guide sciences integrale.nathan

COLLECTIO
PA ORA AS
Programme
2016
Mes 60 missions en
Sc ences
Technolog e
Cycle 3
CM1-CM2
Guide Pédagogique
Sous la direction de André Duco,
IA-IPR, conseiller scientifique
Géraldine Boivin-Delpieu,
Maitre de conférences en Didactique
des Sciences physiques
Université de Franche Comté
Delphine Decousset,
Professeure des écoles
Académie de Versailles
Delphine Duco,
Professeure des écoles
Académie de Lyon
Juliane Fauriat,
Professeure des écoles, maitre formatrice
Académie de Lyon
Carole Fouquet,
Professeure de Sciences de la vie et de la Terre
Académie de Paris
Sébastien Guivarc’h,
Professeur de Sciences industrielles de l’ingénieur
option informatique et numérique
Académie de Versailles
Jean-Daniel Hihi,
Professeur de Physique-Chimie
Académie de Strasbourg
Arnaud Lopin,
Professeur de Technologie
Académie de Créteil
Mireille Lusseau,
Professeure des écoles,
Académie de Versailles
Julien Pichout,
Professeur de Technologie
Académie de Versailles
Olivier Robin,
Conseiller pédagogique
Académie de Lyon
Julie Vuillaume-Enon,
Professeure de Sciences de la vie et de la
Terre, formatrice en Master MEEF
Académie de Lyon
Crédits photographiques
21 SHUTTERSTOCK / Mikael Damkier ; 22 Droits Réservés ; 23 LEEMAGE / Selva ; 28 PRAS Bernard ; 30 ISTOCK / von-Himik ; 39 ADOBE
STOCK PHOTO ; 40 ADOBE STOCK PHOTO / Semen Amanuylov ; 47 ADOBE STOCK PHOTO / Zechal ; 49 BIOSPHOTO / André Maslennikov ;
58 SAIF Images / Jean-François Valantin ; 60 GETTY IMAGES France / Alex grimm ; 62 Prod DB (c) Dreamworks Animation / DR ; 67 REALAIF-ZENIT / / Paul Langrock ; 68 ADOBE STOCK PHOTO / Ericus ; 72 GETTY IMAGES France / Anton Petrus ; 74 PICTURETANK / Sub.
Coop. / Martin Barzilai ; 76 GETTY IMAGES France / ; 88 g ART WOLFE ; 88 d WIKIMEDIA / Serhanoksay ; 90 EDINBRUH PHOTOS / DR
/ Kenny McCartney ; 92 REA-ROPI / IM ; 97 BIOSPHOTO / Andrey Gudkov ; 99 ADOBE STOCK PHOTO / Sergev Lavrentev ; 104 GETTY
IMAGES France / Image source ; 106 ht SHUTTERSTOCK / Ansis Klucis ; 106 bas BIOSPHOTO / Nicolas Cegalerba ; 108 ADOBE STOCK
PHOTO / Andrea Izzotti ; 110 CHRISTOPHE L COLLECTION ; 113 Michel ALIAGA ; 116 ADOBE STOCK PHOTO / Silver ; 120 ANDIA / Saada ;
122 Sweetgreen ; 124 ADOBE STOCK PHOTO / Teressa ; 126 Droits Réservés ; 127 ht BIS / © Archives Larbor ; 127 bas BIS / © Archives
Larbor ; 129 g SHUTTERSTOCK / Alexandra Lande ; 129 d LepoRello ; 130 Droits Réservés ; 136 BIS / Ph. C. Roux (c) Archives Larbor ; 138
Droits Réservés ; 142 Droits Réservés ; 143 MASTERFILE France / Minden Pictures ; 148 LEEMAGE-OPALE ; 150 g PHOTO12.COM / ALAMY ;
150 d Adam ; 152 GETTY IMAGES France / Morsa Images ; 154 g ADOBE STOCK PHOTO ; 154 d ADOBE STOCK PHOTO ; 156 ht d Delphine
DUCO ; 156 bas g AKG-Images ; 164 g ADOBE STOCK PHOTO / Dodes11 ; 166 BIOSPHOTO / Photoshot / Stephen Dalton ; 168 ADOBE STOCK
PHOTO / Heike Kohn ; 173 GETTY IMAGES France / PhotoPlus Magazine ; 176 ADOBE STOCK PHOTO ; 180 LEEMAGE-OPALE ; 182 g GETTY
IMAGES France / Alexander Ipfelkofer ; 182 d SHUTTERSTOCK / Everett Collection ; 184 GETTY IMAGES France / Emma Wood ; 186 REA /
Karl Heinz Raach ; 191 ADOBE STOCK PHOTO / Photollurg ; 193 ADOBE STOCK PHOTO / Sorapolujin ; 196 Droits Réservés ; 200 WWF ; 209
GETTY IMAGES France / Oktay Ortakcioglu ; 214 Will / Cycling Challenge ; 216 KR IMAGES / Nicolas Marques ; 223 ht m ADOBE STOCK /
Ivonne Wierink ; 226 AURIMAGES / DOLFY AGENCY LTD / Kobal ; 228 Droits Réservés ; 230 AFP / Thierry Zoccolan ; 235 ADOBE STOCK
PHOTO / Philipp Schilli ; 240 GETTY IMAGES France / Doug Perrine ; 244 LEEMAGE-OPALE / A.H. Abolfath / B.A. Tafreshi / Novapix ; 246
ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum) ; 248 LEEMAGE-OPALE / Nasa / GSFC / DMSP / Novapix ; 250 SHUTTERSTOCK / Lens-68 ; 260 ANDIA
/ Belpress / Jean-Marc Lellemand ; 262 SIPA PRESS / AP / The Yomiuri Shimbun ; 264 PHOTONONSTOP / Picture Press Illustration ; 276
BIOSPHOTO / Fred Bavendam ; 278 SHUTTERSTOCK / Steve Horsley ; 280 Teia / DR ; 290 BIS / Ph. Cdrcom ; 302 ht g ADOBE STOCK
PHOTO / Jne Valokuvaus ; 302 bas g ADOBE STOCK PHOTO ; 302 m d GETTY IMAGES France / David Tipling ; 302 ht d BIS / Ph. EcoView ;
302 m hd SHUTTERSTOCK / CIS ; 302 bas d ADOBE STOCK PHOTO / Prod. Numérik ; 302 m g ADOBE STOCK PHOTO / Andreas Karelias ;
302 m hg ADOBE STOCK PHOTO / Mimagephotos ; 303 m ADOBE STOCK PHOTO / Ian Holland ; 303 ht BIS / Ph.Rafa Irusta ; 303 bas
ADOBE STOCK PHOTO / Zsolnai Gergelv ; 307 ht ADOBE STOCK PHOTO / Sablin ; 307 bas ADOBE STOCK PHOTO / Eco View ; 308 ADOBE
STOCK PHOTO / Crisod ; 309 m ADOBE STOCK PHOTO ; 309 d ADOBE STOCK PHOTO / BT IMAGE ; 312 ht BIOSPHOTO / Markus Varesvuo ;
312 m d BIOSPHOTO / Markus Varesvuo ; 312 g BIOSPHOTO / Markus Varesvuo ; 314 ht m ADOBE STOCK PHOTO / Pixaterra ; 314 ht g
SHUTTERSTOCK / Menno Schaefer ; 314 ht d ADOBE STOCK PHOTO / Eric Isselée ; 314 bas g ADOBE STOCK PHOTO / Olympixel ; 314
bas m ADOBE STOCK PHOTO / Seecreateimages ; 320 INRA / René DAMIDAUX ; 325 m ht ADOBE STOCK PHOTO / Sheilaf2002 ; 325 ht
ADOBE STOCK PHOTO / Romain Quéré ; 325 bas SHUTTERSTOCK / Vkilikov ; 325 m bas ADOBE STOCK PHOTO / Mathisa ; 332 ADOBE
STOCK PHOTO ; 333 ADOBE STOCK PHOTO ; 334 ht d LEEMAGE-OPALE ; 334 bas g ADOBE STOCK PHOTO / Giuseppe Porzani ; 334 m g
ADOBE STOCK PHOTO / Roman Vukolov ; 336 SHUTTERSTOCK / James Steidl ; 338 ADOBE STOCK PHOTO / Kovalenko I ; 340 AFP / Swen
Pförtner ; 345 Mukeshhrs ; 353 Jean-Christophe BENOIST ; 360 bas ADOBE STOCK PHOTO / Sergev Urvadnikov ; 360 REUNION DES
MUSEES REGIONAUX / KELONIA
• Les photos d’expérience non référencées ont été prises par Frédéric HANOTEAU.
• Les droits de production des illustrations sont réservés en notre comptabilité pour les auteurs ou ayants droits dont nous n’avons pas
trouvé les coordonnées malgré nos recherches et dans les cas éventuels où les mentions n’auraient pas été spécifiées.
Conception de la couverture : Geoffroy Lindenmeyer
Conception de la maquette intérieure : Geoffroy Lindenmeyer, Marina Smid
Mise en pages : Marina Smid, Soft Office
Iconographie : Juliette Barjon
Schémas : Corédoc
Coordination éditoriale : Alice Fragonard
Édition : Malvina Juhel
Fabrication : Patricia Poinsard
© Éditions Nathan 2018 – 25 avenue Pierre de Coubertin – 75013 Paris
ISBN 978-2-09-124087-9
Avant-propos
Au XXIe siècle, les sciences et la technologie sont plus que jamais au cœur de l’évolution de la
société. Il est donc important d’enseigner des contenus scientifiques et techniques pour forger
une culture scientifique citoyenne chez les enfants. Ces connaissances sont bien sûr partout
disponibles mais la transmission et la médiation par l’enseignant-e restent essentielles.
Une étude de l’Université d’Oxford1 a par ailleurs montré que la pratique d’un raisonnement
scientifique était fortement prédictrice de résultats positifs en sciences. Ainsi, il s’agit bien de
développer cette attitude spécifique face à l’environnement, faite de questionnement et d’esprit
critique. Par le biais d’observations et d’expériences, la démarche scientifique vise à corroborer
des suppositions (les hypothèses) et à les valider ou les infirmer. De nouvelles formulations voient
le jour et viennent compléter ou infirmer les lois, les théories ou modèles constituant le corpus
des connaissances scientifiques. Ainsi va la Science et c’est dès l’école que l’apprentissage de
la démarche scientifique doit s’amorcer, sous la responsabilité bienveillante de l’enseignant-e.
Dans les résultats de l’enquête Pisa 2015 portant principalement sur les sciences, la France est
un peu au-dessus de la moyenne OCDE (493) avec 495 points. Un niveau stable depuis plusieurs
années mais qui cache une certaine disparité : 29 % environ des élèves sont performants à très
performants mais 22 % des élèves sont en difficulté (21 % en 2016).
Une synthèse de l’OCDE2 s’est intéressée aux méthodes pédagogiques efficaces pour enseigner les sciences. Ainsi, les élèves obtiennent les meilleurs résultats en sciences :
- lorsque l’enseignant-e explique et démontre fréquemment les concepts scientifiques,
et discute des questions des élèves. Cela nécessite de la part de l’enseignant-e une guidance
claire et bien établie ;
- lorsque l’enseignant-e adapte ses pratiques aux besoins des élèves, par exemple en apportant une aide personnalisée quand l’un d’eux a des difficultés à comprendre un sujet ou un
exercice, ou en modifiant leurs cours quand la plupart des élèves trouvent le sujet difficile à
comprendre ;
- lorsque l’enseignant-e s’impose la pratique d’un retour pédagogique au travers de cinq
préceptes :
1. « L'enseignant-e me dit quels sont mes résultats à ce cours » ;
2. « L'enseignant-e m’indique quels sont mes points forts dans cette matière » ;
3. « L'enseignant-e me dit dans quels domaines je peux encore m’améliorer » ;
4. « L'enseignant-e me dit comment je peux améliorer mes résultats » ; et
5. « L'enseignant-e me donne des conseils sur la façon d’atteindre mes objectifs scolaires ».
De même, plus les élèves estiment que leurs enseignants leur fournissent fréquemment ce
type de retour, plus ils affichent de plus fortes convictions par rapport au bien-fondé de la
démarche scientifique et plus ils sont plus susceptibles d’envisager exercer une profession
scientifique à l’âge adulte.
Il nous parait important de lier ces deux dernières études pour l’enseignement des sciences
à l’école aujourd’hui. C’est dans cette perspective que s’inscrit ce guide pédagogique. Nous
espérons qu’il vous permettra de mettre en œuvre un enseignement de sciences motivant
et qu’il vous fournira des leviers efficaces pour faire progresser tous vos élèves.
Les auteures et les auteurs
1. Review of SES and Science Learning in Formal Educational Settings A Report Prepared for the EEF and the Royal Society
September 2017 ; Terezinha Nunes, Peter Bryant, Steve Strand, Judith Hillier, Rossana Barrosand Jaimie Miller-Friedmann.
2. OCDE (2016), Résultats du PISA 2015 (Volume II) : Politiques et pratiques pour des établissements performants, PISA, Éditions
OCDE, Paris http://dx.doi.org/10.1787/9789264267558 fr
Avant-propos •
3
Sommaire
Démarche générale
Liste des fiches méthodes
Propositions de progressions
Tableau des compétences travaillées dans le manuel
6
14
15
18
............................................................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................
Matière, mouvement, énergie, information
Ce que je sais déjà
Chapitre 1 La matière
Chapitre 2 Les mélanges
Chapitre 3 Les mouvements
Chapitre 4 L’énergie
Chapitre 5 Signal et information
.......................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
e vivant, sa diversité et les fonctions
L
qui le caractérisent
.....................................................................................................................................................................................................
Ce que je sais déjà
Chapitre 6 La diversité des êtres vivants
Chapitre 7 Alimentation et hygiène de vie
Chapitre 8 L’origine de nos aliments
Chapitre 9 Le développement et la reproduction des êtres vivants
Chapitre 10 L’origine et le devenir de la matière organique
20
21
22
38
52
66
82
96
97
98
114
128
142
158
...........................................................................................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
............................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
.........................
..................................................................
Matériaux et objets techniques
......................................................................................................................
Ce que je sais déjà
Chapitre 11 L’évolution des objets techniques
Chapitre 12 Les matériaux
Chapitre 13 La conception et la réalisation d’un objet technique
Chapitre 14 La gestion de l’information
172
173
174
190
204
220
.....................................................................................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................................
.......................................
.............................................................................................................................................................
a planète Terre.
L
Les êtres vivants dans leur environnement
Ce que je sais déjà
Chapitre 15 La Terre dans le Système solaire
Chapitre 16 L’activité de la Terre et les risques humains
Chapitre 17 Les enjeux liés à l’environnement
.................................................
234
...............................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................
.................................................................................
..............................................................................................................................
Évaluations
................................................................................................................................................................................................................................................................................................
235
236
254
270
287
Sommaire •
5
Démarche générale
Un manuel pour l’élève ancré dans les programmes du cycle 3
et dans le socle commun
Notre objectif premier, avec le manuel de Sciences/Technologie CM1-CM2, est de proposer
une méthode complète permettant à vos élèves de construire, dans un cadre guidé et structuré,
les connaissances et les compétences fondamentales des programmes de 2016 et du socle de
connaissances, de compétences et de culture.
La construction des concepts scientifiques s’appuie sur une démarche pédagogique solide :
progressivité dans les apprentissages, mise en situation de l’élève pour l’éveil de sa curiosité et de
son questionnement face à l’environnement naturel, mobilisation de ses compétences dans un
contexte le plus souvent issu de son environnement, devenant ainsi source de sens pour lui-elle.
Ce travail s’inscrit sous la guidance nécessaire bienveillante de l’enseignant-e qui n’hésitera pas
à intervenir en cours de séance et à expliquer autant que nécessaire, afin d’empêcher que les
élèves ne soient livrés à eux-mêmes dans une « quête solitaire » de la découverte.
Le programme d’enseignement du cycle 3 s’organise autour de quatre thèmes qui conjuguent
des questions majeures de la science et des enjeux sociétaux contemporains :
- La matière, le mouvement, l’énergie, l’information ;
- Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent ;
- Matériaux et objets techniques ;
- La planète Terre, les êtres vivants dans leur environnement.
Nous avons donc choisi d’organiser le manuel suivant ces quatre thèmes, découpés en
chapitres centrés sur une problématique donnée. Le travail dans chaque chapitre est conduit à
travers 3 ou 4 missions. Chaque mission possède un objectif d’apprentissage de connaissances et
de compétences propre. Ainsi, à condition de respecter les pré-requis nécessaires à chaque mission,
il est possible de « piocher » dans les missions en fonction de vos besoins ou de l’actualité par
exemple. Ces missions mènent les élèves dans des parcours d’apprentissages très variés (travail
individuel, par binôme, par équipes ou bien par groupe classe ; travail à l'écrit ou à l'oral). Les modalités de travail pour chaque mission sont laissées à l’initiative de l’enseignant-e.
La conduite des séances en classe avec le manuel
Remarques générales
L’enseignement des sciences à l’école, comme pour toutes les disciplines, nécessitera une programmation :
- par unités d’enseignement-apprentissage (suite de séances groupées sur un temps donné - une,
deux semaines ou plus) ;
- par périodes scolaires (cinq périodes séparées des vacances scolaires). Ces programmations sont
formulées sous forme de blocs de connaissances à construire mais aussi sous forme de compétences à acquérir ;
- par année lorsqu’une vision globale des enseignements est possible ;
- par cycle au sein de l’équipe enseignante.
6
• Démarche générale
Il est important que l’enseignement des sciences fasse l’objet de modules bien identifiés
dans l’année, proposés avec une rythmicité régulière. Chaque module sera organisé en plusieurs
séances hebdomadaires, une séance pouvant constituer en elle-même une unité d’apprentissage.
Le découpage proposé dans le manuel (chapitre constitué de plusieurs missions) facilitera cette
approche pour les enseignants. Entre ces séances de sciences, on pourra enraciner les apprentissages par des séances brèves et fréquentes pour maintenir la curiosité et l’appétence pour les
sciences (les pages « Sciences autrement » peuvent constituer une bonne base pour ces séances).
Des outils pour préparer ses séances
Les séances d’enseignement des sciences nécessitent une préparation rigoureuse. L’enseignant-e pourra s’appuyer sur des fiches de préparation qui permettent de prévoir l’organisation
des séances d’enseignement pour être efficace et garder le fil conducteur de la séance, pour aider
à bien identifier et atteindre les objectifs définis dans la programmation.
Ces documents de préparation doivent préciser l’objet de la séance, la place de la séance dans
la progression. Ils doivent permettre de prévoir les objectifs à atteindre, le niveau d’atteinte de
l’objectif par les élèves (découverte, construction, consolidation, réinvestissement), l’évaluation
des acquis des élèves (atteinte des objectifs fixés), le matériel utilisé (documents écrits, matériels
d’expérimentation ou de manipulation, expériences à préparer, cartes, affiches, diapos, vidéo…),
l’organisation (individuelle, collective, groupes, ateliers…), la démarche pédagogique (investigation,
recherche, expérimentation, exploitations de documents, manipulation, exercices, modes de correction) et, enfin, le bilan de la séance.
Le guide pédagogique proposé a pour ambition de faciliter toutes ces tâches : l’exploitation
pédago­gique détaillée de chaque mission permettra à l’enseignant-e de bâtir ces fiches de préparation, notamment grâce à la rubrique « Préparer la mission ».
Séance de réactivation des acquis
Chaque thème est introduit par une double page « Ce que je sais déjà ». Divers documents
photogra­phiques ou schémas permettent une réactivation des connaissances construites lors des
années antérieures ou dans la vie quotidienne. Pour chaque bloc de la double page, le guide pédagogique signale les missions en lien avec le bloc et explicite l'exploitation qui peut en être faite.
Durée indicative d'une séance : 10 à 15 min.
Extrait de la double page « Ce que je sais déjà » du thème 1 (page 12)
Démarche générale •
7
Séance(s) de travail autour d’une mission
La durée hebdomadaire de l’enseignement des sciences est de 2 h (auxquelles il convient
d’enlever le temps de récréation). Dans le cadre de la programmation annuelle établie par
l’enseignant-e, chaque semaine sera organisée autour d’une mission mais on pourra aussi consacrer deux semaines pour une mission si cela s’avère nécessaire (mission à caractère expérimental
marqué, par exemple). Suivant l’emploi du temps choisi par l’enseignant-e, l’ensemble de la démarche sera réalisé au cours de deux séances d’1 heure ou d’une seule séance de 2h.
Chaque mission est conçue à la fois pour construire un concept clair et simple et pour favoriser
la démarche d’investigation scientifique.
■ 1er temps de la démarche : le temps des représentations mentales à partir d’une situation déclenchante.
Le manuel propose une situation déclenchante pour chaque mission (rubrique « Je m’interroge »).
Situation déclenchante de la mission 1 (page 14)
Chaque document a été choisi afin de permettre aux élèves de se questionner. Selon la situation,
la question initiale de mise en situation peut être associée directement au document ou bien être
portée par l’un des personnages récurrents du manuel. Avec ce document, il s’agit d’ouvrir un dialogue d’échanges entre les élèves sous la conduite de l’enseignant-e. Des réponses exactes ne sont
pas spécialement attendues : il s’agit d’éveiller la curiosité, de mobiliser des connaissances initiales,
des représentations et/ou des hypothèses des élèves. Il importe pour l’enseignant-e de partir de ces
représentations mentales et de faire le point, pour repérer les connaissances acquises mais aussi
les « obstacles » à l’apprentissage : les connaissances inexactes ou simplistes, voire les « croyances ».
■ 2e temps de la démarche : la formulation de la question scientifique
À partir de cette moisson d’informations, de cet état des lieux des représentations, l’enseignant-e
devra amener les élèves à réfléchir sur la formulation d’une question scientifique permettant
de poursuivre le travail. Une question scientifique ou la formulation d’un problème scientifique se
reconnait en ce sens qu’elle induit la réalisation de tâches de vérification, de conception d’expériences ou de recherches d’observations permettant d’apporter une réponse, positive ou négative.
Cela donnera lieu à un travail collectif qui pourra aboutir à la formulation de plusieurs questions scientifiques. Les élèves pourront noter leurs questions sur leur cahier avant qu’elles soient
partagées avec le groupe classe. On privilégiera la formulation retenue dans le manuel et qui figure
en tête de chaque mission.
8
• Démarche générale
Le guide pédagogique signale la diversité des réponses élèves possibles
et la manière pour l’enseignant-e de les organiser en vue de la formulation de la question scientifique. Il indiquera aussi les relances possibles en cas de difficultés. Cette phase de travail est importante car
elle apprendra aux élèves à faire la différence entre les questions et
réponses spontanées que l’on peut émettre à propos d’un fait pour
l’expliquer et la question scientifique, qui permettra d’engager par
la suite une démarche scientifique explicative visant à la résoudre.
À la fin de cette phase de travail, on se rend à la mission indiquée
dans le manuel.
Durée indicative pour les deux premiers temps : 15 min.
En fin de mission, l’enseignant-e pourra revenir sur la situation déclenchante et sur les propositions transitoires qui auront pu être faites par les élèves. Ils pourront alors faire prendre conscience
aux élèves du chemin parcouru. Une évaluation peut en être faite en termes de compétences acquises.
■ 3e temps de la démarche : le travail sur la mission, c’est-à-dire la résolution du pro-
blème ou de la question scientifique
Double page de la mission 1 (pages 16-17)
Chaque mission se présente sous forme d’une double page. Celles-ci peuvent être organisées
pour un travail en classe entière (en travail individuel ou par binôme ou petits groupes) ou bien par
équipe (chaque équipe se voit attribuer une tâche spécifique dans le cadre de l’une des deux pages
de la mission, voir la mission 19 par exemple).
Chaque mission débute par une brève introduction qui récapitule le contexte de la problématique, en lien avec le document de la situation déclenchante, puis par l’affichage de la question
scientifique à résoudre.
La démarche scientifique à mettre en œuvre repose sur l’exploitation de documents variés : photographies, schémas scientifiques comme des graphiques, des tableaux ou des courbes
renvoyant à des situations d’expériences ou d’observations faites par des scientifiques. Les élèves
doivent dégager les éléments de compréhension nécessaires à la construction des concepts et des
Démarche générale •
9
connaissances scientifiques. La démarche scientifique est organisée en deux étapes bien distinctes,
l’une sur la page de gauche, l’autre sur la page de droite. La formulation des tâches à accomplir pour
chaque page est coiffée par une compétence générale. On trouve :
- des compétences consacrées à l’observation et à la prise d’informations (« J’observe », « J’identifie »,
« Je m’informe », etc.) ;
- des compétences consacrées à l’expérimentation, à la compréhension ou à la vérification (« j’expérimente », « Je comprends », « J’analyse », etc.)
Chaque document est le support d’une ou plusieurs questions du bloc d’activités. Ces questions permettent de faire travailler les élèves avec progressivité et méthode. Pour guider leur tratéléchargeables sur
vail, les élèves pourront s’appuyer sur un ensemble de fiches méthodes (
le site compagnon du manuel). Celles-ci abordent l’essentiel des compétences que les élèves
doivent acquérir dans le cadre du programme.
Certaines missions ont été conçues pour un travail en équipe (voir la mission 19 du chapitre 6
par exemple). L’organisation de la double page est alors différente : chaque page va correspondre
au travail demandé à une équipe d’élèves. Les activités sont formulées de manière plus succincte
afin de favoriser l’autonomie au sein de chacun des groupes, chaque équipe disposant d’une fiche
téléchargeable sur le site
de travail guidé qui les accompagne dans le déroulement du travail (
compagnon du manuel). La mise en commun systématique vise à la mutualisation des travaux des
deux équipes et à la synthèse générale.
Durée indicative pour ce temps : 60 min.
■ 4e temps de la démarche : la trace écrite et le bilan
Chaque mission se conclut par la réalisation de la trace écrite. Elle prend le plus souvent la
forme d’un texte, mais elle peut parfois être un tableau ou une carte mentale.
.
Des fichiers d’aide à la réalisation de la trace écrite sont proposés sur le site compagnon
Nous proposons chaque fois une aide différenciée :
- le premier niveau est guidé : texte à trous, tableau à compléter, trame de carte mentale avec mise
à disposition des mots-clés à utiliser ;
- le deuxième niveau laisse l’élève en autonomie avec mise à disposition des mots-clés à utiliser.
Dans nos fichiers, volontairement, ces niveaux ne sont pas indiqués.
Même si le guide pédagogique fournit une trace écrite possible, il est nécessaire de préciser qu’il n’y
a pas de « bonne réponse » pour la trace écrite, notamment pour les cartes mentales. L’important
dans cette étape de la démarche est bien que l’élève réfléchisse à ce qu’il a compris et réalise sa
propre trace écrite.
Durée indicative pour ce temps : 15 min.
L’enseignant-e peut ensuite compléter cette trace écrite par la lecture du bilan de la mission (double
page « Je fais le bilan »). Sa formulation est explicative et vise à répondre de manière synthétique mais
précise à l’ensemble du questionnement propre à chaque mission. Elle n’explicite pas les réponses du
bloc d'activités. Cela évite aux élèves la tentation de feuilleter les pages pour en obtenir les réponses.
Chaque fois, le guide pédagogique précise la liste des mots-clés que les élèves devraient savoir
utiliser. Nous vous invitons à en faire un support d’activités pour les élèves. Par exemple, il peut
être demandé aux élèves de construire des phrases à l’aide des mots-clés proposés. On sollicitera
les compétences multiples travaillées en français. Inversement, un texte à trous exigera des élèves
d’avoir bien compris les notions pour mettre dans les « trous » les mots manquants (c’est-à-dire
les mots-clés ici proposés).
Bilan de la mission 1 (page 24)
10
• Démarche générale
On peut également travailler sur la partie du schéma-bilan correspondant à la mission. Il nous a semblé
important de proposer le bilan sous deux formes différentes : un texte avec des phrases courtes et un schéma. Ce double encodage 1 des notions en permet une
meilleure mémorisation. En effet, le traitement d’une
information par notre cerveau nécessite un double encodage :
- une image, qui sera la représentation de cette information ;
- un mot, qui sera le sens donné à cette information.
Partie du schéma-bilan correspondant
à la mission 1 (page 24)
Sur le site compagnon, l’enseignant-e trouvera, pour chaque mission, une fiche comportant le bilan de la mission et la partie du schéma-bilan correspondant, ainsi qu'un guidage pour que l'élève puisse apprendre
sa leçon.
Enfin, on peut terminer cette phase avec le jeu correspondant à la
mission dans la double page « Les sciences autrement ».
Durée indicative pour ce temps : 15 min.
Séance conclusive d’un chapitre (facultative)
Lorsque toutes les missions d’un chapitre ont été réalisées, on peut revenir sur la page de droite
de la rubrique « Je fais le bilan ». Le schéma-bilan présente en effet sous forme graphique toutes les
notions scientifiques du chapitre et leurs relations. Il pourra être proposé sous forme d’un support
vierge à compléter.
Précisions qu’un schéma-bilan n’est qu’une représentation parmi d’autres. L’enseignant-e peut
tout à fait solliciter les élèves pour l’élaboration d’un schéma personnel. Un aspect du travail portera alors sur la comparaison des productions au regard du schéma-bilan du manuel.
La rubrique « Je retiens par le texte », volontairement très concise, présente l’essentiel de ce
qu’il faut avoir retenu du travail dans ce chapitre. C’est le « socle » à maitriser pour posséder les
notions scientifiques. Il peut être le support d’un exercice de mémorisation.
Durée indicative pour ce temps : 30 min.
Les situations d’expérimentation en classe
Un certain nombre de missions comportent une approche
résolument expérimentale. Cette démarche est expressément attendue par les nouveaux programmes et elle a été
particulièrement prise en compte dans le manuel. Les activités attachées à sa mise en œuvre sont introduites sous la
compétence générale : « J’expérimente », « Je manipule »,
« Je réalise ».
En effet, la construction d’un certain nombre de concepts
scientifiques s’appuie sur une démarche d’investigation qui
exige :
- des observations initiales, des expériences, des mesures, etc. ;
- la formulation d’hypothèses et leur mise à l’épreuve par des
expériences, des essais ou des observations ;
- la construction progressive de modèles simples, permettant
d’interpréter ces hypothèses.
Expérience de la mission 3 (page 20)
1. Véronique Heinrich, La mémorisation active, Aider les élèves à mémoriser de manière efficace,
http://www.circ-ien-andolsheim.ac-strasbourg.fr/spip.php?article349
Démarche générale •
11
Il est possible de n’aborder qu’un aspect de la démarche expérimentale selon les situations
envisagées. Ainsi, on pourra demander aux élèves :
- de formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple ;
- de proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème ;
- de proposer des expériences simples pour tester une hypothèse ;
- d’interpréter un résultat, en tirer une conclusion ;
- de formaliser une partie de leur recherche sous une forme écrite ou orale.
Ces différentes étapes pouvant être présentes séparément ou regroupées selon la complexité
présentée dans la mission.
On pourra avoir à l’esprit les trois modes d’approches de la démarche expérimentale :
- Le mode de familiarisation pratique : propose l’expérience pour voir, essayer, explorer. C’est la première initiation scientifique, l’apprentissage d’un outil, d’un instrument (voir missions 2, 3, 5, 6, 7, 44, 53).
- Le mode d’investigation empirique : propose l’expérience pour tester, contester, argumenter.
Cela renvoie à des pratiques d’investigation bien encadrées, avec une recherche bien problématisée
par l’enseignant-e. C’est l’initiation à une démarche scientifique (voir missions 4, 9, 11, 42).
- Le mode d’élaboration théorique : propose l’expérience pour démontrer, conceptualiser, modéliser. La démarche scientifique conduit à l’élaboration de savoirs et de connaissances. Elle peut être
conceptuelle ou modélisante. Cela demande une bonne formation des élèves et doit être réservée
aux plus « grands » (voir missions 14, 20, 27, 32, 51 et 52).
Par ces activités, l’enseignant-e visera ainsi à développer chez les élèves simultanément l’esprit
critique et la rigueur, l’habilité manuelle et expérimentale, la curiosité et la créativité et enfin le sens
de la collaboration entre les élèves (contribution au mieux vivre ensemble).
Il convient de revenir sur le degré d’autonomie à laisser aux élèves en situation de recherche. Il ne
s’agit pas de les laisser chercher « tous azimuts » car le retour risque d’être décevant avec beaucoup
de temps perdu. Ce n’est pas le but recherché. Mêmes les élèves de lycées et d’université ne sont pas
suffisamment mûrs pour être capables de prendre des décisions, pour choisir comment investiguer et
concevoir des expériences. Il s’agit donc de rester humble et modeste dans ces objectifs.
Nous vous conseillons ainsi de ne pas hésiter à accompagner les élèves en mettant à leur disposition suffisamment d’outils, une variété suffisante de procédures parmi lesquelles ils devront
choisir par exemple. Cela est d’autant plus vrai lorsque l’on travaillera avec des élèves de CM1. Dans
cette optique, l’enseignant-e trouvera, pour chaque expérience du manuel, une fiche expérience
. Il-elle pourra les distribuer aux élèves en
qui détaille la démarche sur le site compagnon
fonction des besoins rencontrés.
Travailler en lien avec les autres disciplines
Dans les doubles pages « Les sciences autrement », on aborde des aspects particuliers des
sciences et de la technologie (points d’actualité, aspects insolites, liens avec les autres domaines de
la connaissance comme les arts, les lettres, l’histoire, l’astronomie, l’architecture, la gastronomie,
12
• Démarche générale
etc.) ou bien des rubriques consacrées à la présentation d’un métier (susceptibles d’amener les
élèves à envisager d’exercer une profession scientifique à l’âge adulte). Ces articles sont l’occasion
privilégiée de travailler en lien avec les autres disciplines, notamment le français et les arts. Des
pistes d’exploitation de chaque article sont fournies dans ce guide pédagogique.
Pour chaque mission, un jeu permet de remobiliser les connaissances qui ont été construites.
Des outils pour différencier son enseignement
Que ce soit pour tenir compte de l’hétérogénéité d’une classe ou pour gérer une classe double
niveau CM1-CM2, différencier son enseignement est aujourd’hui souvent nécessaire. La différenciation pourra être mise en œuvre préalablement aux apprentissages pendant la phase de remobilisation des acquis mais surtout pendant leur déroulement et même ensuite.
Il s’agira d’être attentif-ve à la difficulté, d’observer et comprendre les procédures des élèves,
de leur faire prendre conscience de leurs procédures.
À ce titre, la méthode propose de nombreux outils téléchargeables sur le site compagnon du
manuel missions-sciences-cm.nathan.fr . L’enseignant-e peut choisir de distribuer à tous les
élèves ou seulement à ceux qui en auraient besoin :
- 30 fiches méthode ;
- les fiches Expériences qui détaillent les procédures ;
- des outils spécifiques à chaque mission (par exemple un tableau déjà élaboré que l’élève doit
seulement compléter) ;
- une aide différenciée pour construire la trace écrite.
