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École polytechnique de Bruxelles
Ateliers Jeunes Ingénieurs

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Les ateliers

Équilibre et centre de gravité

Et si on jonglait avec la gravitation? Des expériences d'équilibre de petits objets en carton fabriqués par les élèves eux-mêmes leur permettent d'abord de bien comprendre ce qu'est le centre de gravité ou centre de masse. Quelques manipulations illustrent ensuite la grande utilité de ce concept en physique et en technologie : à l'aide d'un matériel très simple, les élèves établissent les lois qui régissent l'équilibre d'une balance et l'utilisation d'un levier. Ces lois sont enfin illustrées par différentes applications techniques (grue, porte, ciseaux, tournevis...) et appliquées à la construction d'un petit équilibriste, que les élèves emmènent à la fin de l'atelier.

Durée: trois heures
Public: 1-2-3-4 secondaire, de 1 à 24 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, niveau 3, laboratoire ATM, salle grise ou salle bleue
Pédagogie: active (groupes de 3 élèves), matériel bon marché, carnet pédagogique pdf
Organisateur: Albert Art

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La poussée d'Archimède

Dis-moi, Archimède, pourquoi ça flotte? Les élèves commencent par mesurer la valeur de la poussée d'Archimède dans un liquide à l'aide d'un dynamomètre puis établissent la position du centre de poussée et la loi pour qu'un objet soit en équilibre sur l'eau. Cette loi est ensuite confirmée expérimentalement (charge d'un bateau, équilibre des oiseaux aquatiques...). La densité de l'eau est ensuite mesurée et on en déduit le critère de flottabilité et l'énoncé général de la poussée, illustrés par l'exemple du bathyscaphe et du ludion. L'atelier se termine par une démonstration de la poussée d'Archimède dans un gaz, l'air, à l'aide d'une mini-montgolfière.

Durée: trois heures
Public: 1-2-3-4 secondaire, de 1 à 24 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, niveau 3, laboratoire ATM, salle grise ou salle bleue
Pédagogie: active (groupes de 3 élèves), matériel bon marché, carnet pédagogique pdf
Organisateur: Albert Art

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Introduction à l'électricité

L'électricité: pouvons-nous vous éclairer? Quelques montages classiques (série, parallèle) sont d'abord réalisés par les élèves à l'aide d'ampoules, de piles, d'interrupteurs et d'appareils de mesure. Ensuite, les mêmes montages sont réalisés avec des leds pour en comparer les propriétés à celles des ampoules à filament (consommation, éclairage...). Sont ensuite abordées les propriétés d'un bobinage parcouru par un courant continu, avec application au fonctionnement d'un moteur. Enfin, quelques démonstrations pour aborder la notion de courant alternatif et pour montrer la différence de propriétés entre courants alternatif et continu sont présentées.

Durée: trois heures
Public: 1-2-3-4 secondaire, de 1 à 24 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, niveau 3, laboratoire ATM, salle grise ou salle bleue
Pédagogie: active (groupes de 3 élèves), matériel bon marché, carnet pédagogique pdf
Organisateur: Albert Art

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Le monde étrange des atomes et des photons

Les ordinateurs de demain seront-ils quantiques? Dans la première partie, les participants sont confrontés, à travers des expériences virtuelles, aux merveilles et aux paradoxes du monde des atomes et des photons, tel que décrit par la physique quantique. Ces principes sont illustrés dans la seconde partie par des expériences d'optique (lasers, spectres) et dans la troisième partie par un exposé sur les applications futuristes de la mécanique quantique (ordinateurs, cryptographie, téléportation quantiques...)

