1. Recherche de pointe pour de meilleures technologies photovoltaïques

Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ? Comment peut-on mesurer son efficacité et sa puissance avec un simulateur solaire ? Cet atelier de physique permet aux lycéens de répondre à ces questions et d’en apprendre plus sur la recherche dans le domaine du solaire photovoltaïque. Ils découvrent pourquoi il existe différents types de cellules solaires et quelles sont les applications de ces technologies.

Au travers d’activités pratiques, les participants apprennent à :

• fabriquer une cellule solaire à pigment photosensible
• tester le courant de court-circuit et la tension dans un circuit ouvert
• mesurer l’efficacité de conversion de différentes cellules solaires avec un simulateur solaire
• calibrer l’intensité lumineuse et explorer l’effet de la température grâce à plusieurs instruments scientifiques (uniquement dans le cadre de la journée complète)
• utiliser différents lasers pour étudier la relation de réciprocité entre une LED et une cellule solaire, et prédire la couleur de la lumière d’une LED à partir de ses propriétés d’absorption (uniquement dans le cadre de la journée complète)

À la fin de la journée, les groupes discutent ensemble de leurs résultats et les participants découvrent qui a fabriqué la meilleure cellule solaire.

Cet atelier existe en deux formats : sur la demi-journée ou sur la journée complète.
La journée complète convient aux classes de la 2^nde à la 1^ère (élèves âgés de 16 à 19 ans).
La demi-journée convient aux classes de 3^e (élèves âgés de 15 ans).

Des connaissances préalables sur les sujets suivants peuvent être utiles aux participants : courant, tension, puissance dans les circuits, ainsi que les orbitales des électrons pour l'atelier d'une journée.

2. La spectroscopie moderne au service de la recherche sur les matériaux

Qu'est-ce que la lumière ? Comment fonctionne crème solaire ? Pourquoi en a-t-on besoin pour se protéger des rayons nocifs ? Dans cet atelier, les élèves en apprennent davantage sur la lumière et les longueurs d'onde par le biais d'un objet de la vie quotidienne. Ils utilisent d'abord des instruments de spectroscopie moderne pour explorer le fonctionnement des ondes électromagnétiques. Ensuite, en suivant une recette simple, ils fabriquent leur propre crème solaire à partir d'ingrédients naturels et testent son efficacité pour bloquer les rayons UV.

Durant cet atelier les participants réalisent les tâches suivantes :

• Exploration du principe d'interférence et mesure expérimentale des maxima et minima de la lumière
• Construction de leur propre spectromètre pour observer les spectres d'absorption et d'émission de différentes sources de lumière
• Test de leur crème solaire en mesurant les spectres d'absorption et d'émission pour différentes longueurs d'onde

Cet atelier (journée complète) convient aux classes de la 3^e à la 1^ère , c'est-à-dire des élèves âgés de 15 à 19 ans.

Des connaissances préalables sur les longueurs d'onde peuvent être utiles aux participants.

3. Les énergies renouvelables

Quelle quantité d'énergie consommons-nous ? Notre mode de vie affecte-t-il la quantité d'énergie dont nous avons besoin ? Les énergies renouvelables pourraient-elles répondre aux besoins énergétiques du Luxembourg ? Au cours de cet atelier, les participants cherchent des réponses en utilisant un processus d'auto-évaluation et en réalisant des expériences pratiques. À la fin de l’atelier, les élèves sont en mesure de répondre par eux-mêmes aux questions posées en utilisant les résultats de leurs propres recherches.

Durant cet atelier les participants réalisent les tâches suivantes :

• Évaluation du potentiel des technologies solaires, éoliennes et basées sur la biomasse ou l'énergie humaine
• Calcul de leurs besoins énergétiques quotidiens et réflexion sur le problème du bilan énergétique à l'aide des données qu'ils ont générées.
• Comparaison de leur propre consommation énergétique à celle d'autres personnes et discussion sur la possibilité pour le Luxembourg de passer à 100 % d'énergies renouvelables.
• Apprentissage de la différence entre puissance et énergie.
• Découverte des avantages et inconvénients des différents types d'énergies renouvelables et des différentes surfaces au sol nécessaires.

Cet atelier (demi-journée) convient aux classes de la 5^e à la 1^ère , c'est-à-dire des élèves âgés de 13 à 19 ans.

Il peut être combiné avec deux autres ateliers consacrés à l'énergie et au développement durable (voir les ateliers 4 et 5 ci-dessous).

Cet atelier a été développé par une équipe de chercheurs du Département de physique et de science des matériaux de l'Université du Luxembourg dans le cadre du projet Energy4Life. Vous pouvez trouver plus d'informations sur ce projet sur le site web dédié.