Il s’agit aussi d’instaurer un dialogue explicite et rassurant avec les élèves. La formulation des
questions des blocs « Activités » dans les missions du manuel a été pensée en ce sens et est complétée par des explications dans le guide. Il convient aussi de se servir des erreurs pour comprendre.
L’évaluation
Elle seule permettra à l’élève de se rendre compte de ses progrès et de son niveau. Les instructions officielles préconisent de distinguer l’évaluation formative permettant de rendre compte
des progrès de l’élève (dans le travail quotidien, par exemple) de l’évaluation sommative, permettant de le situer par rapport au niveau du groupe (bilans par exemple). L’enseignant-e prendra le
soin d’expliquer clairement à l’élève et à sa famille la différence entre ces deux types d’évaluations.
Le guide propose à l’enseignant-e des outils d’évaluation adaptés.
 1. Pour chaque mission, nous avons sélectionné l’une des compétences du programme et
nous avons fait un focus dessus. Cet outil permet de réaliser un suivi d’acquisition des compétences tout au long de l’année (évaluation formative). Le plus souvent, des pistes de différenciation
sont indiquées.
Nous avons veillé à définir chaque fois quatre niveaux de maitrise pour les compétences. Ils
correspondent aux niveaux « Non atteint », « Partiellement atteint », « Atteint », « Dépassé » des
textes officiels. Mais nous les nommons « Débutant », « Apprenti », « Confirmé », « Expert » afin
de placer les élèves dans une posture constructive et positive et de faciliter la compréhension par
les familles.
On pourra associer les élèves à l’évaluation de leurs compétences et mettre en place un système d’autoévaluation ;
 2. À la fin du guide, des évaluations (sommatives) en lien avec la progression spiralaire proposée dans ce guide pages 16-17 permettent de vérifier l’acquisition des attendus de fin de cycle
versions word téléchargeables sur le site compagnon). De plus, un exercice cible chaque fois
(
l’évaluation de l’une des compétences du programme. Les situations sont choisies pour mesurer
précisément l’objectif visé, afin de ne pas complexifier la tâche.
Démarche générale •
13
Liste des fiches méthodes
Les fiches méthodes sont classées en fonction des compétences travaillées dans le programme
de Sciences & technologie (BO spécial n° 11 du 26 novembre 2015, page 185).
Vous pouvez les télécharger* sur le site compagnon missions-sciences-cm.nathan.fr .
Pratiquer des démarches
scientifiques et technologiques
Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
1. J’interprète les résultats d’une expérience
Formaliser une partie de sa recherche sous
une forme écrite ou orale.
2. Je rédige le compte rendu d’une expérience
Pratiquer des langages
Rendre compte des observations, expériences,
hypothèses, conclusions en utilisant un vocabulaire
précis.
14. J’utilise un vocabulaire précis
3. Je réalise un schéma ou un croquis
Exploiter un document constitué de divers supports
(texte, schéma, graphique, tableau, algorithme
simple).
15. J’exploite un texte
4. Je décris les résultats d’une expérience
16. J’exploite une photographie
17. J’exploite un tableau
S’approprier des outils et des
méthodes
5. J’apprends une leçon
Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener
une observation, effectuer une mesure, réaliser
une expérience ou une production.
6. Je mesure une masse
18. J’exploite un graphique
19. J’exploite un schéma
Utiliser différents modes de représentation
formalisés (schéma, dessin, croquis, tableau,
graphique, texte).
20. Je complète un tableau
21. Je construis un tableau
22. Je complète un graphique
7. Je mesure un volume
23. Je réalise une carte mentale
8. Je mesure une température
9. Je mesure une durée
Expliquer un phénomène à l’oral ou à l’écrit.
24. Je m’exprime à l’oral
10. Je mesure une distance
25. Je m’exprime à l’écrit
Garder une trace écrite ou numérique des
recherches, des observations et des expériences
réalisées.
11. Je prends des notes
12. Je sors sur le terrain
Extraire les informations pertinentes
d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question donnée.
13. Je mets en relation des documents
* Téléchargement gratuit réservé aux enseignants ayant un équipement classe.
14
• Liste des fiches méthodes
26. Je présente un travail à la classe
27. Je participe à un débat
Mobiliser des outils numériques
Utiliser des outils numériques.
28. J’envoie un mail
29. J’organise mon travail sur l’ordinateur
Identifier des sources d’informations fiables.
30. J’effectue une recherche sur Internet
Proposition de répartition des chapitres sur deux années
pour les classes doubles niveaux CM1-CM2
• Les chapitres (sauf le chapitre 13) sont étudiés en bloc. Cette
Prenons un exemple.
progression propose donc une répartition des chapitres sur deux
années. Cette répartition est spécialement pensée pour les
classes doubles niveaux CM1-CM2 dans lesquelles les CM1 et
les CM2 étudient ensemble les mêmes notions. Tous les élèves
étudient tous les chapitres mais ils ne les étudient pas forcément
dans le même niveau.
Inès entre en CM1 en 2017-2018 (année impaire).
Elle sera en CM2 en 2018-2019 (année paire).
Yanis entre en CM1 en 2018-2019 (année paire).
Il sera en CM2 en 2019-2020 (année impaire).
Avec cette répartition, Inès étudiera en CM1 tout ce qui
concerne la constitution de la matière, et en CM2 tout
ce qui concerne le mouvement et l’énergie. Alors que pour
Yanis, ce sera le contraire : il étudiera en CM1 tout ce qui
concerne le mouvement et l’énergie et en CM2, tout
ce qui concerne la constitution de la matière.
•
Cette répartition peut aussi être choisie en classes simple
niveau. On veillera alors à traiter les chapitres de l’année
impaire en CM1 et les chapitres de l’année paire en CM2.
Matière, mouvement, énergie, information
Attendus de fin de cycle
Décrire les états de la matière et la constitution de la matière
Année impaire
Année paire
Chapitre 1
Chapitre 2
Observer et décrire les différents types de mouvements
Chapitre 3
Identifier différentes sources d’énergie et connaitre
des conversions d’énergie
Chapitre 4
Identifier un signal et une information
Chapitre 5
Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent
Attendus de fin de cycle
Classer les êtres vivants, comprendre leurs liens de parenté
et leur évolution
Année impaire
Chapitre 6
Chapitre 7
Expliquer les besoins variables en aliments de l’organisme
humain
Décrire comment les êtres vivants se développent
et deviennent aptes à se reproduire
Année paire
Chapitre 8
Chapitre 9
Expliquer l’origine de la matière organique des êtres vivants
et son devenir
Chapitre 10
Matériaux et objets techniques
Attendus de fin de cycle
Identifier les principales évolutions du besoin et des objets
Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions
et leurs constitutions
Année impaire
Année paire
Chapitre 11
Chapitre 11
Chapitre 11
Chapitre 11
Le chapitre 11 doit être traité en CM1 pour tous les élèves.
Les CM2 seront mis sur une activité en autonomie.
Identifier les principales familles de matériaux
Concevoir et produire en équipe tout ou partie d’un objet
technique
Repérer et comprendre la communication et la gestion
de l’information
Chapitre 12
Chapitre 13
Chapitre 13
Missions 42 et 44
Missions 43 et 45
Chapitre 14
La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement
Attendus de fin de cycle
Année impaire
Année paire
Situer la Terre dans le Système solaire et caractériser
les conditions de la vie sur Terre
Chapitre 16
Chapitre 15
Identifier des enjeux liés à l’environnement
Chapitre 17
Propositions de progressions •
15
Proposition de progression spiralaire sur deux années
Dans cette proposition de progression spiralaire, tous les chapitres (sauf le chapitre 11) sont abordés en CM1 et CM2.
On indique, dans ces tableaux, les numéros des missions.
Matière, mouvement, énergie, information
Attendus de fin de cycle
CM1
CM2
6e
Décrire les états
de la matière
et la constitution
de la matière
1. La diversité de la matière
2. Les caractéristiques
de la matière
3. La densité de la matière
ou 4. La conductivité
de la matière
5. La diversité des mélanges
6. Des mélanges avec de l’eau
7. La séparation des mélanges
Observer et décrire
les différents types
de mouvements
8. Des mouvements très divers
9. La trajectoire d’un objet
en mouvement
10. La vitesse d’un objet
en mouvement
Poursuite de l’étude
des mouvements.
Notion d’énergie associée
à un mouvement.
Identifier différentes
sources d’énergie
et connaitre
des conversions d’énergie
11. L’énergie dans notre quotidien
12. Les différentes sources
d’énergie
13. Les conversions d’énergie
14. Énergie et réchauffement
climatique
Approfondissement
des transformations d’énergie.
Identifier un signal
et une information
15. La communication animale
16. La communication
au quotidien
17. L’information et son codage
Approfondissement
de la notion de communication
et d’information (introduction
à l’algorithmique). La notion
de signal, comme grandeur
physique transportant
une certaine quantité
d’information, est dégagée en 6e.
Approfondissement des notions
(saturation d’une solution, notion
de transformation chimique…)
en lien avec l’usage d’un matériel
de laboratoire plus complexe.
Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent
Attendus de fin de cycle
CM1
CM2
6e
Classer les êtres vivants,
comprendre leurs liens de
parenté et leur évolution
18. À la découverte de notre
environnement proche
19. L’identification des espèces
vivantes
20. Les liens de parenté entre
les espèces vivantes
21. La biodiversité actuelle
et des temps passés
Expliquer les besoins
variables en aliments
de l’organisme humain
22. Les besoins de l’être humain
23. Des aliments adaptés
à nos besoins
24. Bien se nourrir selon
ses besoins
25. Les aliments d’origine
végétale
26. Les aliments d’origine
animale
27. Des aliments produits
par une transformation
Rôle des microorganismes.
Décrire comment
les êtres vivants se
développent et deviennent
aptes à se reproduire
28. Le développement
et la reproduction des plantes
29. Le développement
et la reproduction des animaux
30. Le développement de l’être
humain
31. La reproduction de l’être
humain
Généralisation de la notion
de reproduction dans le règne
vivant.
Expliquer l’origine
de la matière organique
des êtres vivants
et son devenir
32. Les besoins des plantes
vertes
33. Besoins des animaux
et chaines alimentaires
34. Le devenir de la matière
organique
L’impact de l’être humain sur
le fonctionnement des chaines
alimentaires dans les milieux
naturels et dans les milieux
cultivés.
16
• Propositions de progressions
Notion de cellule, unité
structurale du vivant.
Matériaux et objets techniques
Attendus de fin de cycle
CM1
CM2
6e
Identifier les principales
évolutions du besoin
et des objets
35. L’évolution technologique
36. L’évolution des besoins
37. L’évolution technologique
du vélo
Décrire
le fonctionnement
d’objets techniques,
leurs fonctions
et leurs constitutions
38. De la fonction d’usage
aux fonctions techniques
Identifier les principales
familles de matériaux
39. Les matériaux constituant
les objets
40. Les propriétés des matériaux
41. L’impact des matériaux
sur l’environnement
Approfondissement de la notion
de modification des objets
en lien avec leurs impacts
environnementaux.
Concevoir et produire
en équipe tout ou partie
d’un objet technique
42. La conception d’un objet
technique
44. Les tests de fonctionnement
43. La réalisation d’un prototype
Défi technologique faisant appel
au numérique.
Repérer et comprendre
la communication
et la gestion
de l’information
46. Les robots dans notre
quotidien
47. Le fonctionnement
d’un robot
48. Des réseaux pour
communiquer
Approfondissement de la notion
de besoin.
Utilisation du numérique pour
décrire le fonctionnement
des objets.
45. Les tests de conformité
Le fonctionnement
d’un environnement de travail
(ENT), d’un réseau.
Réaliser des algorithmes
et utiliser des programmes.
La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement
Attendus de fin de cycle
Situer la Terre dans
le Système solaire
et caractériser
les conditions de la vie
sur Terre
Identifier des enjeux liés
à l’environnement
CM1
50. L’apparition de la vie sur Terre
CM2
49. La Terre, une planète
du Système solaire
51. L’alternance journée-nuit
52. Le cycle des saisons
6e
Approfondissement de l’étude
des différents mouvements
de la Terre.
53. Des paysages à la surface
de la Terre
54. L’être humain face au risque
météorologique
55. L’être humain face au risque
volcanique
56. L’être humain face au risque
sismique
Approfondissement de la notion
de transfert énergétique dans
les activités de la Terre.
Relation entre les composantes
d’un paysage et la nature
du sous-sol.
57. Biodiversité et écosystèmes
58. Peuplement des milieux
et saisons
59. Les impacts de l’être humain
sur son environnement
60. L’exploitation des ressources
naturelles
Généralisation à l’action de l’être
humain sur l’environnement.
Éducation au développement
durable.
Propositions de progressions •
17
Compétences travaillées
Dans les missions (ex : 1)
Dans les articles « Sciences autrement » (ex : A1)
Chapitres
Compétences
1
2
3
4
2 - 3 - A3
7
9
14 - A2
2-4
2-3-4A1 - A3
1-2-3
-4
7
9
6 - 7 - A1
8 - 9 - 10
11 - 14 - A1
5-7
8 - 9 - 10
11 - 12 - 13
- 14
A1
13
5
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques
Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple
Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question
ou un problème
Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse
Interpréter un résultat - en tirer une conclusion
Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale
A3
15 - 16
Concevoir - créer - réaliser
Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte
Identifier les principales familles de matériaux
Décrire le fonctionnement d’objets techniques - leurs fonctions
et leurs composants
Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant à un besoin
16 - 17 - A3
Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information
S’approprier des outils et des méthodes
Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation effectuer une mesure - réaliser une expérience ou une production
Faire le lien entre la mesure réalisée - les unités et l’outil utilisés
Garder une trace écrite ou numérique des recherches - des observations
et des expériences réalisées.
2-3-4
- A3
2-3-4
Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale
2-3-4
- A3
5 - 7 - A1
9 - 10 - A1
11 - 13 - A1
1 - A1 - A2
- A3
5-6-7A2 - A3
8 - 10 - A1
- A3
11 - 12 - 13 15 - 16 - 17
- 14 - A1
- A1 - A2
- A2
Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre à
une question
Utiliser les outils mathématiques adaptés
5 - 7 - A1
9 - 10 - A1
11 - 13 - A1
10 - A3
14
8 - 9 - 10
2-3-4
10 - A3
Pratiquer des langages
Rendre compte des observations - expériences - hypothèses - conclusions en utilisant
un vocabulaire précis
1-2-3
-4
Exploiter un document constitué de divers supports (texte - schéma - graphique tableau - algorithme simple)
5-6-7
8 - 9 - 10
7 - A3
10 - A1
Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma - dessin - croquis tableau - graphique - texte)
1 - 3 - A1
5 - A2
8-9
Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit
3 - 4 - A1
6 - 7 - A2
8-9
11 - 12 - 13
- 14
17
12 - 13 - 14 15 - 16 - 17
- A1 - A2
11
15 - 16 - A1
- A2
Mobiliser des outils numériques
Utiliser des outils numériques pour communiquer des résultats
Cette compétence n’est pas présente dans le manuel :
Utiliser des outils numériques pour traiter des données
Utiliser des outils numériques pour simuler des phénomènes
Utiliser des outils numériques pour représenter des objets techniques
Identifier des sources d’informations fiables
Cette compétence n’est pas présente dans le manuel :
A2
15 - A1
Adopter un comportement éthique et responsable
Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé
- de sécurité et d’environnement
A2
Mettre en œuvre une action responsable et citoyenne - individuellement ou collectivement - en et hors milieu scolaire - et en témoigner
A2
A3
14 - A1
A1 - A2
A2
Se situer dans l’espace et dans le temps
Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte historique géographique - économique et culturel
Se situer dans l’environnement et maitriser les notions d’échelle
18
• Tableau des compétences travaillées dans le manuel
A3
En gras les missions et articles qui traitent la compétence dans le suivi d'acquisition.
Chapitres
6
7
18 - 21
22 - 23
- 24
19
8
27
27
Chapitres
9
10
11
12
13
28
32
28 - 31
32
35 - 36 37 - 38
40
28
32
40
28
32
40
29
32
35 - 36 37 - 38
40
Chapitres
14
15
16
17
42
51 - 52
53
58
42
42 - 44
- 45
52
53
51 - 52
53
42 - 45
49 - 51
- 52
53
58 - 59
- 60
35 - 36
- 37 - A1
- A3
39 - 40 - 41
38 - A3
44
46 - 47
- A2
42 - 43
- 44
A1
46 - 47 48 - A1
18 - A2
A1
18
27
28 - A1
32
25
28 - 29
32
40 - A3
42 - 43 44 - 45
A3
42 - 43
- 44
43 - 44
- 45
20 - A1
A1
27
28 - 29
32
18 - 21
22 - 23 24 - A2
25 - 26
- 27
29 - 30
- 31
33 - 34
35 - 36 37 - 38
39 - 40 41 - A1
42 - 44
28
32
35 - 36 37 - 38
35 - 36
- 37 - 38
- A1 - A2
- A3
40 - 41
42 - 43 44 - 45
39
42 - 43 44 - 45
41
42 - A1
18
19
22 - 23
- 24
25
30 - 31
33 - 34
18 - 19 20 - A3
23 - 24
- A2
A3
28 - 29
- 31
33
35 - 36 37 - 38
30 - 31
34
35 - 36 37 - 38
19
43
49 - 51
- 52
49
53 - A2
51 - 52
53 - A2
49 - 50
- 51 - 52
- A2
49
53 - 54 - 55
- 56 - A3
57 - 58 59 - 60
49 - 50 51 - 52 - A1
54 - 55
- 56
57 - 58 60 - A1
51 - 52
53 - 54
- 55
57 - 58 59 - 60
- A2
57
48
47
51 - 52
46 - 47
51 - 52
58 - 59
- 60
A2
A2
48 - A1
elle relève de la 6e.
A2
elle relève de la 6e (elle est traitée par les enseignants de Technologie).
A1 - A2
A2 - A3
A3
- A3
22 - 23
- 24
25 - 26
A2
33 - A1
38 - A1
47
A1
41
54 - 55
- 56 - A1 A2 - A3
45 - A2
- A3
59 - 60
- A2
34 - A1
- A2
21
18
A1
A3
35 - 36
- 37 - A1
- A3
42 - A1
A1 - A2
- A3
A2
49
Tableau des compétences travaillées dans le manuel •
19
Matière, mouvement,
énergie, information
Choix pédagogiques : découpage et progression
• Au cours des trois années du cycle 2, les élèves ont ap-
pris à identifier les trois états de la matière grâce à des
observations simples. L’air aura pu faire l’objet d’une étude
spécifique pour en caractériser la matérialité et quelques
propriétés particulières comme la compressibilité. Les
élèves auront acquis des connaissances sur les changements d’état de la matière en expérimentant et en observant dans ce qui les entoure. En particulier, ils ont identifié
un changement d’état de l’eau dans un phénomène de la
vie quotidienne.
•
Au cycle 3, ces notions seront reprises et consolidées
pour viser à la généralisation de ces concepts scientifiques. Dans ce thème sont également construites les
notions relatives au mouvement, à l’énergie et à l’information. Nous avons fait le choix de garder le découpage
suggéré dans le programme officiel avec toutefois une
différence, celle d’accorder à la notion de mélange tout
un chapitre. En effet, l’étude des mélanges se révèle suffisamment étoffée, avec des situations expérimentales
variées, mais également des activités de tri (notamment
tris ouverts), de catégorisation, qui nous paraissent des
activités intellectuelles également très importantes pour
acquérir certains concepts physiques.
Certaines de ces propriétés sont abordées très succinctement dans les premières missions (magnétisme), d’autres,
principalement celles qui peuvent faire l’objet d’expérimentations, font l’objet d’une mission spécifique (densité
et conductivité électrique et thermique). À noter : certaines
propriétés de la matière comme la solubilité dans l’eau et la
miscibilité dans l’eau sont traitées dans le chapitre 2.
Le chapitre 2 sur les mélanges part également, à l’instar du chapitre 1, d’une mission générale sur la diversité
des mélanges, pour ensuite aborder une propriété plus
spécifique dans la mission 2 : la solubilité. La 3e mission du
chapitre sur la séparation des mélanges permet de réinvestir les notions vues dans les deux premières missions.
Le chapitre 3 concerne le mouvement. Les bases de la
cinématique sont abordées afin d’une part, de bien cerner
les difficultés liées à la question du référentiel et de son
choix, et d’autre part, de définir clairement le vocabulaire. En particulier, les notions de position, mouvement,
vitesse et accélération sont explicitées. Comme souvent,
on se place du point de vue de l’élève, puis l’on cherche à
généraliser les concepts.
•
Le chapitre 4 concerne l’énergie : on part là aussi sur une
première mission très liée au quotidien des élèves pour
essayer de déterminer les différentes formes d’énergie.
La suite du chapitre traite successivement des sources
d’énergie, des conversions d’énergie, et du lien entre énergie et réchauffement climatique. Le choix a été fait dans
la mission traitant des conversions d’énergie de se focaliser sur les conversions permettant d’obtenir de l’énergie
électrique, car plus riche, plus facile pour expérimenter.
Le chapitre 1 concerne la matière : il s’agit bien de parler de la matière à l’échelle macroscopique, la structure atomique ou moléculaire étant traitée en cycle 4. Ce chapitre comporte une première mission
assez générale et permet d’aborder successivement
la diversité de la matière (« les matières »), et ce qui
fait l’unicité de la matière (tout ce qui a une masse). La
suite du chapitre traite des propriétés de la matière.
Le chapitre 5 concerne le signal et l’information. L’approche dans la première mission du chapitre concerne le
monde vivant avec la communication animale illustrée par
sa diversité et sa signification biologique. Puis la notion de
communication est abordée plus spécifiquement au niveau
de l’être humain avec la 2e mission (la communication au
quotidien). La généralisation des concepts de signal, d’information et de son codage fait l’objet de la 3e mission (l’information et son codage).
• Dans chaque chapitre, et dans la plupart des missions,
les choix des documents ont été guidés par le souci
d’établir des liens avec la vie quotidienne, et de mettre les
élèves en situations expérimentales. Le choix des expériences a été fait en privilégiant au maximum du matériel
simple à trouver.
Nous avons ainsi distingué cinq ensembles de notions
découpés en cinq chapitres.
20
Matière, mouvement, énergie, information
Exploitation pédagogique du manuel
DOUBLE PAGE D’OUVERTURE
p. 10-11
demandé aux élèves de trouver différentes façons de trier les matières présentes sur une grande photographie (p.
16 du manuel). L’état physique de la matière peut être un
critère de tri proposé par un des élèves.
C’est alors l’occasion pour l’enseignant-e de rappeler les trois
états de la matière et de demander aux élèves de redonner
leurs principales caractéristiques, en s’aidant de ce document.
Solide : on peut le saisir, il est indéformable, il a une forme
propre...
Liquide : on ne peut pas le saisir, il prend la forme du
récipient qui le contient...
Gaz : il n’a pas de forme propre, il est souvent invisible,
il est insaisissable...
•
•
•
Cette photographie est plus spécifiquement en lien avec
le chapitre 3. Elle peut être exploitée à deux moments
différents.
➡ Avant de commencer le travail sur le mouvement,
juste avant la mission 8.
Le manège est un exemple familier pour les enfants. Le but
est de faire comprendre aux élèves que la perception et la description du mouvement d’un objet dépend non seulement
de l’objet, mais également de la situation de l’observateur.
Questionnements possibles :
Qui est en mouvement dans la situation représentée ?
Les enfants sur le manège et les parents sur le banc ontils la même perception du mouvement ? d’eux-mêmes ? des
autres ? d’un arbre ?
•
•
➡ Pour commencer l’étude sur les deux grands types
de mouvement et de la vitesse, avant d’aborder les
missions 9 et 10.
Questionnements possibles :
Connaissez-vous d’autres objets qui se déplacent comme
le manège ?
Les manèges tournent-ils tous à la même vitesse ?
•
•
CE QUE JE SAIS DÉJÀ
p. 12-13
La notion de masse, les trois états de la matière et les changements d’état de la matière ont déjà été abordés au cycle 2
mais sont largement repris dans les deux premières missions.
Les états de la matière
➡ Peut être abordé pendant la mission 1.
En effet, cette mission a pour objectif principal de montrer que la matière est très diverse. Pour ce faire, il est
➡ Peut être abordé avant la mission 2.
Si aucun élève n’a pensé à trier en fonction des états de la
matière lors de la mission 1, ce rappel peut se faire avant
la mission 2.
L’air autour de nous
➡ Peut être abordé avant la mission 2.
En effet, les expériences de la mission 2 ont pour objectif de
mettre en évidence la propriété physique commune à toute
matière, à savoir la masse. L’une des expériences fait intervenir l’air. Avant de commencer la réflexion autour de cette
expérience, il convient de rappeler aux élèves ce qu’est l’air.
Pour cela, on pourra s’appuyer sur ce document.
L’eau dans la nature
➡ Peut être abordé avant ou pendant la mission 2.
•
Dans le prolongement du rappel fait sur les états de
la matière, on pourra faire un focus sur le cas de l’eau,
étudiée au cycle 2.
On pourra demander aux élèves de donner des exemples
issus de la nature mettant en jeu l’eau sous les trois états.
Il peut être utile d’attirer l’attention des élèves sur le fait
que la vapeur d’eau est invisible et que, parfois, nous confondons vapeur d’eau (état gazeux invisible) avec buée et
brouillard (eau liquide) (cf. connaissances scientifiques du
guide du maitre).
L’enseignant-e pourra préciser que l’eau est la seule
matière à exister sous les trois états physiques possibles
sur Terre.
•
Lors de la mission 2, dans la question 1, les élèves
doivent identifier des changements d’état à travers les
photos proposées dans le doc 1 de la mission. L’enseignant-e pourra alors proposer le schéma présentant les
changements d’états de l’eau comme aide. Le recours à ce
schéma pourra être l’occasion de rappeler collectivement
les quatre changements d’états principaux et leur nom.
Matière, mouvement, énergie, information
21
CHAPITRE
1
La matière
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Mettre en œuvre des observations et des expériences pour
caractériser un échantillon de matière.
Observer la diversité de la matière, à différentes échelles, dans
la nature et dans la vie courante (matière inerte – naturelle ou
fabriquée-, matière vivante).
Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques,
matière organique sous différentes formes...
L’état physique d’un échantillon de matière dépend de
conditions externes, notamment de sa température.
Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par
exemple : densité, solubilité, élasticité...).
La masse est une grandeur physique qui caractérise un
échantillon de matière.
La distinction entre différents matériaux peut se faire à partir de
leurs propriétés physiques (par exemple : densité, conductivité
thermique ou électrique, magnétisme, solubilité dans l’eau,
miscibilité avec l’eau...) ou de leurs caractéristiques (matériaux
bruts, conditions de mise en forme, procédés...).
L’utilisation de la loupe et du microscope permet : l’observation
de structures géométriques de cristaux naturels et de cellules.
Repères de progressivité
L’observation macroscopique de la matière sous une grande variété de formes et d’états, leur caractérisation et leurs usages
relèvent des classes de CM1 et CM2. Des exemples de mélanges solides (alliages, minéraux...), liquides (eau naturelle,
boissons...) ou gazeux (air) seront présentés en CM1-CM2. Des expériences simples sur les propriétés de la matière seront
réalisées avec des réponses principalement « binaires » (soluble ou pas, conducteur ou pas...), la classe de sixième permet
d’approfondir : saturation d’une solution en sel, matériaux plus conducteurs que d’autres.
Commentaires
1. Nous avons choisi de traiter la description de la matière à grande échelle (Terre, planètes, Univers) dans le thème 4.
2. Les activités en lien avec l'utilisation du microscope relèvent de la dernière année du cycle 3 (6e).
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
La matière est ce qui compose tout corps ayant une réalité
tangible. La matière est constituée d’atomes qui s’assemblent pour former des molécules. La matière doit être distinguée du matériau : un matériau est un type de matière
(par exemple du fer) utilisé pour fabriquer un objet.
• Une substance constituée d’une seule espèce chimique
est un corps pur (le dioxygène de formule chimique O2 par
exemple).
• Certaines espèces chimiques sont présentes dans la nature : elles sont dites naturelles. D’autres sont fabriquées
par l’homme : elles sont dites synthétiques.
1 Les caractéristiques de la matière
Espèces chimiques, corps purs et mélanges
•
Une espèce chimique est caractérisée par son aspect
(état physique, couleur), par son nom (eau par exemple),
sa formule chimique (H2O) et par des grandeurs physiques
(solubilité, masse volumique, densité, etc.).
22
CHAPITRE 1
• La matière
Doc 1. L’acide
salicylique
est présent
dans l’écorce
des branches
du saule.
mesuré en plongeant le solide dans un liquide (on calcule
alors la différence des volumes après et avant immersion).
Masse volumique et densité
•
La masse volumique ρ (rhô) d’une espèce chimique est
le quotient de la masse m d’un échantillon de cette espèce
chimique par son volume V :
ρ=
m
V
m en kilogramme (kg)
V en mètre cube (m3)
ρ en kilogramme par mètre cube (kg/m3)
Ainsi la masse volumique caractérise la masse d’un échantillon de matière par unité de volume.
Par exemple, la masse volumique de l’eau est 1,0 kg/L
ou 1 000 kg/m3 ; celle de l’éthanol est 0,79 kg/L ou 790 kg m3.
•
Doc 2. L’acide acétylsalicylique ou aspirine, moins
indigeste et plus efficace que l’acide salicylique,
a été synthétisé en 1897 par Félix Hoffmann.
Pour un liquide ou un solide, la densité d d’une espèce
chimique est le quotient de sa masse volumique par la
masse volumique de l’eau.
d=
ρ
ρeau
ρ et ρeau dans la même unité
Certaines espèces chimiques synthétiques sont identiques
à des espèces naturelles (comme l’acide salicylique présent dans l’écore de saule, C7H6O3) ; d’autres ont été inventées (comme l’acide acétylsalicylique ou aspirine, C9H8O4).
La densité s'exprime sans unité.
Par exemple, la densité de l’eau est égale à 1,0 ; celle de
l’éthanol est égale à 0,79.
• Une substance constituée de plusieurs espèces chimiques
volumique du corps qui le compose est inférieure à celle de
l’eau, c’est-à dire si sa densité est inférieure à 1.
Un objet solide (ou un liquide) coule dans l’eau si sa masse
volumique est supérieure à celle de l’eau, c’est-à dire si sa
densité est supérieure à 1.
est un mélange.
L’air, par exemple, est un mélange gazeux constitué principalement de dioxygène O2 (21 %) et de diazote N2 (78 %).
Masse et volume
•
La masse est une grandeur physique intrinsèque d’un corps.
Elle est accessible directement à la mesure par la pesée et est
liée directement à la quantité de matière contenue dans ce
corps. L’unité de mesure de la masse dans le système métrique
international (SI) est le kilogramme (kg).
• Dans le langage courant, on utlise souvent, à tort, le mot
« poids » pour désigner la masse. Ces deux grandeurs ne
doivent pas être confondues. Le poids P est la force de la
pesanteur exercée sur tout corps pesant par la Terre. Cette
force se mesure avec un dynamomètre et s’exprime en
newton (N). La confusion peut s’expliquer par la relation
de proportionnalité qui relie ces deux grandeurs (P = mg).
•
Le volume est la grandeur physique qui mesure l’espace
occupé par ce corps. L’unité de mesure du volume dans le
système métrique international (SI) est le mètre cube (m3)
mais on utilise couramment le litre (L) pour le volume d’un
liquide ou d’un gaz.
• La mesure du volume d’un liquide s’effectue à l’aide d’un
récipient gradué. Le volume d’un solide peut se calculer
lorsque sa forme géométrique est simple (volume d’un
cube, d’un pavé droit, d’un cylindre). Il peut également être
• Un objet solide (ou un liquide) flotte sur l’eau si la masse
• Lorsque l’objet est constitué de différents matériaux,
la masse volumique à considérer est celle de l’objet pris
dans son ensemble. Elle dépend de la masse volumique
de chaque matériau constituant l’objet, et même parfois
(dans le cas des bateaux par exemple), de la présence d’air
dans l’objet (présence de l’air dans le volume qui était occupé par l’eau avant immersion). C’est ainsi qu’un bateau
(pourtant fabriqué avec des matériaux dont les masses
volumiques sont supérieures à celle de l’eau) peut flotter :
il présente en effet des espaces pleins d’air sous la surface
de l’eau.
2 Les états physiques
de la matière
• La matière existe essentiellement sous trois états : l’état
solide, l’état liquide et l’état gazeux mais il en existe
d’autres (plasma, cristal liquide, superfluide, condensat de
Bose-Einstein).
• La matière peut changer d’état physique en fonction
des conditions de température et de pression (doc. 3).
• Lors d’un changement d’état d’un corps, il y a conservation de la masse mais pas forcément du volume.
CHAPITRE 1
• La matière
23
Condensation
Sublimation
ÉTAT PHYSIQUE
Cas de l’eau
SOLIDE
Eau solide
Fusion
LIQUIDE
Eau liquide
Solidification
Vaporisation
GAZ
Vapeur d’eau
Liquéfaction
Changement d'état
Lien avec la météorologie
Pluie ; Brouillard ; Rosée
Neige ; Grêle ; Givre
Humidité dans l’air
Doc 3. Les changements d’état.
• Dans le cas d’un corps pur et à pression constante, la
température reste constante pendant toute la durée d’un
changement d’état. Cette température de changement
d’état est caractéristique d’un corps pur donné (doc. 4).
Corps pur
Température
de fusion /
solidification
Température
de vaporisation/
liquéfaction
Aluminium
660 °C
2 519 °C
Eau
0 °C
100 °C
Mercure
-39 °C
357 °C
Or
1 064 °C
2 586 °C
Doc 4. Températures de changement d’état dans les conditions
normales de température et de pression.
IN FO
+
Les conditions normales de température et de pression
(CNTP) sont des conditions pratiques, en partie arbitraires,
d’expérimentation et de mesure en laboratoire en physique
et en chimie. Elles permettent des comparaisons commodes
entre résultats expérimentaux. Les conditions les plus
usuelles fixent la température normale à 0 °C et la pression
normale à 1 atm, soit la pression atmosphérique au sol.
4 Quelques propriétés
de la matière
Quelle que soit son origine, naturelle ou fabriquée, la matière peut posséder différentes propriétés physiques.
Nous illustrons ici seulement celles utiles à la mise en
œuvre des missions proposées dans le manuel.
Le magnétisme
•
Le terme de magnétisme représente un ensemble de
phénomènes physiques dans lesquels les objets exercent
des forces attractives ou répulsives sur d’autres matériaux.
Ce phénomène est lié aux particules élémentaires fondamentales de la matière qui sont à l’origine du champ magnétique qui engendre ces forces. La Terre, les aimants et
les circuits parcourus par des courants sont des sources de
champ magnétique. Pour détecter un champ magnétique,
on utilise des aiguilles aimantées : placées au voisinage
d’un aimant, celles-ci s’orientent différemment selon leur
position par rapport à cet aimant.
