne correspond clairement pas au diffractogramme théorique, réalisé avec un logiciel de cristallo, CarineCristallography© :

Etant donné le manque de précision de notre montage, la largeur des pics est plus importante que la théorie, mais surtout les angles des pics de diffractions ne correspondent pas. Le cristal envisagé théoriquement ne correspond alors clairement pas au cristal construit (ou alors nos mesures sont fausses, hypothèse également envisagée, mais avec le cristou d'alu la théorie correspondait aux résultats (enfin un cristal 2D c'est plus facile) donc on a décidé d'écarter cette hypothèse, peut-être à tort d'ailleurs, mais à ce stade nous n'avions plus la possibilité de refaire des mesures, le matériel étant enfermé dans des malles destinées à se rendre à Bratislava pour le concours EUCYS).

Il est important de préciser que pour un cristal 3D, les familles diffractent dans toutes les directions de l'espace, or notre dispositif est un dispositif 2D (le récepteur ne peut percevoir des ondes que sur un plan). Nous ne pouvons donc percevoir que les familles qui diffractent qui sont perpendiculaires au sol.

Ainsi, il apparaît sur le diffractogramme théoriques des pics que nous ne pouvons pas détecter avec notre matériel. Après d'intenses calculs (merci aux coaches et à Yohann) on arrive à une condition qui nous permet de savoir quels sont les pics théoriques à éliminer. (Car rappelons que nous avons créé un logiciel sous excel, un calculateur qui permet de donner les pics qui diffractent pour une structure donnée). Seuls quelques pics sont à enlever et au fond ça ne change pas le problème, les positions des pics ne correspondent toujours pas.

Après quelques jours de tristesse, nous avons fini par trouver la solution en distordant le cristal théorique : on a vu qu'au fil de nos aventures le cristal a penché et qu'il n'est plus droit, bref je défie quiconque de trouver un angle droit dans un plan non horizontal du cristou (et pour une structure tetragonale c'est embêtant). En modifiant les caractéristiques de la maille élémentaire du cristal théorique (qui ne forme donc plus une structure tétragonale centrée mais une structure tricilinique), on finit par arriver à un diffractogramme qui correspond vraiment plus à nos résultats expérimentaux.

Nous trouvons ainsi la maille qui correspond le mieux à notre cristal :

Sauf qu'attention, une maille qui correspond le mieux ça ne veut pas dire grand-chose. Pour parler plus clairement, il va falloir rappeler un quelque chose d'important : notre cristal est distordu, mais pas partout pareil. Ainsi, la distorsion est moins intense en bas qu'en haut, il a légèrement pivoté sur lui-même à certains endroits, les mailles du troisième range d'une face ne ressemblent pas aux mailles du deuxième rang d'une autre. La maille dont on a trouvé qu'elle correspond à nos résultats est en fait la maille qui correspond à la moyenne de la distorsion de notre cristal.

 

Et bien voilà, c'est cette interprétation que nous avons proposée au concours EUCYS. Notre cristal est distordu, et la moyenne de la distorsion correspond à une maille 8*8*4,5 d'angles 80°, 85°, 90°.

Nous ne pensions pas pouvoir réaliser une exploitation correcte du cristal de verre, auparavant, lorsque nous l'avons monté sur le plateau tournant pour la première fois. Nous pensions que la distorsion était telle que le matériau pouvait être considéré comme amorphe. Ce serait peut-être le cas si nous avions plus de familles et une absence de symétrie absolue au final.

Comme quoi !

Friday 24 August 2012

Récap’ 22 : Hitachi & exploitation

Exploitation finale du cristal de verre et de billes

 

D'après nos calculs et le logiciel que nous avons réalisé, la maille conventionnelle qui correspond le mieux à nos résultats est une maille de paramètres :

Notre structure étant un supposé tetragonal centré, il nous a fallu passer par la maille élémentaire (triclinique) pour distordre les angles. Le diffractogramme, réalisé sous CaRine Cristallography © a été modifié pour prendre en compte la condition selon laquelle notre dispositif ne peut percevoir que les plans normaux au sol. Si les pics ne correspondent pas exactement, nous ne sommes pas assez précis pour que cela soit un gros problème, nos pics étant relativement larges (il y a pourtant parfois des décalages de 5 degrés).

 

Ci-dessous le diffractogramme de notre cristal :

 

 

Comparons avec le diffractogramme obtenu avec CaRine :

 

Sur le diffractogramme théorique il n'y a pas de pic à 38°, contrairement à nos résultats, mais nous avons beau distordre la maille on ne trouve jamais de pics avant 42°. Par contre nous trouvons bien un pic à 44°. S'il y en a plusieurs sur le théorique (pics à 44° et 45°) ce n'est pas très important car nos pics ont une certaine largeur. De même, on trouve bien des pics aux alentours de 55° et 60° (à un degré près). Il n'y a pas de pic à 80° et 82° mais aux alentours de 85°, ce qui fait malgré tout 5 degrés de différence. Enfin, il y a bien un pic à 87°, un pic à 98° et un autre à 110°, ce qui correspond à nos résultats.

 

Les diffractogrammes ne sont pas exactement similaires (les différences se font surtout au niveau de la largeur des pics : les pics sont beaucoup plus fins sur le diffractogramme théorique et sont donc distincts contrairement au nôtre ; il manque un pic à 38° et il y a 5 degrés d'écart entre notre pic à 80° et celui à 85° sur le diffractogramme théorique). Cependant, cela correspond relativement bien, la distorsion réalisée est plausible quant à l'aspect du cristal, et c'est pour un cristal théorique avec ces paramètres que les similitudes sont les plus importantes.

 

Il est normal que les diffractogrammes ne correspondent pas tout à fait car notre cristal n'est pas constitué d'une maille distordue qui se répète (la distorsion est différente selon les endroits du cristal), mais la maille retrouvée correspond à la distorsion moyenne du cristal.

 

 

Something to add?

 

Well, we forgot to speak about something rather interesting: we visited the Hitachi Company. X ray diffraction is used in order to control quality of products. Hitachi showed us a quality control of the melding of a component on a card by X rays.

 

 

 

 

 

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