Durée: trois demi-journées
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 12 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment C, niveau 3
Organisateurs: Jean-Marc Sparenberg, Nicolas Cerf, Édouard Brainis

Jean-Marc SPARENBERG

tel 02 650 5557, fax 02 650 5045,

Campus de la Plaine

ULB CP229, boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles

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À la découverte de l'énergie nucléaire

Doit-on craindre le nucléaire?Critiquée par les uns, adulée par les autres, l'énergie nucléaire refait surface à l'heure des grands débats sur le changement climatique et les moyens de production "propre" d'électricité. Dans le but de permettre à tout un chacun de se faire sa propre opinion sur les avantages et inconvénients de cette source d'énergie, nous proposons, le temps d'une journée, de partir à la découverte de l'industrie nucléaire belge. Nous commencerons par une visite de la centrale de Doel près d'Anvers où le principe physique de l'énergie nucléaire, ainsi que le fonctionnement d'un réacteur nous seront expliqués. Nous irons ensuite pointer notre nez à l'exposition Isotopolis qui explique de façon pédagogique et interactive ce qu'est la radioactivité et les problèmes liés au retraitement des déchets nucléaires.

Durée: une journée
Public: minimum 12 ans, de 5 à 19 personnes
Organisateur: Pierre Capel

Pierre CAPEL

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 5563, fax 02 650 5045,

Campus de la Plaine

ULB CP229, boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles

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Gollum, le robot qui fouillait les ténèbres

Comment créer un robot de A à Z? Réalisation d'un robot mobile se déplaçant en fonction de la lumière la plus vive de la pièce. Lorsque les batteries du robot sont chargées, il joue à cache-cache avec la lumière mais lorsque ces batteries sont pratiquement à plat, il revient vers cette dernière pour que l'utilisateur puisse recharger les batteries. L'étudiant repart avec son robot à la fin du stage.

Durée: deux journées
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 5 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment U, porte A, niveau 1, club de robotique
Organisateurs: Michel Osée, Cédric Boey, Thierry Delvaux, Axel Dero, Alexandre Chau

Michel OSEE

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2827, fax 02 650 2482,

Campus du Solbosch

ULB CP165/56, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

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Quand les machines fonctionnent toutes seules...

Qu'est-ce que l'automatique? Quel est le point commun entre un avion et le chauffage central d'une habitation? C'est qu'ils renferment des dispositifs permettant qu'ils fonctionnent tout seuls, ils possèdent leur propre intelligence: le pilote automatique de l'avion, le thermostat du chauffage central. Durant cette demi-journée, les participants verront ce qu'est l'automatisation et ce qu'il faut pour automatiser (capteurs, actionneurs, régulateurs...). Différents types de régulateurs seront présentés. On montrera un exemple d'utilisation des opérateurs dérivée et intégrale. Les participants mettront en oeuvre leur propre régulateur sur un moteur électrique (câblage). Ils apprendront en quoi la régulation est omniprésente dans leur vie quotidienne.

Durée: une demi-journée
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 12 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, porte E, niveau 2, local L-2-210
Organisateurs: Laurent Catoire, Michel Kinnaert

Laurent CATOIRE

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2685, fax 02 650 2677,

Campus du Solbosch

ULB CP165/55, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

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De la fleur de sel aux étoiles de neige

Qu'est-ce qu'un cristal? Cristallisation de différents composés organiques et inorganiques et examens au microscope à différentes échelles.

Durée: une journée
Public: 5-6 secondaire, de 1 à 12 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment U, porte D, niveau 5, local UD-5-210
Organisateurs: Marie-Paule Delplancke, Kristin Bartik, Jérémy Dehon, Vanessa Gutierrez

Marie-Paule DELPLANCKE

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2902, fax 02 650 2952,

Campus du Solbosch

ULB CP165/63, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

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Turbulences

Qu'est-ce qu'un écoulement turbulent?

  • Expériences d'écoulement dans un tube, transition laminaire/turbulent visualisée par colorant; mélange en cuves agitées, etc.

  • Simulations numériques (trajectoires de fluides au passage d'obstacles: exemple le Cx de voitures...)

Durée: une journée
Public: 4-5-6 secondaire, nombre maximum d'élèves non encore connu
Organisateurs: Véronique Halloin, Benoît Haut, Frédéric Debaste

Véronique HALLOIN

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2918, fax 02 650 2910,

Campus du Solbosch

ULB CP165/67, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

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Le gyroscope

Comment éviter le déraillement des trains, supprimer l'effet du roulis d'un bateau, repérer les avions? Après une introduction sur les moments et les produits vectoriels, les élèves observeront l'effet gyroscopique sur le déraillement d'un train. Puis le calcul du couple gyroscopique sera présenté et appliqué par les élèves au travers de différents exercices simples. Finalement, les étudiants pourront se familiariser avec les effets gyroscopiques grâce aux différentes manipulations proposées.