3 Le cas de l’air
• L’air est de la matière au même titre que les solides ou
les liquides. La preuve de cette matérialité est que l’air est
pesant : un litre d’air pèse 1,2 g dans les conditions normales de pression et de température. Comme tous les gaz,
l’air occupe tout le volume qui lui est offert. Compressible
et expansible, il peut facilement changer de volume sous
l’effet d’un changement de pression et/ou de température.
• Cette matérialité peut également se manifester par
d’autres propriétés. Par exemple, il est capable de s’opposer au passage d’un liquide ou d’un solide (cf. Expérience
de la cloche à plonger, « Sciences autrement », page 26
du manuel), il peut être transvasé comme les liquides ou
transmettre un mouvement ; il est également un excellent
isolant thermique (exemple du double vitrage).
• L’air peut changer d’état physique suivant les conditions de
température et de pression. Sous pression atmosphérique
normale, il devient liquide à -190 °C et solide à -220 °C.
24
CHAPITRE 1
• La matière
Doc 5. Aiguilles aimantées au voisinage d’un aimant.
• Tous les matériaux sont influencés, de manière plus ou
moins complexe, par la présence d’un champ magnétique.
• La Terre est la source d’un champ magnétique, appe-
lé champ magnétique terrestre. Il est engendré par des
mouvements de convection à l'intérieur du noyau de notre
planète (essentiellement constitué de métal liquide).
La conductivité thermique
• La conductivité thermique est une grandeur physique
caractérisant la capacité d’un matériau à transférer de
l’énergie thermique (chaleur) lors d’un transfert thermique par conduction.
• La conductivité thermique dépend principalement de la
nature du matériau et de la température et d’autres paramètres comme l’humidité et la pression.
• Plus la conductivité thermique est élevée, plus le ma-
tériau est conducteur de chaleur. Plus elle est faible, plus
il est isolant. Par exemple, la conductivité thermique du
cuivre est 10 000 fois supérieure à celle du polyuréthane :
le cuivre est 10 000 fois plus conducteur de chaleur que le
polyuréthane.
IN FO
+
Un transfert thermique est un échange d’énergie thermique.
Par exemple, si deux corps ayant des températures différentes
sont mis en contact, il y a transfert thermique entre les deux
corps : le corps le plus chaud cède de l’énergie thermique
au corps le plus froid. Il est néanmoins possible de réali­ser
un transfert thermique du corps froid vers le corps chaud,
par exemple grâce à l’utilisation d’une machine thermique
(comme un réfrigérateur). Les trois modes de transfert thermique sont la conduction, la convection et le rayonnement.
La conductivité électrique
•
La conductivité électrique est une grandeur physique
caractérisant la capacité d’un matériau à permettre le
passage d’un courant électrique, c’est-à-dire sa capacité
à laisser passer les porteurs de charges électriques.
IN FO
+
Un courant électrique est un déplacement de porteurs
de charges électriques, généralement des électrons. Ces
déplacements sont imposés par l’action de la force électromagnétique, dont l’interaction avec la matière est le fondement de l’électricité.
• Plus la conductivité électrique est élevée, plus le ma-
tériau est conducteur de courant électrique. Plus elle est
faible, plus le produit est isolant.
• Parmi les meilleurs conducteurs d’électricité, on trouve
les métaux (comme l’argent, le cuivre, l’or ou l’aluminium).
Les atomes des métaux possèdent en effet des électrons
libres, c’est-à-dire des électrons capables de se déplacer
d’un atome à l’autre.
• Les liquides chargés d’ions en solution (« solutions élec-
trolytes ») sont également de bons conducteurs électriques. Dans ce cas, les porteurs de charge sont les ions.
La valeur de la conductivité dépend de la nature des ions
présents dans la solution et de leurs concentrations.
• On peut remarquer que plus un métal est bon conducteur
de l’électricité (conductivité électrique élevée), plus il est bon
conducteur de la chaleur. Ainsi l’argent est, de tous les métaux,
à la fois le meilleur conducteur de l’électricité et de la chaleur.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées à la matérialité
de l’air
• « De nombreux arguments justifient l’enseignement des
sciences expérimentales à l’école. Nous développons et
illustrons ici l’un d’entre eux. Face à l’ensemble complexe
des informations de toutes sortes qu’il reçoit, l’enfant doit
(seul ou à l’aide des différents partenaires de son éducation), construire des outils qui lui permettent non de les
juxtaposer (faute de quoi elles resteraient volatiles), mais
de les intégrer en les hiérarchisant et en les mettant en
cohérence. À ce titre, l’apprentissage de certains concepts
joue un rôle central. Qualifiés de « concepts intégrateurs »
par les didacticiens, ils constituent en quelque sorte le « ciment intellectuel » qui permet l’intégration d’une nouvelle
information, donc l’enrichissement du système cognitif. De
tels concepts sont en petit nombre, et on suppose que penser les objectifs généraux de l’enseignement scientifique
en termes de concepts intégrateurs évite la dispersion et
contribue à doter l’apprenant d’une autonomie intellectuelle durable. L’un des concepts intégrateurs des sciences
physiques est celui de « matière ». Sa construction complète suppose aussi de conceptualiser l’état gazeux et, en
premier lieu, l’air. » (Rolando, 1998)
•
En effet, d’une manière générale, les élèves ont des difficultés à concevoir ce qu’ils ne perçoivent pas par leurs
sens. Ce type de pensée, pouvant être qualifié de primat
de la perception, est très prégnant chez les enfants de 9-11
ans. En lien avec le concept de matière, Plé (1997) indique
que cette difficulté peut se manifester notamment lors de
l’étude du concept d’air (L’air n’est pas de la matière.) et lors
de l’étude de l’évaporation (L’eau s’évapore en air.). Nous
indiquerons également dans la suite certaines difficultés
inhérentes à l’étude des propriétés de la matière.
• Même si l’air est invisible, les élèves de cycle 3 ne re-
mettent pas ou peu en cause son existence (les enfants
étant familiarisés avec ce concept dès le cycle 1 et le cycle
2). En revanche, ils ne reconnaissent pas l’air comme
étant de la matière. Cela s’explique en partie par le fait
que l’air est souvent décrit par des critères contraires à la
perception que se font les enfants de la matière (incolore,
inodore, non palpable...). Or, pour les élèves, la matière est
liée à des caractéristiques perceptibles par les sens : elle
doit se voir, elle peut se manipuler, elle peut opposer une
certaine résistance, elle doit avoir une masse.
• Ainsi, il est nécessaire de travailler le concept d’air à tra-
vers ses propriétés perceptibles. La découverte du caractère pesant de l’air (mission 2) ou la mise en évidence du
caractère résistant de l’air (« Sciences autrement », page
26 du manuel) peuvent contribuer à assimiler l’air à de la
matière.
CHAPITRE 1
• La matière
25
2 Difficultés liées
aux changements d’état :
le cas de l’évaporation
• Dans le cadre de l’étude des états de la matière et plus
particulièrement des états de l’eau, des obstacles de nature différente peuvent interférer dans la construction des
connaissances scientifiques.
•
Le langage courant induit des confusions. En effet, le
terme solide est utilisé pour qualifier une substance résistante, dure, et non un état de la matière. L’eau gazeuse
désigne une eau pétillante et non de l’eau à l’état gazeux
(vapeur d’eau). Enfin, le mot vapeur est souvent employé
à tort pour désigner de l’eau à l’état liquide (brouillard) et
non l’eau à l’état gazeux.
• Par ailleurs, l’eau et l’air sont souvent présentés comme
les prototypes respectivement de l’état liquide et de
l’état gazeux. Le primat de la perception conduit alors
les élèves à penser que l’eau qui s’évapore se transforme
en air. En effet, la présence de vapeur d’eau dans l’air est
difficilement acceptable car elle ne se voit pas. Pour la plupart des élèves, les bulles dans une casserole d’eau portée
à ébullition sont de l’air et non de la vapeur d’eau.
Pour franchir cet obstacle, Plé (1997) propose de travailler
sur l’expérience du distillateur solaire (cf. chapitre 2) mais
aussi d’étudier le comportement d’autres matières (mission 2, changements d’états de différentes matières comparativement à l’eau et l’air).
3 Difficultés liées aux propriétés
de la matière
La densité
• Même si les élèves ont été confrontés dès leur plus jeune
âge au concept de flottaison, la plupart rencontre des difficultés à en donner une explication. En effet, ce phénomène
•
en apparence simple dépend de concepts physiques liés à
la masse et au volume ; pour le comprendre, il est nécessaire d’introduire qualitativement la masse volumique et
la densité.
• Certains élèves auront tendance à associer des objets
lourds à des objets qui coulent et les objets légers à des
objets qui flottent. D’autres peuvent confondre lourds et
volumineux. Concernant ces représentations, il est important de varier les exemples proposés aux élèves : « Une
buche en bois, qui semble lourde, flotte ».
• Enfin, pour certains élèves, il semble qu’il y ait une force
contenue dans l’eau déterminante au sujet de la flottaison :
« Il est à noter que, plus il y a d’eau, plus les élèves considèrent que sa poussée est grande, donc plus les objets flottants peuvent être gros. » (Thouin, 1985). Une des origines
possibles de cette représentation erronée serait que le courant d’une rivière semble donner de la force à l’eau.
La conductivité électrique et thermique
• Concernant les phénomènes de conductivité, l’obstacle
épistémologique substantialiste semble être à l’origine
de représentations courantes des élèves. Cet obstacle
consiste en la recherche d’une substance pour expliquer
un phénomène physique.
• Certains élèves peuvent se représenter le courant comme
une substance qui s’écoule dans un circuit, de la pile vers le
lieu d’utilisation et qui s’épuise au fur et à mesure de son
passage dans un dipôle. Nous reviendrons sur ces représentations dans le chapitre sur l'énergie.
• De la même manière, la chaleur (énergie thermique) est
souvent perçue par les élèves comme une substance capable de se déplacer d’un lieu à l’autre. Par exemple, les
élèves peuvent penser qu’en chauffant l’extrémité d’une
tige métallique, la chaleur va s’y accumuler puis ensuite se
déplacer le long de la tige. Là encore, il convient de travailler sur le concept d’énergie thermique (cf. Chapitre 4
- L’énergie).
Bibliographie / Webographie
Fiche connaissance n° 1 États de la matière et changements d’états, disponible à l’adresse http://
www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/ressources/pedago/fiches_
connaissances/394_fiche_01.pdf
•
Fiche connaissance n° 3 L’air, disponible à l’adresse : http://www.fondation-lamap.org/sites/
default/files/upload/media/ressources/pedago/fiches_connaissances/394_fiche_03.pdf
• J-M. Rolando, L’air du cycle I au cycle III, Grand N, n° 64, pp. 107 à 115, 1998.
• E. Plé, Transformation de la matière à l’école élémentaire : des dispositifs flexibles pour franchir
les obstacles. ASTER, N° 24, pp 203-229, 1997.
• M. Thouin, Les représentations de concepts en sciences physiques chez les jeunes. R
sciences de l’éducation, vol.
11, n° 2, 1985, p. 247-258, 1985.
• http://www.fondation-lamap.org/fr/page/20341/29-notions-clefs-les-materiaux
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivité_thermique
• http://www.fondation-lamap.org/fr/page/20280/coule-ou-flotte
26
CHAPITRE 1
• La matière
evue des
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
En lien avec le quotidien des élèves, se rendre compte
de la diversité de la matière.
Mission 1
Découverte de la diversité de la matière.
Mission 2
Mise en évidence de points communs
à toutes les matières.
Définition du concept de matière : tout ce qui est pesant
est de la matière.
L’état de la matière dépend de la température.
Mission 3 et/ou 4
Vers la découverte de propriétés physiques spécifiques.
Aperçu général des missions
Propriétés physiques de la matière (densité,
conductivité thermique, conductivité électrique).
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Question
scientifique
Contenus
Compétences travaillées
Mission 1
Qu’est-ce
qui distingue
les différents
types
de matières ?
• La diversité
de la matière.
• Matière vivante/inerte,
naturelle/fabriquée.
• Une propriété
de la matière :
le magnétisme.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l'outil utilisés. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 2
Quels sont
les points
communs
à toutes
les matières ?
• Les trois états
de la matière.
• L’état de la matière
dépend de la
température.
• Tout ce qui est pesant
est de la matière.
• La masse caractérise
une quantité de matière.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l'outil utilisés. Garder une trace
écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
Mission 3
Comment
savoir
si un objet va
flotter ou non
sur l’eau ?
• Masse et volume.
• La densité
de la matière.
• La flottaison.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Interpréter un résultat - en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure - réaliser une expérience ou une production.
• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l'outil utilisés.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
Mission 4
De quelles
matières
sont constitués
les objets
conducteurs
et les objets
isolants ?
• La conductivité
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
thermique.
• La conductivité
électrique.
• Conducteurs et isolants.
• Des exemples de la vie
courante.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
CHAPITRE 1
• La matière
27
Mission 1 La diversité de la matière
p. 16-17
Objectifs :
✔Prendre conscience que tout ce qui nous entoure
est de la matière.
✔Identifier des critères pour catégoriser les différentes matières.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
16 – 20 – 21.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploi­
tation de la question 4, aide pour la trace écrite.
➡ Relance possible : (contextualiser) « Quelles matières sont
présentes dans la classe ? dehors dans la cour ? chez vous ? etc. »
Lorsque de nombreuses matières ont été listées, on
constate qu’il y en a beaucoup et on se demande ce qui les
différencie et comment on pourrait faire des catégories.
On débouche ainsi sur la question scientifique :
Question scientifique Qu’est-ce qui distingue
JE M'INTERROGE
p. 14
L’art de la récup’
Combien de matières différentes
vois-tu dans ce portrait ?
La photo choisie pour la situation déclenchante représente une œuvre réalisée par Bernard Pras.
➡ La diversité des matières utilisées pour sa réalisation
permet aux élèves d’en trouver facilement au moins une.
Ainsi la prise de parole des élèves est facilitée.
Les élèves listent (par exemple à l’écrit puis à l’oral) les matières présentes.
Dans un premier temps, les élèves pourront citer des objets
comme coquillage, pince à linge, bouton... L’enseignant-e
pourra amener les élèves à comparer deux objets constitués de la même matière afin qu’ils trouvent un point commun : la matière en question.
Après cette étape la discussion pourra se poursuivre en
axant plus sur la matière que sur les objets, et les élèves
pourront alors trouver différentes matières comme les
métaux, les matières plastiques, le verre, le tissu...
➡ L’enseignant-e peut ensuite élargir la question :
« Connaissez-vous d’autres matières ? ». Les élèves complètent la première liste. On recueille les réponses des
élèves sans chercher l’exhaustivité.
On s’en tient, dans la situation déclenchante de cette première mission, aux matières que les élèves connaissent.
L’objectif est de mettre en avant le fait qu’il y a beaucoup
de matières différentes. Il n’est donc pas nécessaire d’introduire des matières auxquelles les élèves n’auraient pas
pensé, comme peut-être l’eau ou l’air (mission 2). En revanche, on les prend en compte si les élèves les citent.
28
CHAPITRE 1
• La matière
les différents types de matières ? ➜ Aller à la mission 1.
J’OBSERVE
les matières autour de nous
➡ Le document 1 permet aux élèves d’identifier des matières qu’ils n’auraient pas listées dans la situation déclenchante.
L’enseignant-e peut relancer en pointant la mer, les immeubles, la palissade, etc., mais il n’est pas nécessaire que
les élèves les trouvent toutes. La liste des matières que les
élèves vont trouver à partir de ce document sert ensuite de
corpus pour la suite de la mission.
➡ Si les élèves venaient à pointer les nuages, l’enseignant
devra porter une attention particulière à la matière identifiée :
en effet, beaucoup d’élèves pensent qu’ils sont constitués de
vapeur d’eau parfois d’air. Veiller alors à préciser qu’il s’agit
d’eau principalement à l’état liquide mais aussi à l’état solide,
la vapeur d’eau (eau à l’état gazeux) étant invisible à l’œil nu.
Répondre aux actiités
1 Plusieurs matières parmi celles-ci : eau, sable, diffé­
rents métaux, plastiques, végétation, êtres humains,
animaux, verre, bitume, coton, air, béton...
2 Les critères pourraient être la couleur, dur/mou, vivant/non
vivant, ... Toutes les propositions des élèves sont acceptées, à
partir du moment où les critères de tri sont explicités.
JE CHERCHE
des critères pour classer
les matières
➡ Dans un premier temps, un tri ouvert est proposé aux
élèves pour classer toutes les matières trouvées à partir du
document 1.
➡ Puis, des critères de tri sont proposés aux élèves grâce
aux documents 2, 3 et 4. Il se peut que certains critères
aient déjà été trouvés par les élèves durant le tri ouvert (par
exemple vivant/non vivant). Dans ce cas, on peut introduire
le mot « inerte ».
● Ordonner les données pour trouver les entêtes des colonnes
et/ou des lignes. ➜ Ici, les critères des docs 2 à 4 et les noms
des matières.
● Donner un titre au tableau.
● Remplir le tableau correctement. ➜ Critère d’exhaustivité.
● Tracer le tableau.
Pour différencier, on pourra distribuer ou non les tableaux
fournis sur le site compagnon, ainsi que les fiches méthodes 16
et 17.
➡ Dans le document 3, le critère est lié à une propriété de
la matière. Le magnétisme a été choisi car d’autres propriétés sont traitées dans les missions suivantes (la densité
dans la mission 3, la conductivité dans la mission 4).
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à insérer toutes les données dans un tableau
vierge fourni. ➜ Débutant et Apprenti.
● L’élève choisit parmi différents types de tableaux fournis celui
qui est le plus pertinent par rapport à la situation et parvient à
insérer toutes les données. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à concevoir le tableau (organisation et nombre
de lignes et de colonnes) et à insérer toutes les données. ➜
Expert.
Réponses aux activités
3 Document 2 : matières vivantes (matière organique) /
matières inertes.
Document 3 : matières attirées par un aimant / les autres
matières.
Document 4 : matières naturelles / matières fabriquées
par l’être humain.
4
Catégories de matières
Matières vivantes
Végétation, êtres humains,
animaux
Matières attirées
par un aimant
Fer
LA TRACE ÉCRITE
Matières inertes
Eau, sable, métaux,
plastiques, bitume, coton, air,
béton
La matière est présente partout autour de nous. Elle est
très diverse mais on peut faire des catégories :
- Matières vivantes / Matières inertes ;
- Matières attirées par un aimant / Matières non attirées
par un aimant ;
- Matières naturelles / Matières fabriquées par l’être
humain.
Matières non attirées
par un aimant
Tout le reste
Matières naturelles
Eau, sable, air, végétation,
êtres humains, animaux
Matières fabriquées
par l’homme
Il est possible, pour finir cette mission, de noter dans le
cahier les questions que l’on se pose encore. On peut ainsi
faire écrire les désaccords qui subsistent dans la classe sur
ce qui est ou non de la matière.
Métaux, plastiques, bitume,
coton, béton
Autre tableau possible en bas de page.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Utiliser différents modes de repré­
sentation formalisés (schéma, dessin, croquis, tableau,
graphique, texte).
JE FAIS LE BILAN
p. 24
Ressources complémentaires Bilan de la mission 1 à
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier les données à insérer dans un tableau. ➜ Ici, les
différentes matières triées selon les critères des docs 2, 3, 4.
● Trouver un type de tableau qui permet de trier selon les
critères. ➜ Ici, plusieurs tableaux simples ou un seul grand
tableau à double entrée.
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Diversité de la matière, vivant (adj.), inerte, naturel, fabriqué, organique.
Catégories de matières
Matières
vivantes
Matières inertes
Matières
naturelles
Sable
x
x
Métaux
x
Air
x
Plastiques
x
Matières
fabriquées
Matières
attirées par un
aimant
x
(fer)
Matières non
attirées par un
aimant
x
x
x
x
x
Etc...
CHAPITRE 1
• La matière
29
Mission 2 Les caractéristiques de la matière
p. 18-19
Objectif :
✔Définir la matière en cherchant des points communs à toutes
les matières :
La matière existe sous trois états.
Tout ce qui a une masse est de la matière.
PRÉPARER LA MISSION
1 – 2 – 3 – 4 – 6 – 11 – 16.
Fiches Méthode
Fiche d'expérience,
schéma vierge à compléter, vidéo de l'expérience, aide pour
la trace écrite.
Ressources complémentaires
Matériel par groupe d’élèves : un ballon, une pompe à vélo, une balance électronique (ou une
balance de Roberval).
Expérience
JE M'INTERROGE
p. 14
Partout autour de nous
Un même nom pour
désigner tant de choses. Que
peut-il y avoir en commun ?
➡ Les élèves listent les matières sur lesquelles est écrit le
mot « matière ». Ils cherchent ce qui peut caractériser la
matière. Ils peuvent alors dire que la matière se voit, qu’on
peut la toucher, la sentir, etc. Se pose alors le problème
de l’air dans la bulle de savon. Des avis contradictoires
peuvent émerger sur le fait que l’air est ou non une matière.
➡ Relance possible : « L’image nous indique que l’air est
une matière. Est-ce qu’il y a quelque chose en commun
entre l’air, les pavés, les nuages, les matières qui constituent
les bâtiments... ? »
Si les élèves n’ont pas d’idées, ou s’il y a désaccord, l’enjeu de la mission est posé : chercher les points communs à
toutes les matières. D'où la question scientifique :
Question scientifique Quels sont les points communs
à toutes les matières ? ➜ Aller à la mission 2.
J'OBSERVE
les différents états
de la matière
➡ Les quatre documents permettent d’aborder les états
de la matière à travers d’autres matières que l’eau, souvent
utilisée comme exemple, ce qui entraine des difficultés
(cf. partie didactique). L’objectif est de montrer qu’un pre30
CHAPITRE 1
• La matière
mier point commun entre toutes les matières est qu’elles
existent sous trois états possibles (solide, liquide, gazeux),
et que cet état dépend de la température.
➡ L’enseignant-e pourra dans un premier temps demander aux élèves s’ils ont déjà rencontré ces matières dans la
vie courante sous cette forme ou sous un autre état. Cela
devrait être le cas pour le chocolat et l’eau, sans doute pas
pour l’aluminium liquide et la glace carbonique. En s’aidant
des textes des vignettes 2 et 3, la discussion pourra ensuite
porter sur les conditions de température pour qu’une matière se trouve sous un certain état physique.
Réponses aux activités
1 Doc 1. solide et liquide. Doc 2. liquide.
Doc 3. solide. Doc 4. liquide et gazeux.
Le chocolat est solide à la température « ambiante » mais
il est liquide à 36,4 °C. L’aluminium, lui, devient liquide à
660 °C.
Le dioxyde de carbone est gazeux à la température ambiante et il devient solide à -79 °C.
L’eau liquide devient gazeuse (vapeur d’eau) à 100 °C.
Ainsi les changements d’état des différentes matières
semblent dépendre de la température.
2 Les trois états possibles de la matière sont : solide,
liquide, gazeux.
J'EXPÉRIMENTE
pour montrer que
la matière a une masse
Cette étape permet de mettre en évidence que la matière
est tout ce qui a une masse.
➡ Dans un premier temps, les élèves doivent émettre une
hypothèse et proposer, à partir du matériel indiqué, un protocole expérimental le plus précis possible pour vérifier si
l’air a une masse ou non.
➡ Dans un second temps, les élèves interprètent une expérience (doc 6) sur la conservation de la masse. Elle permet
aux élèves de s’approprier la définition de la masse comme
grandeur qui représente une quantité de matière : la quantité d’eau ne varie pas lorsque la glace fond. La masse est
conservée lors d’un changement d’état. Rappelons que le
volume n’est pas conservé lors d’un changement d’état.
Commentaire. Pour peser l’air, il faut bien sûr l’enfermer dans un
récipient. Le ballon de baudruche n’est pas l’objet adéquat, car
son volume gonflé et dégonflé n’est pas le même, ce qui provoque une différence de poussée d’Archimède qui rend insensible la différence de masse. On privilégiera le ballon de volley ou
de basketqui ne présente pas le défaut précédent. La différence
de masse est alors de plusieurs grammes et peut être détectée
même avec une balance peu sensible. On ne fera pas de distinction entre masse et poids, puisque ces deux concepts ne sont pas
à construire à l’école élémentaire, et on en restera à l’expression :
« est pesant ». On s’habituera en revanche à dire d’un objet : « Il a
une masse de x grammes. »
●
Prévoir les traces de l’expérience et de ses résultats.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
- On donne à l’élève la grandeur à tester et le protocole. ➜
Débutant.
- On donne à l’élève la grandeur à tester et il-elle élabore le
protocole. ➜ Apprenti.
- L’élève est capable d’extraire de l’hypothèse la grandeur
à tester, et élaborer le protocole avec aide (matériel fourni,
plusieurs protocoles fournis, ...). ➜ Confirmé.
- L’élève est capable d’extraire de l’hypothèse la grandeur à
tester, et d’élaborer le protocole seul-e. ➜ Expert.
Réponses aux activités
Déroulé de l'expérience
Cette expérience est relativement simple. Les élèves
habitués à manipuler pourront être laissées relativement
autonomes.
1 Avant l’expérience
Hypothèses possibles :
Le
• ballon gonflé sera plus léger.
• Le ballon gonflé aura la même masse.
• Le ballon gonflé sera plus lourd...
2 L’expérience
Expérience attendue : on pèse le ballon dégonflé, on le
gonfle, puis on le pèse à nouveau. La différence de masse
observée prouve que l’air a une masse.
Schéma de l’expérience
On veillera à différencier les attentes selon le niveau des
élèves (CM1 ou CM2) : présence ou non des légendes,
présence de deux schémas (ballon dégonflé, ballon
gonflé) ; présence ou non des résultats des pesées, etc.
3 Résultats et interprétation
On attend que les élèves comparent les masses du ballon
gonflé et du ballon dégonflé. Ils doivent interpréter la
différence de masse comme étant celle de l’air ajouté.
Ainsi ils en déduiront que l’air a une masse.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et techno­lo­giques ●
Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier les grandeurs physiques à tester en relation avec
l’hypothèse. ➜ Ici, la masse du ballon.
● Identifier les instruments de mesure permettant d’accéder à
ces grandeurs. ➜ Ici, savoir que la balance permet de mesurer
la masse.
● Identifier l’état initial et l’état final et planifier les actions.
➜ État initial : déterminer la masse du ballon peu gonflé, état
final : déterminer la masse du ballon gonflé, action : gonfler le
ballon entre les deux pesées.
● Identifier tout le matériel dont on a besoin. ➜ Ici, balance,
ballon, gonfleur.
3 La masse du ballon gonflé avec de l’air est supérieure
à la masse du ballon dégonflé. La différence entre les
masses est donc la masse de l’air. L’air a une masse.
4 On peut facilement peser tous les objets solides ou
liquides. Donc ils ont une masse. On vient de montrer que
l’air aussi a une masse. On peut dire que « La matière est
tout ce qui a une masse ».
5 La définition dit que la masse est la grandeur « qui
représente une quantité de matière quel que soit son
état ». Dans le document 6, la masse des glaçons ne
change pas lorsqu’ils se transforment en eau liquide. La
quantité de matière ne change pas ; la masse ne change
pas quand la matière change d’état. Ce qui illustre bien la
définition.
Commentaire. La définition de la masse est difficile, c’est
pourquoi la question est très directive : l’élève ne doit pas
donner cette définition, il doit faire le lien entre cette définition
et l’expérience. Ce qui lui permet de commencer à s’approprier
le concept. Un point important est que les élèves approchent la
notion de « quantité de matière ».
LA TRACE ÉCRITE
La matière existe sous différents états (solide, liquide,
gazeux). Cet état dépend de la température. La matière
est tout ce qui a une masse.
JE FAIS LE BILAN
p. 24
Ressources complémentaires Bilan de la mission 2 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
États de la matière, solide, liquide, gaz, température, masse.
CHAPITRE 1
• La matière
31
Mission 3 La densité de la matière
p. 20-21
Objectifs :
✔Comprendre que mesurer la masse d’un même volume
de différentes matières donne des indications sur leur densité.
✔Comprendre que la flottaison d’un solide ou d’un liquide
dépend de sa densité.
Commentaire. En réalité, on utilise dans cette mission la notion
de masse volumique, la densité étant un rapport entre la masse
volumique d’une matière et la masse volumique de l’eau. Mais
cette notion de masse volumique n’est pas à expliciter ici, elle
le sera au collège. L’idée est de faire toucher du doigt le fait que
masse et volume sont des grandeurs indépendantes (un même
volume de différentes matières n’a pas forcément la même
masse), et de faire une première approche de la notion de densité.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 2 – 3 – 4 – 6 – 11 – 14 – 16 – 17.
Ressources complémentaires Vidéo de la situation
déclenchante, fiche d’expérience, vidéo de l’expérience,
fiche de manipulation, vidéo de la manipulation, aide pour
la trace écrite, documents pour la rubrique « Pour aller plus
loin ».
Expérience Matériel par groupe d’élèves : une balance électronique, cinq cylindres de même volume (en
plastique, cuivre, zinc, aluminium et fer), une bassine remplie d’eau.
Manipulation Matériel par groupe d’élèves : un verre
doseur, de l’huile, de l’eau, du sirop, du liquide vaisselle.
➡ Relance possible : On peut alors faire remarquer que le
liquide en plus faible quantité (le sirop) est au fond et que
le liquide en plus grande quantité (l’huile) est au-dessus.
On peut ensuite poser les questions suivantes : « Que
se passerait-il si l'on mettait dans ce cocktail un objet en
métal ? un bouchon en liège ? Peut-on le savoir à l’avance ? »
Lorsque les représentations des élèves sur ces phénomènes
ont été recueillies, on peut se servir d’éventuels désaccords
ou contradictions pour poser l’enjeu de la mission : comprendre ce qui fait qu’un objet va flotter ou non dans l’eau.
Question scientifique Comment savoir si un objet va
flotter ou non sur l’eau ?
➜ Aller à la mission 3.
J'EXPÉRIMENTE
pour comprendre la
flottaison et la densité
Déroulé de l'expérience
Commentaire. Cette notion est relativement difficile. Ainsi,
nous avons privilégié un protocole expérimental très guidé. Mais
l’expérience en elle-même est simple et les élèves peuvent
tout à fait la réaliser eux-mêmes.
1 Avant l’expérience
JE M'INTERROGE
p. 14
Un cocktail étonnant
« Le sirop est au fond du verre car on
l’a versé en premier. / À mon avis, ce n’est
pas si simple ! » Et toi qu’en penses-tu ?
➡ Cette situation est destinée à faire émerger les représentations des élèves sur la densité et la flottaison, en échangeant sur le phénomène de superposition des liquides : les
élèves peuvent dire (comme Jules) que le liquide que l’on
met en premier est celui qui est au fond, que le liquide en
plus grande quantité est plus lourd et qu’il devrait être au
fond. D’autres peuvent déjà avoir observé que lorsqu’on
mélange de l’huile et de l’eau, l’huile reste au-dessus de
l’eau.
32
CHAPITRE 1
• La matière
Hypothèses possibles :
• Un objet lourd coule. On peut donc peser l’objet pour
savoir s’il va flotter ou non.
• Les gros objets coulent.
• Un objet coule s’il est plus lourd que l’eau.
• Les objets en métal coulent.
• Ça dépend de la matière...
Résultat des pesées
Masses des cylindres : plastique 5,6 g ; cuivre 111,8 g ; zinc
94,0 g ; aluminium 34,8 g ; fer 98,4 g.
Commentaire. Les différents groupes d’élèves n’obtiendront
peut-être pas les mêmes mesures lors de la pesée, ce qui est
tout à fait normal compte tenu de l’incertitude liée à l’utilisation
d’une balance électronique. On pourra l’expliquer lors de la
mise en commun en précisant par exemple que le dernier chiffre
indiquée par la balance n’est pas fiable.
2 L’expérience
Les élèves placent chaque cylindre dans l’eau et notent
dans le tableau si le cylindre flotte ou s’il coule.
chante, en demandant aux élèves de créer eux-mêmes ce
cocktail.
Je manipule
3 Résultats et interprétation
Pour compléter la colonne sur la densité, les élèves
doivent comparer la mase de chaque cylindre avec la
masse du même volume d’eau (12,56 g ; masse indiquée
dans le document 2).
On peut alors constater que :
• une matière qui a une densité supérieure à 1 coule ;
• une matière qui a une densité inférieure à 1 flotte.
Tableau final :
Matière
Masse
du cylindre
Observation
Densité
Cuivre
111,8 g
Coule
Supérieure à 1
Fer
98,4 g
Coule
Supérieure à 1
Zinc
94,0 g
Coule
Supérieure à 1
Aluminium
34,8 g
Coule
Supérieure à 1
Plastique
5,6 g
Flotte
Inférieure à 1
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Faire le lien entre
la mesure réalisée, les unités et l’outil utilisé.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier les grandeurs physiques en jeu dans l’expérience. ➜
Ici, la masse et le volume.
● Associer à chaque grandeursphysique son unité légale. ➜ Ici,
le litre pour le volume et le gramme pour la masse.
● Identifier l’instrument de mesure adéquat pour chaque
grandeur physique. ➜ Ici, la balance pour la masse et le verre
gradué pour le volume.
● Savoir choisir parmi les multiples ou sous-multiples de l’unité
celui qui sera le plus adapté. ➜ Ici, les millilitres et les grammes.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne connait pas les unités de mesures. ➜ Débutant.
● L’élève connait les unités de mesure mais confond la masse et
le volume. ➜ Apprenti.
● L’élève connait les unités de mesure, la masse, le volume, mais
confond l’unité avec la grandeur (ex : il-elle parle de gramme
au lieu de parler de masse). ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à associer la grandeur physique à son unité et
à l’instrument de mesure sans confusion. ➜ Expert.
Les élèves pèsent un même volume (250 mL) de chaque liquide, et retrouvent l’ordre de superposition du cocktail. On
montre à nouveau dans cette situation qu’un même volume
de différentes matières n’a pas toujours la même masse.
Pesées (les masses données ci-dessous peuvent être légèrement différentes selon l’huile, le liquide vaisselle et le
sirop utilisés) :
250 mL d’huile
225 g
250 mL d’eau
250 g
250 mL de liquide vaisselle
257 g
250 mL de sirop
330 g
Commentaire. Les élèves devront mesurer un volume de
250 mL dans le verre doseur. Il est important d’attirer l’attention des élèves sur les possibles erreurs de parallaxe (voir la fiche
méthode).
➡ Avec le document 5, on pourra questionner les élèves
sur leurs connaissances concernant les marées noires, puis
faire décrire la photographie : le pétrole reste à la surface
de l’eau. On en déduit la densité du pétrole par rapport à
celle de l’eau.
Réponses aux activités
3 Masse de 250 mL de sirop  masse de 250 mL de
liquide vaisselle  masse de 250 mL d’eau  masse de
250 mL d’huile.
Densité du sirop  densité du liquide vaisselle  densité
de l’eau  densité de l’huile.
