Brevet FR2640065A1 — publié le 19900608

L'invention concerne une méthode didactique pour enseigner et repré- senter des phénomènes orbitaux et mouvements divers étudiés en astronomie, en physique et en chimie, ladite méthode permettant de comprendre et d'ex- périmenter comment évolue la relation entre mouvements apparents et mouve- ments réels quand on change de référentiel, en fonction des propriétés de ce référentiel et des mouvements qui l'affectent. Il est connu que de nombreuses sphères armillaires proposent des repré- sentations statiques et dynamiques du seul système solaire non conformes aux données actuelles de l'astronomie. Il est connu que certaines sphères armillaires sont plus conformes à ces données, mais au prix de conventions et abstractions prenant le contre- pied des données astronomiques perceptibles que pourrait voir un observa- teur humain situé quelque part à la surface de la terre (en premier exemple la terre est réduite à un point situé au centre de la sphère, l'observateur étant lui-même réduit à un oeil placé en ce centre; en deuxième exemple, le plan d'horizon local d'o l'observateur est censé faire son observation est par convention matérialisé par une couronne plane située sur le pour- tour et à l'extérieur de la sphère, ce qui avalise le fait que l'horizon terrestre serait en dehors du globe terrestre et même, au-delà des étoiles! Il est connu que des représentations graphiques en deux dimensions présentent les phénomènes astronomiques ou physiques, mais que ces repré- sentations sont statiques, ne permettent ni réglages, ni prévisions, ni changement de point de vue ou de référentiel, ni réversibilité, ni pro- gressivité de l'enseignement. Il est connu que les planétariums mettent en oeuvre des moyens opti- ques permettant des représentations de phénomènes astronomiques. Malheu- reusement ces équipements sont lourds, volumineux, très onéreux, et ne res- tituent que ce qui est déjà- enregistré. D'une part le spectateur assiste de façon passive à un spectacle imposé ne reproduisant que des phénomènes observables dans un ciel nocturne, en un certain lieu de la terre, à un certain moment, le spectacle du ciel étant engendré d'un horizon précis et donc topocentré, et d'autre part le spectateur n'a pas une vision exocen- trée plus complète, des mouvements et interactions du système solaire pou- vant l'amener à une meilleure compréhension de l'astronomie et, à plus forte raison,de la physique et de la chimie non concernées par les plané- tariums. La méthode didactique, objet de la présente invention, permet de corri- ger les erreurs et lacunes des méthodes et machines didactiques antérieures. Elle permet d'étendre les possibilités d'enseignement, de représentation et de compréhension des phénomènes orbitaux à d'autres disciplines scientifi- ques que l'astronomie telles que la physique et la chimie. L'invention permet de passer à volonté de la vision topocentrée des phénomènes célestes depuis l'horizon local à la vision exocentrée de la terre prise globalement et observée par exemple de l'extérieur du plan de l'écliptique. L'invention permet la saisie des mouvements de -rotation et de révolution de la terre, vu de la terre ou d'un point quelconque de l'es- pace en système statique ou dynamique, avec animation réversible donnant droit aux prévisions, aux vérifications, à l'erreur, et par voie de consé- quence, à un apprentissage personnalisé de phénomènes considérés à ce jour comme très rébarbatifs. Le changement de référentiel devenu possible per- met de reconsidérer la relation entre mouvements apparents et mouvements réels, et de ne plus isoler l'astronomie vécue de l'astronomie scientifique abstraite enseignée. La figure I représente un disque d'horizon dont les deux diamètres orientés Nord-Sud et Est-Ouest déterminent une intersection nommée centre primordial en astronomie, centre occupé par une figure humanoide en posi- tion debout et apte à pivoter en ce centre de O à 360 , la périphérie du disque correspondant à la ligne d'horizon en astronomie. La figure 2 représente un anneau circulaire dit excentrique traversé sous un angle caractéristique par un axe primordial PP'. La figure 3 représente le disque d'horizon de la figure I environné par l'excentrique de la figure 2, le bord extérieur du disque étant vis-à- vis du bord intérieur de l'excentrique. L'axe primordial à 90 avec l'axe cardinal inclus dans le plan du disque d'horizon et à un angle caractéris- tique avec le disque d'horizon, pivote autour de l'axe primordial débordant du disque aux deux extrémités et balaie ainsi un plan orienté Nord-Sud. La figure 4 représente