Durée: une heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateurs: Aline Degreef, Vincent Raman, Emmanuelle Vin, Nicolas Cauche

Aline DE GREEF

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2582,

Campus du Solbosch

ULB CP165/09, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

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Les interfaces homme-machine du futur

Comment ressentir les forces dans un monde virtuel? Afin d'augmenter l'interactivité avec les mondes virtuels (jeux vidéos, simulations d'entrainement...), l'utilisation d'un simple écran n'est plus suffisante. De plus en plus, des systèmes à retour d'effort sont utilisés pour mieux immerger l'utilisateur et améliorer son efficacité. Durant l'atelier, nous présenterons les différents types d'appareils existants ainsi que les technologies qui sont mises en oeuvre. En parallèle, des expériences pratiques permettront de ressentir réellement des objets virtuels. Cet atelier sera complété par une visite des installations du laboratoire de robotique et de contrôle de vibrations. Différentes démonstrations de mécatronique seront réalisées.

Durée: deux heure et demie
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 24 élèves
Lieu: Laboratoire des Structures actives, Campus du Solbosch, bâtiment U, porte C, niveau 2, local UC-2-239
Organisateurs: Bilal Mokrani, André Preumont

Bilal MOKRANI

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2687, fax 02 650 4660,

Campus du Solbosch

ULB CP165/42, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

Un moteur diesel, comment ça marche?

Comment passer du banc d'essai à l'industrie automobile? L'atelier proposé a pour but de familiariser les élèves avec la démarche de l'ingénieur dans le cadre de l'étude des moteurs à combustion interne. Après une introduction couvrant les principes de fonctionnement fondamentaux, les élèves apprendront dans un premier temps à caractériser un moteur et relèveront les courbes de couple et de puissance sur un banc d'essai. Ensuite, ces courbes seront exploitées afin de dimensionner un rapport de vitesse, soit de type "économique", soit de type "sportif". Les conclusions seront également validées sur banc d'essai. Pour terminer, les différentes perspectives actuelles dans le domaine des moteurs à combustion interne seront évoquées.

Durée: trois heures
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 20 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, niveau 2, local L-2-114
Organisateurs: Olivier Berten, Axel Coussement, Pierre-Alexis Douxchamps

Olivier BERTEN

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 4770, fax 02 650 2710,

Campus du Solbosch

ULB CP165/43, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

Conception de molécules thérapeutiques

En quoi la modélisation par ordinateur peut-elle aider? Cet atelier se place dans le cadre de l'explication de ce qu'est un médicament, en particulier un antibiotique. À travers une présentation interactive, on y démontre en quoi l'ordinateur peut aider à concevoir des molécules thérapeutiques qui inhibent une cible qui est vitale pour la survie de la bactérie. L'utilisation de programmes informatiques qui permettent de simuler et de modéliser l'interaction entre la cible et le médicament est illustrée.

Durée: une heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Dimitri Gilis

Dimitri GILIS

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 3615, fax 02 650 3575,

Campus du Solbosch

ULB CP165/61, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

L'électricité domestique

L'électricité à la maison, est-ce dangereux? À travers une présentation interactive, les principes généraux d'une installation électrique domestique sont présentés. En particulier, différents types d'éclairages, d'interrupteurs et de systèmes de protection sont expliqués et démontrés.