On retrouve l’ordre de superposition des liquides : le liquide
qui a la plus grande densité (le sirop) est au fond, celui qui a
la plus faible densité (huile) est à la surface.
4 Le pétrole flotte sur l’eau. Donc le pétrole a une densité
plus petite que 1.
LA TRACE ÉCRITE
Réponses aux activités
1 Le cylindre peut flotter ou couler.
2 Un cylindre va flotter sur l’eau si sa densité est inférieure
à 1. Il va couler si sa densité est supérieure à 1.
J'INTERPRÈTE
des phénomènes
en utilisant la densité
Cette page est destinée à faire comprendre des phéno­
mènes de la vie courante qui ont un lien avec la densité.
➡ Dans le document 4, on revient sur la situation déclen-
Des volumes identiques de matières différentes n’ont
pas la même masse : les matières ont des densités
différentes.
●
● Lorsque l’on compare la masse d’un litre d’une matière
à la masse d’un litre d’eau, on peut savoir si la densité de
cette matière est inférieure ou supérieure à 1. Un objet
flotte sur l’eau lorsque sa densité est inférieure à 1.
Par exemple, un litre d’huile pèse moins lourd qu’un
litre d’eau : la densité de l’huile est inférieure à 1. Donc
l’huile reste au-dessus de l’eau.
●
CHAPITRE 1
• La matière
33
imprimer.
que l’eau. En effet, le navire étant constitué de différents
matériaux, il faut alors considérer la masse volumique de
chaque matériau le constituant. C’est ainsi qu’un navire qui
présente des espaces pleins d’air sous la surface de l’eau
peut flotter.
Mots à savoir utiliser en contexte
Densité, dense (adj.), masse, volume, flotter, couler.
2 Pourquoi un iceberg flotte-t-il ?
JE FAIS LE BILAN
p. 24
Ressources complémentaires Bilan de la mission 3 à
➡ Utiliser le document fourni sur le site compagnon
pour lancer la situation, faire lire le texte et observer le document.
Faire émerger les observations.
POUR ALLER PLUS LOIN
1 Défi
On dispose du matériel suivant : une bassine remplie d’eau,
deux quantités de pâte à modeler de même masse.
➡ Rouler la première en forme de boule et l’introduire dans
la bassine d’eau : la boule coule et le niveau de l’eau monte.
Donner la consigne suivante : « Trouvez un moyen de faire
flotter la pâte à modeler. »
Laisser les élèves réfléchir et proposer leur solution. Les
tester.
Guider le groupe classe afin de faire émerger la solution :
il faut donner la forme d’une coque de bateau à la boule
de pâte.
Si l’on préfère, on pourra laisser les élèves expérimenter
(prévoir dans ce cas le matériel nécessaire).
➡ Ce bateau en pâte à modeler est un modèle qui permet
d'appréhender qu'on puisse construire de grands navires en
acier qui flottent sur l’eau alors que l’acier est plus dense
➡ L’enseignant-e peut ensuite expliquer le phénomène.
Lorsque de l’eau liquide se transforme en eau solide (glace),
son volume augmente (les molécules d'eau s’espacent
pour former un réseau cristallin). Pour preuve, lorsqu’on
met au congélateur une bouteille en plastique remplie
d’eau liquide à raz bord : après solidification de l’eau, celleci occupe un volume plus important, la bouteille est déformée et souvent un morceau de glace sort par le goulot.
Ainsi, pour une quantité d’eau donnée, le volume d’eau
solide est 10 % plus important que le volume de l’eau liquide. Ainsi la densité de la glace est inférieure à 1. Autrement dit, à volume égal, la glace est moins lourde que l’eau.
Cette différence est encore plus marquée avec l’eau salée
puisque la densité de l’eau salée est de 1, 025.
C’est pour cette raison que les icebergs flottent.
Pour mieux comprendre : http://www.fondation-lamap.
org/fr/page/20280/coule-ou-flotte
Mission 4 La conductivité de la matière
p. 22-23
Travail
Objectifs :
en
équipes
✔Comprendre ce qu’est la conductivité (thermique et
électrique).
✔Constater qu’elle est différente selon les matières.
✔Connaitre quelques matériaux conducteurs et isolants.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 2 – 3 – 4 – 11 – 24 – 26.
Ressources complémentaires Vidéo de la situation déclenchante, fiches de travail guidé, vidéos des expériences,
fiches expérience, aide pour la trace écrite.
Matériel pour l’équipe 1 : règle en plastique, du papier aluminium, deux thermomètres à alcool,
un sèche-cheveu, un chronomètre, un cache en carton.
Matériel pour l’équipe 2 : une pile AA, un support de pile,
des fils électriques avec pinces croco, un support d’amExpérience
34
CHAPITRE 1
poule, une ampoule, des objets pour tester la conductivité
électrique.
• La matière
JE M'INTERROGE
p. 14
Chaud devant !
À ton avis que va-t-il se
passer ?
➡ L’image représente le début d’une expérience. Les
élèves l’observent, la décrivent : une bougie chauffe une
lame en métal sur laquelle des clous régulièrement répartis sont collés à l’envers avec de la cire de bougie. Ils imaginent la suite de l’expérience et tentent de l’interpréter : la
lame en métal va chauffer à partir du point de contact avec
la bougie, il va y avoir transfert de chaleur vers les extrémités de la lame, ce qui va faire fondre la cire qui retient les
clous. Ces derniers vont tomber les uns après les autres, en
commençant par les deux plus près de la bougie, puis les
deux suivants...
➡ Relance possible : « Est-ce que cette expérience fonctionnerait de la même manière avec une autre matière que
le métal ? »
Un échange peut alors s’engager sur ce que savent déjà les
élèves sur la conductivité thermique de certaines matières.
Question scientifique De quelles matières sont
constitués les objets conducteurs ? ➜ Aller à la mission 4.
Commentaire. 1. Le terme de conductivité est donné au début
de la mission, en précisant qu’elle peut être thermique (comme
la situation déclenchante) ou électrique.
2. Dans le cadre d’une classe double-niveau, on conseille de
mettre les élèves de CM2 en équipe 1.
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. La conductivité thermique
Les élèves émettent des hypothèses, conçoivent un
protocole et expérimentent pour comparer la conductivité
thermique d'une matière plastique et de l’aluminium (voir
la fiche de travail guidé). Ils exploitent ensuite les docs
2 à 4 pour trouver des applications dans la vie courante.
Les notions de conducteurs et isolants thermiques sont
abordées.
ÉQUIPE 2. La conductivité électrique
Les élèves émettent des hypothèses, conçoivent un
protocole et expérimentent pour comparer la conductivité
électrique des différentes matières qui constituent les
objets présents dans la classe (voir la fiche de travail
guidé). Ils exploitent ensuite les docs 2 à 4 pour trouver
des applications dans la vie courante. Les notions de
conducteurs et isolants électriques sont abordées.
Mise en commun
ÉQUIPE 1 : on s’attend à ce que les élèves indiquent que
les métaux sont meilleurs conducteurs thermiques que
les matières plastiques. Ils devront également définir ce
qu’est un isolant thermique. Différentes applications dans
la vie quotidienne devront être indiquées.
ÉQUIPE 2 : on s’attend à ce que les élèves indiquent que les
métaux sont de très bons conducteurs électriques ; que les
matières plastiques ont une conductivité électrique très
faible. Ils devront également définir ce qu’est un isolant
électrique. Différentes applications dans la vie quotidienne
devront être indiquées.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages
● Expliquer un phénomène à l’oral.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Expliciter le phénomène physique étudié. ➜ Ici, dire que l’on
va parler de la conductivité thermique (ou électrique) c’està-dire la capacité des matières à laisser passer la chaleur (ou
l’électricité).
● Présenter la démarche. ➜ Ici, dire que pour répondre à
la question, on a réalisé une expérience pour comparer la
conductivité de différentes matières.
● Décrire précisément l’expérience. ➜ Ici, dire que la variable
testée est la matière (dans les deux cas), et que l’indicateur
est la température de chacune des matières pour une distance
donnée (pour l’équipe 1), et le fonctionnement ou non de la
lampe (pour l’équipe 2).
● Donner les résultats. ➜ Ici, l’aluminium est plus conducteur
que les plastiques. Pour l’équipe 2, donner le résultat en
fonction des matériaux choisis.
● Dire ce que l’on a appris (généralisation). ➜ Ici, dire que les
matières sont plus ou moins conductrices, que la conductivité
est une propriété de la matière.
● Être capable de donner des exemples ➜ Ici, radiateur en
fonte, isolation des maisons, ...
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à organiser son exposé en suivant une trame
détaillée, élaborée par l’enseignant-e. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à organiser son exposé avec aide ponctuelle
de l’enseignant. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à organiser son exposé seul-e. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
La conductivité d’une matière est sa capacité à laisser
passer la chaleur si on parle de conductivité thermique,
et à laisser passer l’électricité si on parle de conductivité
électrique.
●
Par exemple les métaux sont meilleurs conducteurs
thermiques que les matières plastiques. Les métaux sont
également de très bons conducteurs électriques. Les
matières qui ont une faible conductivité sont appelées
des isolants.
●
Pour finir la mission, on pourra faire constater que les
matériaux bons conducteurs thermiques sont également
bons conducteurs électriques (par exemple le cuivre,
l’argent).
JE FAIS LE BILAN
p. 24
Ressources complémentaires Bilan de la mission 4 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Conducteur, isolant, conductivité (thermique ou électrique).
CHAPITRE 1
• La matière
35
les sciences autrement
sciences & Astronomie
a planète Terre, un aimant géant !
L
Nous avons choisi d’illustrer une propriété physique, le
magnétisme, à travers ce phénomène naturel spectaculaire que représentent les aurores boréales. Cette rubrique
permet de revenir sur cette propriété physique abordée
succinctement dans la mission 1 (page 15).
Activités pour la classe
On peut envisager, à partir du texte, de faire construire un
schéma explicatif du phénomène.
Pour ce faire, les élèves pourront dans un premier temps
identifier les conditions dans lesquelles le phénomène
peut apparaitre (présence de vents solaires importants ;
présence d’un champ magnétique autour de la terre ; se
situer aux niveaux des pôles pour observer le phénomène).
●
Dans un second temps, ils pourront identifier l’origine de
ce phénomène : chocs des particules solaires avec l’atmosphère terrestre déviées vers les pôles à cause du champ
magnétique de la terre.
Pour illustrer la déviation des particules à l’approche du
champ magnétique terrestre, l’enseignant-e peut proposer une modélisation dans laquelle le champ magnétique
présent autour d’un aimant serait matérialisé grâce à de la
limaille de fer. Un lien Internet est fourni.
●
sciences &
L’acier Corten : un matériau très tendance
Cette rubrique est en lien avec les missions 1 et 2 sur la
diversité et les caractéristiques de la matière. Les alliages
étant des mélanges, on pourra également y faire référence
au cours de la mission 5 sur la diversité des mélanges.
Un acier est un alliage formé essentiellement de fer et de
carbone. L’acier Corten est un acier particulier. Il est ainsi
défini selon l’AFNOR : « Acier auquel un certain nombre
d’alliages ont été ajoutés, tels que P (phosphore), Cu (cuivre),
Cr (chrome), Ni (nickel), Mo (molybdène), afin d’en accroitre
la résistance à la corrosion atmosphérique par la formation
d’une couche autoprotectrice d’oxyde sur le métal de base
sous l’influence des conditions atmosphériques. »
Cet acier à résistance améliorée à la corrosion atmosphérique est souvent appelé acier autopatinable ou acier
autoprotecteur. Il est également connu sous différents
noms comme CORTEN, INDATEN, DIWETEN. Le matériau
présente par ailleurs une résistance à la chaleur supérieure
aux aciers ordinaires et trouve donc également des usages
particuliers liés à cette propriété.
36
CHAPITRE 1
• La matière
p. 26-27
Activités pour la classe
● Matière / matériau
Demander aux élèves de ranger l’acier Corten dans l’une
des catégories abordées dans la mission 1 (matière vivante
/ inerte ; naturelle / fabriquée). On peut également aborder la différence entre matière et matériau (matière utilisée
pour la construction d’objet).
Aspect artistique
Demander aux élèves de décrire la photographie. On observe
une série d’arcs de cercle disposés en différentes couches, légèrement décalées les unes par rapport aux autres, créant des
formes circulaires désordonnées. Se reporter alors au titre de
l’œuvre. Interroger les élèves sur leur ressenti.
●
Les élèves peuvent rechercher d’autres œuvres en acier
Corten de Bernar Venet, ressemblantes (arcs de cercle)
ou non, et chercher des points communs entre toutes ses
œuvres (des lignes, courbes ou droites, avec un aspect inachevé). Ils peuvent également comparer avec des œuvres
en acier Corten d’autres artistes : Richard Serra, Étienne
Viard et bien d’autres.
●
● Faire chercher également des réalisations architecturales
utilisant ce matériau : le musée Soulages à Rodez, le musée
du Design à Solon (Israël), par exemple.
On les questionnera alors sur l’intérêt d’utiliser ce matériau
pour fabriquer des œuvres d’art exposées en extérieur (aspects esthétique et résistant).
Étude de la langue
On pourra lancer une étude approfondie autour du mot
« patine » : définition de ce nom, et surtout travail autour
de sa polysémie.
sciences & Histoire
Avant le sous-marin... la cloche à plonger
Nous avons choisi cette rubrique afin de compléter le travail
effectué dans la mission 2. Dans cette dernière, la matérialité
de l’air a été travaillée à travers son caractère pesant. Or, il
est nécessaire pour construire le concept d’air en tant que
matière d’aborder plusieurs de ses propriétés perceptibles.
Aussi, même si cette notion devrait avoir été déjà abordée
en CE2 en « Questionner le monde », nous proposons ici de
mettre en évidence le caractère résistant de l’air : l’air en tant
que matière peut s’opposer à d’autres matières.
Activités pour la classe
Cette rubrique peut être envisagée sous la forme d’une
démarche d’investigation permettant de découvrir le caractère résistant de l’air.
La gravure et le texte peuvent permettre de susciter un
questionnement chez les élèves dont la formulation
pourrait être « Pourquoi l’eau n’entre-t-elle pas dans la
cloche ? ».
Proposition d’expérience
À ce stade, l’enseignant-e peut proposer une modélisation de la cloche à plonger, de façon à ce que les élèves
constatent par eux-mêmes que l’eau n’entre pas dans
le récipient. Pour ce faire, il est possible de modéliser la
cloche par une bouteille en plastique dont le fond a été
coupé et la mer par un bac à eau.
Les élèves peuvent ensuite émettre des hypothèses (deux
avis risquent de s’opposer dans la classe : il y a de l’air ou il
n’y a pas d’air dans la cloche).
L’étape suivante consiste à élaborer un protocole expérimental qui permettra de valider l’une ou l’autre des
hypothèses. Les élèves utilisent le matériel déjà connu, la
bouteille et le bac avec de l’eau, pour imaginer un moyen
de vérifier la présence ou non d’air dans la bouteille.
monte dans la bouteille, il faut faire sortir l’air. L’air occupe
un espace, c’est de la matière.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques. ●
Formuler une question ou une problématique scientifique ou
technologique simple.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre et se représenter la situation déclenchante. ➜ Ici,
comprendre le texte, faire le lien entre le texte et l’illustration,
imaginer ce qui pourrait se passer quand on abaisse une cloche
sans fond dans l’eau.
● Extraire dans la situation un fait étonnant, qui questionne.
➜ Ici, s’étonner que l’homme dans la cloche reste au sec bien
que la cloche n’ait pas de fond et qu’elle soit immergée.
● Transformer ce fait qui interpelle en une question. ➜ Ici,
« Pourquoi l’eau ne rentre-t-elle pas dans la cloche ? »
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a besoin d’aide pour se représenter la situation et
formuler la question. ➜ Apprenti.
● L’élève comprend la situation, a besoin de la modéliser pour
extraire le fait qui questionne, et parvient à formuler la question.
➜ Confirmé.
●
L’élève parvient seul-e à comprendre la situation
déclenchante, s’étonner, et formuler la question. ➜ Expert.
sciences en
Il est conseillé de bien insister sur le sens de déplacement
des bulles : elles partent de la bouteille vers l’extérieur.
Des élèves de cycle 3 n’ont pas de difficulté à reconnaitre
les bulles dans l’eau comme étant de l’air (ils ont déjà
tous soufflé dans une paille !). L’air s’échappe donc de la
bouteille. L’enseignant-e fera ensuite remarquer qu’au fur
et à mesure que l’air s’échappe, l’eau pénètre dans la bouteille. L’eau prend donc la place de l’air.
jeux
Corrigés
Mission 1 – Cherche l'intrus
1re série : herbe (seule matière vivante parmi des matières
inertes)
2e série : verre (seule matière fabriquée parmi des matières
naturelles).
Mission 2 – Vrai ou faux ?
Plus un ballon est gonflé, plus il est léger. FAUX
L’air existe à l’état liquide. VRAI
L’eau est plus lourde à l’état solide qu’à l’état liquide. FAUX
Structuration possible
Mission 3 – Rébus
Densité (dent-si-thé).
La bouteille n’est pas vide, elle est remplie d’air. L’air empêche l’eau de monter dans la bouteille. Pour que l’eau
Mission 4 – Mots mêlés
Conductivité / Isolant / Thermique
CHAPITRE 1
• La matière
37
CHAPITRE
2
Les mélanges
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique.
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Identifier à partir de ressources documentaires les différents
constituants d’un mélange.
Mettre en œuvre un protocole de séparation de constituants
d’un mélange.
Des activités de séparation de constituants peuvent être
conduites : décantation, filtration, évaporation.
Le domaine du tri et du recyclage des matériaux est un support
d’activité à privilégier.
Réaliser des mélanges peut provoquer des transformations de
la matière (dissolution, réaction).
Les mélanges gazeux pourront être abordés à partir du cas de
l’air.
La matière qui nous entoure (à l’état solide, liquide ou gazeux),
résultat d’un mélange de différents constituants.
L’eau et les solutions aqueuses courantes (eau minérale, eau
du robinet, boissons, mélanges issus de dissolution d’espèces
solides ou gazeuses dans l’eau...) représentent un champ
d’expérimentation très riche. Détachants, dissolvants, produits
domestiques permettent d’aborder d’autres mélanges et
d’introduire la notion de mélange de constituants pouvant
conduire a une réaction (transformation chimique).
Informer l’élève du danger de mélanger des produits
domestiques sans s’informer.
Repères de progressivité
Des exemples de mélanges solides (alliages, minéraux...), liquides (eau naturelle, boissons...) ou gazeux (air) seront présentés
en CM1-CM2. Des expériences simples sur les propriétés de la matière seront réalisées avec des réponses principalement
« binaires » (soluble ou pas, conducteur ou pas...), la classe de sixième permet d’approfondir : saturation d’une solution en
sel, matériaux plus conducteurs que d’autres. On insistera en particulier sur la notion de mélange de constituants pouvant
conduire à une transformation chimique. La classe de 6e sera l’occasion de mettre en œuvre des expériences de séparation
ou de caractérisation engageant un matériel plus spécifique d’un travail en laboratoire.
Introduction pour l’enseignant-e
Connaissances scientifiques
•
Un corps pur simple est un corps constitué d’un seul
type d’atomes. Exemple : le diazote (N2). Un corps pur
composé est un corps constitué de plusieurs atomes différents. Exemple : l’eau (H2O).
• Un mélange est formé d’au moins deux corps purs diffé-
rents juxtaposés, pouvant être solides, liquides ou gazeux.
Dans un mélange, chacun des corps purs garde ses propriétés propres.
•
Un mélange homogène est un mélange dont on ne peut
pas distinguer les constituants à l’œil nu, et dont n’importe
quel échantillon possède les mêmes propriétés.
• Un mélange hétérogène est un mélange dont on peut
distinguer au moins deux constituants à l’œil nu, autrement
38
CHAPITRE 2
• Les mélanges
dit on voit apparaitre plusieurs phases juxtaposées dont
chacune a des propriétés différentes.
1 Les différents types de mélanges
Les mélanges solide-liquide
Lorsque l’on introduit un solide dans un liquide, deux cas
peuvent se produire.
•1
cas : le mélange obtenu est homogène (après agitation). On dit alors que le solide est soluble dans le liquide :
le mélange obtenu est appelé une solution. La substance
majoritaire est appelée le solvant, les substances minoritaires dissoutes sont les solutés. Par exemple, lorsqu’on
dissout une petite quantité de sucre (le soluté) dans l’eau
(le solvant), on obtient une solution homogène d’eau sucrée. (On parle alors de solution aqueuse.)
er
• L’eau est un très bon solvant. L'eau dissout un grand
nombre de corps ioniques, les sels (atomes sous forme
ionisée ou ions, comme par exemple Na+ et Cℓ-), ainsi que
certaines substances formées de molécules polaires. Ce
phénomène de dissolution résulte du caractère polaire
des molécules d’eau qui, du fait des charges positives et
négatives dont elles sont porteuses, sont attirées par les
charges de signes contraires des ions ou des molécules
polaires qui leur sont proches. Elles forment alors une enveloppe autour de ces ions ou de ces molécules polaires,
les séparant de leurs congénères et favorisant ainsi leur
dispersion au sein du liquide.
•2
cas : le mélange obtenu est hétérogène, le solide
n’est pas soluble dans le liquide. On parle alors de suspension de ce solide au sein du liquide. Par exemple, la
farine ne se dissout pas dans l’eau : on obtient une suspension (ou un dépôt) de farine dans l’eau.
e
Propriétés physiques des solutions
• Dans une solution, il y a conservation de la masse des
substances dissoutes et donc de la masse totale :
masse de la solution = masse du soluté + masse du solvant
En revanche, il n’y a pas conservation du volume.
• La vitesse de dissolution d’un solide dans un liquide est
favorisée par une augmentation de la température et/ou de
l’agitation. Elle dépend aussi de l’état de division du solide.
• La quantité de solide que l’on peut dissoudre dans un
volume de liquide donné est limitée. Lorsque la quantité
maximale de soluté est atteinte pour un volume de solvant
donné, on parle de saturation. Au-delà de ce seuil de saturation, la substance ne se dissout plus mais se dépose au
fond du récipient. Cette notion relève de la classe de 6e.
Par exemple, à 20 °C, on peut dissoudre jusqu’à 350 g de sel
(chlorure de sodium) dans un litre d’eau.
•
La concentration massique c d’une solution est égale à
la masse de soluté dissout dans un litre de solvant :
c=
m
V
c : concentration massique en g/L
m : masse de soluté en g
V : volume de solution en L
Commentaire. Il ne faut pas confondre la concentration
massique d’une solution avec la masse volumique d’un corps
pur liquide (cf. relation avec la densité, chapitre 1). Une solution
est généralement définie par sa concentration massique car
sa masse volumique n’est pas constante puisqu’elle dépend
notamment de sa température.
Doc 1. Dépôt de sel aux
abords de la mer Morte. Ce
lac d’eau salée se situe au
Moyen-Orient. Sa concen­
tration en divers sels dont
le chlorure de sodium y est
bien plus importante que
dans les mers ou océans.
Les mélanges liquide-liquide
Comme dans le cas des solides dans un liquide, le mélange
de deux liquides peut aboutir à deux cas concrets.
•1
cas : le mélange obtenu est homogène. On dit alors
que les liquides sont miscibles. Exemple : sirop et eau.
er
•2
cas : le mélange obtenu est hétérogène, les liquides
sont non miscibles. On distingue alors deux phases, le liquide le plus dense allant se déposer au fond du récipient
(cf. chapitre 1, mission 3). Exemple : eau et huile. Parfois,
après agitation, on observe un trouble qui correspond à une
émulsion : l’un des liquides est alors en suspension dans
l’autre. Exemple : gouttelettes d’huile en suspension dans
l’eau. Après décantation, on peut observer deux phases
distinctes.
er
Le cas des alliages
•
Un alliage est une solution solide d’un élément métallique avec un ou plusieurs autres éléments chimiques,
métalliques ou pas. Un alliage est obtenu en portant à une
certaine température un mélange de ces éléments qui
s'agglomèrent alors sous la forme d’un liquide en fusion.
L’alliage final constitue un milieu homogène, c’est-à-dire
constitué d’une seule phase solide. Au point de vue strictement scientifique, un alliage est différent d’un mélange :
dans un mélange, on peut séparer les différentes phases
alors que dans un alliage, il s’agit d’un solide qui a cristallisé à partir d’une phase liquide : les différentes phases ne
peuvent plus être séparées.
• L’ajout d’une substance dans un métal pur a pour conséquence de modifier ses propriétés physiques comme la résistance à la déformation ou ses propriétés chimiques comme
la résistance à la corrosion. Par exemple, l’acier est un alliage
métallique constitué principalement de fer et de carbone.
Le carbone confère à l’alliage des propriétés physiques particulières comme une très bonne résistance mécanique. Le
bronze est le nom donné à tous les alliages de cuivre.
•
Des liens avec l’Histoire sont possibles : https://www.herodote.net/histoire/synthese.php?ID=2144&ID_dossier=250
Les mélanges gaz-liquide
• Comme dans le cas d’un solide dissous dans un liquide,
on parle d’un gaz en solution dans un liquide lorsque le
mélange gaz-liquide est homogène.
• La solubilité d’un gaz dans un liquide, c’est-à-dire la
quantité maximale de gaz que l’on peut dissoudre dans un
liquide, varie d’un gaz à l’autre. Par exemple, le dioxygène
est légèrement soluble dans l’eau alors que le dioxyde de
carbone l’est davantage.
• La solubilité d’un gaz dans un liquide augmente lorsque
la température diminue et quand la pression augmente.
Cette propriété permet d’expliquer certains phénomènes
observés dans la vie quotidienne.
CHAPITRE 2
• Les mélanges
39
Exemple 1 : le gaz dissous dans une eau pétillante est le
dioxyde de carbone (CO2). La pression à l’intérieur d’une
bouteille fermée d’eau pétillante est supérieure à la pression normale. Lorsqu’on ouvre la bouteille, des bulles de
gaz sont visibles dans l’eau. Ceci s’explique par la chute
de la pression dans la bouteille qui entraine une baisse de
la solubilité du CO2 : des bulles de CO2 gazeux se forment
alors (interprétation est hors programme).
Exemple 2 : lorsqu'on fait chauffer de l'eau du robinet
dans une casserole, on peut observer la présence de petites bulles dans l’eau entre 40 °C et 60 °C. La solubilité du
dioxygène, initialement dissous dans l’eau, diminue lorsque
la température augmente : le dioxygène « réapparait » sous
sa forme gazeuse. Il ne faut donc pas confondre ces petites
bulles avec les bulles de vapeur d’eau observées à 100 °C
(température d’ébullition de l’eau).
IN FO
• On peut également obtenir des mélanges gaz-liquide
hétérogènes : le brouillard est ainsi constitué de fines gouttelettes d’eau liquide en suspension dans l’air. (Notons que
le brouillard est souvent appelé à tort fumée ou confondue
avec de la vapeur d’eau, eau à l’état de gaz et invisible).
Les mélanges gaz-gaz : le cas de l’air
•
L’air sec un mélange de gaz. Sa composition est la suivante : 21 % de dioxygène (O2), 78 % de diazote (N2), 1 %
d’autres gaz (0,035 % de dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4), divers gaz rares (néon, argon...).
+
L’atmosphère est la pellicule gazeuse qui enveloppe la
Terre. La proportion des différents gaz dans l’atmosphère
varie avec l’altitude et les conditions de température et
de pression. L’atmosphère se divise en plusieurs couches,
la troposphère étant celle dans laquelle nous vivons. La
troposphère, englobant l’air présent de la surface du sol
jusqu’à 10 kilomètres environ, contient à elle seule 50 % de
la masse totale de l’atmosphère et 90 % de la vapeur d’eau.
• La plupart du temps, l’air autour de nous contient éga-
lement de la vapeur d’eau (eau sous forme gazeuse) dans
des quantités très variables selon les lieux.
• La vapeur d’eau présente dans l’air est invisible mais elle
peut se liquéfier sous forme de buée (à la surface d’une
paroi) ou sous forme de brouillard (gouttelettes en suspension dans l’air). Le brouillard se forme lorsque l’air contenant la vapeur d’eau subit un refroidissement ou un nouvel
apport d’eau. L’air est alors « saturé » en vapeur d’eau (on
atteint la pression de vapeur saturante) : la vapeur d’eau
40
IN FO
+
Brume ou brouillard ? Brume et brouillard relèvent du même
phénomène physique. La distinction entre les deux relève
en réalité de la météo : on parle de brouillard lorsque la visibilité est inférieure à 1 km, de brume lorsqu’elle est comprise
entre 1 et 5 kilomètres.
+
Même si le dioxygène est peu soluble dans l’eau, c’est grâce
à cette propriété physique que la vie sous-marine peut se
développer. Les poissons, en respirant par les branchies,
utilisent le dioxygène dissous dans l’eau.
IN FO
présente dans l’air se liquéfie et forme des gouttelettes
d’eau liquide.
CHAPITRE 2
• Les mélanges
Pollutions de l’air
• L’air est un mélange de gaz. Lorsque la composition nor-
male de ce mélange est modifiée, par ajout de particules
solide, de liquides ou de gaz, on parle de pollutions.
•
La pollution est définie par rapport à un état dit normal
et par rapport à ses conséquences sur l’environnement et
sur la santé des êtres vivants. Dans le langage courant, la
pollution est une dégradation de l’environnement résultant de la dissémination de produits toxiques ou de l’abandon de matériaux non biodégradables » (d’après l’ADEME).
Elle résulte d’une modification de la composition normale
de l’air susceptible de provoquer des nuisances sur la santé,
les écosystèmes et les ressources naturelles.
• Les polluants de l’air sont essentiellement liés aux acti-
vités humaines et sont éminemment variables, tant en nature qu’en proportions (cheminées d’usine, pots d’échappement, etc.) mais les polluants de l’air peuvent aussi être
d’origine naturelle (émissions de gaz par les volcans...)
• On qualifie de polluants « primaires » les polluants direc-
tement émis dans l’atmosphère par les activités humaines.
Exemples : oxyde d’azote, dioxyde de soufre, hydrocarbures
légers, etc. produits par le trafic routier, les industries.
• Les polluants « primaires » peuvent évoluer chimique-
ment dans l’atmosphère pour former des polluants « secondaires », qui peuvent être à l’origine de la pollution
photochimique et des pluies acides. Par exemple, l’ozone
est le résultat d’une transformation chimique en présence
de rayonnement ultraviolet entre le dioxygène naturellement présent dans l’air et des oxydes d’azote.
Les mélanges gaz-solide
• La fumée est un mélange hétérogène gaz-solide. Lors-
qu’on brule un combustible, la réaction donne naissance à
de fines particules solides disséminées dans l’air.
2 Le cas de l’eau
L’eau dans la nature n’est jamais pure : elle contient toujours
des substances dissoutes. Rappel : une eau pure est une eau
constituée exclusivement de molécules d’eau (H2O).
huile
eau
Eaux de consommation
huile
•
Une eau est dite potable lorsqu’on peut la boire sans
risque pour la santé. « Afin de définir précisément une eau
potable, des normes ont été établies qui fixent notamment
les teneurs limites à ne pas dépasser pour un certain nombre
de substances nocives et susceptibles d’être présentes dans
l’eau. Le fait qu’une eau soit conforme aux normes, c’està-dire potable, ne signifie donc pas qu’elle soit exempte de
matières polluantes, mais que leur concentration a été jugée
suffisamment faible pour ne pas mettre en danger la santé
du consommateur. » (Extrait de http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/potable/potableNor.html)
•
Les normes prennent en compte des paramètres organoleptiques comme l’odeur ou le gout, des paramètres
physicochimiques comme le pH ou comme la quantité de
sels minéraux, de substances indésirables (par ex. les nitrites) ou toxiques (par ex. le mercure) et des paramètres
microbiologiques.
• Une eau minérale est une eau qui contient des sels mi-
néraux et des oligoéléments.
Autres exemples
• L’eau de mer contient différentes substances dissoutes,
dont principalement du sel (chlorure de sodium). Les marais
salants sont des installations en bord de mer qui permettent
de récupérer le sel dissous. En effet, en faisant circuler l’eau
de mer dans différents bassins, on favorise l’évaporation de
l’eau. Ainsi, le sel se concentre jusqu’à ce qu’il cristallise (dépassement du seuil de saturation) (cf. mission 7).
•
L’eau suintant dans les grottes contient des substances
minérales dissoutes. Ces minéraux précipitent et forment
des concrétions (cf. mission 6).
eau
robinet
Doc 2. Utilisation d’une ampoule à décanter.
• La filtration peut permettre de séparer les solides non
solubles d’un liquide. Elle consiste à faire passer le mélange au travers d’une paroi poreuse (filtre). Le filtre n’arrête pas les éléments dissous dans un liquide.
•
La centrifugation permet de séparer les constituants
d’un mélange hétérogène en donnant au récipient un
mouvement rapide de rotation. Les constituants sont séparés sous l’action d’une force de gravité artificielle (cf.
« Les sciences autrement »).
Cas d’un mélange homogène
• La distillation permet de séparer des liquides ou des so-
lides dissous dans l’eau. Ce procédé repose sur la différence
de température de vaporisation des différents constituants.
Il s’agit de vaporiser le mélange liquide puis de condenser
les vapeurs formées.
thermomètre
eau tiède
colonne
à distiller
3 Séparation des constituants
réfrigérant
droit
eau froide
d’un mélange
ballon
Cas d’un mélange hétérogène
• La décantation consiste à laisser reposer un mélange
hétérogène : les constituants sont alors séparés par gravité. Dans le cas d’un mélange eau-solides, les particules
les plus denses (densité supérieure à 1) vont se déposer au
fond du récipient alors que les moins denses (densité inférieure à 1) vont se rassembler en surface. La décantation
peut aussi être utilisée dans le cas de deux liquides non miscibles comme l’eau et l’huile : le liquide le plus dense étant
en dessous du liquide le moins dense. Pour récupérer, l’un
ou l’autre des liquides, on utilise une ampoule à décanter.
chauffeballon
distillat
grains de pierre
ponce
Doc 3. Dispositif expérimental de la distillation.
CHAPITRE 2
• Les mélanges
41
aux autres. Ce sont les termes homogène et hétérogène
qui permettent de bien formuler les observations.
• On place le mélange dans un ballon. Lorsque le mé-
lange est chauffé, l’eau se vaporise alors que les éléments
dissous restent dans le ballon. La vapeur d’eau s’élève et
passe dans le réfrigérant. Autour de ce tube circule de l’eau
froide, permettant de refroidir la vapeur d’eau et ainsi de la
liquéfier. Les gouttelettes d’eau ainsi formées coulent dans
le tube et peuvent être récupérées (c'est le distillat). On
peut alors récupérer dans le ballon les solides initialement
dissous dans l’eau.
• De même, le terme eau pure est parfois employé à tort
•
de la perception
pour désigner une eau propre à la consommation. Rappelons ici qu’une eau pure est une eau ne contenant aucune
autre substance que des molécules d’eau (ce qui n’existe
pas dans la nature).