l'axe primordial virtuel matérialisé par un premier arbre tubulaire rotatif et solidaire de l'anneau excentrique en un point par un arceau permettant le balayage sans entrave autour du disque d'horizon. La figure 5 représente une première sphère transparente dite sphère intérieure englobant le disque d'horizon de la figure 1, le disque ayant un axe cardinal dont les deux extrémités sont solidaires de cette sphère, et l'ouverture d'accès au disque aménagée dans la paroi de la sphère n'étant pas apparente. La figure 6 représente une deuxième sphère transparente dite sphère extérieure englobant le plan d'horizon, la sphère intérieure, et l'arceau de l'excentrique. Un deuxième arbre tubulaire rotatif et solidaire de l'axe cardinal inclus dans le disque d'horizon a une ligne d'axe coïncidant avec l'axe primordial permettant la rotation du disque d'horizon sur lui-même. Les deux arbres permettent donc d'animer de façon réversible ou non et à volonté, séparément ou ensembles, l'excentrique et le plan d'horizon, L'ou- d'acèsaà l'excentrique et à l'oquverture de verturYae la spherrezMterleure n est pas apparente (elle permet, après alignement des deux ouvertures, de faire le réglage de l'angle de latitude du disque d'horizon et d'introduire ou retirer tout signe ou objet requis) . La méthode didactique pour enseigner et représenter des phénomènes orbitaux et mouvements divers étudiés en astronomie, en physique et en chimie, utilise un plan d'horizon local de planète ou plan sécant de noyau matérialisé par un disque nomme disque d'horizon (1) dont la périphérie correspond à la ligne d'horizon (2)visible par un observateur placé en son centre, cet observateur dit topocentré étant avantageusement matérialisé par une figurine humanoïde (3) en position debout et apte à pivoter sur elle-même de O à 360 . Ce disque d'horizon à un centre nommé centre primor- dial (4) matérialisé par l'intersection de deux diamètres perpendiculaires dont les extrémités figurées sur le disque indiquent l'orientationpar exemple les points cardinaux: Nord-Sud, Est-Ouest. Ce disque d'horizon est apte à recevoir des signes ou objets matérialisant des concepts astronomi- ques, géographiques ou topographiques tels que graduations de l'azimut, mé- ridien du lieu, boussole, équateur céleste, trajectoire des équinoxes et des solstices, ou des concepts physiques et chimiques tels que noyau, elec- trons, etc... La méthode didactique offre à la personne enseignée une aptitude à changer de référentiel d'observation, c'est à dire d'une part de s'identi- fier à la figurine précitée et se placer ainsi dans la situation d'observa- teur des phénomènes qui se manifestent dans le champ visuel céleste, physi- que ou chimique, au-dessus du plan d'horizon local, et d'autre part à ne pas s'identifier à ladite figurine afin d'avoir ainsi accès à une vision différente du système étudié. La méthode didactique recourt avantageusement à l'usage d'un plan or- bital matérialisé à l'aide d'un anneau circulaire dit excentrique (5) sin- gularisé par son bord intérieur (6) représentant une orbite (par exemple l'écliptique) et se trouvant en vis-à-vis avec le bord extérieur (7) du disque d'horizon (1), singularisé par l'aptitude de cet anneau à être pourvu de signes ou objets divers représentant des corps célestes, des noyaux, électrons, particules, ou informations scientifiques telles que point ver- nal, graduation, signes zodiacaux, etc..., singularisé enfin par l'apti- tude de cet anneau à se solidariser soit avec une couronne plane matériali- sant plus largement le plan de l'orbite (par exemple le plan de l'éclipti- que), soit avec une zone sphérique matérialisant une portion de sphère (par exemple la bande zodiacale dans une sphère céleste), soit avec une sphère entière avantageusement porteuse d'étoiles, électrons, particules, etc... La méthode didactique recourt avantageusement à l'usage d'un premier correspondant par exemple g l'xedu monde en astronomie axe virtuel dit axe primordial (8) PP' singularisé par le fait qu il tra- verse le centre de l'anneau excentrique (5) en formant un angle fixe (X) caractéristique du lieu origine de l'observation topo-centrée (par exemple un angle de 66 30' pour un observateur placé sur un plan d'horizon terres- tre), singularisé par le fait qu'il traverse le centre du disque d'horizon (4) en formant un angle variable et réglable à volonté et qu'il reste tou- jours contenu dans le plan perpendiculaire au disque d'horizon selon la ligne d'orientation Nord-Sud, singularisé par le fait que le centre de l'anneau excentrique (5) et le centre du disque d'horizon (4) coïncident sur