La Lune sous toutes

La Lune sous toutes ses phases
Partir de l’expérience des enfants :
Activité 1 :
Observations de photos de la lune
prises à divers grossissements.
Matériel :

Photos de la Lune classée de
manière croissante selon le
grossissement

Photos prisent lors de missions
lunaires Apollo




Carte de la lune avec légende
Morceaux de basalte
Maquette cratère
Lampe de poche
Que voit-on dans le ciel ? Que connaisse-t-il de la Lune ? Quelles observations ont-ils déjà faites ? Comment
expliquer ce qu’ils voient ?
Expériences : Les photos permettent de découvrir des détails supplémentaires par rapport à ce qu’ils on déjà
observé à l’œil nu. On peut également attirer l’attention sur le fait que sur toutes les photos sans exception,
le ciel est noir. Pourquoi ?
On trouve sur la lune des mers, des océans, des cratères, des montagnes, … mais que sont précisément toutes
ces formations ?
Avec l’invention de la lunette astronomique (au 17e S) Galilée est le premier à observer la surface de la Lune à
plus gros grossissement. « Sa surface est inégale, rugueuse, formée de cavités et de protubérances comme la
Terre, elle-même est pourvue de montagnes et de vallées ». Plusieurs astronomes se lancent alors dans la
réalisation de cartes de la Lune. Ils donnent le nom de mers les grandes tâches sombres, les petites tâches sont
quant à elles appelées lacs ou marais. Les montagnes circulaires sont dites des cratères ou des cirques.
Les mers, lacs et autres marais ne contiennent pas d’eau ! Si elles en contenaient, sous l’action du soleil, l’eau
s’évaporerait et formerait une atmosphère autour de la Lune, hors il n’y a pas d’atmosphère autour de la Lune !
Comment ? En observant des occultations d’étoiles par la Lune, les astronomes ont remarqué que c’est étoiles
disparaissaient brusquement ce qui n’est pas le cas lorsque l’astre occultant possèdent une atmosphère (cf
éclipse sur Terre où les étoiles disparaissent progressivement).
Grâce aux missions lunaires et aux sondes spatiales, on connait maintenant mieux l’origine de ces structures.
On pense que ces vastes bassins ont été creusés par la chute d’énormes météorites et se sont ensuite remplis
de lave venue de l’intérieur de la Lune. La lave refroidie, donne d’immenses plaines de basalte, une roche
volcanique sombre que l’on trouve aussi sur Terre.
1
Expérience : observation de roche basaltique
Quelques cratères (ou cirques) sont visibles lors de la pleine Lune comme Platon ou Tycho mais, la plupart ne
sont visible qu’en dehors de cette phase, au niveau de la ligne séparent le jour et la nuit lunaire (cette ligne
s’appelle le terminateur). Les cratères sont immenses : Platon mesure 100 km de diamètre et les plus petits
visibles depuis la Terre font quelques kilomètres et la hauteur de leurs remparts peut varier de 1000 à 8000
mètres. (Pour trouver le diamètre des cratères, ont les compare au diamètre de la Lune et pour trouver la
hauteur des remparts, on utilise leur ombre).
Matériel pour démonstration:




1 bassine remplie de sable +
farine
Boîte de cacao en poudre
1 grosse bille
Maquette cratère
Démonstration : à l’aide de la maquette cratère et de la lampe de poche, faire varier la position de la lampe
pour mettre en évidence le relief. C’est avec une lumière rasante que les reliefs sont le plus accentués. Lâcher
la bille d’une hauteur dans la bassine remplie de sable +farine au préalablement saupoudré de cacao en poudre.
Permet de voir les projections.
D’où proviennent tous ces cratères ? Est-ce des volcans ? Des bulles de gaz remontant du cœur de la Lune ou
encore des impacts de gros cailloux ? L’analyse des roches ramenée des expéditions montre que tous les
cratères proviennent de la chute de météorites (il y a plus de 3 milliard d’années).
Dans ce type d’impact, le choc est tellement violent que la roche se liquéfie (ce qui explique le piton rocheux
central). Cependant, certains dômes sont aussi d’origine volcanique.
=>Pas d’eau => pas de vie => globe nu et stérile
Activité 2 :
Jeu Naufragés sur la Lune : par groupe de 2 les élèves reçoivent un set de fiche objet. Introduire le jeu :
Jeu « Naufragés sur la Lune »
Nous voici dans le futur … Les hommes ont maintenant une base permanente sur la Lune. Des personnes y
vivent et travaillent ; de nombreux projets de recherche pour mieux comprendre notre satellite et réaliser des
expériences dans d’autres conditions que celles existant sur la Terre y sont menées. Des voyages réguliers ont
donc lieu entre la Terre et la Lune. Mais un jour, un incident se produit à bord du module d’alunissage dans
lequel vous vous trouvez, celui-ci alunit en urgence à 50 km de la base la plus proche sur la face éclairée par
Matériels :