2 Des difficultés liées au primat
La chromatographie est une technique permettant la séparation et l’identification d’espèces chimiques contenues
dans un mélange (doc. 4). Lors de la phase d'élution, l’éluant
migre le long du papier, en entrainant les différentes espèces
chimiques des échantillons. Chaque espèce chimique se
déplace à sa propre vitesse derrière le front de l’éluant : la
distance parcourue entre la ligne de dépôt et le centre de
la tache est caractéristique de l’espèce chimique, que celleci soit pure ou dans un mélange. Pour identifier une espèce
chimique dans le mélange, on compare la distance parcourue par une tache du mélange avec celle obtenue pour l’espèce chimique pure : si elles sont égales, c’est que l’espèce
chimique témoin est présente dans le mélange étudié.
• Comme dans le chapitre 1 sur la matière, les élèves
risquent de rencontrer des difficultés liées à l’importance
accordée à la perception. En effet, dans un mélange homogène, les substances présentes ne sont pas toutes visibles. Pour autant, elles sont bien présentes, elles n’ont
pas disparu. Cette notion est souvent un obstacle pour les
enfants. Par exemple, le sel dissous dans l’eau n’a pas disparu même s’il est invisible, ce qui n’est pas évident pour
un enfant. Cette difficulté se retrouve dans le cas d’un gaz
dissous également. On veillera à reformuler systématiquement des phrases du type « Le sel a disparu » ou « le sel est
apparu » par « Le sel s’est dissous dans l’eau » ou « Le sel
est devenu solide ».
• Pour aider au franchissement de cet obstacle, des acti-
Éléments de didactique
vités permettent aux élèves de préparer des solutions où
ils auront eux-mêmes mélangé les substances. On pourra
également mener des activités en lien avec la conservation de la masse, de façon à ce que les élèves prennent
conscience qu’une quantité d’eau salée est plus lourde que
la même quantité d’eau pure. Dans le chapitre 1, les élèves
ont découvert que la masse était liée à la quantité de matière. Ainsi, ils pourront prendre conscience que le sel est
présent, même s’il est invisible ce qui est explique que la
masse de l’eau salée est supérieure à celle de l’eau pure.
1 Des difficultés provenant
du langage courant
• Dans le langage courant, le mot mélange n’a pas la même
acception qu’en sciences. Ainsi, on a coutume de dire que
l’eau et le sel se mélangent mais que l’eau et le sable ne se
mélangent pas. C’est une erreur de formulation : il y a mélange dès qu’on mêle deux ou plusieurs matières les unes
cuve fermée
front de l’éluant
front de l’éluant
ligne de dépôt
A
B
Le mélange (A) et l’espèce
chimique de référence (B)
sont déposés sur la phase fixe.
éluant
ligne de dépôt
A
B
A
B
L’étape d’élution permet de séparer
les différentes espèces chimiques :
la phase fixe retient les espèces
alors que l’éluant mobile les entraine.
Doc 4. Étapes d’une chromatographie.
Bibliographie/ Webographie
• La main à la pâte, Fiche connaissance n° 2 : « Mélanges et solutions », disponible à l’adresse
http://www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/ressources/pedago/
fiches_connaissances/394_fiche_02.pdf
42
CHAPITRE 2
• Les mélanges
•
E. Plé, « Transformation de la matière à l’école élémentaire : des dispositifs flexibles pour franchir les obstacles », Revue ASTER, 1997, n° 24, pp 203-229, INRP.
• B. Hennoque, Mélanges et solutions, Collection « Au quotidien », CRDP de Bourgogne, 2004.
• Ressources en lien avec la station d’épuration :
http://ecoledeleau.eau-artois-picardie.fr/spip.php?page=article-imprim&id_article=66
• Ressources en lien avec la météo :
http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/phenomenes-meteo
https://fr.vikidia.org/wiki/Météorologie
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 5
Identifier différents types de mélanges
par l’observation et la manipulation.
La diversité des mélanges.
Mission 6
Focus sur le cas des mélanges avec de l’eau.
La dissolution de substances solides et gazeuses.
Mission 7
Les techniques de séparations de certains mélanges.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Les techniques pour « nettoyer » l’eau.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 5
Qu’est-ce
qui distingue
les différents
types de
mélanges ?
• Définitions liées aux
mélanges : homogène,
hétérogène, soluble,
non soluble, miscible,
non miscible.
• Les alliages.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, réaliser
une expérience.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalises (tableau, texte).
Mission 6
Comment
mettre en
évidence les
substances
dissoutes dans
l’eau ?
• Solides et gaz dissous
dans l’eau.
• Des phénomènes
de la vie courante illustrant
la présence de substances
dissoutes dans l’eau.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit.
Mission 7
Comment
séparer les
constituants
d’un mélange ?
• Défis expérimentaux.
• Les techniques de
séparation : la filtration,
la décantation,
l’évaporation.
• Les stations
d’épuration.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, réaliser
une expérience.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports.
• Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit.
CHAPITRE 2
• Les mélanges
43
Mission 5 La diversité des mélanges
p. 30-31
Objectifs :
✔Prendre conscience que de nombreux mélanges sont présents
dans notre vie quotidienne.
✔Identifier, nommer, caractériser différents types de mélanges.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 4 – 11 – 14 – 15 – 16 – 21 – 23.
Ressources complémentaires Fiche de manipulation,
vidéo de la manipulation, aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par binôme : de l’eau, du sirop,
du vinaigre, de l’huile, du sel, du sucre, du sable, des cailloux.
JE M'INTERROGE
p. 28
Abracadabra
« Le mélange que réalise Panoramix pour fabriquer
sa potion est secret. » Et toi, connais-tu des mélanges
que l’on utilise dans la vie courante ?
➡ Les élèves lisent la planche de bande dessinée et peuvent
échanger sur ce qu’ils savent du contenu de la potion du
druide Panoramix. Le terme « mélange » est utilisé et explicité (« on associe au moins deux substances différentes »).
➡ L’enseignant-e peut ensuite élargir la question : « Connaissez-vous d’autres types de mélanges ? ». Les élèves listent,
à l’écrit puis à l’oral, tous les mélanges utilisés dans la vie
courante qu’ils connaissent. On recueille les réponses des
élèves sans chercher l’exhaustivité. On s’en tient, dans la situation déclenchante de cette mission, aux mélanges que
les élèves connaissent. L’objectif est de mettre en avant le
fait qu’il y en a plusieurs types.
➡ Relance possible : (contextualiser) « Quels mélanges
sont présents quand vous cuisinez ? Connaissez-vous des
matériaux qui sont des mélanges ? Etc. »
➡ Lorsqu’un grand nombre de mélanges ont été listés, on
constate qu’il y en a beaucoup et on se demande ce qui les
distingue. Ce qui permet de déboucher sur la question de
la mission 5.
Question scientifique Qu’est-ce qui distingue
les différents types de mélanges ?
➜ Aller à la mission 5.
44
CHAPITRE 2
• Les mélanges
JE DÉCOUVRE
différents types
de mélanges
➡ Le document 1 permet aux élèves d’identifier des mélanges qu’ils n’auraient pas listés dans la situation déclenchante. L’enseignant-e peut relancer en pointant le paysage autour de la table (la mer, l’air). Les points communs
et les différences entre ces mélanges sont recherchés.
➡ Le texte 2 est en trois parties : la première définit ce qu’est
un alliage, la seconde, comment on l'obtient, la troisième,
en donnant des exemples d’alliages et leurs propriétés,
permet de répondre à la question 2. Ce document peut être
utilisé pour faire identifier sur la table les couverts comme
étant un alliage mais aussi pour ajouter des exemples de
mélanges dans la liste précédemment constituée : les statues et les cloches en bronze, les engrenages, les boulons,
les serrures, les robinets.
Réponses aux activités
1 Mélanges pouvant être cités : jus de fruits, café dans la
tasse, part de gâteau, pain, confiture, couteau et fourchette
(alliage), eau de mer, air.
Points communs pouvant être cités : jus de fruits, café, eau
de mer : mélanges liquides. Gâteau, pain : mélanges solides.
Différences : certains mélanges sont liquides, d’autres solides, d’autres gazeux (air). On peut également faire la distinction entre les mélanges hétérogènes (jus de fruit avec
pulpe en suspension), et les mélanges homogènes (jus de
fruits sans pulpe, café, eau de mer, alliage).
Commentaires. 1. Il est peu probable que les élèves citent les
couverts (alliages). 2. À ce stade, les élèves n’ont pas encore
vu les termes homogènes, hétérogènes, miscibles, solubles.
Il est donc peu probable que ces critères soient utilisés pour
rechercher les différences et les points communs. On peut
cependant envisager de relancer la recherche en demandant
par exemple quels points communs on pourrait trouver entre
« air/jus de fruits/café/couverts », sans attendre qu’ils prononcent
le mot « homogènes ». Les élèves peuvent dire que ce sont des
mélanges mais qu’on ne distingue pas les différents constituants.
2 Les alliages sont intéressants car ils ont des propriétés
que n’ont pas les métaux de départ. Par exemple, l’acier
est plus solide que le fer. Le bronze est plus résistant et
malléable que le cuivre.
Différenciation possible :
- orienter les élèves vers la partie du texte où se trouvent
les éléments de réponse ;
- proposer des questions intermédiaires en indiquant
quelle partie du texte est à lire :
Qu’est-ce qu’un alliage ? (partie 1)
Que faut-il faire pour obtenir un alliage ? (partie 2)
De quoi est composé l’acier ? (partie 3)
De quoi est composé le laiton ? (partie 3)
Quel est l’avantage de l’acier par rapport au fer ? (partie 3)
JE MANIPULE
pour caractériser
les mélanges
Je manipule
Il s’agit ici de faire réaliser des mélanges aux élèves et de
les faire caractériser en utilisant le vocabulaire fourni par le
document 4. Ce sont les élèves qui choisissent les substances qu’ils associent en respectant les critères fournis. Ils
doivent ensuite observer le mélange réalisé et noter ce qu’ils
constatent. On leur demande ensuite de caractériser tous les
mélanges réalisés en utilisant le vocabulaire du document 4.
On peut également élargir l’activité et leur faire caractériser
tous les mélanges listés depuis le début de la mission.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Rendre compte des observations en
utilisant un vocabulaire précis.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier précisément ce que l’on doit observer. ➜ Ici, le
caractère homogène (on ne distingue qu’un seul élément) ou
hétérogène (on distingue à l’œil nu au moins deux éléments)
des mélanges.
● Prendre des notes au fur et à mesure des observations pour
garder une trace (phrases, dessins). ➜ Ici, noter ce que l’on
observe pour chaque mélange réalisé.
● Utiliser le vocabulaire scientifique à disposition pour
commenter ce que l’on voit ou légender le dessin. ➜ Ici, on va
parler de plusieurs mélanges de deux constituants liquides et/
ou solides, et on va décrire si ces mélanges sont homogènes
ou hétérogènes. Puis on donne les résultats des observations.
● À l’écrit, utiliser un support pertinent pour rendre compte.
➜ texte, tableau, schéma, dessin, ...
● À l’oral, formuler des phrases claires et précises ➜ Exemple :
Si on mélange de l’eau et de l’huile, on obtient un mélange
hétérogène car...
● Ne rendre compte que de ce qui est pertinent par rapport
à l’observation effectuée. ➜ Ici, le caractère homogène ou
hétérogène des mélanges.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a besoin d’une trame et d’un rappel du vocabulaire
scientifique pour concevoir son compte-rendu d’observation.
➜ Apprenti.
● L’élève a besoin d’une aide ponctuelle pour organiser son
compte-rendu d’observation. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à concevoir seul son compte-rendu
d’observation en utilisant un vocabulaire adapté. ➜ Expert.
Réponses aux activités
3 Les termes « homogène » et « hétérogène » sont
définis dans le bloc VOCABULAIRE. On peut attendre des
élèves qu’ils disent si les mélanges sont homogènes ou
hétérogènes et qu’ils argumentent. (Ex : L’eau et l’huile
forment un mélange hétérogène car on peut distinguer les
deux constituants à l’œil nu)
4 Il s’agit de décrire tous les mélanges effectués (mais on
peut aussi étendre à ceux du doc 1) en utilisant les termes :
soluble, non soluble, solution, miscible, non miscible,
homogène, hétérogène.
LA TRACE ÉCRITE
liquide + liquide
Exemple de carte mentale ci-contre.
liquides miscibles
ex. : eau + sirop
Commentaire. On peut s’en tenir aux types de
mélanges abordés dans la mission (mélanges
liquide/liquide, liquide/solide et solide/solide),
et donc laisser de côté les mélanges avec
du gaz. Cependant, pour aller plus loin, nous
proposons tout de même l'exemple du gaz.
liquide + solide
HOMOGÈNE
On distingue pas
les constituants
à l’œil nu.
solide soluble
ex. : eau + sel
solide + solide
ex. : aliages
gaz + gaz
ex. : air
MÉLANGE
JE FAIS LE BILAN
liquide + liquide
p. 36
liquides non miscibles
ex. : huile + eau
Ressources complémentaires Bilan de
la mission 5 à imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Dissous, hétérogène, homogène, mélange,
miscible, soluble, solution.
HÉTÉROGÈNE
On distingue
les constituants
à l’œil nu.
liquide + solide
liquides non soluble
ex. : sable + eau
solide + solide
ex. : sable + cailloux
CHAPITRE 2
• Les mélanges
45
Mission 6 Des mélanges avec de l’eau
p. 32-33
Objectifs :
✔Comprendre, à travers des exemples de la vie courante,
ce qu’est la dissolution de substances dans l’eau.
✔Prendre conscience que l’eau en apparence pure peut contenir
des substances dissoutes, parfois nocives pour l’organisme,
parfois nécessaires à l’organisme.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 4 – 13 – 14 – 15 – 16 – 25.
Ressources complémentaires Textes pour lecture dif-
férenciée, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 28
Au fil de l’eau
L’eau de cette rivière est
transparente. Mais est-elle « pure » ?
➡ Les élèves décrivent la photo et constatent que l’eau
est transparente. La discussion tourne autour ce qu’on appelle communément une « eau pure », c’est-à-dire de la
présence ou non d’autres substances invisibles que l’eau.
Il peut être intéressant que les élèves disent ce que serait pour eux de l’eau pure (souvent c’est une eau transparente qu’on peut boire). L’enseignant-e peut également
préciser ce qu’est « scientifiquement » une eau pure (voir
paragraphe 2 des Connaissances scientifiques). Les élèves
échangent sur ce qu’ils savent de la présence dans l’eau de
substances qui ne se voient pas. Ils peuvent faire référence
à la présence de produits chimiques dans les piscines, au
sel dans l’eau de mer, aux bouteilles d’eau minérale, à la
pollution de l’eau ... On peut également faire référence à la
mission 5 (doc 3) lorsqu’ils ont mélangé par exemple du sel
et de l’eau.
➡ Relance possible : « L’eau de la piscine est-elle pure ?
Que peut-on trouver dans de l’eau, mais qui ne se verrait
pas ? »
➡ Lorsque l’on a identifié qu’un certain nombre de substances « invisibles » pouvaient se trouver dans l’eau, on se
demande comment faire pour les mettre en évidence. On
débouche sur la question de la mission :
Question scientifique Comment mettre en évidence
les substances dissoutes dans l’eau ?
➜ Aller à la mission 6.
46
CHAPITRE 2
• Les mélanges
J'OBSERVE
des substances dissoutes
dans l’eau minérale
➡ Les documents 1 à 3 permettent de montrer la présence
de substances dissoutes dans des eaux minérales. Ils sont
basés sur l’observation d’une étiquette d’eau minérale
(doc. 1) et de résultats d’expérience et de manipulation (le
terme « eau distillée » est défini dans le bloc vocabulaire).
Dans l’expérience du doc 2, après plusieurs jours, l’eau des
deux récipients s’est totalement évaporée. L’eau distillée
ne contenant pas de substance solide dissoute, il ne reste
rien dans la coupelle. En revanche, les substances dissoutes (sels minéraux) dans l’eau minérale se retrouvent
dans la coupelle après évaporation.
On peut demander aux élèves de formuler les liens qu’ils
peuvent trouver entre les documents 1, 2 et 3. Si les liens
ne se font pas, on peut leur faire remarquer que la bouteille
du doc 1 est de l’eau minérale, comme celle de la coupelle
(a) de l’expérience du doc 2. Les élèves peuvent alors relire
le contenu de l’étiquette et formuler qu’une eau minérale
ne contient pas que de l’eau, qu’elle contient aussi toutes
ces substances. Ils pourront ensuite faire le rapprochement
avec ce qu’il reste dans la coupelle après évaporation.
On peut également leur demander s’ils ont déjà observé
des traces blanchâtres comme dans la coupelle, et faire le
lien avec les traces que l’on peut observer dans un évier, sur
un robinet, dans une douche, dans une bouilloire, etc.. Le
document 3 est peut-être plus délicat. Il s’agit de mettre en
évidence que les bulles présentes dans la bouteille d’eau
pétillante traduisent la présence d'une substance dissoute
dans l’eau.
➡ Les expériences des docs 2 et 3 peuvent facilement être
mises en œuvre dans la classe.
➡ Différenciation possible pour la lecture des documents : l’enseignant-e peut donner un texte surligné avec
un code de couleurs (ressource complémentaire).
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages
● Expliquer un phénomène à l’écrit.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Expliciter le phénomène physique étudié. ➜ Ici, écrire que le
phénomène en jeu est la dissolution.
● Décrire les objets ou les évènements en jeu dans le
phénomène. ➜ Ici, écrire que la dissolution implique le mélange
d’un solide ou d’un gaz dans un liquide.
Savoir mobiliser des connaissances physiques pour décrire
cet objet ou cet évènement. ➜ Ici, reconnaitre un mélange
homogène comme étant le résultat de la dissolution.
● Présenter des exemples dans la vie courante. ➜ Ici, du sucre
dans l’eau, du sel dans l’eau, etc.
● Produire un texte organisé et syntaxiquement correct.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève n’a pas ciblé le phénomène en jeu. ➜ Débutant.
● L’élève est capable de décrire ce qu’il-elle voit mais sans lien
avec ses connaissances physiques. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à faire des liens entre ses observations et ses
connaissances physiques. L’organisation des idées manque de
cohérence à l’écrit. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à faire des liens entre ses observations et ses
connaissances physiques. Il-elle organise son texte de façon
pertinente. ➜ Expert.
Réponses aux activités
1 On a déposé la même quantité d’eau dans deux coupelles : de l’eau minérale et de l’eau distillée. Toute l’eau
s’évapore. Dans la coupelle avec l’eau minérale, il reste
des résidus solides dans la coupelle. Dans la coupelle avec
l’eau distillée, il ne reste plus rien. En comparant les deux
coupelles, on peut en déduire que les résidus solides de la
coupelle a sont les substances qui étaient dissoutes dans
l’eau minérale. Ce sont les minéraux qui sont indiqués sur
l’étiquette du doc 1.
2 Il s’agit du dioxyde de carbone (ou gaz carbonique).
Commentaire. On peut compléter le travail en apportant des
étiquettes d’eau minérale gazeuse et leur faire remarquer qu’à
chaque fois on trouve du CO2. On peut aussi leur faire comparer
des étiquettes d’eau pétillante et d’eau « plate ».
JE COMPRENDS
des phénomènes
de la vie courante
➡ Le document 4 permet d’expliquer le phénomène des
stalactites et stalagmites en faisant le lien avec le doc 2 et
l’évaporation de l’eau.
➡ Le document 5 pousse à réfléchir sur la potabilité ou
non de l’eau. Il faut attirer l’attention des élèves sur le fait
qu’une eau, en apparence claire, peut contenir des substances nocives pour l’organisme. En même temps, parmi
toutes les substances dissoutes abordées dans cette mission, il parait important de faire la distinction avec les élèves
entre les substances nocives et les substances qui peuvent
être nécessaire à l’organisme.
➡ Différenciation possible pour la lecture des documents : l’enseignant-e peut donner un texte surligné avec
un code de couleurs (ressource complémentaire).
Réponses aux activités
3 Doc 3 : les bulles visibles lorsqu’on ouvre une bouteille
d’eau pétillante sont du gaz carbonique. Il était dissous
dans l’eau pétillante.
Doc 4 : le calcaire des stalactites et les stalagmites provient
forcément de l’eau qui s’écoule. Ce calcaire était donc dissous dans l’eau.
Doc 5 : le texte dit que l’eau contient des substances minérales dissoutes. Et les substances nocives citées dans le
texte sont aussi dissoutes dans l’eau.
4 L’eau du document 5 n’est pas potable car elle comporte des substances nocives pour l’organisme : des métaux lourds, des hydrocarbures, des microorganismes dangereux.
LA TRACE ÉCRITE
Même si elle est transparente, l’eau contient presque
toujours des substances dissoutes. On peut mettre en
évidence certaines substances en faisant s’évaporer l’eau.
On peut également voir ces substances dans les grottes
(stalactites et stalagmites), sur les robinets ou dans les
éviers (les traces blanches). Certaines de ces substances
sont nocives pour l’organisme, d’autres sont nécessaires.
C’est ce qui fait la différence entre une eau non potable
et une eau potable.
JE FAIS LE BILAN
p. 36
Ressources complémentaires Bilan de la mission 6 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Évaporation, substance dissoute, nocif, nocive, potable.
CHAPITRE 2
• Les mélanges
47
Mission 7 La séparation des mélanges
p. 30-31
Objectifs :
✔Connaitre des techniques de séparation des mélanges :
évaporation, décantation, filtration.
✔Connaitre certaines de leurs applications dans la vie courante.
Commentaire. Dans cette mission, on aborde le « nettoyage » des
eaux usées à travers des techniques de séparation des mélanges.
Elle peut donc être suivie d’une visite dans une station d’épuration.
On n’abordera pas le traitement biologique des eaux usées.
Question scientifique Comment séparer
les constituants d’un mélange ?
➜ Aller à la mission 7.
J'EXPÉRIMENTE
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 4 – 11 – 14 – 15 – 16 – 23.
Fiche d’expérience,
texte pour lecture différenciée, aide pour la trace écrite.
Ressources complémentaires
Matériel par binôme : les mélanges des
défis déjà préparés, une passoire, un tamis, un entonnoir,
des filtres à café, du coton, une seringue, une essoreuse à
salade, un réchaud électrique, une coupelle, une pince en
bois.
Expérience
JE M'INTERROGE
p. 28
Pouah !
➡ À partir de la photographie, on confronte les représentations des élèves sur ce qu’on peut trouver dans les eaux
usées, et sur les façons de nettoyer cette eau. Dans le cas
où certains élèves auraient déjà visité une station d’épuration, on pourra y faire référence. Sinon, on pourra poser des
questions sur le cycle domestique de l’eau : « Que devient
l’eau que l’on rejette ? Est-ce que l’on rejette directement
dans la nature les eaux usées ? »
➡ Lorsque les échanges ont mis en évidence que l’eau
n’était pas rejetée directement dans la nature, qu’elle
passait par une station d’épuration, on se demande plus
précisément comment on sépare l’eau des déchets qu’elle
contient, et plus généralement comment on sépare les
constituants d’un mélange.
CHAPITRE 2
➡ Deux défis sont proposés : le premier met en œuvre la
filtration et la décantation, le second l’évaporation (cf. mission 6).
Commentaire. La page de droite peut être un recours si les
élèves ne parviennent pas à relever les défis. On peut alors s’en
servir comme des « indices » que l’on étudiera avant de retenter
les défis.
Déroulé de l'expérience
Commentaire. Cette notion est relativement difficile. Ainsi,
nous avons privilégié un protocole expérimental très guidé. Mais
l’expérience en elle-même est simple et les élèves peuvent
tout à fait la réaliser eux-mêmes.
1 Avant l’expérience
Voici des eaux usées rejetées dans
la nature. Comment faire pour « nettoyer » ces eaux ?
48
des techniques
de séparation
• Les mélanges
Il est important ici de laisser les élèves tester toutes leurs
hypothèses, y compris celles qui ne fonctionneront pas.
Hypothèses possibles :
• Défi 1 : « Je peux rendre l’eau du verre la plus claire possible en ...
- filtrant avec une passoire, un tamis » ;
- filtrant avec un filtre à café, du coton » ;
- laissant reposer le mélange ».
• Défi 2 : « Je peux récupérer le sel dans le verre en...
- filtrant avec un filtre à café, du coton » ;
- laissant reposer » ;
- chauffant » ;
- laissant l’eau s’évaporer ».
2 L’expérience
Les élèves doivent garder une trace de chaque expérience
(texte, photos). Il est également important de prévoir la
confrontation des protocoles proposés par les élèves avant
l'expérimentation et les résultats obtenus par les différents groupes.
À noter : la liste du matériel fournie peut être enrichie à la
demande des élèves.
3 Résultats et interprétation
Laisser le temps aux élèves d’analyser les résultats et d’en
rendre compte, même pour les expériences qui n’ont pas
fonctionnées (comme par exemple récupérer le sel par filtration), avant de tester une autre hypothèse. En effet, il est
important de faire prendre conscience aux élèves qu’une
hypothèse invalidée constitue tout de même un résultat
intéressant.
L’élève a besoin d’aide pour argumenter ses idées. ➜ Confirmé.
L’élève est capable de donner des arguments et de prévoir le
test possible sans aide. ➜ Expert.
●
●
Réponses aux activités
1 Défi 1 : on distingue plusieurs composants : de l’eau, du
sable, des la boue, des débris végétaux. Le mélange est
hétérogène.
Défi 2 : on ne distingue pas le sel qui est dans l’eau. Le mélange est homogène.
2 Défi 1 : les techniques les plus efficaces sont la filtration,
la décantation (ou tout autre technique mise en œuvre par
les élèves).
Défi 2 : l’évaporation.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques ●
Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question
ou un problème.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Être capable de reformuler la question posée. ➜ Ici, comment
faire pour récupérer le sel dissous dans le verre d’eau (défi 2).
● Être capable de mobiliser ses connaissances scientifiques.
➜ Ici, connaissances sur la conservation de la matière (savoir
que le sel n’a pas disparu mais qu’il est toujours présent dans
le verre), connaissances en lien avec les changements d’état
(condition de vaporisation de l’eau).
● Être capable de mobiliser ses connaissances quotidiennes. ➜
Ici, savoir quelle est la fonction d’usage du matériel proposé
(exemple : savoir à quoi sert un réchaud électrique).
● Être capable de passer d’une simple prévision à une idée
argumentée qui pourra être mise à l’épreuve. ➜ Ici, simple
prévision : on va chauffer l’eau. Idée argumentée : on va
chauffer l’eau pour qu’elle s’évapore et on pense que le sel ne
va pas s’évaporer.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a besoin d’aide pour reformuler la question et donner
des arguments. ➜ Apprenti.
JE M'INFORME
sur des techniques utilisées
dans la vie courante
➡ Le document 3 constitue un élargissement vers un autre
phénomène (les marais salants) en lien direct avec le défi 2.
➡ Le bloc vocabulaire et le document 4 peuvent être utilisés de différentes manières :
- après les expérimentations, comme ressource documentaire à confronter aux résultats des expériences,
- avant les expérimentations, comme aide à l’émission
d’hypothèse pour les élèves qui n’ont pas d’idée.
Réponses aux activités
3 L’eau passe de l’état liquide à l’état gazeux (vapeur
d’eau) : il s’agit d’une évaporation. Le sel apparait sous
forme de dépôt blanchâtre.
4 Dans l’étape de dégraissage/dessablage, on observe un
mélange hétérogène. En effet, on distingue l’eau, les matières grasses, les boues.
LA TRACE ÉCRITE
HOMOGÈNE
solide soluble
Exemple de carte mentale ci-contre.
JE FAIS LE BILAN
Évaporation
p. 36
Ressources complémentaires Bilan de
la mission 7 à imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Décantation, évaporation, filtration, séparation.
MÉLANGE
eau + solide
Décantation
HÉTÉROGÈNE
solide non soluble
Filtration
CHAPITRE 2
• Les mélanges
49
les sciences autrement
ATELIER
des
sciences
En voir de toutes les couleurs !
Ressources complémentaires
Fiche
d'expérience,
vidéo de l'expérience.
L’objectif est de faire tester aux élèves un autre procédé
de séparation de mélanges homogènes : la chromatographie, et d’ainsi mettre en évidence les différents colorants
présents dans l’encre des feutres. Cette technique fait
appel au principe de capillarité. Il s’agit d’un phénomène
physique par lequel un liquide tend à monter le long d’un
tube capillaire ou à travers un corps poreux.
●
L’eau salée contenue dans le verre va se déplacer verticalement dans le papier filtre en entrainant sur son passage l’encre déposée sur ce même papier. Les molécules
constitutives des colorants présents dans l’encre sont
ainsi entrainées par l’eau salée mais à des vitesses différentes selon leur nature. Lorsque l’expérience est terminée
(c’est-à-dire lorsque l’eau s'arrête de migrer et que l’on retire le papier filtre), on peut voir plusieurs taches colorées
sur le papier filtre. Chacune de ces taches correspond à un
colorant différent.
●
Vous pouvez poser aux élèves la question suivante :
« Avec quels colorants a-t-on obtenu les couleurs des feutres utilisés pour faire des taches ? »
●
● Interprétations des résultats du manuel : On constate
que l’encre verte s’est séparée en deux taches colorées :
une jaune et une bleu. Le colorant vert présent dans
l’encre de ce feutre est donc constitué d’un colorant jaune
(présent dans le feutre jaune car la tâche laissée par le
feutre jaune est identique) et d’un colorant bleu (que l’on
retrouve également dans l’encre du feutre bleu).
sciences & Société
L’accès à l’eau potable, un droit fondamental
● Cette rubrique est en lien avec la mission 6. Elle est à relier
au programme d’EMC « L’engagement : agir individuellement et collectivement ».
La réalisation de l’affiche permettra de mettre en œuvre
les compétences :
- Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées.
- Identifier des sources d’informations fiables.
- Relier des connaissances acquises en sciences et tech●
50
CHAPITRE 2
• Les mélanges
p. 38-39
nologie à des questions de santé, de sécurité et d’environnement.
- Mettre en œuvre une action responsable et citoyenne,
individuellement ou collectivement, en et hors milieu scolaire, et en témoigner.
Exemples de sources de pollution :
- source de pollution physique : rejet d’eau chaude dans les
cours d’eau par les centrales nucléaires ;
- source de pollution chimique : utilisation de fertilisant, de
pesticide, etc.
●
Exemples de solutions pour limiter la pollution de l’eau :
- à la maison, ne pas jeter à l’évier de déchets solides, de
médicaments, de liquides toxiques ;
- ne pas jeter, dans les caniveaux, des huiles de vidanges,
de la lessive.
Les élèves pourront également rechercher des exemples
d’initiatives prises à plus grande échelle pour préserver la
qualité de l’eau.
On pourra répartir les recherches par groupes.
●
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Mettre
en œuvre une action responsable et citoyenne, individuellement
ou collectivement, en et hors milieu scolaire, et en témoigner.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier précisément le problème sur lequel on peut agir. ➜
Ici, protéger cette ressource précieuse qu’est l’eau.
● Identifier les origines possibles du problème en distinguant
celles sur lesquelles on peut agir des autres. ➜ Ici, les origines
liées aux gestes quotidiens et prendre conscience d’autres
sources de pollution comme l’agriculture, l’industrie, etc.
● Lister toutes les actions possibles. ➜ Ici, voir l’affiche « un
geste pour l’eau » par exemple.
http://monipag.com/philippine-gastaud/2014/05/22/
preserver-et-economiser-leau/
● Mettre en œuvre les actions, sensibiliser les autres aux
problèmes et communiquer sur des solutions possibles. ➜ Ici,
organiser une exposition des affiches réalisées dans l’école ou
en parler dans les autres classes.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a besoin d’aide pour reformuler la question et donner
des arguments. ➜ Apprenti.
Ressources possibles
Dossier pédagogique de l’UNICEF sur l’eau :
https://www.unicef.fr/article/eau-rare-eau-precieuse
Dossier pédagogique du Palais de la Découverte sur l’eau :
http://www.palais-decouverte.fr/f ileadmin/_mi-
grated/content_uploads/Eau-dossierenseignants-cycle3-coll_01.pdf
Exemples d’affiches :
http://fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/
media/ressources/activites/11480/17-1_dossier.pdf
http://h2o.web.free.fr/page1.htm
http://monipag.com/philippine-gastaud/2014/05/22/
preserver-et-economiser-leau/
« Comment expliquer qu’après la centrifugation du sang,
on trouve certaines particules solides au fond du tube, et le
plasma à la surface ? »
Faire le lien avec la densité, mission 3.
Trouver d’autres exemples de la vie courante utilisant la
centrifugation (essoreuse à salade, sèche-linge, extractions jus de fruits, séparation de la crème du lait, extraction
du miel, ...).
●
Autres métiers liés au milieu médical
Proposer une recherche sur d’autres métiers qui ont un lien,
de près ou de loin, avec la médecine.
un métier de Sciences
Je suis... technicien-ne de laboratoire
Cette rubrique est en lien avec la mission 7 qui étudie les techniques de filtration, décantation, évaporation. Insister sur le
fait qu’elle présente un autre procédé de séparation des mélanges que ceux étudiés dans la mission : la centrifugation.
Étude de la langue
On pourra lancer une étude approfondie autour du mot
« centrifugation » : définition de ce nom, mots de la même
famille (centrifuger, centrifuge (la force centrifuge)), les
préfixes et suffixes.
Activités envisageables pour la classe
Aspect scientifique
Demander aux élèves de rechercher de quoi est composé le sang (globules rouges, globules blancs, plaquettes,
plasma (eau + sels minéraux). On en déduit que le sang est
bien un mélange.
●
« Est-ce un mélange homogène ou hétérogène ? »
Dans le sens où on l’a défini dans la mission 5, il s’agit bien
d’un mélange homogène car à l’œil nu, on ne distingue
qu’un liquide rouge. Mais au microscope (cf. photo de la
page 39), la technicienne de laboratoire peut distinguer les
différents constituants.
●
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 5 – Charade
Mélange (mai-lent-jeu).
Mission 6 – Mots croisés
1 : dissoute
2 : stalagmite
3 : minérale
4 : solution
5 : eau
Mission 7 – Qui suis-je ?
Évaporation / Filtration / Décantation
CHAPITRE 2
• Les mélanges
51
CHAPITRE
3
Les mouvements
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Observer et décrire différents types de mouvements
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Décrire un mouvement et identifier les différences entre
mouvements circulaire ou rectiligne.
L’élève part d’une situation où il est acteur qui observe (en
courant, faisant du vélo, passager d’un train ou d’un avion), à
celles où il n’est qu’observateur (des observations faites dans
la cour de récréation ou lors d’une expérimentation en classe,
jusqu’à l’observation du ciel : mouvement des planètes et des
satellites artificiels à partir de données fournies par des logiciels
de simulation).