lui, singularisé par le fait qu'il indique dans le sens P la direction du P8le Nord et dans le sens P' la direction du Pôle Sud (par exemple le pale Nord céleste matérialisé par l'étoile polaire). La méthode didactique recourt avantageusement à l'usage d'un second axe virtuel dit axe cardinal (9), singularisé par le fait qu'il est contenu dans le disque d'horizon et qu'il coincide avec la ligne d'orientation Est- Ouest de ce même disque, singularisé par le fait que l'axe primordial (8) lui est perpendiculaire, que leur intersection coïncide avec le centre pri- mordial (4), et que le disque horizon (1) peut pivoter autour de lui, tout comme l'axe primordial (8). La méthode didactique recourt avantageusement à l'usage d'un plan mé- ridien du disque d'horizon matérialisé par le balayage qu'effectue la ligne d'axe primordial (8) lors de sa rotation autour de la ligne d'axe cardinal(9). La méthode didactique recourt. avantageusement à l'usage de la latitude du plan d'horizon (par exemple, du plan d'horizon local en astronomie), matérialisée par l'angle (X) que forme la ligne d'axe primordial avec la ligne d'orientation Nord-Sud du disque d'horizon. ' La méthode didactique présente une aptitude de l'anneau excentrique (5) à servir de piste pour le déplacement orbital de corps divers tels que électrons, ou par exemple soleil, lune, planètes en astronomie. La méthode didactique recourt avantageusement à l'usage d'une zone sphérique virtuelle matérialiséê par exemple à l'aide du balayage qu'effec- tue l'anneau excentrique précité lors d'un déplacement rotatif autour de l'axe primordial, offrant ainsi à l'observateur (3) topo-centré et immobile sur le plan d'horizon (I) lui-même immobile la représentation de mouvements orbitaux, par exemple de mouvements de révolution de planètes figurées sur l'anneau excentrique (5) permettant par exemple de représenter ainsi en astronomie le phénomène du jour, de la nuit et des saisons. La méthode didactique recourt avantageusement à l'usage d'une occulta- tion partielle de-l'anneau excentrique (5) obtenue par le balayage qu'effec- tue le disque d'horizon (1) lors d'une mise en mouvement rotatif autour de l'axe primordial (8), permettant par exemple de représenter ainsi en astro- nomie le phénomène du jour et de la nuit en tout lieu et toute saison. La méthode didactique recourt avantageusement à une première sphère transparente dite sphère intérieure(10) qui englobe le disque d'horizon (1) dont le diamètre est presque égal à celui de la sphère, le disque d'hori- zon (1) ainsi englobé ayant un axe cardinal (9) dont les deux extrémités (11l) sont solidaires de cette sphère (10). L'axe primordial virtuel (8) de la sphère intérieure est matérialisé par un premier arbre tubulaire (12) rotatif et solidaire de L'anneau excentrique (5) en au moins un point par tout moyen permettant le balayage sans entrave autour du disque d'horizon (par exemple un ou plusieurs arceaux (13). Un second arbre tubulaire (14) rotatif et solidaire de l'axe cardinal (9) inclus dans le disque d'horizon (I) et dont la ligne d'axe coïncide avec l'axe primordial (8) permet une rotation du disque d'horizon sur lui-même, la sphère intérieure (10) étant munie d'une ouverture permettant de faire intervenir tout moyen de réglage de l'angle de latitude (X) du disque d'horizon (1) et d'introduire ou re- tirer tout signe ou objets requis. La méthode didactique recourt à une deuxième sphère transparente dite sphère extérieure (15), qui englobe la première sphère (10) avec un diamètre supérieur permettant la libre rotation interne d'au moins un anneau excen- trique (5). Le premier et le deuxième arbre tubulaire rotatifs précités se prolongent hors de la sphère extérieure (15), avec double mise en mouvement facultative, simultanée ou indépendante l'une de l'autre. La paroi exté- rieure de la sphère extérieure peut être munie de façon temporaire ou défi- nitive de tout signe ou objets requis et être munie d'une ouverture avan- tageusement alignable avec l'ouverture de la sphère intérieure, permettant de faire intervenir tout moyen de réglage de l'angle de latitude du disque d'horizon et d'introduire ou retirer tout signe ou objets requis tant vis- à-vis de la sphère intérieure que du ou des anneaux excentriques. La méthode didactique selon l'invention permet d'enseigner et re- présenter de façon progressive ou dégressive, statique ou dynamique, voire réversible, un grand nombre de phénomènes orbitaux et mouvements divers étudiés en astronomie, en physique et en chimie. Elle permet de faire des prévisions, des vérifications et des corrections d'erreurs, les phénomènes