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 20 élèves
Organisateurs: Benjamin Genêt, Jean-Claude Maun

Jean Claude MAUN

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2662, fax 02 650 2653,

Campus du Solbosch

ULB CP165/52, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

Chirurgie mini-invasive assistée par ordinateur

Comment fonctionne un système de navigation chirurgical? Certains gestes chirurgicaux nécessitent une grande précision, comme par exemple l'insertion de vis dans la colonne vertébrale pour corriger une déformation de celle-ci. À cet effet, des systèmes de guidage assisté par ordinateur se basant sur des images 3D préopératoires peuvent être utilisés. Ces données préopératoires sont exprimées dans un espace différent de celui du patient. Elles doivent donc être recalées en identifiant des points correspondants, d'une part sur les images médicales reconstruites en 3D, et d'autre part sur le patient à l'aide d'un système de localisation optique 3D (stéréovision). Le système de démonstration est utilisé sur une colonne vertébrale artificielle. L'utilisateur peut ensuite naviguer avec un pointeur sur la colonne vertébrale et visualiser en temps réel la position de l'instrument sur les images 3D. Cette technique de réalité virtuelle permet au chirurgien de localiser précisément son instrument par rapport à l'anatomie du patient. Aucune vision directe n'est nécessaire, ce qui autorise des opérations mini-invasives.

Durée: une heure et demie
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 10 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, porte E, niveau 3, LISA (sauf déplacement)
Organisateur: olivier Debeir

Olivier DEBEIR

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2295, fax 02 650 2298,

Campus du Solbosch

ULB CP165/57, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

Acquisition d'un modèle 3D par scanner laser

Comment réaliser l'acquisition d'une forme complexe 3D par triangulation laser? Après une introduction sur les principes géométriques de base utilisés pour repérer un point dans un espace à trois dimensions, plusieurs systèmes actuels de numérisation 3D seront décrits, notamment ceux basés sur la triangulation et le temps de vol de la lumière. Ensuite une petite démonstration d'un système de capture laser sera organisée. Si la taille du groupe le permet, le système pourra être utilisé par les étudiants eux-mêmes et pourquoi pas sur l'un ou l'autre volontaire qui se trouvera alors partiellement numérisé en 3D...

Durée: une heure et demie
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Lieu: Campus du Solbosch, bâtiment L, porte E, niveau 3, LISA (sauf déplacement)
Organisateur: Olivier Debeir

Olivier DEBEIR

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2295, fax 02 650 2298,

Campus du Solbosch

ULB CP165/57, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

La diffraction de la lumière

Comment mesurer l'infiniment petit? Lorsque la lumière rencontre des objets de petite taille, elle est déviée d'une façon qui peut parfois nous paraître étrange. Ce phénomène, appelé diffraction, est commun à tous les types d'ondes et repose sur le principe d'interférence. Grâce à la diffraction, il est possible de mesurer la distance qui sépare les atomes dans un cristal ou de fabriquer des circuits électroniques miniatures. Dans un premier temps les principes d'interférence et de diffraction seront appliqués à la diffraction par un écran opaque très mince. Le résultat obtenu sera utilisé pour mesurer les dimensions de la section d'un cheveu humain sur base des figures de diffraction générées lorsque le cheveu est éclairé par un faisceau laser sous différents angles. Dans un deuxième temps, nous nous intéresserons à la diffraction de la lumière par des objets qui présentent une structure périodique et nous verrons que cela peut être utilisé pour déterminer la distance qui sépare deux sillons d'un CD ou d'un DVD.

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Simon-Pierre Gorza

Simon-Pierre GORZA

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2801, fax 02 650 4496,

Campus du Solbosch

ULB CP194/05, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

La photonique

Au carrefour de l'optique et des télécommunications Démonstration de transmission par fibre optique avec illustration du principe de multiplexage en longueur d'onde et de modulation du signal par interférométrie en utilisant un modulateur de phase.

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Simon-Pierre Gorza

Simon-Pierre GORZA

Ecole polytechnique de Bruxelles

tel 02 650 2801, fax 02 650 4496,

Campus du Solbosch

ULB CP194/05, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

[Sommaire]