Mouvement d’un objet (trajectoire et vitesse : unités et ordres
de grandeur).
Exemples de mouvements simples : rectiligne, circulaire.
Élaborer et mettre en œuvre un protocole pour appréhender la
notion de mouvement et de mesure de la valeur de la vitesse
d’un objet.
Mouvements dont la valeur de la vitesse (module) est
constante ou variable (accélération, décélération) dans un
mouvement rectiligne.
Repères de progressivité
L’observation et la caractérisation de mouvements variés permettent d’introduire la vitesse et ses unités, d’aborder le rôle de la
position de l’observateur (CM1 – CM2) ; l’étude des mouvements à valeur de vitesse variable sera poursuivie en 6e.
Commentaires
La difficulté de ce chapitre réside dans la nécessité de décrire avec des termes usuels des phénomènes qui ne sont parfaitement décrits
qu’avec l’outil mathématique. De plus, le « bon sens » ne donne pas toujours les « bonnes réponses ». L’intérêt premier de l’étude du
mouvement sera donc de faire prendre conscience aux élèves que notre intuition nous joue parfois des tours, et qu’en se posant des
questions simples et en tentant d’y apporter des réponses complètes, on progresse dans la compréhension de notre environnement, et
du savoir en général.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 Éléments de mathématiques
• La langue maternelle de la physique est mathématique.
Pour s’exprimer clairement, il convient donc de définir le
vocabulaire. Aussi les termes présentés ci-dessous sont
utiles à la compréhension du mouvement pour l’enseignant-e. Néanmoins, ils ne sont pas destinés aux élèves ; il
n’y a donc pas nécessité de les introduire en classe.
• L’étude des mouvements indépendamment des causes
qui les produisent est appelée cinématique (du grec kinêma, le mouvement). Un objet quelconque (y compris un
être vivant) peut être animé d’un mouvement complexe à
52
CHAPITRE 3
• Les mouvements
décrire. Une simplification très fréquente consiste à assimiler l’objet à un point puis à étudier le mouvement de ce
point. C’est ce que nous ferons de manière implicite afin
de faciliter l’introduction de nouveaux concepts sans embrouiller inutilement les élèves. On pourra alors déterminer la trajectoire, la vitesse et l’accélération de ce point.
Mais cette étude ne prendra sens qu’à partir du moment où
l’on précisera avant toute autre chose le point de vue de
l’observateur.
Repère, référentiel et position d’un point
• Parler de la position d’un point (ou d’un objet), c’est préci-
ser « où » il se trouve à un instant donné. Ceci ne peut se faire
qu’à partir du moment où l’on a précisé des points de repère
permettant de s’orienter dans l’espace et dans le temps.
• Repère : un repère dans l’es-
• Il ne suffit pas d’énoncer cela pour s’en convaincre car,
y
pace est constitué de trois axes
gradués, généralement perpendiculaires deux à deux et
ayant une même origine 0.
• Référentiel : il est constitué
0
x
d’un repère pour s’orienter dans
l’espace, muni d’une horloge
z
(immobile dans ce repère) dont
on choisira l’instant « zéro ». On assimile parfois le terme
« référentiel » au terme « repère ».
• Position d’un point : elle est définie dans le repère par un
triplet de nombres appelés coordonnées (x,y,z) (abscisse,
ordonnée, côte), correspondants aux valeurs des projections du point sur les 3 axes.
Grandeurs vectorielles
• La vitesse et l’accélération sont des grandeurs vecto-
rielles, c’est-à-dire que pour les définir pleinement, il faut
leur associer quatre caractéristiques : une direction, le sens
de cette direction, une valeur (un nombre avec une unité de
mesure) et un point d’application.
• Direction, sens et point d’application d’un vecteur
Un vecteur se représente comme une flèche portée par
une droite (direction) orientée du talon vers la pointe (sens).
Le point d’application (talon) indique l’endroit où la grandeur vectorielle s’applique (cf. exemples ci-dessous dans
les parties 3 et 4).
• Valeur (ou norme ou module) d’une grandeur vecto-
rielle et unités de mesure
La longueur de la flèche est relative à sa valeur. Lors de la
représentation graphique, il faut définir arbitrairement une
relation de proportionnalité entre une longueur de référence et une valeur (cf. l’exemple de la F1 ci-après).
2 Caractéristiques générales
du mouvement
Relativité du mouvement
• De manière très intuitive, le sol nous apparait comme
parfaitement immobile. Ceci résulte tout simplement de
notre expérience sensorielle vécue depuis notre naissance,
jamais remise en cause au cours de notre vie, sauf éventuellement à l’occasion d’un séisme. C’est pourquoi est ancrée en nous l’idée qu’il existe un « repère absolu » (le sol)
à partir duquel nous pouvons déterminer si un objet est en
mouvement ou pas. Cette vision « naïve » semble issue du
bon sens. Il a fallu attendre Galilée et Newton, puis Einstein,
pour découvrir de manière rigoureuse que la description du
mouvement d’un objet était subordonnée au choix d’un
référentiel.
très souvent, les conséquences de cet état de fait sont
contre-intuitives. Il est donc essentiel d’éprouver par l’expérience la véracité de cette affirmation. Ce que l’on appelle « relativité du mouvement » est le fait qu’il n’existe
pas de « mouvement absolu », puisqu’il n’existe pas de
« référentiel absolu ».
• La description d’un mouvement ne peut se faire que relativement à un référentiel préalablement choisi. S’il n’existe
aucune obligation quant au choix de ce référentiel, l’expérience montre que la description d’un mouvement peut
s’avérer plus ou moins aisée en fonction du choix retenu.
Origine du mouvement
• La question de l’origine du mouvement ne relève pas de
la cinématique mais de la dynamique, discipline de la physique où l’on étudie les causes de la mise en mouvement
ou de la modification du mouvement d’un objet. Ce point
faisant intervenir les notions d’action et de force ne sera
abordé qu’au cycle 4. On se contentera donc tout au long
de ce chapitre de caractériser le mouvement sans en rechercher la cause.
Caractéristiques du mouvement
(cinématique)
Les caractéristiques essentielles du mouvement d’un objet
sont sa position, sa trajectoire, sa vitesse et son accélération. En cycle 3, on veillera à garder une approche phénoménologique sans mathématiser les contenus. Ainsi,
l’élève devra être capable de décrire un mouvement en
précisant le type de trajectoire (ligne droite – arc de cercle),
ainsi que quelques considérations sur la vitesse (constante
– accélérée – ralentie) et sa valeur (ordres de grandeur en
m/s et/ou en km/h). La notion de vecteur ne sera pas abordée en cycle 3.
3 La trajectoire
• La trajectoire est l’ensemble des points par lesquels un
objet est passé au cours du temps.
• Il y a plusieurs précisions remarquables à signaler ici. Tout
d’abord, la trajectoire « se déploie » au cours du temps, elle
n’est donc pas visible en tant que telle. Dans certains cas,
on peut observer une trajectoire lorsque l’objet a laissé des
traces de son passage, ou bien en utilisant des moyens appropriés. Cela sera détaillé dans la mission 8, page 42. On
peut représenter une trajectoire par une ligne, c’est-à-dire
un ensemble continu de points. Néanmoins, il faut réaliser
que chaque point correspond à un instant différent et que
donc la trajectoire n’a pas d’existence intrinsèque : c’est
une reconstitution a posteriori. On pourra rappeler au passage qu’une ligne droite est un cas particulier de courbe.
CHAPITRE 3
• Les mouvements
53
• Bien que l’expression soit courante, il est abusif de dire
qu’un objet suit une trajectoire, car cela laisse entendre
que celle-ci préexiste au passage de l’objet, alors qu’elle
n’est que la description d’évènements passés, successifs et
reliés entre eux par notre volonté. Ceci étant dit, l’un des
objectifs de la cinématique reste de prévoir la trajectoire
d’objets en mouvement.
• L’ensemble des points par lesquels un objet est passé
au cours du temps dépend du repère choisi. La trajectoire
dépend donc du repère choisi. Si vous gardez la sensation
que cette trajectoire ne dépend pas de vous (plus généralement du repère choisi), c’est que vous vous placez dans
la perspective d’un référentiel absolu (par exemple « l’espace »). Il est difficile d’abandonner définitivement cette
idée et d’accepter qu’il n’y a pas de référentiel absolu. Nulle
part.
• Prenons l’exemple suivant, issu du « Cahier d’activité
Sciences & Technologie, 6e » de Nathan.
Un observateur A marche rectilignement à allure régulière
sur une rive, tout en regardant un bateau ayant jeté l’ancre.
Un acteur B, placé au sommet du mât du bateau, lâche une
balle sans vitesse initiale. A et B réalisent à intervalles de
temps réguliers et aux mêmes instants quatre photographies lors de la chute de la balle.
Le doc. 1 représente la chute vue par l’observateur B : l’objet décrit une portion de ligne droite (en bleu).
points de l’espace, mais la trajectoire qui en résulte diffère
selon le point de vue.
En résumé
• Les points par lesquels passent l’objet ne dépendent pas
de votre situation, mais ce que vous voyez dépend de votre
situation.
• Il n’y a pas d’observateur privilégié (pas de référentiel
absolu) ; chacun a le droit de décrire ce qu’il observe, du
moment qu’il le fait rigoureusement.
4 La vitesse
Définition
• Du point de vue mathématique, la vitesse est définie
comme étant « la dérivée de la position par rapport au
temps ». Cela veut dire que la vitesse caractérise la variation de la position au cours d’un intervalle de temps
donné (c’est-à-dire une durée). Si cet intervalle est long,
on parlera de vitesse moyenne, et lorsque la durée se raccourcira jusqu’à devenir infinitésimale, la vitesse sera qualifiée d’instantanée.
• Il est bien clair qu’avec les élèves on n’introduira pas
ces notions, et on assimilera tacitement la « vitesse » à la
vitesse moyenne. Nous reviendrons sur la limite de cet
« oubli » lors de l’étude de la course du lièvre et de la tortue
(p.46 doc 3).
La vitesse : une grandeur vectorielle
• Comme vu précédemment, la vitesse est une grandeur
Instants
t1, t2, t3 et t4
Doc 1. Le bateau
observé par B.
Le doc. 2 représente la chute vue par l’observateur A : l’objet décrit une trajectoire courbe (arc de parabole, en bleu).
Au cours de la chute, l’objet passe bien par les mêmes
Instant t1
Instant t2
Doc 2. Le bateau vu par un observateur A.
54
CHAPITRE 3
• Les mouvements
vectorielle, définie par une direction, un sens, un point
d’application et une valeur. Lorsque, dans la vie courante,
on parle de la vitesse d’un objet, on confond généralement
les termes « vitesse » et « valeur de la vitesse ». Ainsi, en
toute rigueur, l’expression « la vitesse du coureur est de
4 m/s » devrait être remplacée par l’expression « la valeur
de la vitesse du coureur est de 4 m/s ». Cette contrainte
est lourde et risque d’accroitre inutilement la difficulté de
compréhension du sujet pour les élèves. Aussi, nous utili-
Instant t3
Instant t4
serons l’expression « la vitesse de... » à la place de l’expression « la valeur de la vitesse de... », tout en gardant à l’esprit
la différence conceptuelle liée à la nature vectorielle de la
vitesse.
Valeur (ou norme ou module) de la vitesse
et unités de mesure
En physique, l’unité de mesure de la vitesse est le m/s
(mètre par seconde), mais dans la vie courante, on utilise
généralement le km/h (kilomètre par heure).
Point d’application G (centre de gravité)
Direction
Sens
Vitesse
G
Décélération
Accélération
Doc 4. Modélisation de l’accélération d’une Formule 1.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées à l’intuition
du « caractère absolu »
du mouvement
G
Valeur : 5 cm correspond à v = 250 km/h
Doc 3. Modélisation de la vitesse d’une Formule 1. On choisit arbitrai­
rement l’échelle : 1 cm correspond à 50 km/h.
5 L’accélération
Définition et grandeur vectorielle
• Du point de vue mathématique, l’accélération est définie comme étant « la dérivée de la vitesse par rapport au
temps ». Cela veut dire que l’accélération mesure la variation de la vitesse au cours d’un intervalle de temps.
• L’accélération étant également une grandeur vectorielle,
ce qui a été dit précédemment pour la vitesse reste valable.
Valeur (ou norme ou module)
de l’accélération et unités de mesure
• L’unité de mesure de l’accélération est le m/s (mètre par
2
seconde au carré). Nous n’aurons pas besoin de cette précision car, au niveau du cycle 3, aucune valeur d’accélération
n’est demandée.
• Nous simplifierons au maximum la situation en abordant
que de manière qualitative le problème et en le ramenant
à trois cas de figure possibles :
- l’accélération est nulle : la vitesse est constante, elle ne
varie pas au cours du temps.
- l’accélération n’est pas nulle, et le sens de l’accélération
est identique à celui de la vitesse, on dira que (la valeur de)
l’accélération est positive (a > 0). Dans la vie courante et
pour les élèves, on dira que l’objet accélère.
- l’accélération n’est pas nulle, et le sens de l’accélération
est opposé à celui de la vitesse, on dira que (la valeur de)
l’accélération est négative (a < 0). Dans la vie courante et
pour les élèves, on dira que l’objet décélère (ou ralentit).
• Une conception intuitive du mouvement chez l’enfant
est de penser que le fait qu’un objet soit « doué » de mouvement revêt un caractère absolu. C’est pourquoi l’idée que
la description du mouvement d’un objet dépende d’un référentiel est difficile à admettre. Typiquement, le discours
« lorsque je suis sur un manège, le reste du monde tourne
autour de moi » n’est pas toujours aisément accepté. On
insistera donc non seulement sur des exemples provenant
de l’environnement, mais il sera également nécessaire de
placer les élèves dans des situations apparemment contradictoires tout en leur faisant prendre conscience que les
perceptions de chacun sont tout aussi valides les unes que
les autres.
• Quelques exemples illustratifs :
- expérience du tramway, p. 43 : chaque observateur voit
l’autre bouger. Les deux ont raison et la bonne formulation
est : « chaque observateur est en mouvement par rapport
à l’autre observateur » ;
- expérience de la page 45 : lorsqu’on « tourne » sur une
chaise pivotante, on voit les objets (par exemple les personnes) bouger autour de nous. De même, la Terre est
comparable à la chaise, et les étoiles aux objets environnants. Le mouvement des étoiles dans le ciel est lié à la
perception d’un observateur placé sur la Terre, tandis que
celle-ci est en rotation autour de son axe.
2 Difficultés liées à la représentation
du mouvement par des flèches
• L’usage des flèches dans les schémas est très courant,
mais leurs significations sont très variables : elles indiquent
parfois la notion de mouvement de manière vague, parfois les vecteurs vitesse, accélération, voire même force.
L’enseignant-e devra être très clair-e sur ce point, d’autant plus que la notion de vecteur ne peut pas être abordée
en tant que telle avec les élèves. Si l’enseignant-e choisit
des représentations par des flèches, il lui faudra donc être
CHAPITRE 3
• Les mouvements
55
rigoureux-se. De même, il conviendra
d’être attentif lors de l’utilisation des
divers documents disponibles sur internet ou ailleurs.
• Exemple : la langue des signes ex-
pliquée par l’image. Pour dire le mot
« bonjour », la main part de la bouche.
Que représente la flèche du document 5 ?
Le « mouvement » dans le langage
courant ne correspond à rien d’un
point de vue mathématique. Le talon
de la flèche, placé près du visage, exclut que la flèche représente le vecteur vitesse de la main, qui pourtant
a été la seule à être mise en mouvement. Cette flèche représente la trajectoire de la main.
Le document 6 montre le vecteur vitesse de la main correctement représenté.
Doc 5.
Représentation du
mot « Bonjour » en
langue des signes
vements rectiligne ou circulaire » et de « trajectoire en ligne
droite ou en arc de cercle » ;
- lorsque l’on parle d’une valeur de vitesse, il faut toujours
indiquer la valeur numérique et l’unité de mesure ;
- lorsqu’on nomme les unités de mesure, il faut bien parler
de kilomètres PAR heure et non pas de kilomètres heures,
car cette dernière expression implique qu’il faudrait multiplier les km par les h. De même on parlera de mètres PAR
seconde et non pas de mètres secondes.
4 Difficultés liées à la distinction
entre calcul, mesure et grandeur
physique
• Une difficulté très fréquente chez l’élève est la confusion
Doc 6.
Représentation du
vecteur vitesse de
la main
3 Difficultés liées au vocabulaire
• La difficulté réside dans le fait d’être précis-e tout en
restant compréhensible. Il faut donc faire des choix. Par
exemple, comme il a été dit précédemment, il n’est pas
utile d’utiliser l’expression « la valeur de la vitesse de ... »,
qu’on pourra simplifier en « la vitesse de... ». Cependant, il
est facile de corriger certaines imprécisions lorsqu’on a la
volonté d’être rigoureux.
• Voici quelques points de vigilance :
- lorsqu’on parle d’un mouvement, il faut toujours préciser par rapport à quel repère ;
- on entend souvent l’expression « trajectoires rectiligne
ou circulaire ». On rappellera donc qu’on parle de « mou-
entre calcul et mesure. Il est indispensable de définir et de
différencier chaque terme. Le calcul relève d’opérations
mathématiques et n’est pas nécessairement relié à une
grandeur physique.
•
Une grandeur physique est « quelque chose qui se mesure » (même si la valeur est toute petite). Pour l’atteindre,
il faudra donc un appareil de mesure, qui donnera une valeur numérique à laquelle on associera une unité de mesure. Néanmoins, les grandeurs physiques étant reliées les
unes aux autres par les lois de la physique, il est possible
dans certains cas d’atteindre une grandeur par le calcul.
• Concernant la vitesse, on peut la mesurer directement
grâce à un appareil de mesure (tachymètre, cinémomètre),
mais nous verrons lors de la mission 10 (page 46) qu’ici, nous
calculerons la vitesse à partir de la mesure de la distance
parcourue et de la mesure de la durée du parcours. C’est
pourquoi nous dirons que nous déterminons la vitesse.
• La problématique est la même concernant l’accélération, mais la question ne sera pas abordée du tout dans le
cycle 3.
Bibliographie/ Webographie
• Sciences et technologie 6 , Manuel et cahier d’activités, Nathan, 2016.
•Ressources Eduscol – Sciences et technologie Cycle 3, Approfondir ses connaissances
e
« Mouvement » : http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Mouvement/43/4/RA16_
–
C3_SCTE_Sequences_mouvement_etapes-1-4-DM_614434.pdf
– « Observer et décrire différents mouvements » : cache.media.education.gouv.fr/file/Mouvement/43/2/RA16_C3_SCTE_Sequences_mouvement_apportprof-DM_614432.pdf
– « Progression des apprentissages sur le mouvement » : cache.media.education.gouv.
fr/file/Mouvement/43/6/RA16_C3_SCTE_Sequences_mouvement_progressapprentis-DM_614436.pdf
– « Déterminer une vitesse » : http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Matiere/28/0/
06-RA16_C3_SCTE_1_determiner_vitesse_635280.pdf
Canopé, Sciences expérimentales et technologie, https://www.reseau-canope.fr/ecole-elementaire/sciences-experimentales-et-technologies.html
•
•Pass
éducation, leçon sur le mouvement, http://www.pass-education.fr/mouvementcm1-cm2-lecon/
56
CHAPITRE 3
• Les mouvements
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
En lien avec le quotidien des élèves, prendre
conscience que les deux caractéristiques essentielles
du mouvement sont la trajectoire et la vitesse.
Détermination expérimentale des trajectoires
en ligne droite et en arc de cercle.
Mission 8
Description de différents types de mouvements.
Mission 9
Études des mouvements simples : mouvement
rectiligne et mouvement circulaire.
Mission 10
Distinguer mesure et calcul.
Notion d’unité de mesure.
Ordre de grandeur dans les valeurs de vitesse.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Définition et détermination de la vitesse.
Exemple de vitesses usuelles.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 8
Comment
décrire
un mouvement ?
• Les différents types
de mouvement.
• Le mouvement dépend
de la situation
de l’observateur.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
Mission 9
Comment caractériser des
mouvements
simples ?
• Caractérisation
des mouvements rectiligne
et circulaire.
• Trajectoire
des mouvements rectiligne
et circulaire.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
Mission 10
Comment déterminer la vitesse
d’un objet ?
• La vitesse est reliée
à la distance parcourue
et à la durée du parcours.
• Détermination
de la vitesse par un calcul
après avoir mesuré
la distance et la durée.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l'outil utilisés.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Utiliser les outils mathématiques adaptés.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
CHAPITRE 3
• Les mouvements
57
Mission 8 Des mouvements très divers
p.42-43
Objectifs :
✔Prendre conscience qu’il existe différents types
de mouvements, dont certains mouvements simples
(rectiligne et circulaire).
✔Comprendre en quoi la description du mouvement
d’un objet dépend du référentiel choisi.
PRÉPARER LA MISSION
14 – 16 – 23 – 24.
Fiches Méthode
Ressources complémentaires Exemple de carte men-
tale, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 40
Tu me fais tourner la tête...
« Toutes les personnes voient-elles
le même mouvement ? / Ça dépend de
la situation de chacun, non ? » Qu’estce qui tourne : le manège ou bien le
reste du monde autour du manège ?
➡ La discussion risque d’être animée, et il est probable
qu’une majorité d’élèves considère que seul le manège
tourne. L’intérêt ici est de pousser les élèves à argumenter,
à défendre leur point de vue et à comprendre que l’intuition
n’est pas toujours suffisante pour appréhender pleinement
une situation.
➡ Relance possible : généraliser « Connaissez-vous d’autres
situations analogues à celle du manège, où chaque observateur considère que ce sont les autres qui bougent ? »
Il y a d’autres exemples : un tourniquet, la Terre, un train,
un tapis roulant... Suivant les propositions des élèves, on
pourra discuter de l’importance du référentiel et/ou introduire une différenciation entre les exemples (mouvement
circulaire vs mouvement rectiligne) ; l’objectif étant ici de
comprendre qu’il y a plusieurs types de mouvements,
et que ce que l’on observe dépend d’où on l’observe. La
question scientifique peut alors être posée.
Question scientifique Comment décrire
un mouvement ? ➜ Aller à la mission 8.
J'OBSERVE
différents mouvements
➡ Les documents 1 à 4 permettent aux élèves d’identifier
les différents types de mouvements (rectiligne, circulaire,
quelconque) en visualisant les trajectoires par différents
procédés : traces permanentes (dans la neige) et tempo58
CHAPITRE 3
• Les mouvements
raires (dans l’eau), chronophotographie et trainées lumineuses à partir de poses longues (Light painting).
➡ Le document 5 met en avant de manière intuitive la notion de vitesse. Mais cette notion est-elle réellement atteignable par l’observation d’une photographie ? On pourra amener les élèves à prendre conscience du fait que la
vitesse est une grandeur qui s’inscrit dans la durée : elle
n’est donc pas accessible sur une photographie. Il y a des
sous-entendus, comme le fait qu’un avion aille plus vite
qu’une voiture ; ou bien que lors d’une course, les participants démarrant sur la même ligne de départ, celui qui sera
« devant l’autre » à un moment quelconque a mis moins de
temps pour y parvenir, et se déplace donc plus vite...
Réponses aux activités
1 Cette première question pourra se faire de manière orale,
afin de faire jaillir un maximum de mots de vocabulaire. L'enseignant-e pourra dans un premier temps noter les propositions des élèves puis trier avec eux afin de garder les mots
pertinents. Si le mot « vitesse » est prononcé, on pourra faire
remarquer que décrire la vitesse sur une photographie est
problématique, et amener les élèves à comprendre que le
concept de vitesse se déploie dans le temps. On pourra aussi
renvoyer la discussion à la question 2 et à l’étude du doc 5.
Doc 1. Les pointillés correspondent à un mouvement rectiligne et à un mouvement quelconque (qui peut se décomposer en première approximation en plusieurs mouvements circulaires). Doc 2. Mouvement rectiligne. Doc 3.
Mouvement quelconque. Doc 4. Mouvement circulaire.
2 Les docs 1 à 4 illustrent la notion de trajectoire, tandis que
le doc. 5 illustre la notion de vitesse, induite par le titre qui
parle de course. Le skieur du bas et le guépard possèdent
une trajectoire en ligne droite. Le bateau possède une trajectoire en arc de cercle. Le skieur du haut et le break-dancer ont quant à eux des trajectoires quelconques.
3 Les trajectoires sont rendues visibles grâce aux traces
laissées par les objets en mouvement (skieurs et bateau),
ou bien aux traces lumineuses en utilisant le procédé de
Light painting, ou bien encore en superposant plusieurs
photographies successives (chronophotographie).
Commentaire. Cette question permet de mettre en valeur le
fait que la trajectoire n’a pas d’existence intrinsèque : c’est une
construction qui permet de visualiser l’évolution de la position
d’un point dans l’espace au cours du temps. La trajectoire
représente donc des « photographies » d’instants successifs
superposées sur la même représentation.
4 La course entre la formule 1 et l’avion de chasse est
disponible sur Youtube : https://www.youtube.com/watch
?v=luH-rOYixY8
Au démarrage, la voiture F1 prend de l’avance (on peut décider d’introduire ou non la notion d’accélération). Mais rapidement, l’avion de chasse va prendre le dessus. Sa vitesse
maximale est bien supérieure (McDonnell Douglas F/A-18
Hornet : 1 915 km/h, à comparer à la F1 Red Bull de Daniel
Ricciardo : 360 km/h).
JE COMPRENDS
que le mouvement
dépend de l’observateur
➡ Dans le document 6, nous partons d’un exemple du
quotidien. Les élèves ayant des difficultés à comprendre la
symétrie de position entre les deux personnages ont probablement une conception fortement ancrée en eux : le
sol est un « référentiel absolu », c’est-à-dire immuablement immobile. Ils peuvent avoir du mal à imaginer que l’on
puisse choisir un autre référentiel. Ainsi pour eux, quoi qu’il
advienne, la fille est immobile tandis que le garçon est en
mouvement. Il est donc essentiel d’éviter les formulations
du type « Le garçon est en mouvement ; la fille est immobile », qu’il faudra remplacer par « Le garçon est en mouvement par rapport à la fille. La fille est immobile par rapport
au sol mais elle est en mouvement par rapport au garçon ».
➡ La richesse de l’exemple montré avec le document 7
provient du constat que les questions de physique ont une
portée universelle. La Terre est un manège au même titre
que celui de la page 40. Depuis Galilée et surtout Newton,
on n’a cessé de généraliser les lois, de montrer leur indépendance vis-à-vis de nous. Il est essentiel de montrer
dès que possible aux enfants que dans un premier temps,
chacun développe sa conception du monde basée sur son
environnement proche et ses perceptions, mais que le savoir collectif des humains vise à atteindre une connaissance
plus globale, indépendante de chaque individu.
➡ Le second intérêt de ce document 7 est de faire le lien
entre des savoirs disjoints. Il est probable que les enfants
percevant le sol comme un référentiel absolu sont également capables d’énoncer que la Terre tourne (sur ellemême ? autour du Soleil ?). Pourtant, ces deux conceptions
sont incompatibles, la seconde excluant la notion « d’immobilité » du sol.
➡ Le dernier intérêt du document 7 est de retrouver une
symétrie de position Terre/Lune (doc. b avec un mouvement circulaire) analogue à la symétrie Fille/Garçon (doc. a
avec un mouvement rectiligne).
lecteur dans le même référentiel que la fille, tandis que le
b) le place dans le même référentiel que le garçon. a) Pour
l’observateur sur le quai, le tramway et le passager sont en
mouvement. Tout le reste est fixe. b) Pour l’observateur
dans le tramway, le tramway et le passager sont fixes. Tout
le reste est en mouvement.
6 Dans le doc. 7a), la Lune est en mouvement par rapport
à la Terre. Dans le doc. 7b), la Terre est en mouvement par
rapport à la Lune. La situation est analogue à la question 5).
Le mouvement dépend du référentiel choisi.
LA TRACE ÉCRITE
Un exemple de carte mentale est téléchargeable sur le
site compagnon.
Commentaire. À ce moment-là du cours, il n’est pas possible
d’aller plus loin avec la carte mentale. Néanmoins, en fin
de chapitre, rien n’empêche l’enseignant-e de reprendre le
document avec les élèves et de le compléter par les acquis
récents (types de trajectoire, accélération, etc.).
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Utiliser différents modes de
représentation formalisés (carte mentale).
Critères de réussite liés à cette compétence :
Savoir définir le centre d’intérêt de la carte mentale. ➜ Ici,
l’élève doit définir le sujet principal qui figurera au cœur de la
carte, « comment décrire un mouvement ? ».
● Savoir définir les éléments figurant sur la carte. ➜ Ici, l’élève
doit identifier les notions et mots-clés qui s’y rattachent : la
position de l’observateur, la description du mouvement, les
paramètres du mouvement comme la trajectoire et la vitesse.
● Savoir hiérarchiser les différents niveaux de représentation
des nœuds de la carte pour rendre sa pensée claire et
compréhensible aux autres. ➜ Ici, l’élève doit organiser les
différents niveaux pour expliquer la marche à suivre pour
analyser un mouvement et définir les nœuds nécessaires.
● Savoir rendre lisible et faciliter la mémorisation.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas encore à structurer sa pensée et donc
sa représentation par une carte mentale. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à structurer globalement l’ensemble mais
il-elle mélange certains niveaux de hiérarchisation et le rendu
n’est pas optimal. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient avec l’aide ponctuelle de l’enseignant-e à
structurer l’ensemble des étapes et à obtenir une carte lisible,
compréhensible et relativement facile à mémoriser. > Confirmé.
● L’élève parvient réaliser sans erreur sans aide et avec un bon
niveau final une carte mentale. ➜ Expert.
JE FAIS LE BILAN
p. 48
Ressources complémentaires Bilan de la mission 8 à
Réponses aux activités
imprimer.
5 Il est intéressant de signaler que malgré les 2 représentations, il n’existe qu’une seule situation. Le a) place le
Mots à savoir utiliser en contexte
Mouvement, trajectoire, vitesse, observateur.
CHAPITRE 3
• Les mouvements
59
Mission 9 La trajectoire d’un objet en mouvement
Objectifs :
Travail
en
p.44-45
équipes
✔Vivre la situation liée au choix du référentiel.
✔Comprendre ce que sont un mouvement rectiligne
et un mouvement circulaire.
✔Réaliser une expérience pour étudier la trajectoire d’un objet.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 3 – 4 – 11 – 24 – 26.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
fiches de manipulation, vidéos des manipulations, aide
pour la trace écrite.
Manipulation Matériel pour l’équipe 1 : un tabouret
(ou une chaise) fixe, un plan incliné, des feuilles de papier,
le nécessaire pour faire de la peinture, une bille. Matériel
pour l’équipe 2 : un tabouret (ou une chaise) pivotant(e), un
plan incliné, des feuilles de papier, un crayon, une ficelle,
des punaises, de la patafix, un palet percé, un crochet.
JE M'INTERROGE
p. 41
Combien sont-elles ?
À ton avis, y a-t-il une ou cinq
gymnastes sur cette image ?
➡ L’image permet de visualiser la trajectoire d’un ballon
par la technique de la chronophotographie.
Le point important est de faire saisir à l’élève que la trajectoire ne se voit pas directement, et qu’il est nécessaire
de réaliser un dispositif permettant de la rendre accessible.
La technique proposée permet de bien prendre conscience
que chaque position occupée par le ballon (et la gymnaste)
correspond à un instant différent.
➡ Relance possible : « Que se passe-t-il si on fait cinq photographies successives superposées, mais que la gymnaste
n’imprime pas de mouvement au ballon ? »
Un échange peut alors s’engager sur le fait que la trajectoire décrit une succession de positions dans l’espace au
cours du temps. S’il n’y a pas de mouvement, il n’y a pas
de trajectoire.
« Que se passe-t-il si on fait dix photographies successives
superposées, avec des intervalles de temps réduits de moitié ? Il faut amener les élèves à comprendre que plus il y a
de points resserrés, mieux on détermine la trajectoire. Si
on pouvait prendre une série de photographies « infiniment
proches » les unes des autres dans le temps, on obtiendrait
une ligne (continue) : la trajectoire !
60
CHAPITRE 3
Question scientifique Comment caractériser des
mouvements simples ? ➜ Aller à la mission 9.
• Les mouvements
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. Le mouvement rectiligne
Dans l’expérience proposée dans le document 1, les élèves
occupent successivement les différents « postes » afin de
prendre conscience que
Gabriel
le mouvement observé
n’est pas décrit de la
même manière suivant
la situation de chacun.
Lola
Pour compléter l’image
proposée, voici la situaElliott
tion « vue du dessus » :
Elliot ne peut pas
« décrire » de trajectoire, puisque Lola vient droit vers lui.
Son bras, pointé vers Lola, ne bouge pas : il la voit « grandir »
dans son champ visuel.
Par contre, Gabriel déplace sont bras latéralement afin de
continuer à pointer Lola.
La situation de l’observateur (Elliot ou Gabriel) influe donc
sur le mouvement observé de Lola.
Je manipule
L’expérience que les élèves sont amenés à proposer
consiste à lâcher la bille préalablement recouverte de
peinture à l’eau sur le haut de la feuille et de la laisser rouler sans mouvement initial.
La trajectoire ainsi obtenue sera une ligne droite.
Pour obtenir de bons résultats, la bille doit être recouverte
de peinture de manière homogène.
Attention ! Si la bille est lâchée avec une vitesse initiale latérale non nulle, la trajectoire ne sera plus une ligne droite
mais une portion de parabole.
ÉQUIPE 2. Le mouvement circulaire
Commentaire. Les expériences de l’équipe 2 sont un peu plus
délicates à concevoir et à interpréter. L'enseignant-e pourrait
être donc amené-e à en tenir compte lors de la constitution des
groupes.
Les élèves occupent successivement les différents « postes »
afin de prendre conscience que le mouvement observé (du
ballon) n’est pas décrit de la même manière suivant la situation de chacun. Même lorsqu’elle effectue des tours sur la
chaise pivotante, Louise verra le ballon toujours immobile ;
à condition qu’elle garde bien les bras tendus. Par contre,
Gabriel verra le ballon décrire une ligne plus complexe qui
n’est pas un arc de cercle, mais une portion d’ellipse. Pour
voir un cercle, il faudrait se placer au-dessus de Louise, ce
qui est parfois possible si l’on sort de la classe et que la configuration des lieux le permet, ou en plaçant une caméra en
hauteur. Néanmoins, il est assez facile de se « projeter » et
« d’imaginer » que si on était placé au-dessus, on verrait bien
un cercle. Cela demeure un point délicat mais aussi riche, car
on peut discuter avec les élèves de ce que l’on appelle en
physique une expérience par la pensée : qu’observerait-on
si on était placé dans telle ou telle situation ? Ceci dit, il est
bon de rappeler que l’intuition ne donne pas toujours des
résultats conformes à l’expérience réelle !