orbitaux pouvant apparaître par animation manuelle ou motorisée, ou par arrêt en position statique. La méthode didactique selon l'invention concerne les fabricants et utilisateurs de matériels didactiques et de représentation des phénomènes astronomiques, physiques et chimiques. REVENDICATIONS 1) Méthode didactique pour enseigner et représenter des phénomènes orbitaux et mouvements divers étudiés en astron6mie, en physique et en chimie, caractérisée en premier lieu par l'usage d'un plan d'horizon local de plan&-- te ou plan sécant de noyau,matérialisé par un disque nommé ici disque d'hori- zon (1) singularisé par sa périphérie correspondant à la ligne d'horizon (2) visible par un observateur placé en son centre, cet observateur dit topo- centré étant lui-même avantageusement matérialisé par une figurine humano de (3) en position debout et apte à pivoter sur elle-même de O à 360 , singula- risé par son centre ici nommé centre primordial (4) matérialisé par l'inter- section de deux diamètres perpendiculaires dont les extrémités figurées sur le disque indiquent l'orientation, par exemple les points cardinaux: nord- sud, est-ouest, singularisé par son aptitude à recevoir des signes ou objets matérialisant des concepts astronomiques, géographiques ou topographiques tels que: graduations de l'azimut, méridien du lieu, boussole, équateur céleste, trajectoires des équinoxes et des solstices, ou des concepts physi- ques et chimiques tels que noyau, électrons, etc..., caractérisée en second lieu par la double aptitude offerte à la personne enseignée de changer de référentiel d'observation, c'est à dire d'une part de s'identifier à la fi- gurine précitée et se placer ainsi dans la situation d'observateur des phé- nomènes qui se manifestent dans le champ visuel céleste, physique ou chimi- que, au-dessus du plan horizontal local, et d'autre part de ne pas s'iden- tifier à la dite figurine afin d'avoir ainsi accès à une vision différente du système étudié, caractérisée en troisième lieu par l'usage d'un plan orbi- tal matérialisé à liaide d'un anneau circulaire dit excentrique (5) singula- risE y ord intérieur (6) représentant une orbite (par exemple l'éclipti- que) et se trouvant en vis-à-vis avec le bord extérieur (7) du disque d'ho- rizon (1), et singularisé par l'aptitude de cet anneau à être pourvu de signes ou objets divers représentant des corps célestes, des noyaux, élec- trons, particules, ou des informations scientifiques telles que, point ver- nal, graduatibns, signes zodiacaux, etc... et singularisé enfin par l'apti- tude de cet anneau à se solidariser soit avec une couronne plane matériali- sant plus largement le plan de l'orbite (par exemple-le plan de l'écliptique), soit avec une zone sphérique matérialisant une portion de sphère (par exem- ple la "bande zodiacale" dans une sphère céleste), soit avec une sphère en- tière avantageusement porteuse d'étoiles, électrons, particules, etc... ca- ractérisée en quatrième lieu par l'usage d'un premier axe virtuel dit axe primordial (8) PP' correspondant par exemple à l'axe du monde en astronomie, singularisé par le fait qu'il traverse le centre de l'anneau excentrique (5) en formant un angle fixe caractéristique du lieu origine de l'observation topocentrée (par exemple un angle de 66 30' pour un observateur placé sur un plan d'horizon terrestre), singularisé par le fait qu'il traverse le egrlable centre du disque d'horizon (4), en formant un angle varia e volont et qu'il reste toujours contenu dans le plan perpendiculaire au disque d'hori- zon selon la ligne d'orientation Nord-Sud, singularisé par le fait que le centre de l'anneau excentrique (5) et le centre du disque d'horizon (4) coïncident sur lui, singularisé par le fait qu'il indique dans le sens P la direction du Pele Nord et dans le sens P' la direction du Plle Sud (par exemple, le pôle Nord céleste matérialisé par l'étoile polaire), caractéri- sée en cinquième lieu par l'usage d'un second axe virtuel dit axe cardinal (9), singularisé par le fait qu'il est contenu dans le disque d'horizon et qu'il coïncide avec la ligne d'orientation Est-Ouest de ce même disque, singularisé par le fait que l'axe primordial (8) lui est perpendiculaire, que leur intersection coincide avec le centre primordial (4), et que le disque d'horizon (1) peut pivoter autour de lui, tout comme l'axe primor- dial (8), caractérisée ensixième lieu par l'usage d'un plan méridien du disque horizon matérialisé par le balayage qu'effectue la ligne d'axe pri- mordial (8) lors de sa rotation autour de la ligne d'axe cardinal (9), ca- ractérisée en septième lieu par l'usage de la latitude du