L'effet de serre

Quels en sont les principes physiques? Gare aux molécules de CO2 et aux molécules d'O3! Le CO2 (le gaz carbonique) fait partie des gaz à effet de serre et contribue à l'élévation de température de notre atmosphère; l'O3 (l'ozone) contribue à l'absorption du dangereux rayonnement UV. Ces deux phénomènes sont dus à l'absorption de photons contenus dans le rayonnement solaire, qui mettent ces molécules en résonance. La molécule de CO2 est une molécule linéaire formée de 2 atomes d'oxygène séparés par un atome de carbone. Dans le modèle de simulation présenté, des billes de billard (les atomes) sont suspendues par de fins fils et sont reliées entre elles par des ressorts. Ceux-ci figurent les forces interatomiques. Un système «hache» un jet d'air orienté vers une des 2 billes (oxygène) avec une fréquence réglable. Ces bouffées d'air tendent à faire osciller les billes l'une par rapport à l'autre. Pour une certaine fréquence bien précise, une résonance s'installe, c'est à dire que les 2 oxygènes s'écartent, puis à cause des ressorts se rapprochent et ce de manière répétitive, tandis que le carbone reste en place. C'est un des modes de vibrations de la molécule. Si la fréquence est augmentée on obtient un deuxième mode: les oxygènes restent en place alors que le carbone oscille entre les deux oxygènes qui ne bougent quasi pas. C'est surprenant à voir. Il existe d'autres modes mais non simulables facilement. Le même type de simulation est montré pour la molécule O3. Ici, la molécule n'est plus linéaire: les atomes forment un V. À nouveau, en choisissant la bonne fréquence, le système de billes entre en résonance: l'oxygène central reste en place, les 2 autres ont un mouvement de battement d'ailes.
Le cube de Leslie ou l'émetteur de chaleur dépendant de la nature des surfaces: il montre clairement que ce n'est pas nécessairement la couleur d'un objet qui détermine la quantité de rayonnement infrarouge (IR) émis, ce rayonnement n'étant autre que de la chaleur.
Et pourtant il tourne: le tube de Crooks. Petit globe dans lequel peut tourner un moulinet sous l'effet de la chaleur et où règne un vide partiel. Pour montrer que ce rayonnement IR est une onde électromagnétique comme la lumière visible, on le réfléchit avec un miroir sur le tube de Crooks qui se met à tourner à cause de la chaleur contenue dans ce rayonnement.

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Albert Art

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Le magnétisme et ses applications

Comment fonctionne la résonance magnétique nucléaire (RMN)? L'expérience de Faraday-Lenz. Une expérience d'une simplicité extraordinaire qui a bouleversé la société et son mode de vie: le mouvement d'un aimant près d'une bobine de fil électrique produit de l'électricité; c'est la base de toutes les centrales électriques.
Le principe de la résonance magnétique nucléaire (RMN). Il est basé sur la présence de deux champs magnétiques perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. L'un, B0, est constant dans le temps mais varie spatialement; l'autre, B1, est constant dans l'espace mais variable dans le temps B1. Le proton (le noyau de l'hydrogène), qui est le principal constituant de notre corps, a des propriétés magnétiques et peut être assimilé à une petite aiguille de boussole. Dans l'expérience, l'aiguille est placée d'une part entre deux aimants permanents (B0) et d'autre part perpendiculairement à une bobine parcourue par un courant de fréquence variable qui crée le champ (B1). Lorsque la fréquence variable de B1 correspond à la fréquence propre de l'aiguille, elle entre en résonance: elle pivote sur son axe avec une grande amplitude.

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Albert Art

[Sommaire]

La recalescence du fer

Existe-t-il plusieurs sortes de cristaux de fer? Le changement de phase du fer (de cubique centré à cubique face centrées) est observé sur le comportement d'un fil de fer chauffé à blanc sous l'effet d'un fort courant électrique...

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Albert Art

[Sommaire]

La membrane d'Einstein

De la gravitation universelle aux satellites artificiels La gravitation universelle expliquée par la théorie de la relativité générale d'Einstein est illustrée à l'aide d'une membrane en caoutchouc (représentant l'espace-temps) sur laquelle évoluent des billes métalliques (représentant le Soleil, le Terre, etc). Différents types de comportements sont observés et illustrent les difficultés inhérentes à l'envoi de satellites artificiels dans l'espace.

Durée: une demi-heure
Public: 4-5-6 secondaire, de 1 à 25 élèves
Organisateur: Albert Art

[Sommaire]