Je manipule
Il s’agit ici de réaliser un pendule, avec un palet percé au
diamètre à peine supérieur à celui d’un crayon. On pourra
fixer ce dernier avec de la patafix.
Une fois que ce montage est réalisé, il faut lâcher le palet
sur le haut de la feuille, et il décrira un arc de cercle à condition toutefois que la ficelle reste bien tendue.
Mise en commun
Chaque équipe présente son affiche. Sur chacune des affiches, il faudra veiller à ce que les élèves aient bien schématisé les deux expériences qu’ils auront réalisées : l’expérience pour le référentiel et l’expérience pour la trajectoire.
Pour les schémas liés aux documents 1 et 3, les élèves peuvent
représenter simplement avec des flèches ou des arcs de
cercles les mouvements observés. Il faudra faire attention à ce
que les différents référentiels soient représentés.
Pour les expériences liées aux documents 2 et 4, les élèves
pourront représenter la feuille de papier et la trace que la
bille et le crayon ont laissée.
À côté de ces schémas, les élèves devront rédiger en
quelques lignes les résultats de leurs expériences.
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Garder une trace
écrite ou numérique des expériences réalisées.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier et choisir différents types de trace écrite et/ou
numérique. ➜ Ici, on pourra prendre des notes, réaliser des
schémas, et éventuellement prendre des photographies
(tablette, smartphone) insérables dans un document numérique.
● Décrire ou photographier le matériel nécessaire à la réalisation
des expériences. ➜ Ici, on adaptera la liste du matériel en
fonction de ce qui est disponible en classe.
●
● Décrire méthodiquement les étapes nécessaires à la
réalisation des expériences. ➜ Ici, l’utilisation d’un schéma
descriptif ainsi que d’un tableau chronologique sera la méthode
la mieux adaptée.
● Décrire les difficultés techniques rencontrées lors de la
réalisation des expériences. ➜ Ici, on pourra insister sur les
corrections à apporter au mode opératoire afin de mener à bien
les expériences.
● Décrire les observations faites suite à la réalisation des
expériences. ➜ Ici, on pourra décrire le choix du référentiel ainsi
que les trajectoires observées. Attention à bien distinguer cette
étape de la suivante.
● Inférer la nature des mouvements à partir des observations.
➜ Ici, on devrait obtenir des mouvements rectilignes et
circulaires si les manipulations ont été correctement réalisées.
On pourra insister sur l’importance du choix du référentiel sur la
description du mouvement.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas encore à structurer sa trace écrite ou
numérique. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à structurer l’ensemble mais il-elle confond
encore certaines étapes comme la description et l’interprétation
des résultats de l’expérience. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à structurer l’ensemble des étapes. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à structurer l’ensemble des étapes et propose
des versions alternatives nécessitant d’autres compétences
(réalisation d’un diaporama avec insertion de photographies,
par exemple). ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Les deux mouvements
simples
Mouvement rectiligne
Trajectoire en ligne droite
Mouvement circulaire
Trajectoire en arc de cercle
Mouvement d’un objet vu depuis
deux référentiels différents
Référentiel 1
JE FAIS LE BILAN
Référentiel 2
p.48
Ressources complémentaires Bilan de la mission 9 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Mouvement, trajectoire, circulaire, rectiligne.
CHAPITRE 3
• Les mouvements
61
Mission 10 La vitesse d’un objet en mouvement
p. 46-47
Objectifs :
✔Élaborer et mettre en œuvre un protocole pour appréhender
la notion de vitesse.
✔Découvrir les notions d’unités de mesure et d’ordres
de grandeur.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
Manipulation Matériel : repères, télescope, caméra,
appareil photo, décamètre, chronomètre.
p. 41
Des records de vitesse !
Cet escargot a mis le turbo !
Mais comment déterminer
exactement sa vitesse ?
➡ À partir d’un personnage de dessin animé, on peut proposer aux élèves de donner des exemples d’objets plus ou
moins rapides puis de les classer par ordre croissant (ou décroissant). Mais comment détermine-t-on leurs vitesses ?
L’objectif final sera d’arriver à faire émerger les notions de
distance et de durée en obtenant des énoncés du type :
« on va vite si on parcourt une grande distance en peu de
temps », ou bien « on va vite si on met moins de temps que
les autres pour parcourir la même distance ». Néanmoins,
il n’est pas indispensable au stade de la situation déclenchante d’arriver aussi loin (ce sera explicité au document 5
de la mission 10) ; l’essentiel étant ici d’ouvrir le débat.
➡ Relance possible : On peut relancer sur les unités de
mesure : « À quelle vitesse va une voiture de course ? »
Souvent, les élèves (et les adultes) parlent de « kilomètres
heure », ce qui correspond au produit d’une distance par
une durée. Bien que la question soit abordée plus en détail
dès le doc 1 de la mission 10, il est important de corriger
dès que possible le langage des enfants en expliquant
qu’il faut dire « kilomètres PAR heure », qui correspondra
plus tard au quotient entre la distance et la durée.
Commentaire. Il est essentiel de bien distinguer le mot
« temps », qui est un concept générique, du mot « instant » qui
est l’équivalent d’une abscisse sur l’axe des temps. Enfin, une
« durée » est un intervalle entre deux instants. Lorsqu’on parle
du « temps mis par... », il s’agit en réalité d’une durée.
62
CHAPITRE 3
vitesse d’un objet ? ➜ Aller à la mission 10.
9 – 10 – 14 – 17 – 25 – 30.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
Question scientifique Comment déterminer la
• Les mouvements
JE DÉCOUVRE
la vitesse d’un objet
en mouvement
➡ Le document 1 permet de définir la vitesse et les unités
de mesure. Le sportif choisi est peu connu et son record relativement ancien, mais il a l’avantage considérable d’offrir
des valeurs numériques réelles extrêmement simples.
Ceci permettra aux élèves de comprendre beaucoup plus
facilement l’expression mathématique de la vitesse sans
expliciter une expression littérale hors de portée. Il faut
également écrire les unités de mesure en toutes lettres.
➡ Le document 2 permet de fixer des ordres de grandeur.
➡ Le document 3 a pour but de montrer que la vitesse peut
être constante ou variable (accélérée ou décélérée/ralentie).
Réponses aux activités
1 Le coureur se déplace à une vitesse de 36 km/h. Il va
donc plus vite que le cycliste. Suivant les capacités des
élèves et le temps disponible, on peut raffiner en faisant
remarquer qu’on aurait pu utiliser la vitesse de 10 m/s. Il y a
alors deux difficultés rencontrées :
- les unités de mesure sont différentes ;
- le plus petit nombre correspond à la vitesse la plus élevée.
2 Les vitesses sont données dans le référentiel terrestre
(le sol est choisi comme repère).
e arbre (0 km/h)  d tortue (0,3 km/h)  c cheval
(70 km/h)  b chute avec résistance de l’air ( 300 km/h)
 a tornade ( 500 km/h)  f fusée (≈ 30 000 km/h).
3 Les tortues ont une vitesse constante (sauf au démarrage où elle est accélérée). Les lièvres ont une vitesse accélérée, ralentie ou constante.
Commentaire. Pour chaque couple tortue/lièvre, le départ
et l’arrivée étant simultanés, les durées de parcours sont
identiques. La vitesse calculée sur l’ensemble de la course
est donc la même pour chacun. On parle ici de vitesse
moyenne, calculée sur l’ensemble du parcours. Pour la tortue,
la vitesse moyenne coïncide (si on néglige la très brève phase
d’accélération du début) avec la vitesse instantanée (vitesse à
chaque instant). Pour le lièvre, la vitesse instantanée varie tout
au long de la course, puisqu’il y a des phases d’accélération et de
ralentissement. Finalement, le lièvre et la tortue ont la même
vitesse moyenne mais des vitesses instantanées qui diffèrent.
L’objectif premier est de faire prendre conscience aux élèves
que la vitesse peut être constante, accélérée ou ralentie. Si les
élèves se débrouillent particulièrement bien, on pourra préciser
la différence entre vitesse moyenne et vitesse instantanée.
JE DÉTERMINE
les vitesses d’objets
en mouvement
➡ Le document 4 a pour but d’asseoir l’idée que la vitesse
se détermine grâce à deux mesures (distance parcourue
et durée du parcours) et un calcul (rapport des deux grandeurs mesurées). C’est l’occasion d’associer une séance
d’EPS et une séance de sciences expérimentales.
➡ Le document 5 montre à nouveau, par l’utilisation de
deux tableaux de données, que la vitesse dépend à la fois
d’une distance et d’une durée. C’est l’utilisation conjointe
de ces deux grandeurs qui donne naissance à la grandeur
physique « vitesse ».
Je manipule
Les élèves pourront s’appuyer sur le document 4 pour préparer l’expérience. Après la partie « mesures », il y a la partie
« calcul » pour atteindre la vitesse. Cette étude pourra évidemment être effectuée ultérieurement.
Matériel utile : décamètre – chronomètre – repères pour
matérialiser les lignes de départ et d’arrivée. Les élèves
sont donc testés sur leurs compétences à choisir le matériel utile parmi tout le matériel présenté dans le manuel.
Points de vigilance :
- bien mesurer la distance et placer des repères visibles ;
- pour mesurer la durée, utiliser un starter pour le départ,
et placer l’expérimentateur avec son chronomètre sur la
ligne d’arrivée.
Réponses aux activités
4 Il faut mesurer deux grandeurs physiques : la distance
parcourue et la durée du parcours.
5 Le meilleur de la course 1 est Noah puisqu’il a parcouru la
distance impartie de 50 m dans la durée minimale de 13 s. La
meilleure de la course 2 est Camille puisque, dans la durée
impartie de 15 s, elle a parcouru la distance maximale de 62 m.
On ne peut pas comparer directement les résultats de Camille
et Noah puisque les conditions expérimentales diffèrent.
6 Pour pouvoir comparer les deux performances, il faut
déterminer une grandeur physique commune : la vitesse.
Vitesse de Noah :
VN = 50 m : 13 s ≈ 3,8 m/s
Vitesse de Camille :
VC = 62 m : 15 s ≈ 4,1 m/s
Camille est donc l’élève la plus rapide de la classe.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comparer et ordonner des séries de nombre. ➜ Ici, ordonner
les résultats des tableaux du doc. 5.
● Comprendre la notion de grandeur physique. ➜ Ici, il y a trois
grandeurs physiques : la distance, la durée, la vitesse.
● Maitriser la division. ➜ Ici, dans le calcul de la vitesse :
vitesse = distance : durée
Remarque : la notion de grandeur quotient n’est introduite qu’à
partir de la classe de 4e.
● Comprendre la notion d’unité de mesure. ➜ Ici, il y a cinq
unités : le mètre (m) pour la distance, la seconde (s) (unité
légale) et l’heure (h) (unité usuelle) pour la durée ; enfin, le
mètre par seconde (m/s) (unité légale) et le kilomètre par heure
(km/h) (unité usuelle) pour la vitesse.
● Savoir que la valeur d’une grandeur physique est constituée
d’une valeur numérique et d’une unité de mesure. ➜ Ici,
être capable de donner la valeur de la vitesse d’un sprinter :
v ≈ 36 km/h.
● Savoir que la comparaison est impossible entre deux valeurs
exprimées dans des unités différentes. ➜ Ici, être capable de
comprendre qu’on ne peut pas comparer 20 km/h et 10 m/s car
les unités sont différentes.
● Convertir des unités en utilisant un tableau de proportionnalité.
➜ Ici, il faudra créer un tableau de proportionnalité en utilisant
l’information donnée dans le doc. 1, à savoir qu’une vitesse de 10 m/s
correspond à 36 km/h (sans justifier la formule). Après conversion,
on pourra conclure que 20 km/h est plus faible que 10 m/s.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève bute sur des difficultés abstraites (grandeur – unité –
valeur – quotient). ➜ Débutant.
● L’élève parvient à formuler les concepts et les calculs quand
il-elle est guidé-e. ➜ Apprenti.
● L’élève est autonome lorsque les valeurs numériques sont
simples. ➜ Confirmé.
● L’élève est à l’aise avec tous les concepts et avec les calculs
dans tous les cas ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
La vitesse est une grandeur physique décrivant (avec
la trajectoire) le mouvement. Elle permet de déterminer
si un objet se déplace vite ou non par rapport à un référentiel choisi.
● La vitesse peut être constante (elle ne change pas au
cours du temps), accélérée ou ralentie.
●
La vitesse se détermine par un calcul, après avoir mesuré la distance parcourue et la durée de parcours associée :
vitesse = distance parcourue : durée du parcours
●
La (valeur de la) vitesse se mesure en m/s (mètres PAR
seconde) ou en km/h (kilomètres PAR heure).
●
JE FAIS LE BILAN
p. 48
Ressources complémentaires Bilan de la mission 10 à
imprimer.
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Utiliser les outils
mathématiques adaptés.
Mots à savoir utiliser en contexte
Vitesse (constante, accélérée ou ralentie), m/s, km/h, unité
de mesure.
CHAPITRE 3
• Les mouvements
63
les sciences autrement
atelier
des
Sciences
Des images animées... au cinéma !
● Nous avons choisi de montrer comment, à la toute
fin du XIXe siècle, est né le « cinéma », apocope de
« cinématographe », qui veut dire littéralement « écrire le
mouvement ». Grâce à l’effet phi et peut-être à la persistance rétinienne, de nombreux procédés qui ont vu le jour
dès 1825 ont permis d’animer des images. L’un des dispositifs les plus simples à réaliser est le zootrope, mais il en
existe bien d’autres, tels que le thaumatrope ou le phénakistiscope. Voir le site : http://www.animage.org/index.php
Activités pour la classe
La réalisation d’un zootrope est accessible. Il est possible
d’utiliser le document du manuel ou bien de faire une recherche sur Internet. On peut trouver de très nombreux
sites pour réaliser différents appareils. Il est possible de
télécharger des gabarits et des modèles, notamment sur
ce site :
http://lecture41.culture41.fr/images/articles/BIB41/Cinebib41/Dossier_Cinetrope.pdf
●
Les points essentiels : il faut bien ajourer les fenêtres et
bien colorier en noir les parties crénelées. On peut remplacer les cure-dents par des clous à tête d’homme, qui sont
plus solides.
●
sciences &
Cinéma
Personnages fictifs mais mouvements réels !
Cette rubrique a pour but de montrer aux élèves que
l’apport du numérique est considérable dans le cinéma
contemporain, mais que malgré tout, la présence des acteurs est essentielle même lorsqu’il s’agit de personnages
complètement fictifs. Les deux images retenues où l’acteur et le personnage sont dans la même posture permettent intuitivement de comprendre la technique de la
motion capture.
p. 50-51
Réalité virtuelle, vers l’immersion totale ? - FUTUREMAG
– ARTE : https://www.youtube.com/watch?v=guHt8dcCi-U
Activités pour la classe
Personnages fictifs
● On peut demander aux élèves de trouver des personnages fictifs qu’ils apprécient au cinéma ou dans les jeux
vidéo. La liste peut être longue, et il faudra faire attention
à ce que le personnage soit réellement fictif, et non pas un
comédien avec un costume.
Une fois cette liste créée, on peut demander aux élèves de
prétendre qu’ils-elles sont le comédien ou la comédienne
qui a été filmé-e pour animer un de ces personnages. L’enseignant-e peut projeter en même temps un extrait du film
ou dessin animé pour que les élèves essaient de calquer
leurs gestes à celui du personnage.
●
Étude de la langue
Le nom de la technique présentée ici est la « motion capture », qui est un terme anglais que l’on peut traduire par
« captation de mouvement ». On peut alors demander aux
élèves de proposer des hypothèses pour expliquer pourquoi on utilise majoritairement le terme « motion capture »
au lieu de son équivalent français. Les élèves ont déjà probablement conscience qu’une grande partie des films sont
produits aux États-Unis, plus précisément à Hollywood.
Cette technique étant apparue dans les studios hollywoodiens un peu avant les années 2000, le terme pour la décrire était donc en anglais. En adoptant la technique, le
français a également adopté le terme anglais.
●
●
Les élèves seront peut-être également surpris-es d’apprendre que dans les jeux vidéo, pour créer les mouvements
de leurs héros préférés, on fait appel à de vrais acteurs !
●
Aller plus loin :
Il existe d’innombrables ressources sur Internet évoquant
le mouvement et la réalité virtuelle. En voici une de qualité, où il est possible de sélectionner les passages les plus
appropriés :
●
64
CHAPITRE 3
• Les mouvements
sciences & Météo
Une histoire de vitesses : éclair et tonnerre
● Bien que cela ne soit pas spécifié au programme, il est
essentiel d’introduire l’idée que la lumière et le son se déplacent, sans indiquer nécessairement leur nature ondulatoire. Il est également important de préciser que la vitesse
de la lumière (pour une onde, on parle de célérité) est tellement énorme que notre sensation est qu’on la perçoit
instantanément (ce qui correspond en fait à dire qu’elle a
une vitesse infinie).
Astuce
● On rappellera d’abord que la foudre est un arc électrique
de grande dimension dont la partie visible est appelée
« éclair ». Lors de ce formidable dégagement d’énergie,
la surpression liée à l’échauffement de l’air provoque une
onde sonore : le tonnerre. Or la valeur de la vitesse du son
dans l’air est de l’ordre de 340 m/s (elle varie cependant
suivant la température et la pression), donc le son parcourt
1 km en environ 3 s.
● Pour les élèves, on pourra expliquer plus simplement
que la foudre est un phénomène électrique comparable à
une étincelle géante, dont la partie lumineuse est appelée
« éclair » et la partie sonore « tonnerre ».
En négligeant la durée de propagation de la lumière (que
l’on peut considérer comme nulle sur des distances de
quelques km), il suffit de compter le nombre de secondes
s’écoulant entre la vue d’un éclair et l’arrivée du tonnerre,
puis de diviser le résultat par 3 pour avoir une idée approximative de la distance (en km) à laquelle est tombée la
foudre. En toute rigueur, ce résultat est sous-évalué. Cela
provient du fait qu’au tout début, la surpression se déplace
à une vitesse largement supersonique. Néanmoins, l’ordre
de grandeur est satisfaisant.
●
Complément sur les conversions d’unité
(pour le professeur) :
Une vitesse de 340 m/s correspond à 1 224 km/h
(340 m/s × 3,6).
En effet
1 km/h = 1 km = 1 000 m = 1 m/s
1 h 3 600 s 3,8
: 3,6
donc
valeur en km/h
valeur en m/s
× 3,6
À toi de jouer !
● Pour pouvoir comparer les valeurs, il faut toutes les
convertir en m/s ou en km/h. Néanmoins, le bon sens et les
données du paragraphe permettent d’associer les images
aux valeurs sans nécessairement réaliser les calculs. Il sera
donc possible de laisser les élèves ordonner les réponses
puis de leur faire remarquer que pour bien comparer, il est
nécessaire d’utiliser la même unité. On pourra leur fournir
les valeurs ci-dessous sans justifier les calculs :
● Escargot : 0,003 km/h
Espadon : 108 km/h (30 m/s)
Formule 1 : 300 km/h
Son : ≈ 1 080 km/h (≈ 300 m/s) (valeur approchée)
ISS : ≈ 30 000 km/h (valeur approchée)
Lumière : 1 080 000 000 km/h (300 000 000 m/s)
Commentaire. Certaines valeurs ont été approchées dans le
manuel afin de ne faire figurer que des 3 et des 0.
Suivi d'acquisition des compétences
Se situer dans l’espace et dans le temps ● Maitriser les notions
d’échelle.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Connaitre l’ordre de grandeur des vitesses courantes. ➜ Ici,
il s’agit des valeurs de vitesse s’échelonnant de l’escargot à la
voiture de Formule 1.
● Connaitre l’ordre de grandeur de la vitesse maximale d’un
objet produit par les humains. ➜ Ici, il s’agit de la vitesse de la
Station Spatiale Internationale (ISS) :
v ≈ 30 000 km/h.
● Connaitre l’ordre de grandeur des vitesses extrêmes liées aux
phénomènes physiques. ➜ Ici, il s’agit de la plus grande vitesse
connue dans l’univers : celle de la lumière dans le vide :
v ≈ 300 000 000 m/s.
● Comparer des valeurs numériques avec des unités de mesure
différentes. ➜ Ici, la difficulté est de comprendre qu’on ne
peut pas comparer des valeurs exprimées dans des unités
différentes.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève n’a aucune idée des ordres de grandeur des vitesses.
➜ Débutant.
● L’élève n’a pas de connaissance lui permettant de connaitre
les valeurs de la vitesse, mais il-elle est capable de classer
(hiérarchiser) les vitesses des différents objets. ➜ Apprenti.
● L’élève classe correctement les vitesses des objets et a une
bonne idée des valeurs courantes. ➜ Confirmé.
● L’élève sait classer, il-elle connait l’ensemble des valeurs de
vitesse possibles. ➜ Expert.
●
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 8 – Charade
Mouvement (mou-vœux-ment).
Mission 9 – Mots croisés
1. LIGNE – 2. MOUVEMENT – 3. DROITE – 4. VITESSE –
5. CERCLE – 6. TRAJECTOIRE
Mission 10 – Rébus
Décélération (dé-selle-R-assis-on).
CHAPITRE 3
• Les mouvements
65
CHAPITRE
4
L’énergie
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Identifier différentes sources et connaitre quelques conversions d’énergie
Connaissances et compétences associées
Identifier des sources d’énergie et des formes.
• L’énergie existe sous différentes formes (énergie associée à
un objet en mouvement).
Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie
pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer...
Reconnaitre des situations où l’énergie est stockée,
transformée, utilisée. La fabrication et le fonctionnement
d’un objet nécessitent de l’énergie.
• Exemples de sources d’énergie utilisées pour les êtres
humains : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent,
Soleil, eau et barrage, pile...
• Notion d’énergie renouvelable.
• Quelques dispositifs visant à économiser la consommation
d’énergie.
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
L’énergie associée à un objet en mouvement apparait comme
une forme d’énergie facile à percevoir par l’élève, et comme
pouvant se convertir en énergie thermique.
Le professeur peut privilégier la mise en œuvre de dispositifs
expérimentaux analysés sous leurs aspects énergétiques :
éolienne, circuit électrique simple, dispositif de freinage, moulin
à eau, objet technique...
On prend appui sur des exemples simples (vélo qui freine, objets
du quotidien, l’être humain) en introduisant les formes d’énergie
mobilisées et les différentes consommations (par exemple :
énergie thermique, énergie associée au mouvement d’un objet,
énergie électrique, énergie associée a une réaction chimique,
énergie lumineuse...).
Exemples de consommation domestique (chauffage, lumière,
ordinateur, transports).
Repères de progressivité
Les besoins en énergie de l’homme, la nécessité d’une source d’énergie pour le fonctionnement d’un objet technique et
les différentes sources d’énergie sont abordés en CM1-CM2. Des premières transformations d’énergie peuvent aussi être
présentées en CM1-CM2 ; les objets techniques en charge de convertir les formes d’énergie sont identifiés et qualifiés d’un
point de vue fonctionnel.
En classe de sixième, les conversions d’énergies seront approfondies notamment en recourant à des dispositifs
expérimentaux plus complexes ; progressivement, la chaine d’énergie est construite en associant les objets techniques
chargés des conversions successives.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
L’énergie est un concept abstrait. On ne peut pas la voir,
seuls ses effets sont visibles.
« L’énergie nous apparait sous un très grand nombre de
formes différentes, et il existe une formule pour chacune.
Ce sont : l’énergie gravitationnelle, l’énergie cinétique,
l’énergie thermique, l’énergie élastique, l’énergie électrique, l’énergie chimique, l’énergie de rayonnement,
l’énergie nucléaire, l’énergie de masse. Il est important de
se rendre compte que dans la physique d’aujourd’hui, nous
n’avons aucune connaissance de ce qu’est l’énergie. »
On ne peut donc pas définir l’énergie de manière absolue
mais on peut la caractériser par ses propriétés : conservation, transfert et stockage.
66
CHAPITRE 4
• L'énergie
Dans l’univers, la quantité totale d’énergie ne change jamais. L’énergie peut se transformer mais elle ne peut pas
être créée, ni détruite.
1 Les sources d’énergie
Définitions
• On désigne par source d’énergie « un référent matériel
ou événementiel qui stocke l’énergie. Une source d’énergie
est une forme d’énergie stockée ». (Vince, J., Thibergien, A.,
BUP, n° 976)
• La notion de source est donc à rapprocher de celle de
réservoir dans lequel il est possible d’aller puiser. On peut
classer les sources d’énergie en différentes catégories,
d’une part les sources d’énergie primaire et secondaire,
d’autre part les sources d’énergie renouvelables et non renouvelables.
Sources primaires et secondaires
• Une source d’énergie primaire est une source d’énergie
disponible dans la nature. On peut citer, par exemple, le
Soleil, le vent, le pétrole, le charbon, le gaz, le bois, des
aliments, la biomasse, les diverses sources hydrauliques
(cascade, lac de retenue, marée), les diverses sources géothermiques (eau chaude souterraine, puits canadiens d’air
chaud), etc.
• Les sources secondaires sont, quant à elles, obtenues
par transformation. On peut citer les piles, les batteries, les
carburants pétroliers raffinés, etc.
Énergies renouvelables / non renouvelables
• On considère une source d’énergie comme étant re-
nouvelable si son renouvèlement est possible à l’échelle
d’une vie humaine.
• Par
exemple, le Soleil pourra transférer son énergie pendant encore plus de 4 milliards d’années ; il peut
donc être considéré comme étant une source d’énergie
renouvelable, inépuisable à l’échelle humaine. On peut
citer d’autres exemples comme le vent, la biomasse, la
géothermie... Comme c’est le Soleil qui est à l’origine des
vents, du cycle naturel de l’eau, ces sources d’énergie se
renouvèlent en permanence.
rapport à une référence, ou à l’état de ce système. L’énergie potentielle est susceptible d’être libérée sous forme
d’énergie cinétique et vice-versa.
Commentaire. Les physiciens utilisent d’autres termes pour désigner des formes d’énergie (énergie thermique, chimique, etc.)
mais toutes ces formes peuvent être classées soit dans l'énergie
potentielle soit dans l'énergie cinétique.
L’énergie potentielle
• À l’échelle macroscopique, elle est liée à la position
d’un système. Il y a alors deux sortes d’énergie potentielle :
l’énergie potentielle de pesanteur et l’énergie potentielle
élastique. Par exemple, une cascade a une énergie potentielle de pesanteur. La formule de cette énergie s’écrit
ainsi :
Ep l'énergie potentielle en joule (J)
Ep = m × g × h
m la masse en kg
g la constante de pesanteur en m/s2
h l'altitude en m
Avec Ep l’énergie potentielle en joule (J), m la masse en kg, g
la constante de pesanteur en m/s², et h l’altitude en m. Un
ressort comprimé d’un pistolet à fléchettes a quant à lui une
énergie potentille élastique lorsqu’il est compressé ou étiré.
• À l’échelle microscopique, il y a également une énergie
chimique, qui est liée aux réactions entre les atomes et/ou les
molécules. La combustion et la digestion d’aliments en sont
des exemples. Il y a également une énergie nucléaire, liée
aux réactions au niveau des noyaux (nucléons) des atomes.
La fission en est un exemple : le noyau d’un atome lourd est
divisé en plusieurs nucléides plus légers, comme l’uranium
dans une centrale nucléaire. La fusion en est un également :
deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un
noyau plus lourd comme c’est le cas dans le soleil.
L’énergie cinétique
•
Doc 1. Ce parc en mer d’éoliennes exploite l’énergie renouvelable
du vent pour produire de l’électricité.
L’énergie cinétique d’un système de masse m se déplaçant à la vitesse v se calcule en appliquant la formule suivante :
Ec l'énergie cinétique en joule (J)
Ec = 1 × m × v²
m la masse en kg
2
v la vitesse en m/s
• Les énergies non renouvelables sont, quant à elles,
Ec l’énergie cinétique en joule (J), m la masse en kg et v la
vitesse en m/s.
épuisables à échelle humaine. On peut citer le pétrole qui
se renouvèle à l’échelle de plusieurs dizaines de millions
d’années, le charbon, le méthane, le propane, l’uranium...
2 Les formes d’énergie
Il existe principalement deux grandes formes d’énergie.
L’énergie cinétique est l’énergie que possède un système (un corps) en mouvement : elle est liée à sa vitesse.
L’énergie potentielle est liée à la position d’un système par
• Cette formule indique que l’énergie cinétique dépend à la
fois de la masse et de la vitesse du système : elle est multipliée par 4 quand la vitesse est seulement multipliée par 2.
3 Les transferts d’énergie
On parle de transferts d’énergie lorsqu’un système donne
(transfère) de l’énergie à un autre système. Ce transfert
peut s’effectuer de quatre manières différentes.
CHAPITRE 4
• L'énergie
67
• Le transfert par travail mécanique : il existe un déplacement de matière de l’un des systèmes à l’autre.
•
Le transfert par travail électrique : un courant existe,
grâce à un déplacement de charges (souvent de type électrons) de l’un à l’autre.
• Le transfert thermique : il est nommé « chaleur » dans le
langage courant. Ce transfert existe dès qu’un corps chaud
est en contact avec un corps de température inférieure.
Un transfert thermique peut s’effectuer de deux façons
différentes :
- par conduction : existe toujours par agitation thermique.
L’agitation thermique correspond aux mouvements incessants des atomes et des molécules constitutifs de la
matière. La température d’un corps est une grandeur physique caractérisant cette agitation. Plus la vitesse d’agitation particulaire est élevée, plus la température du corps
est grande.
- par convection : quand il y a déplacement de matière type
tourbillons.
• Le transfert par rayonnement : toutes les ondes électro-
magnétiques qui peuvent se propager même dans le vide :
lumière visible, UV, IR, etc.
les étapes (source, transfert, convertisseurs). Cette représentation est appelée chaine énergétique.
Considérons une lampe de jardin solaire. La journée, des cellules photovoltaïques permettent de recharger une batterie
d’accumulateurs. La nuit, cette batterie alimente une lampe.
De nuit
travail
Batterie électrique
Énergie
chimique
Ampoule
rayonnement
Utilisateur
Énergie
lumineuse
énergie
thermique
(pertes)
Environnement extérieur
De jour
Soleil
rayonnement
Énergie
nucléaire
Cellule
photovoltaïque
travail
électrique
énergie
thermique
(pertes)
Batterie
Énergie
chimique
Environnement extérieur
4 La conservation de l’énergie
Doc 3. Chaines énergétiques de lampe de jardin solaire.
Principe
• L’énergie d’un système isolé (sans contact avec d’autres
systèmes) est constante. Autrement dit, l’énergie est une
grandeur qui se conserve.
Éléments de didactique
1 Un modèle préconisé
Doc 2. Lors d’une chute libre, l’énergie se conserve : l’énergie
potentielle, liée à la position, diminue, tandis que l’énergie cinétique liée
à la vitesse augmente.
• Cependant, une partie de l’énergie fournie par une source
d’énergie peut être perdue pour l’utilisateur, sa forme est différente et non utilisable. On parle alors par abus de langage
de pertes d’énergie. Généralement, cette énergie dite perdue
est de l’énergie thermique dissipée dans l’environnement.
Les chaines énergétiques
On symbolise le cheminement de l’énergie de la source à
l’utilisateur par un schéma sur lequel apparaissent toutes
68
CHAPITRE 4
• L'énergie
L’énergie est un concept abstrait à la fois difficile à enseigner
mais aussi difficile à appréhender pour des élèves de l’école
primaire. Aussi, on peut trouver des points d’appui dans
les recherches menées en didactique. Par exemple, dans
le n° 10 de la revue RDST, « L’énergie vers des recherches
plurididactiques », les auteurs semblent s’accorder sur la
nécessité d’un germe de modèle pour débuter l’enseignement de l’énergie. Ce germe de modèle définit certaines
caractéristiques de l’énergie et peut être constitué d’une
partie des éléments suivants :
- une source d’énergie est nécessaire pour chauffer, éclairer ou mettre en mouvement ;
- cette source s’épuise lorsqu’elle est utilisée pour effectuer une de ces actions ;
- l’énergie possède plusieurs formes (cinétique, chimique,
etc.) ; elle peut être stockée dans un système appelé « réservoir » ;
- l’énergie peut être transférée d’un système à un autre
par électricité, mouvement, chaleur ou lumière ;
- elle peut être transformée par des transformateurs : elle
se conserve en valeur au cours de ses différentes transformations.
2 Difficultés liées aux confusions
usuelles et au langage courant
•
L’emploi dans le langage courant du mot « énergie » ou
de l’adjectif « énergique » se rapporte souvent au comportement humain et évoque plutôt une idée de grande
puissance et de rapidité de l’action : « l’énergie du désespoir », « un individu énergique », etc. Ceci fait que les élèves
comprennent difficilement que les transferts d’énergie
peuvent se manifester par des effets faibles, l’entretien du
mouvement d’une montre par une pile, par exemple.
• L’élaboration du concept d’énergie nécessite l’analyse
d’une certaine diversité de situations et de phénomènes,
sur lesquels les idées préalables des élèves sont souvent
inexactes. C’est le cas en particulier pour le courant électrique, dont les élèves pensent qu’il peut être produit sans
rien consommer : caractère mystérieux et magique des
centrales nucléaires, eau se « transformant » en courant
électrique dans les centrales hydrauliques, prises de courant « donnant du courant » dès qu’elles sont installées
dans une pièce, sans même être reliées au réseau EDF...
L’électricité est alors comprise comme pouvant être
stockée, ce qui est exceptionnellement le cas.
• De même, la lumière est plutôt conçue par les élèves de
façon statique, comme un état de l’espace s’opposant à
l’obscurité. L’absence de l’idée d’une émission en continu
et d’une propagation constitue un obstacle pour la mise en
relation de la lumière avec la notion d’énergie. (Extrait des
fiches connaissances 2002)
Confusion entre énergie et électricité
largement répandue dans nos sociétés
Les formes d’énergie (énergie potentielle ou cinétique)
et les modes de transfert (par travail électrique, mécanique, etc.) sont souvent confondus : l’énergie électrique
et l’énergie lumineuse sont des modes de transfert. Par
exemple, un élève peut penser qu’une pile contient de
l’énergie électrique alors qu’il s’agit d’énergie potentielle
sous forme chimique.
Différentes recherches en didactique montrent que l’enseignement du concept d’énergie électrique favorise la
confusion souvent faite par les élèves entre forme d’énergie stockée et transferts d’énergie. C’est pour cela que nous
avons choisi dans le manuel d’insister sur le fait que l’électricité est fabriquée, ce qui nécessite d’avoir recours à une
source d’énergie.
Expressions issues du langage courant
Signification
Lien avec le langage scientifique
Dans la vie courante, l’énergie est
consommée, produite, payée, peut
disparaitre.
Ces expressions évoquent la possibilité de
perdre de l’énergie mais aussi de pouvoir
fabriquer de l’énergie.
D’un point de vue scientifique, le principe
de conservation de l’énergie impose que
l’énergie est une grandeur qui se conserve :
elle ne peut donc pas disparaitre.