plan d'horizon (par exemple, du plan d'horizon local en astronomie), matérialisée par l'angle (X) que formela ligne d'axe primordial avec la ligne d'orientation Nord-Sud du disque d'horizon, caractérisée en huitième lieu par l'aptitude de l'anneau excentrique (5) à servir de piste pour le déplacement orbital de corps divers tels que électrons, ou par exemple soleil, lune, planètes en astronomie, caractérisée en neuvième lieu par l'usage d'une zone sphé- rique virtuelle matérialisée par exemple à l'aide du balayage qu'effectue l'anneau excentrique précité lors d'un déplacement rotatif autour de l'axe primordial, offrant ainsi à l'observateur (3) topocentré et immobile sur le plan d'horizon (1), lui-même immobile, la représentation de mouvements orbitaux, par exemple de mouvements de révolution de planètes figurées sur l'anneau excentrique (5) permettant par exemple de représenter ainsi en astronomie le phénomène du jour, de la nuit et des saisons, caractérisée en dixième lieu par l'usage d'une occultation partielle de l'anneau excen- trique (5) obtenue par le balayage qu'effectue le disque d'horizon (1) lors d'une mise en mouvement rotatif autour de l'axe primordial (8), permettant par exemple de représenter ainsi en astronomie le phénomène du jour et de la nuit en tout lieu et toute saison. 2) Méthode didactique, selon la Revendication 1, caractérisée en premier lieu en ce qu'une première sphère transparente,dite sphère intérieure (10) , englobe le disque d'horizon (1) dont le diamètre est presque égal à celui de la sphère, caractérisée en second lieu en ce que le disque d'horizon (1) ainsi englobé a un axe cardinal (9) dont les deux extrémités (11) sont soli- daires de cette sphère (10), caractérisée en troisième lieu en ce que l'axe primordial virtuel (8) est matérialisé par un premier arbre tubulaire (12) rotatif et solidaire de l'anneau excentrique (5) en au moins un point par tout moyen permettant le balayage sans entrave autour du disque d'horizon (par exemple un ou plusieurs arceaux (13)), caractérisée en quatrième lieu en ce qu'un second arbre tubulaire (14) rotatif et solidaire de l'axe car- dinal (9) inclus dans le disque d'horizon (I) et dont la ligne d'axe coin- cide avec l'axe primordial (8) permet une rotation du disque d'horizon sur lui-même, caractérisée en cinquième lieu en ce que la sphère intérieure (10) est munie d'une ouverture permettant de faire intervenir tout moyen de réglage de l'angle de latitude (A) du disque d'horizon (1) et d'introduire ou retirer tout signe ou objets requis. 3) Méthode didactique, selon les Revendications 1 et 2, caractérisée en premier lieu en ce qu'une deuxième sphère transparente dite sphère exté- rieure (15), englobe la première sphère (10) avec un diamètre supérieur permettant la libre rotation interne d'au moins un anneau excentrique (5), caractérisée en second lieu en ce que le premier et le deuxième arbre tubu- laire rotatifs précités se prolongent hors de la sphère extérieure (15), avec double mise en mouvement facultative, simultanée ou indépendante l'une de i'autre,-caractérisée en troisième lieu en ce que la paroi exté- rieure de la sphère extérieure peut ître munie de façon temporaire ou défi- nitive de tout signe ou objets requis, caractérisée en quatrième lieu en ce que la sphère extérieure est munie d'une ouverture avantageusement alignable I0 avec l'ouverture de la sphère intérieure, permettant de faire intervenir tout moyen de réglage de l'angle de latitude du disque d'horizon et d'in- troduire ou retirer tout signe ou objets requis tant vis-à-vis de la sphère intérieure que du ou des anneaux excentriques. 4) Méthode didactique selon les Revendications 1, 2 et 3, caractérisée en premier lieu en ce qu'elle permet de passer à volonté de la vision topo- centrée des phénomènes célestes depuis l'horizon local à la vision exocen- trée de la terre prise globalement et observée par exemple de l'extérieur du plan de l'écliptique, caractérisée en second lieu en ce qu'elle permet la saisie des mouvements de rotation et de révolution de la terre, vu de la terre ou d'un point quelconque de l'espace en système statique ou dynamique, avec animation réversible donnantdroit aux prévisions, aux vérifications, à l'erreur, et par voie de conséquence, à un apprentissage personnalisé de phénomènes considérés à ce jour comme très rébarbatifs, caractérisée en troisième lieu en ce que le changement de référentiel devenu possible per- met de reconsidérer la relation entre mouvements apparents et mouvements réels, et de ne plus isoler l'astronomie vécue de l'astronomie scientifique abstraite enseignée à ce jour.