7 sets de fiche objet pour
groupe
2

1 set d’objet format A4
(animateur)

Aimants pour tableau
le Soleil de la Lune. Vous décidez de rejoindre la base à pieds ; un certain nombre d’objets présents dans le
module lunaire peuvent vous aider : qu’allez-vous emportez avec vous?
Présenter l’ensemble des objets présents dans la capsule d’alunissage. Ensuite, par équipe de 2 ou 3 les élèves
devront sélectionner les objets qu’ils souhaitent emporter pour leur mission. Faire ensuite une synthèse avec
l’ensemble des groupes : quels sont les objets que vous avez choisi d’emporter ? Pourquoi ?
Ce Jeu permet de comprendre les conditions qui règnent sur la Lune.
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Oxygène
À garder
Eau
À garder
Carte du ciel
À garder
Nourriture
À garder
Radio
À garder
Fil
À garder
Trousse première urgence
À garder
Fusée de détresse
À garder
Chauffage
À Laisser
Boussole
À Laisser
Allumette
À Laisser
Indispensable pour la survie sur la Lune où il n’y
a pas d’oxygène. Sur la Lune, chaque bouteille ne
pèse plus que 8,5 kg !
La déshydratation de l’organisme humain est
importante lorsque l’on se trouve sur la face de
la Lune éclairée par le soleil (température
pouvant atteindre les 150 degrés). L’eau est un
élément vital pour l’homme.
Le repérage des étoiles sera utile pour s’orienter
et trouver la direction de la base car on peut voir
les étoiles en plein jour sur la Lune !
L’eau sera utile pour hydrater la nourriture
lyophilisée.
Ce poste de réception-transmission permettra
de communiquer une fois les secours en vue.
Le fil de nylon peut être utile pour escalader des
falaises.
La trousse de première urgence sera utile en cas
de blessure.
La fusée de détresse pourra être utilisée pour
signaler sa présence au secours.
Le chauffage n’est pas utile sur la face éclairée
de la Lune.
La boussole est inutile sur la Lune, il n’y a pas de
champ magnétique.
Il n’y a pas d’air sur la Lune, les allumettes ne
s’allumeront pas.
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Activité 3 :
La Lune dans le système solaire
Matériel :
Identifier les différents éléments représentés sur la maquette Tellurium.

Le soleil au centre est composé d’une lampe car il brille. Comme les autres astres brillant dans l’espace,
le soleil est une étoile.

La Terre qui tourne autour du soleil et sur elle-même. Elle ne brille pas et comme elle tourne autour du
soleil (étoile) c’est une planète.

La Lune, proche de la Terre, elle est plus petite que cette dernière. La Lune tourne autour de la Terre
(une planète), c’est donc un satellite.
Maquette Tellurium
La Lune brille-t-elle ? Non
Pourquoi pouvons-nous la voir alors ? Parce qu’elle est éclairée par le soleil.
Activité 4 :
Déplacements de la Lune
Matériel :
1 calendrier avec nouvelle lune et
pleine lune/groupe de 2
La Lune est le satellite naturel de la terre, c-à-d un globe qui gravite (qui tourne) autour d’une planète (la Terre).
Elle n’émet pas de lumière (comme les étoiles cf. soleil) mais est éclairée par la lumière du soleil.
Expérience : les élèves miment le mouvement de la Lune autour de la Terre. Divisés la classe en 2 : un groupe
d’observateur externe et un groupe Terre (il faudra échanger les rôles). L’animateur fera la Lune. Placés le
groupe terre au centre de la pièce et le groupe d’observateur dans un coin. L’animateur/Lune tourne autour
des enfants Terre dans le sens anti-horlogique. Les enfants Terre tourne sur eux même en suivant la Lune.
Attention : veillez à maintenir votre corps dans la même orientation par rapport aux enfants Terre.
Observation depuis la Terre : la lune nous montre toujours la même face.
Observation depuis l’extérieur : le Lune nous montre successivement toutes ces faces. Quels est le seul moyen
pour qu’un observateur fixe observe un objet de tous les côtés ? L’objet doit tourner => la lune en tournant
autour de la terre tourne également sur elle-même !
La Lune effectue donc 2 mouvements : rotation autour de la Terre et rotation sur elle-même. Et à partir de nos
observations, nous pouvons également conclure que le temps de rotation de la Lune autour de la Terre est
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identique au temps de rotation de la Lune sur elle-même ! Grâce au calendrier, le nombre de jours séparant 2
phases identiques de la lune (lunaison) est d’environ 29 jours ce nombre de jours est légèrement différent du
temps de rotation réel de la lune (27j 1/3) . Si la Lune nous présente tout le temps la même face, cela est dû à
la viscosité de ses constituants internes dans un lointain passé (lorsque le cœur de la Lune était encore
actif/chaud et composé de lave).
Bien qu’elle soit toujours éclairée par le soleil de manière identique, depuis la Terre, la Lune prend des aspects
différents.
Activité 5 :
Les phases de la Lune
Matériels :

