En quoi l'étude de l'effet doppler permet de confirmer le phénomène d'expansion de l'univers et de valider la théorie du big bang

« Introduction (1min30) A.

Présentation du sujet, pourquoi je l’ai choisi B.

Importance de comprendre l'expansion de l'univers et la théorie du Big Bang + problématique C.

Annonce du plan en trois parties I.

Compréhension de l'effet Doppler (3-4min) A.

Explication de l'effet Doppler et ses principes fondamentaux B.

Illustration de l'effet Doppler avec des exemples concrets (par exemple, le son d'une ambulance, radar etc) (faire support) C.

Le Redshift et le blueshift D.

Application de l'effet Doppler à la lumière et son utilisation en astronomie II.

Lien avec l'expansion de l'univers et la théorie du Big Bang (3-4min) A.

Présentation de la théorie du Big Bang et de son importance dans l’astronomie B.

Relation entre l'expansion de l'univers et le décalage vers le rouge C.

Comment l'observation du décalage vers le rouge confirme la théorie du Big Bang. Conclusion (-1min) A.

Récapitulation des points principaux B.

En quoi on a répondu à la question ? C.

ouverture Introduction Bonjour, aujourd’hui nous allons aborder un sujet vaste et important puisqu’il s’agit de comprendre certaines caractéristiques de l’environnement qui nous entoure, mais pas à la simple échelle humaine, mais en voyant beaucoup plus grand, à l’échelle de l’univers.

Nous allons alors lier physique et astronomie, deux passions pour moi étant intrigué par ce qu’il se passe autour de nous, et cette immensité encore inconnue. Dans les années 20, Edwin Hubble a fait une étrange découverte, selon laquelle l’univers serait en expansion, donc selon cette théorie, l’univers devient de plus en plus grand au cours du temps.

Si on fait le chemin inverse, on pourrait en déduire que l’univers était à l’origine infiniment petit, c’est la théorie du big bang.

Cette année en terminale, nous nous sommes penchés sur l’effet Doppler, découvert au 19e siècle et dont l’une des applications permettrait de confirmer cette théorie, c’est cette question que nous allons étudier aujourd’hui : comment l’effet Doppler permet-il de mettre en évidence le phénomène d’expansion de l’univers et ainsi de confirmer la théorie du big bang ? Nous verrons dans un premier temps qu’est-ce que l’effet Doppler, et les différentes applications qu’il peut avoir, comment son étude permet de déterminer une vitesse et enfin, en quoi cela valide nos théories annoncées. I/ L’Effet Doppler Pour commencer, nous allons définir ce qu’est l’effet doppler.

Il s’agit de l’existence d’un décalage entre la fréquence d’une onde sonore ou électromagnétique émise et la fréquence de l’onde reçue lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie.

Autrement dit, si l’émetteur (ou le récepteur) est en mouvement, la fréquence perçue sera différente de celle émise.

C’est exactement ce phénomène qui se produit par exemple lorsqu’on entend une sirène de pompier s’approcher puis s’éloigner, le son que l’on perçoit est d’abord aigu puis grave, parce que la distance entre nos oreilles et le camion varie.

En réalité, le son émis est toujours de la même fréquence mais la variation de distance crée un décalage : le son est plus aigu si l’on se rapproche (dans ce cas la fréquence perçue augmente) et plus grave lorsqu’il s’éloigne (la fréquence perçue diminue). Ce décalage est proportionnel à la variation de la distance entre l’émetteur et le récepteur. C’est-à-dire proportionnel à la vitesse d’éloignement ou de rapprochement, et cela permet donc de mesurer par exemple des vitesses, selon la relation suivante : la variation de fréquence = fréquence émise multiplié par le rapport entre la vitesse de l’objet en mouvement sur la vitesse de l’onde. Ainsi, ce phénomène physique a de nombreuses applications dans la vie courante. Par exemple, il est utilisé dans les radars pour mesurer la vitesse des voitures.

Celui-ci émet une onde qui a une fréquence et une vitesse connue sur la voiture qui arrive.

L’onde est réfléchie sur la voiture, qui a reçu l’onde avec une fréquence différente compte tenu de sa vitesse et qui revient au radar.

Il y a donc un double effet doppler puisque la voiture est d’abord réceptrice puis émettrice du signal.

Le radar utilise alors le décalage doppler mesuré afin de calculer la vitesse de la voiture, et flashe si la vitesse est trop élevée. Il est aussi utilisé en médecine pour mesurer la vitesse et la direction des globules rouges. Cette méthode met en œuvre les ultrasons. Le signe de la différence entre la fréquence de la source (émise par l’appareillage) et celle reçue permet de déterminer le sens d’écoulement du sang.

La fréquence reçue par l’appareillage est quant à elle proportionnelle à la vitesse des globules et permet donc de déterminer cette dernière.

L’avantage de cette méthode est que l’utilisation des ultrasons ne crée pas d’interférence avec l’écoulement sanguin.

De plus, les vaisseaux ne sont pas endommagés. D’ailleurs, l’utilisation d’ultrasons permet aussi de cartographier le corps humain. Ils sont envoyés par une sonde puis réfléchis par les organes (qui ne sont pas en mouvement), en utilisant le temps que mettent les ondes à revenir, il est possible de cartographier l’intérieur du corps. L’effet doppler est observable avec des fréquences sonores, mais aussi lumineuses, c’est ce qu’on va utiliser en astronomie. Pour mesurer le décalage doppler d’une source lumineuse, on compare la longueur d’onde théorique de l’objet en mouvement (la longueur d’onde qu’il émet) à celle qu’on reçoit (mesurée).

Sachant que la longueur d’onde est inversement proportionnelle à la fréquence ; si l’on mesure une longueur d’onde plus basse que prévue, c’est que la fréquence reçue est plus élevée qu’au début.

La longueur d’onde est plus basse et tend donc vers les longueurs d’ondes bleues, il s’agit.... »