Pour la 30e fois, le Centre de chimie (ZFC) a invité 16 lycéens et lycéennes de Hesse à découvrir, à travers des échanges avec des professionnels, la pratique scientifique et les structures concrètes des entreprises. Dans le « laboratoire numérique », ces jeunes talents se sont penchés sur les matériaux haute performance, qui jouent également un rôle central dans le contexte de la transition énergétique. Il a notamment été question de supports de stockage efficaces pour les énergies renouvelables, ainsi que d’analyses de surface et d’aimants haute performance, tels qu’ils sont également utilisés dans le domaine de la mobilité électrique et dans les éoliennes.

Veit Gemmer, élève de la classe de 13e de la Steinmühle, s’était qualifié pour participer à ce laboratoire d’inventeurs d’une semaine. Son groupe s’est penché sur les batteries à l’état solide au sodium, qui contiennent ce que l’on appelle des électrolytes « Nasicon » et pourraient, à l’avenir, constituer une alternative aux substances non sans problèmes utilisées dans les batteries lithium-ion.

À l’origine, l’atelier des inventeurs devait avoir lieu dès octobre 2020, mais il a ensuite été reporté au début de l’année 2021 en raison de la pandémie. Cette édition n’a finalement pu se dérouler que sous forme en ligne, ce qui a néanmoins permis d’obtenir des informations intéressantes, comme le rapporte Veit :

L’atelier d’innovation consacré au thème « Matériaux haute performance pour l’avenir », qui se déroule habituellement à l’Université technique (TU) de Darmstadt, a tout de même puêtre organiséen ligne via la plateforme Microsoft Teams. Au cours de cet atelier d’une semaine, nous avons pu, grâce à divers échanges avec des experts de l’Université technique de Darmstadt et de Merck KGaA, découvrir des aspects passionnants du domaine de la science des matériaux et du groupe Merck. À partir de ces connaissances, combinées à nos propres recherches complémentaires, notre groupe devait réaliser une vidéo pédagogique sur les batteries à électrolyte solide au sodium. Même si la réalisation d’une vidéo de grande qualité a pris beaucoup de temps, cette semaine s’est tout de même avérée très intéressante.

Veit Gemmer

Dans le laboratoire des inventeurs réalisé vidéo sur les batteries à électrolyte solide au sodium

 

Cérémonie de clôture (ci-dessous : Veit avec son groupe)

 

Simulations informatiques de la Mécanismes de transport et conductivitéen de sodium–dans l’électrolyte solide Nasicon (Na+–Superconducteur ionique).

 

Amélioration de la conductivitédes Nasico-électrolytes grâce au dépôt par laser pulsé (PLD)

De fin juin à fin août, des élèves de 4e et de 3e de Hesse ont eu la possibilité de participer à un atelier en ligne consacré aux sciences, aux technologies, à l’ingénierie et aux mathématiques (MINT). Accompagnés par des animateurs de premier ordre, les élèves ont ainsi pu découvrir des thèmes qui ne sont généralement pas abordés à l’école, ou seulement de manière superficielle. Parmi ceux-ci figuraient de nombreux aperçus passionnants sur les technologies liées aux énergies renouvelables, les processus biologiques et chimiques, ainsi que des expériences et des équations mathématiques. De plus, les élèves ont programmé leur propre jeu sur ordinateur et ont même construit un moteur électrique. Afin que les jeunes puissent mener eux-mêmes des expériences chez eux, Provadis leur a envoyé à domicile des kits de matériel pour les séances (par exemple, des matériaux de construction et des produits chimiques). Au cours des 10 visioconférences de deux heures, les élèves ont ensuite réalisé des expériences chez eux et en ont discuté avec les autres jeunes et les experts. Lors de la dernière séance, plusieurs experts ont présenté différents métiers dans le domaine des sciences, des technologies, de l’ingénierie et des mathématiques (MINT).

À l’origine, Provadis, à Francfort, a développé cette série d’événements il y a quelques années, en collaboration avec cinq centres scientifiques de Hesse. Lorsque les événements en présentiel ont été interdits à partir de mars 2020, l’entreprise a mis au point cet « atelier MINT en ligne ». Cet atelier ayant rencontré un vif succès auprès des jeunes, il sera désormais proposé à la fois sous forme d’« offre en ligne » et, dès que cela sera à nouveau possible, en présentiel.