1 spot grand angle
(rétroprojecteur)
 1 set « phase de la Lune » A4
 15 sets de fiches plastifiées
phase de la Lune (1 par enfant)
 1 set avec le nom des phases
Variante :


1boule frigolite sur un pic à
brochette par élève ou pour 2
Maquette Soleil-Terre-Lune
Expérience 1 : Diviser le groupe en 2 ou 3 selon leur nombre. Placer un petit groupe au centre de la pièce pour
mimer la terre. Placer le spot contre un des murs et dirigez le vers les enfants (ce sera le soleil). Prenez le
ballon blanc et déplacer le dans le sens anti-horlogique autour des enfants Terre. Les enfants Terre peuvent
tourner sur eux même pour suivre la lune et observer ces phases. (Répéter l’expérience pour chaque sousgroupe).
Variante : chaque élève tient sa boule de frigolite (lune) en l’air de manière à pouvoir l’observer sans qu’elle
soit masquée par leur ombre. Diriger le spot vers les enfants qui se mettent à tourner dans le sens antihorlogique (sur eux-mêmes) => permet que tout le monde fasse l’expérience en même temps et voie
correctement le phénomène
=> Au fil de l’expérience, La lune nous sera apparue en croissant, quartier puis gibbeuse et enfin pleine. Ensuite,
la partie éclairée va décroitre progressivement jusqu’à disparaître : c’est la Nouvelle Lune, dont le nom évoque
le début d’un nouveau cycle. Faire remarquer aux enfants que pendant toute l’expérience, la Lune a toujours
une face éclairée (jour) et une face dans l’ombre (nuit).
La périodicité des phases s’appelle la lunaison et correspond au temps qui sépare deux phases (aspect)
identique de la lune. Cette lunaison est de 29 jours ½ . La lunaison est différente du temps de rotation
Terre/Lune (27 j 1/3) car la Terre tourne également autour du Soleil en 12 mois. Donc en 27 jours, la Terre aura
parcouru une distance importante sur son orbite, ce qui retarde de 2 jours le moment où la Lune retrouve un
aspect donné.
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On peut également mettre certaines caractéristiques en évidence lors de cette première expérience :



Le diamètre de la Lune : 3500km soit 4 fois plus petit que celui de la Terre.
La distance moyenne Terre/Lune : 380 000 km soit environ30 fois le diamètre de la Terre
T° de la surface éclairée = 125°c alors que la T° de la surface à l’ombre = -180°c
Expérience 2 : placer tous les enfants autour de la maquette Tellurium. Adapter le Tellurium pour que la Lune
soit plus « grosse » et placer le disque phase de la lune sur le pied. Actionner la maquette (la salle doit être
dans le noir) et montrer à partir de la maquette les différentes phases de la lune.
Avec l’aide des enfants, replacer au tableau les différentes phases dans le bon ordre (les mettre en cercle et ne
pas oublier de faire la terre et le soleil au tableau pour avoir un repère) ensuite, placer le nom des phases aux
bons endroits sur le cercle formé par les fiches. Pour les plus grands, laissés les réfléchir en équipe de 2 avec les
sets de petite fiche. Un point noir dans le coin inférieur gauche leur permettra de savoir comment tenir les
fiches pour ne pas les mettre à l’envers.
Faire remarquer aux enfants la position du soleil, de la Terre et de la Lune quand cette dernière est pleine ou en
phase de nouvelle Lune.
Expliquer le moyen mnémotechnique pour savoir si la lune est croissante ou décroissante. Si avec la partie
éclairée de la lune il est possible de faire la lettre « p minuscule », la Lune est croissante (P = premier quartier).
Si la lettre que l’on peut former avec la partie éclairée est un « d minuscule », la lune est décroissante.
Explication astronomique : quand la lune nous apparait en après-midi, soirée ou début de nuit, elle est
croissante, éclairée par la droite, ce qui correspond à l’ouest donc au soleil couchant. Lorsque la Lune nous
apparait en fin de nuit ou matinée, elle est décroissante, éclairée par la gauche, ce qui correspond à l’est donc,
au soleil levant.
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Activité 6 :
Les éclipses
Matériels :