Découvrez l'atelier et les chercheurs à son origine en vidéo :

4. CO₂ et réchauffement climatique

Dans cet atelier, les élèves travaillent sur le CO₂ dans le contexte du réchauffement climatique. Il découvrent différents moyens de mesurer sa concentration et de le détecter, et explorent son rôle dans les processus naturels comme l'effet de serre.

En suivant les étapes d'une présentation en ligne et en travaillant indépendamment en petits groupes, les élèves expérimentent afin de répondre à une série de questions scientifiques. Ils réalisent ainsi une série d'expériences sur l'effet d'albédo, le rayonnement thermique et la détection du CO₂ . Ces activités leur permettent d'aborder différents domaines de la physique, des sciences environnementales, de l'ingénierie et de la biologie.

Cet atelier (demi-journée) convient aux classes de la 4^e à la 1^ère , c'est-à-dire des élèves âgés de 14 à 19 ans.

Il peut être combiné avec deux autres ateliers consacrés à l'énergie et au développement durable (voir les ateliers 3 ci-dessus et 5 ci-dessous).

5. Faire le plein d'énergie !

Dans cet atelier, les élèves en apprennent davantage sur la gestion et le stockage de l'énergie. Ils réalisent une série d'expériences pour découvrir certains concepts de base de la physique tels que la force et la puissance :

• Pomper et stocker de l'eau pour alimenter une petite turbine et générer de l'énergie électrique.
• Estimer le transfert d'énergie maximal obtenu avec le système et discuter de la première loi de la thermodynamique.
• Configurer des petites voitures électriques pour maximiser distance parcourue et vitesse.
• Faire la course avec ces voitures en utilisant uniquement de petits panneaux solaires ou en ajoutant un supercondensateur pour stocker de l'énergie supplémentaire.
• Jouer à un jeu de société avec un objectif : gérer les sources et le stockage d'énergie pour répondre à la demande au fil des saisons.

La discussion finale porte sur les défis liés au stockage et à la gestion de l'énergie face à la crise climatique actuelle.

Cet atelier (demi-journée) convient aux classes de la 5^e à la 1^ère , c'est-à-dire des élèves âgés de 13 à 19 ans.

Il peut être combiné avec deux autres ateliers consacrés à l'énergie et au développement durable (voir les ateliers 3 et 4 ci-dessus).

6. La mayonnaise, une star de la cuisine sur le banc d'essai : solide ou liquide ?

Cet atelier de physique permet aux lycéens de découvrir comment analyser le comportement d’un matériau spécifique sous toutes ses formes et d’apprendre à établir un lien entre la structure et
propriétés de la matière.

Différents outils expérimentaux sont utilisés pour analyser la mayonnaise :

• la microscopie pour observer la structure
• le rhéomètre et l’équation Hagen-Poiseuille pour étudier l'écoulement

À la fin de la journée, chaque groupe présente ses conclusions à la classe.

Cet atelier (journée complète) convient aux classes de la 3^e à la 1^ère , c'est-à-dire des élèves âgés de 15 à 19 ans.

Langue

Selon les besoins des élèves, les ateliers de physique se déroulent en anglais, français, allemand ou luxembourgeois.

Horaires

Les ateliers à la journée (1, 2 et 6) se déroulent de 9h à 15h30 avec une pause déjeuner d’une heure. Pendant la pause déjeuner, les élèves peuvent manger au restaurant universitaire. Les horaires de la pause déjeuner doivent être respectés afin que les activités de l’après-midi puissent reprendre à l’heure. Les élèves peuvent amener un goûter pour le matin s'ils le souhaitent car la pause déjeuner peut être tardive.

Les ateliers à la demi-journée (version courte de l'atelier 1, plus les ateliers 3, 4 et 5) durent 3h30.

Certificat de participation

À la fin d'un atelier, chaque élève reçoit un certificat attestant de sa participation.

Lieu

Les ateliers de physique se déroulent au sein de l'Unité de recherche en Physique et Science des Matériaux de l'Université du Luxembourg, sur le Campus Limpertsberg.
Plus d’information sur l’accès au Campus Limpertsberg sont disponibles ici et la carte ci-dessous indique le Bâtiment des sciences.

En bus, depuis la gare centrale et/ou Luxembourg-ville :
Prendre la ligne 2 (Limpertsberg / L.T. Michel Lucius - Gasperich - Kohlenberg / Boy Konen) ou la ligne 4 (Limpertsberg / LT Michel Lucius - Leudelange, Gemeng), dscendre à l’arrêt "Lycée Technique Michel Lucius", et marcher le long de la rue Guillaume Capus.