Les élèves intéressés peuvent obtenir des informations sur le futur programme « Mint – Les stars de demain » en cliquant sur le lien suivant : https://www.provadis.de/provadis-gruppe/aktuelles/details/news/schuelerinnen-experimentieren-zuhause-live-am-bildschirm.html

En tout cas, j’ai beaucoup apprécié cet atelier et je ne peux que vous recommander d’y participer.
Joshua Wieder

Un grand merci également à Mme Tschirch, de Chemikum Marburg, qui nous a fait part de cette offre !

Avec un total de six projets, la Steinmühle a participé cette année aux concours régionaux de Lollar et de Kassel. Pas moins de trois équipes ont remporté la première place et se sont ainsi qualifiées pour les concours régionaux de Darmstadt et de Kassel dans la catégorie « Les élèves expérimentent ». Trois équipes ont remporté un prix spécial.

Il convient de souligner la participation d’équipes issues de différents niveaux scolaires, du collège au lycée. La classe de 6e était représentée à deux reprises, tandis que les classes de 4e, 3e, 1ère et terminale l’étaient chacune une fois. Les disciplines étaient également très variées : les recherches et les expériences ont porté à trois reprises sur la biologie et une fois chacune sur la chimie, la physique et les sciences de la Terre et de l’espace.

Leonard Berger, Mats Egbring et Leontin Schmidt sont les élèves de sixième qui, dans le cadre du concours « Les élèves expérimentent », sous la supervision des professeurs Dr Jutta Töhl-Borsdorf et Dr Dietmar von der Ahe, et ont remporté le prix spécial des technologies environnementales. Ils ont comparé des champs biologiques à des champs conventionnels. Pour ce faire, ils ont analysé au total près de 20 échantillons de sol et ont constaté que les champs biologiques se distinguent à la fois par leur faible teneur en nitrates et par leur capacité à fixer puis à libérer des nutriments. Les champs conventionnels, et en particulier ceux fertilisés au lisier, présentaient presque systématiquement des teneurs en nitrates et en nitrites préoccupantes. Le jury a estimé que le sujet, le travail et leurs résultats méritaient la meilleure place possible. La prochaine étape sera désormais le concours régional à Kassel.

 

Manque d’oxygène dans la chaussure

Morten Köhler, Benjamin Schul et Joshua Wieder, élèves de 3e, se sont penchés sur la question suivante : pourquoi les coussins chauffants ne fonctionnent-ils pas dans les chaussures de ski ? Lors du séjour au ski organisé par l’école Steinmühle, ces trois élèves avaient eu froid aux pieds et avaient remarqué que les coussins chauffants destinés à y remédier ne fonctionnaient que très mal. Ils ont étudié en détail la réaction chimique et ont découvert, notamment en mesurant les courbes de température et d’oxygène, que les chaussures de ski contiennent tout simplement trop peu d’oxygène. De ce fait, la réaction souhaitée s’arrête rapidement.

Sous la supervision de leur professeure, le Dr Jutta Töhl-Borsdorf, ils ont utilisé des capteurs de température commandés par smartphone et une sonde à oxygène pilotée par un Arduino. Les cartes microcontrôleurs Arduino ont été présentées pour la première fois à la Steinmühle par Malte Klimczak dans le cadre du cours facultatif de technologie et ont également pu être utilisées ici pour résoudre des problèmes de chimie. Ces trois élèves ont eux aussi remporté la 1re place en chimie pour le meilleur projet interdisciplinaire et peuvent se réjouir de participer au concours régional à Darmstadt.

 

Comment les coléoptères de la farine « décomposent » le polystyrène

Clara Müller, Marie Englert et Jennifer Weber, élèves de 11e, ont mené, sous la supervision du Dr Dietmar von der Ahe, une étude visant à déterminer si les bactéries de la flore intestinale des larves de ténébrion meunier participaient à la dégradation du polystyrène. Les élèves ont observé le comportement alimentaire des larves de ténébrion meunier (Tenebrio molitor) dans différentes conditions. À l’aide de méthodes de biologie moléculaire (PCR, isolation de l’ADN génomique et par PCR, quantification de l’ADN par photomètre, électrophorèse sur gel, séquençage du gène 16S ARN réalisé par la société Eurofins Genomics, Ebersberg), elles ont étudié 230 clones bactériens différents issus de la flore intestinale des larves afin de déterminer leurs relations phylogénétiques et leur capacité à dégrader le polystyrène. Elles ont ainsi découvert plusieurs clones bactériens de la famille des Enterobacteriaceae capables de dégrader ce plastique dans une solution nutritive. Le génome de l’un de ces clones (clone n° 43) a été entièrement séquencé (environ 6 millions de paires de bases) à la demande de la société Eurofins Genomics, afin de rechercher dans le génome des régions codantes pour des enzymes susceptibles de participer à la dégradation du styrène. Les élèves ont également présenté un mécanisme possible expliquant le processus chimique de dégradation du styrène. En guise de prix spécial, le trio a reçu un abonnement annuel à la revue scientifique « Bild der Wissenschaft ».