Spot/lampe directionnel
1 gros ballon fixé au plafond
1 balle de frigolite sur un pic à
brochette
1 balle plus petite que le
réflecteur de la lampe (ex
cotillon) montée sur un pic à
brochette
Maquette Tellurium adaptée
pour éclipse
Expérience 1 : placer sur une ligne droite face à un mur blanc (grand écran), le spot (soleil) et le ballon (Terre).
Asseyez les enfants face à l’écran à l’arrière du ballon (entre le ballon et l’écran). Le but est de leur montrer que
la zone d’ombre derrière le ballon/Terre à des limites et qu’elle n’a pas de consistance matérielle (on ne peut
pas la sentir) ! C’est juste une absence de lumière. À l’arrière du ballon placer votre main ouverte à différents
endroits et à différentes distances dans la lumière puis faite la entré dans l’ombre. => Sur l’écran, l’ombre de la
main entre et se cache dans l’ombre du ballon.
Faire remarquer pour les plus grands la taille de l’ombre par rapport à la taille de l’objet et de la lampe. Dans ce
cas ci, l’ombre sur l’écran est plus grande que la taille du ballon qui lui est plus grand que la lampe => l’ombre
forme un cône et pas un cylindre. Dans cette démonstration la Terre est donc plus grande (grosse) que le Soleil.
Si on substitue le gros ballon pas une balle plus petite que la lampe (cotillon) pour simuler la réalité (la Terre est
plus petite que le soleil) et que l’on observe son ombre sur l’écran : l’ombre est plus petite que le cotillon qui
est plus petit que la lampe=> dans ce cas ci (terre<Soleil) l’ombre forme un cône inversé.
Expérience 2 : simulation sans éclipse de Lune
Replacer le gros ballon/terre comme au début de la première expérience. Prendre la balle de frigolite (Lune) et
la faire tourner autour du ballon/Terre dans le sens anti-horlogique en veillant à ce que la Lune n’entre pas dans
le cône d’ombre de la terre (orbite de la Lune en oblique par rapport à l’axe Soleil-Terre). Pour que la
simulation soit correcte la Lune doit passer au dessus du cône d’ombre lorsqu’elle se trouve entre la Terre et
l’écran. => les enfants constate qu’il n’y a pas eu d’éclipse car la Lune est passée trop haut. Faire remarquer
aux enfants que c’est le trajet habituel de la Lune (l’orbite de la lune est décalée de 5° par rapport à l’axe SoleilTerre).
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Expérience 3 : simulation avec éclipse de Lune
À certaine période l’orbite de la Lune peut coïncider avec l’axe Soleil-Terre (ils sont tous les 3 sur la même ligne :
soleil –Terre-Lune). Répéter à plusieurs reprises l’expérience 2 en passant cette fois dans le cône d’ombre. =>
les enfants observe la Lune s’assombrir puis s’éclairer à nouveau. Attirer l’attention des enfants sur le fait que
juste avant l’éclipse la Lune est éclairée de face c’est donc la pleine lune !l’éclipse totale va durer plus ou moins
longtemps en fonction du trajet que parcouru par la Lune dans l’ombre. De même cette éclipse totale peut-être
observée de tout part depuis la moitié « nuit » de la Terre.
Défi : simuler une éclipse partielle de Lune => la balle/Lune n’entre pas entièrement dans le cône d’ombre et
une partie de la Lune reste donc éclairée formant un drôle de croissant.
Expérience 4 : simulation avec éclipse solaire
Placer les enfants assis entre le spot (Soleil) et la Terre (tourner vers la Terre). Faite tourner la balle/lune autour
de la Terre dans le sens anti-horlogique et faite passer la lune sur l’axe Soleil-Terre. => Les enfants voient
apparaitre sur la Terre l’ombre de la Lune. Placer un par un les enfants entre la Lune et la Terre les yeux juste
au niveau de l’ombre (face vers le soleil) pour voir le résultat vu de la Terre. => le soleil est caché complètement
par la Lune et on observe juste une couronne lumineuse autour de la lune. Faire remarquer aux enfants en les
faisant changer de place que l’éclipse totale est uniquement visible au niveau de la tâche d’ombre sur les autres
point de la face « jour » de la Terre le soleil est partiellement caché par la lune. Faire également observer la
position des 3 astres Soleil – Lune – Terre sur le même axe.
Pourquoi la lune masque totalement le soleil alors qu’elle est plus petite que lui ? La lune est 400x plus petite
que le soleil mais elle est 400x plus prêt de la Terre que ne l’est le soleil (distance Terre-Lune 400x plus petite
que la distance Soleil-Terre). C’est cette différence de distance entre les astres qui lui permet de masquer
totalement le soleil.
Utiliser la maquette Tellurium pour faire la synthèse des éclipses.
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