 

Un concours pour nouer des liens avec l’université

Ronja Rosenkranz, élève de 13e classe, a su convaincre le jury dans le domaine de la physique. Elle a mené des recherches sur les mécanismes à l’origine des modifications de la voix lors de l’inhalation d’hélium. Les élèves se sont posé cette question dans le cadre du cours « NaUnt » de la classe de 5e, dispensé par Mme Jutta Töhl-Borsdorf. Ronja s’est rapidement rendu compte que l’explication que l’on trouve presque partout n’était que partiellement correcte et que le phénomène était bien plus complexe qu’on ne le pensait. Elle a mis au point différents montages expérimentaux afin d’aller au fond des choses. Le jury a particulièrement souligné l’approche très scientifique adoptée pour traiter cette question. Grâce à ce concours, des contacts se sont rapidement noués avec l’université de Marbourg, ce qui a permis de réaliser entre-temps des mesures en phoniatrie. La première place en physique pour ce projet et le prix spécial d’acoustique permettent également à Ronja Rosenkranz de se qualifier pour le concours régional à Darmstadt.

 

Ce que le ver de terre apprécie

Dans le cadre du concours « Schüler experimentieren », les jeunes chercheuses Teresa Dinges (classe 6b) et Sophia Rogosch (6c) ont étudié, sous la direction du Dr Dietmar von der Ahe, les effets potentiels du ver de terre sur le sol et le climat. Dans le cadre de ce projet, les élèves ont étudié de près le comportement du ver de terre commun Lumbricus terrestris et son interaction avec les bactéries du sol. Elles ont ainsi découvert que :

• le type de sol que préfère le ver de terre
• quelles sont les caractéristiques de sol qu’il évite (pH, sols calcaires, sableux, etc.)
• que le ver de terre produit des quantités importantes de CO₂, un gaz à effet de serre, dans le sol, en interaction avec les bactéries du sol.
• que les familles de bactéries présentes dans le sol diffèrent de celles que l’on trouve dans les excréments des vers de terre.

 

Le milieu de la peau du cheval

Silas Krüger et Jan Vollmer (tous deux élèves de la classe 8c) souhaitaient en savoir plus sur la « vie sur la peau des chevaux ». Sous la supervision du Dr Dietmar von der Ahe, les élèves ont examiné différentes zones cutanées de deux chevaux (peau, pavillon auriculaire, nez, bouche) afin d’étudier leur colonisation bactérienne, ce que l’on appelle le microbiome. Ils ont ainsi découvert que le microbiome estival diffère nettement du microbiome hivernal, c’est-à-dire qu’en été, on trouve d’autres familles de bactéries sur les différentes zones cutanées qu’en hiver. Cela correspond aux différentes fonctions de la peau selon les conditions climatiques.

 

Sous la devise « Jugend Forscht offre davantage », les lauréats du prix des accompagnateurs des différents Länder se sont réunis du 15 au 17 novembre 2019 à l’occasion d’un voyage de formation continue passionnant.
Le prix des accompagnateurs de la Hesse a été décerné à Mme Jutta Töhl-Borsdorf, enseignante à Steinmühlen, lors du concours régional « Jugend forscht » à Kassel. À Paderborn, un programme varié l’attendait, auquel étaient également conviés les ambassadeurs et ambassadrices de « Jugend forscht » des différents Länder. Outre des points au programme passionnants sur le fond, il y avait également suffisamment d’espace et d’occasions pour des échanges entre collègues dans une atmosphère détendue.
Il était particulièrement intéressant de constater à quel point les différentes écoles organisent la participation au concours « Jugend forscht » de manière variée, en fonction notamment des conditions et des possibilités propres à chaque Land.
Les nouveaux contacts noués ainsi que les nombreuses discussions et idées stimulantes seront sans aucun doute précieux pour le développement futur des projets « Jugend Forscht » à la Steinmühle.

(Photo : les lauréats du prix des accompagnateurs aux côtés des ambassadeurs des Länder et des organisatrices « sur la Lune » au musée Heinz-Nixdorf)