Exemples :
Je n’ai plus d’énergie.
Ça consomme trop d’énergie.
Il n’y a plus assez d’énergie dans le monde.
L’énergie est perçue comme une
substance.
Quand on dit que l’on « perd » de
l’énergie, cela veut en fait dire qu’elle
est dissipée sous une forme qu’on ne
peut pas exploiter (énergie thermique,
etc.). Quand on parle de « fabriquer » de
l’énergie, scientifiquement cela veut dire
qu’on a transformé l’énergie dans une
forme exploitable (énergie électrique par
exemple).
Cela signifie qu’il mange des aliments qui
vont l’aider à avoir des forces.
Il y a une confusion entre sources d’énergie
et énergie.
Exemple :
Il fait le plein d’énergie avant le match.
L’énergie est un concept abstrait non
observable.
L’énergie présente des manifestations
observables :
L’énergie a trois propriétés :
- elle se conserve ;
- elle se transfère ;
- elle est stockable.
Exemples :
Ça chauffe, ça bouge, ça brille, il y a de
l’électricité dans cette prise..
Doc 4. Confusions entre langage courant et langage scientifique.
CHAPITRE 4
• L'énergie
69
Bibliographie / Webographie
• L. Morge, C. Buty, L’énergie vers des recherches plurididactiques, R
sciences et des technologies N°
•
echerches en didactique des
10, p. 9-34, 2014.
Fiche 16 « L’énergie » des fiches connaissances 2002, La main à la pâte : http://www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/ressources/pedago/fiches_connaissances/394_fiche_16.pdf
•
J. Vince, A. Thiberghien, Pourquoi n’est-il pas pertinent de faire de l’énergie électrique un concept
de physique dans un programme d’enseignement ?, Une contribution pour l’évolution de la thématique « L’énergie et ses conversions » du projet de programme du cycle 4. BUP 109, 2015.
• EDF, L’énergie de A à Z, https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z
• Médiathèque du CEA : http://www.cea.fr/multimedia/Pages/animations/energies.aspx
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
L’énergie existe sous diverses formes.
L’énergie est ce qui permet à l’homme de vivre.
Mission 11
Formes d’énergie et besoins en énergie.
Lien avec l’environnement : sources d’énergie
renouvelables ou non renouvelables.
Mission 12
Notion de réservoir.
Avantages et inconvénients de certaines sources.
Conversions d'énergie.
Lien avec l’environnement : faire des économies
d’énergie.
Mission 13
Conversions d’énergie pour obtenir de l'électricité.
Notion de chaine d'énergie.Sources d’énergie :
renouvelables ou non renouvelables.
Avantages et inconvénients de certaines sources.
CHAPITRE 4
Mission 14
Comprendre l'effet de serre.
Sources d’énergie : renouvelables
ou non renouvelables.
70
Liens entre consommation d'énergie
et réchauffement climatique.
• L'énergie
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Mission 11
Quels sont
les besoins
en énergie ?
Quelles sont
les formes
d’énergie ?
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
• Nos besoins en énergie.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Définitions des formes
d’énergie associée.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Expérimentation sur
l’énergie mécanique
(influence de la masse et
de la hauteur).
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 12
Qu’est-ce
qu’une source
d’énergie ?
• Description et utilisation
de différentes sources
d’énergie.
• Distinction entre sources
d’énergie renouvelables et
non renouvelables.
• Avantages et
inconvénients de quelques
sources d’énergie.
Mission 13
Quelles
conversions
d’énergie
permettent
d’obtenir
de l’énergie
électrique ?
• Fonctionnement des
trois types de centrales
électriques : points
communs et différences.
• Fabrication d’une
maquette de bateau
solaire pour illustrer des
conversions d’énergie.
• La notion de chaine
d’énergie.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant à un besoin.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
Mission 14
Quel est le
lien entre la
consommation
d’énergie et le
réchauffement
climatique
actuel ?
• Qu’est-ce que l’effet de
serre ?
• Les manifestations du
réchauffement climatique
actuel.
• Modélisation de l’effet
de serre.
• L’influence de la
consommation d’énergie
sur les changements
climatiques.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre a une question ou un problème.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l’outil utilisés.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant
un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d’environnement.
CHAPITRE 4
• L'énergie
71
Mission 11 L’énergie dans notre quotidien
p. 54-55
Objectifs :
✔Caractériser les différentes formes d’énergie.
✔Identifier nos besoins en énergie et les relier aux différentes
formes.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 10 – 15 – 16 – 20 – 21 – 23.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploitation des questions 1 à 3, fiche de manipulation et vidéo
de manipulation, aide pour la trace écrite.
JE M'INFORME
➡ Les neuf vignettes du document 1 sont des illustrations
des cinq formes d’énergie décrites dans le document 2.
Pour permettre d’avoir une vision globale, il serait intéressant d’amener les élèves à présenter leurs réponses sous
forme de tableau, comme celui présenté ci-dessous.
Matériel Kit du fournisseur Celda.
Objet
JE M'INTERROGE
p. 52
Énergie, énergies
« Waouh ! Quelle énergie ! »
Qu’est-ce que l’énergie ? À quoi
sert-elle ?
➡ On trouve dans l’image des éléments qui font référence à deux formes d’énergie. Les éclairs font référence à
l’énergie électrique (que l’on trouve dans la nature), les éoliennes font référence à l’énergie mécanique et à l’énergie
électrique, et à la conversion de l’une à l’autre. Les élèves
décrivent l’image, et identifient tout ce qui a un rapport
avec l’énergie. Ils peuvent citer les éclairs, les éoliennes, le
vent. On ne cherche pas pour l’instant à différencier formes
d’énergie, sources d’énergie, conversion d’énergie.
On peut ensuite demander aux élèves d’essayer d’expliciter le titre : « Énergie » (on va parler du concept d’énergie)
et « énergies » (il y a plusieurs formes d’énergie). L’enseignant peut à ce moment-là introduire le terme « forme
d’énergie » si besoin, pour expliquer pourquoi « énergies »
est écrit au pluriel.
➡ Relances possibles : « Connaissez-vous d’autres formes
d’énergie ? » ou « Pourquoi avons-nous besoin d’énergie ? ».
On recueille les réponses des élèves sans chercher l’exhaustivité. Lorsque des formes d’énergie et des besoins
ont été listés, on constate qu’il y en a plusieurs et on se
demande s’il y en a d’autres.
Question scientifique Quels sont les besoins en
énergie ? Quelles sont les formes d’énergie ?
➜ Aller à la mission 11.
72
CHAPITRE 4
• L'énergie
sur les besoins en énergie
Voiture
Transforme
Permet
de ...
Fonctionne
grâce à ...
de l’énergie....
en énergie...
se
déplacer
l’essence
chimique
thermique
et
mécanique
La question 1 sert à remplir la première et la deuxième
colonne, la question 2 correspond à la troisième colonne.
Enfin, la question 3 concerne les deux dernières colonnes.
➡ Nous attirons votre attention sur quelques points délicats à traiter.
La voiture transforme de l’énergie chimique en énergie
mécanique. En effet, la combustion dans le moteur est une
transformation chimique entre le combustible (le carburant) et le comburant (l’air).
Dans le cas de la sportive, le système à prendre en compte
est le muscle, qui transforme donc de l’énergie chimique
en énergie mécanique (et thermique, même si ce n’est pas
sa fonction principale). Même si ce n’est pas la fonction de
l’objet, il faut signaler dans la dernière colonne les transformations d’énergie en énergie thermique.
Commentaire. Attention, dans la colonne 3, il convient de
distinguer les sources d’énergie (essence, aliments, vent...)
de l’alimentation électrique, afin de bien pointer qu’une prise
de courant n’est pas une source d’énergie. L’alimentation
électrique n’est pas une source d’énergie mais un mode de
transfert de l’énergie. Néanmoins il n’est pas possible de
mettre la source d’énergie dans le tableau, car elle peut-être
variable (centrale nucléaire, éolienne, etc.). On se contente
donc ici de mettre le mode de transfert.
J'IDENTIFIE
les différentes formes
d’énergie
➡ Le doc. 2 caractérise chaque forme d’énergie. Les élèves
doivent lire les cinq encarts et s’en servir pour remplir les
deux dernières colonnes du tableau. Il peut être intéressant, avant de remplir le tableau, de vérifier ce que les
élèves ont retenu des cinq petits textes en leur demandant pour chaque forme d’énergie de citer les mots clés,
de reformuler, et de citer des exemples.
➡ Le doc. 3 est une expérience qui permet une première
approche de l’énergie potentielle (voir fiche Expérience). Le
terme « énergie potentielle » n’est pas attendu au cycle 3
et sera introduit au cycle 4. Il faudra veiller dans cette manipulation à ce que les élèves ne fassent varier qu’un seul
paramètre à la fois (soit la masse du véhicule, soit la hauteur
de départ). Cette manipulation peut donc être un moyen
d’aborder avec les élèves cet aspect important dans toute
expérimentation, en leur faisant prendre conscience que si
on change en même temps la hauteur et la masse, on observera que la distance parcourue par le véhicule est plus
grande, mais on ne pourra pas conclure si c’est parce qu’on
a augmenté la masse du véhicule ou si c’est parce qu’on a
changé la hauteur de départ.
Réponses aux activités
● L’élève parvient seul-e à extraire les informations pertinentes
des documents, à les reformuler, et à les mettre en lien avec la
question posée. ➜ Expert.
4 L’objet a besoin d’une plus grande distance pour s’arrêter
lorsqu’il est plus lourd et que la pente est plus importante
(point de départ plus haut). L’énergie mécanique dépend
de la masse et de la hauteur. Les panneaux indiquent que
la route a une forte pente, et qu’elle est donc dangereuse
pour les véhicules trop lourds (de plus de 8 tonnes). C’est
pour cela que cette route leur est interdite.
LA TRACE ÉCRITE
Deux exemples sont présentés ici : l’un avec une source
d’énergie bien identifiée (essence ➜ voiture), l’autre avec
une alimentation électrique, qui n’est pas une source
(grille-pain), la source d’énergie pouvant être diverse
(nucléaire, éolien, solaire,...).
1 , 2 et 3 Tableau en bas de page.
Suivi d'acquisition des compétences
Essence
S’approprier des outils et des méthodes ● Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en
relation pour répondre à une question.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Être capable de reformuler ce que l’on cherche. ➜ Ici, être
capable d’identifier les formes d’énergie en jeu lors de l’utilisation
des objets du document 1 en utilisant le document 2.
● Identifier la nature de chaque document. ➜ Ici, présence de
textes, photos.
● Reformuler avec ses propres mots les éléments principaux du
document. ➜ Ici, redire avec ses propres mots l’essentiel des
textes du document 2.
énergie
chimique
énergie
mécanique
Déplacements
énergie
thermique
Chaleur
du moteur
Voiture
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève comprend le sens des documents mais ne parvient
pas à dégager les idées essentielles et à faire de liens avec la
question posée. ➜ Apprenti.
● L’élève comprend le sens des documents, parvient à dégager
les idées essentielles, mais a besoin d’aide pour formuler une
réponse, ou mettre ces informations en lien avec la question
posée. ➜ Confirmé.
Objet
Permet de ...
Alimentation
électrique
Grille-pain
énergie
thermique
Chaleur
énergie électrique
JE FAIS LE BILAN
p. 62
Ressources complémentaires Bilan de la mission 11 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Énergie, besoins, forme d’énergie.
Fonctionne grâce ...
Transforme
de l’énergie...
en énergie...
Voiture
se déplacer
à l’essence
chimique
thermique et mécanique
Grille-pain
faire griller
à une alimentation électrique
électrique
thermique
Train
se déplacer
à une alimentation électrique
électrique
thermique et mécanique
Muscle (sportive)
faire un mouvement
aux aliments
chimique
thermique et mécanique
Panneaux solaires
produire de
l’électricité
au Soleil
lumineuse
électrique
Voilier
se déplacer
au vent
mécanique
mécanique
Radiateur électrique
se chauffer
à une alimentation électrique
électrique
thermique
Lampe de poche
s’éclairer
pile
électrique
lumineuse
Perceuse
faire des trous
batterie
électrique
mécanique et thermique
Tableau pour les questions 1 à 3.
CHAPITRE 4
• L'énergie
73
Mission 12 Les différentes sources d’énergie
p. 56-57
Objectifs :
✔Connaitre différentes sources d’énergie et leur utilisation.
✔Différencier source d’énergie renouvelable et source d’énergie
non renouvelable
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
Question scientifique Qu’est-ce qu’une source
d’énergie ? ➜ Aller à la mission 12.
14 – 16 – 20 – 21.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploi-
tation des questions 1 et 5, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 52
Pour ou contre ?
Qu’est-ce qu’une source
d’énergie ?
JE M'INFORME
À chacune des neuf vignettes du doc 1 correspond une
source d’énergie (pétrole, eau, biomasse, vent, Soleil, charbon, uranium, chaleur de la Terre et batterie). Chaque image
représente une utilisation possible de ces sources d’énergie.
Pour aider les élèves à faire la différence entre formes et
sources d’énergie, il est important ici de faire le lien avec la
mission 11 en identifiant les formes de ces sources d’énergie.
Réponses aux activités
➡ Le document présenté sous forme d’un article de journal
est destiné à faire émerger les représentations des élèves
sur les sources d’énergie, en suscitant un débat autour du
gaz de schiste. Il parle d’une « nouvelle source d’énergie », ce qui sous-entend qu’il y en a d’autres. Il est donc
intéressant de commencer à lister les sources d’énergie
que les élèves connaissent. Il peut y avoir à ce moment-là
des confusions entre sources d’énergie et convertisseurs
d’énergie (les élèves peuvent par exemple citer l’éolienne
ou une centrale nucléaire comme source d’énergie).
Le document commence également à faire apparaitre
que les différentes sources d’énergie peuvent avoir des
avantages et des inconvénients. On peut le faire remarquer et échanger sur les avantages et les inconvénients des
sources d’énergie que les élèves ont citées.
1
➡ Relance possible : « Que signifie le dernier mot de l’article, « renouvelable » ? »
On recueille les représentations des élèves sur ce que
signifie ce mot. Les élèves peuvent répondre que c’est
une énergie dont on peut disposer indéfiniment, ou « qui
existera toujours » ou « qui sera toujours disponible ». À
ce stade, on peut noter ces propositions, qui seront ensuite comparées au doc. 2 de la mission pour faire apparaitre que ce n’est pas exactement la bonne définition.
Après confrontation des représentations des élèves sur les
sources d’énergie, leurs avantages et inconvénients, et sur
leur caractère renouvelable ou non, on constate qu’il peut
y avoir des désaccords ou que l’on n’a pas encore les réponses. La question scientifique est alors posée.
74
CHAPITRE 4
• L'énergie
sur les différentes sources
d’énergie
Exploitation de sources
d’énergie
Sources
d’énergie
Formes
d’énergie
Une plateforme d’extraction
pétrolière en mer
Pétrole
Chimique
Une centrale hydroélectrique
Eau
Mécanique
Une centrale électrique à
biomasse
Biomasse
Chimique
Un champ d’éoliennes
Vent
Mécanique
Une centrale solaire
Soleil
Lumineuse
ou thermique
Une mine de charbon à ciel
ouvert
Charbon
Chimique
Une centrale nucléaire
Uranium
Thermique
Une centrale géothermique
Terre
Thermique
Un téléphone portable en
recharge de sa batterie
Batterie
Chimique
2 a) Le pétrole est utilisé pour produire des carburants,
des matières plastiques.
b) Le déplacement de l’eau est utilisé comme source
d’énergie principalement pour mettre en mouvement des
objets techniques (turbine, moulin...).
c) La biomasse peut servir à produire de l’énergie thermique, elle peut être transformée en carburant.
d) Le vent est une source d’énergie principalement utilisée pour mettre en mouvement des objets (pales des éoliennes, bateau à voile, etc.).
e) L’énergie solaire peut être utilisée pour produire de
l’électricité, comme source de chaleur.
f) La combustion du charbon permet de produire de l’énergie thermique qui peut être utilisée pour se chauffer ou encore pour produire de l’électricité.
g) La fission de l’uranium est utilisée comme source d’énergie thermique et intervient dans la production d’électricité.
h) La chaleur de la Terre est récupérée pour chauffer des
bâtiments ou produire de l’électricité.
i) Dans une batterie a lieu une réaction chimique qui permet
de produire de l’électricité.
JE CHERCHE
• Énergie
renouvelable.
• Impact
environnemental
faible.
Arrivée par
géothermie
• Disponible en
continu.
• Énergie
renouvelable.
• Impact
environnemental nul.
les enjeux liés à l’utilisation
de l’énergie
➡ Le doc. 2 donne les définitions pour les énergies renouvelables et non renouvelables. Il est intéressant ici de comparer
ces définitions avec ce que les élèves ont pu dire lors de la
discussion initiale autour de l’article.
➡ Le document 3 peut donner lieu à une discussion avec
les élèves sur les sources d’énergie utilisées chez eux, et
éventuellement déboucher sur une forme d’enquête à
son domicile pour répertorier toutes les sources d’énergie
présentes. Ce document permet également de continuer
la réflexion commencée autour du gaz de schiste, en expliquant les avantages et les inconvénients des différentes
sources d’énergie présentes ici.
• Énergie disponible
seulement en
journée.
LA TRACE ÉCRITE
Une source d’énergie est un réservoir d’énergie qui s’épuise
plus ou moins quand on l’utilise. Si la source d’énergie peut
être considérée comme inépuisable à l’échelle de temps
humain (comme le Soleil), ou si elle se reconstitue plus
rapidement qu’elle n‘est utilisée (comme la biomasse), on
dit que c’est une source d’énergie renouvelable. Dans le
cas contraire, il s’agit d’une source d’énergie non renouvelable, que l’on appelle également énergie fossile.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Rendre compte des conclusions en
utilisant un vocabulaire précis.
Réponses aux activités
3 Il s’agit de reformuler à partir du document 2 la différence « renouvelable / non renouvelable » avec les mots
des élèves. La réponse doit tourner autour de la notion de
temps pour renouveler les stocks du réservoir.
4 Renouvelable : eau, biomasse, vent, Soleil, géothermie,
car ces sources peuvent être considérées comme inépuisable à échelle humaine.
Non renouvelable : pétrole, charbon, uranium, batterie de
téléphone, car leur stock est limité.
5
Avantages
Inconvénients
Arrivée par ligne
électrique
• Énergie disponible
en continu.
• Impact
environnemental
faible si produite
par source d’énergie
renouvelable.
• Impact
environnemental
élevé pour le
nucléaire (gestion
des déchets).
Arrivée par bois
• Disponible en
continu.
• Renouvelable si
intervention de
l’homme.
• Épuisement de la
ressource si elle est
mal gérée.
• Disponible en
continu.
• Impact
environnemental
élevé.
• Énergie fossile.
Arrivée par gaz
naturel
Arrivée par
panneaux
photovoltaïques
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier précisément l’objet d’étude. ➜ Ici la source d’énergie.
● Prendre des notes au fur et à mesure de la mission pour
garder une trace. ➜ Ici, noter les réponses aux questions qui
contribuent à définir ce qu’est une source d’énergie.
● Utiliser le vocabulaire scientifique à disposition pour élaborer
la conclusion. ➜ Ici, source, réservoir, fossile, renouvelable, non
renouvelable.
● Rendre compte, en organisant son discours, de quoi on va
parler, les étapes ayant permis la construction de la définition.
➜ Ici, on va parler de ce qu’est une source d’énergie.
● Ne rendre compte que de ce qui est pertinent par rapport à la
définition d’une source d’énergie. ➜ Ici, éviter de ne donner que
des exemples, et bien donner une définition générale.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a besoin d’une trame et d’un rappel du vocabulaire
scientifique pour concevoir sa conclusion. ➜ Apprenti.
● L’élève a besoin d’une aide ponctuelle pour organiser sa
conclusion. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à concevoir seul-e sa conclusion en utilisant
un vocabulaire adapté. ➜ Expert.
JE FAIS LE BILAN
p. 62
Ressources complémentaires Bilan de la mission 12 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Source d’énergie, renouvelable, non renouvelable.
CHAPITRE 4
• L'énergie
75
Mission 13 Les conversions d’énergie
p. 58-59
Objectifs :
✔Identifier quelques conversions d’énergie, et notamment
celles qui permettent de produire de l’énergie
électrique.
✔Comprendre les différences et les points communs
aux différentes centrales électriques (rôle de la turbine
et de l’alternateur).
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 16 – 19 – 23.
Ressources complémentaires Fiche de manipulation,
aide pour la trace écrite.
Deux panneaux photovoltaïques, du fil
électrique, un moteur électrique, un axe, une hélice, du
polystyrène, du ruban adhésif et de la colle.
Matériel
JE M'INTERROGE
p. 53
Un tour du monde en l’air
« Mardi 26 juillet 2016,
l’avion solaire Solar Impulse 2
a bouclé le premier tour du
monde aérien sans la moindre goutte de carburant ! »
Comment l’énergie lumineuse permet-elle à l’avion de
voler ?
➡ Pour aider les élèves à comprendre le fonctionnement
de l’avion, on peut chercher à identifier les points communs (présence de moteurs, d’hélices,...) et les différences
(pas de carburant, des panneaux solaires sur les ailes pour
l’avion solaire) entre Solar Impulse et un avion « ordinaire ».
Cela permettrait d’identifier que la principale différence
provient de la source d’énergie utilisé : du kérosène d’un
côté, le Soleil de l’autre. On peut aussi en profiter pour réactiver la différence entre énergie renouvelable et énergie
non renouvelable.
Les élèves peuvent ensuite échanger sur ce qu’ils pensent
quant au fonctionnement de l’avion à partir d’énergie lumineuse. Ils peuvent avoir des connaissances sur les panneaux photovoltaïques que l’on trouve sur les maisons, et
faire le rapprochement.
➡ Relances possibles : « Que faut-il à un avion pour voler ?
Quelles différences y a-t-il entre le Solar Impulse 2 et les autres
avions ? Que trouve-t-on sur toute la surface des ailes ? »
Après confrontation des représentations des élèves, on
peut arriver à l’idée que les panneaux photovoltaïques sur
les ailes de l’avion servent à produire de l’électricité qui
76
CHAPITRE 4
• L'énergie
alimente des moteurs électriques. Les élèves font le lien
avec les missions précédentes en citant les formes d’énergie que l’on trouve dans le fonctionnement de cet avion :
énergie lumineuse, énergie électrique, énergie mécanique.
On peut faire l’hypothèse que de l’énergie est transformée.
L’expression « conversion d’énergie » peut être apportée
par l’enseignant-e. On élargit enfin la question pour chercher quels autres moyens existent pour produire de l’énergie électrique.
Question scientifique Quelles conversions d’énergie
permettent d’obtenir de l’énergie électrique ?
➜ Aller à la mission 13.
JE DÉCOUVRE
une conversion d’énergie
Le système turbine/alternateur se trouve dans les trois
types de centrales électriques présentées ici : centrale
thermique, centrale hydroélectrique et centrale éolienne.
Un mouvement de rotation de l’alternateur est nécessaire
pour convertir de l’énergie mécanique en énergie électrique. Cette énergie mécanique est obtenue de façons
différentes selon la source utilisée : vapeur d’eau sous
pression (centrale thermique), chute d’eau (centrale hydroélectrique) ou vent (éolienne). Cette énergie mécanique
fait tourner la turbine, qui à son tour fait tourner l’alternateur, ce qui lui permet de convertir l’énergie mécanique
initiale en énergie électrique.
Réponses aux activités
1 Point commun : le système turbine/alternateur est
présent dans les trois centrales électriques. Différences : la
source d’énergie est différente dans les trois cas (le vent,
une chute d’eau, du charbon ou de l’uranium pour transformer de l’eau liquide en vapeur d’eau sous pression).
2 Centrale éolienne : énergie mécanique ➜ turbine
➜ énergie mécanique ➜ alternateur ➜ énergie
électrique
Centrale thermique : énergie thermique ➜
générateur de vapeur ➜ énergie mécanique ➜
turbine ➜ énergie mécanique ➜ alternateur ➜
énergie électrique
Centrale hydroélectrique : énergie mécanique ➜
turbine / alternateur
JE RÉALISE
➜ énergie électrique
une conversion d’énergie
Les documents 3 et 4 reviennent sur les conversions d’énergie vues dans la situation déclenchante et débouchent sur
la réalisation d’une maquette de bateau solaire. On retrouve
dans l’aéroglisseur la même chaine de conversion d’énergie que dans l’avion Solar Impulse (énergie lumineuse ➜
énergie électrique ➜ énergie mécanique).
Je manipule
L’objectif de cette manipulation est de parfaire la compréhension du concept de conversion d’énergie, en fabriquant
un objet qui nécessite deux conversions d’énergie pour
fonctionner.
Il peut être intéressant, avant de se lancer dans la réalisation de la maquette, d’essayer de faire fonctionner le
moteur électrique dans un circuit simple : tout d’abord
pile + deux fils électriques + moteur, puis en remplaçant
le moteur électrique par les panneaux photovoltaïques. Il
convient alors d’attirer l’attention des élèves sur la manière
de relier entre eux les deux panneaux (voir la fiche de manipulation). Cette étape préalable va également permettre,
si le moteur tourne dans le circuit simple ainsi réalisé, d’éliminer le matériel électrique comme cause possible du non
fonctionnement du bateau.
On constatera ensuite qu’il faut une luminosité suffisante
pour que le moteur se mette en marche (il pourra être nécessaire d’aller en extérieur, un jour sans nuage, pour que
le moteur démarre, ou d’approcher les panneaux photovoltaïques d’une source de lumière).
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Réaliser en équipe tout ou partie
d’un objet technique répondant à un besoin.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Connaitre la fonction de l’objet technique. ➜ Ici, se documenter
sur ce qu’est un aéroglisseur (un véhicule à propulsion aérienne
qui se déplace sur l’eau).
● Être capable de définir un cahier des charges. ➜ Ici, à partir
du doc 4 et de la fiche de manipulation. L’objet doit tenir dans
un rectangle de 15  20 cm, flotter, se déplacer. Le moteur
électrique qui entraine l’hélice doit fonctionner grâce à des
cellules photovoltaïques.
● Être capable de suivre une fiche de fabrication. ➜ Ici, être
capable de comprendre et faire les liens nécessaires entre les
textes, les schémas et les photos de la fiche de fabrication.
● Réaliser une maquette et la tester.
● Interpréter les résultats. ➜ Ici, être capable d’analyser les
éventuels problèmes de fonctionnement et de trouver des
solutions.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève a besoin d’aide pour comprendre la tâche. Il-elle
n’arrive pas à réaliser la maquette correspondante et / ou la
maquette ne répond pas au besoin et / ou ne respecte pas le
cahier des charges. ➜ Débutant.
● L’élève se lance seul-' dans la fabrication de la maquette, mais
le résultat ne répond pas totalement au cahier des charges. ➜
Apprenti.
● L’élève réalise seul-e toutes les étapes de fabrication. Ilelle est capable d’effectuer les tests, et a besoin d’aide pour
interpréter des résultats et proposer une autre solution
technique si la première ne répond pas au cahier des charges.
➜ Confirmé.
● L’élève réalise seul-e toutes les étapes de fabrication. Il-elle
est capable d’effectuer les tests, d’interpréter des résultats,
et de proposer une autre solution technique si la première ne
répond pas au cahier des charges. ➜ Expert.
●
Suivi d’acquisition des compétences
LA TRACE ÉCRITE
Énergie
mécanique
À noter : une des difficultés rencontrées lors de la fabrication va être de bien fixer le moteur électrique sur son
support. Différentes solutions techniques pourront être
testées : élastique, ruban adhésif, voire encoche dans la
cale en polystyrène.
Vapeur d’eau
sous pression
Chute d’eau
Vent
Soleil
Conversion
Conversion
Système turbine/
alternateur
Réponses aux activités
3 Énergie lumineuse ➜ panneaux photovoltaïques
➜ énergie électrique ➜ moteur électrique ➜ énergie
mécanique.
4 La maquette peut ne pas fonctionner à cause du manque
de luminosité : il faut alors rapprocher les panneaux d’une
source lumineuse jusqu’à ce que le moteur se mette en
marche. En extérieur, un jour sans nuage, il n’y a normalement pas de problème pour que deux panneaux photovoltaïques suffisent pour faire fonctionner le moteur.
Il peut aussi y avoir un mauvais contact dans le circuit électrique (problème limité avec l’utilisation de pinces crocos).
Énergie
lumineuse
Panneau
photovoltaïque
ÉNERGIE
ÉLECTRIQUE
JE FAIS LE BILAN
p. 62
Ressources complémentaires Bilan de la mission 13 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Conversion d’énergie, chaine d’énergie, turbine, alternateur, panneaux photovoltaïques.
CHAPITRE 4
• L'énergie
77
Mission 14 Énergie et réchauffement climatique
Objectifs :
✔Comprendre ce qu’est l’effet de serre.
✔Faire le lien entre l’activité humaine (donc la consommation
d’énergie) et le réchauffement climatique.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 15 – 18 – 19 – 23.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 53
Sauve qui peut !
On dit actuellement qu’il y a un
réchauffement climatique. En connais-tu
les raisons ?
La situation déclenchante est destinée à faire
émerger et confronter les représentations des élèves dans
ce domaine. Deux axes peuvent être discutés : les signes
du réchauffement climatique (à partir de la couverture du
magazine Images doc), et ses causes. Des élèves peuvent
avoir entendu parler de l’effet de serre, sans exactement
comprendre le phénomène. Il n’est pas utile de l’expliquer
en détail à ce moment de la mission, ce sera étudié ensuite.
On peut en rester à ce stade à l’idée que le réchauffement
climatique est lié aux activités humaines.
➡ Relances possibles : « Connais-tu d’autres conséquences du réchauffement climatique que celle illustrée sur
la couverture ? As-tu déjà entendu parler de l’effet de serre ?
Qu’est-ce qui provoque l’augmentation de l’effet de serre ? »
Les élèves ont pu entendre parler de l’élévation du niveau
de la mer, des périodes de sècheresse importante due à
l’évaporation importante de l’eau liquide à la surface de la
Terre.
L’augmentation de l’effet de serre est due à la présence
de gaz en quantité importante dans l’atmosphère. Ces gaz
sont dus aux activités humaines
La fin des échanges peut être axée sur le titre de la mission,
en se posant des questions sur le lien entre énergie et réchauffement climatique.
Question scientifique Quel est le lien entre
la consommation d’énergie et le réchauffement
climatique actuel ? ➜ Aller à la mission 14.
78
CHAPITRE 4
• L'énergie
JE DÉCOUVRE
le rôle des gaz à effet
de serre
➡ Les docs 1 et 3 peuvent être mis en relation. En effet, le
doc. 1 est destiné à faire comprendre que l’effet de serre
est un phénomène naturel qui permet d’avoir sur Terre une
température compatible avec la vie sur Terre, et le document 3 montre que ce sont les activités humaines qui engendrent une augmentation de la quantité de gaz à effet
de serre (GES) déjà présents dans l’atmosphère, ce qui entraine un dérèglement du climat.
Les principaux GES naturellement présents dans l’atmosphère sont la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone
(CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O) et
l’ozone (O3).
Il est important de souligner que pour un être humain donné,
une augmentation de 1 °C de la température ambiante
est peu significative, mais une augmentation de 1 °C de la
température moyenne pour la planète crée de nombreuses
conséquences : élévation du niveau des mers par dilatation,
modification des écosystèmes marins, fonte des glaciers et
de la banquise, modification des courants océaniques (le
Gulfstream par exemple, ce qui modifie les climats), modification des réserves en eau potable disponibles.
Réponses aux activités
1 Si l’atmosphère ne contenait aucun GES pour retenir de la chaleur à la surface de la Terre, la température
moyenne serait de -18 °C. La présence naturelle de GES
dans l’atmosphère permet de maintenir une température
moyenne acceptable pour l'être humain (environ 15 °C), en
empêchant une partie de l’énergie thermique émise par la
Terre de repartir dans l’espace.
2 Le réchauffement climatique actuel se manifeste à travers de nombreux symptômes : augmentation de la température moyenne, fonte des glaciers, fonte de la banquise,
élévation du niveau de la mer.
3 Certaines activités humaines, comme la circulation automobile, l’élevage bovin intensif, les usines et les rizières,
émettent des GES (essentiellement du dioxyde de carbone
et du méthane), ce qui augmente la quantité de ces GES
déjà présents dans l’atmosphère. Plus il y a de GES dans
l’atmosphère et plus la chaleur est retenue sur Terre. Les
activités humaines sont donc responsables du réchauffement climatique actuel.
J'INTERPRÈTE
une expérience sur l’effet
de serre
Il s’agit d’une modélisation de l’effet de serre, qui permet
de montrer le rôle joué par le CO2, un des principaux gaz à
effet de serre présent dans l’atmosphère. Cette expérience
est assez difficile à mettre en œuvre, c’est pour cette raison que le choix de l’interpréter seulement a été fait dans
le manuel. Il s’agit d’une modélisation de ce qui se passe
à la surface de la Terre. Deux situations sont comparées :
la première, symbolisée par un point vert, représente une
atmosphère peu riche en CO2 ; la seconde, symbolisée par
le point orange, une atmosphère riche en CO2. La surface du
soda représente le sol de la Terre, l’air au-dessus de cette
surface représente l’atmosphère. On peut observer qu’au
bout d’un certain temps, la température de l’air au-dessus
de la bouteille contenant plus de CO2 est plus importante
(de quelques degrés), ce qui montre que le CO2 présent
dans l’air a provoqué une augmentation de sa température.
À noter : l’étape 1 a lieu la veille de la mesure de température pour que le soda de la bouteille avec le point vert ne
contienne plus de CO2. Dans l’étape 2 on attend 30 minutes
pour que le soda ait le temps de commencer à dégazer et
enrichisse en CO2 l’air situé au-dessus. Dans l’étape 3, on
place un film sur les bouteilles pour que la variation de la
température de l’air dans la bouteille ne soit pas trop influencée par l’air de la pièce. Les couleurs des courbes sur
le graphique correspondent aux couleurs des points sur les
bouteilles.
● Faire des liens entre les mesures effectuées. ➜ Ici, savoir lire
le graphique de la température en fonction du temps. Savoir
expliquer pourquoi il y a deux courbes.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne connait pas les unités et les outils de mesure
correspondants, il-elle a besoin d’aide pour repérer les
grandeurs à mesurer et pour interpréter les résultats des
mesures. ➜ Débutant.
● L’élève connait quelques unités de mesure et les outils
correspondants, il-elle a besoin d’aide pour repérer les
grandeurs à mesurer et pour interpréter les résultats des
mesures. ➜ Apprenti.
● L’élève connait les unités et les outils de mesure
correspondants, il-elle parvient seul-e à repérer les grandeurs
à mesurer et a besoin d’aide pour interpréter les résultats des
mesures. ➜ Confirmé.
● L’élève connait les unités et les outils de mesure
correspondants, et parvient seul-e à repérer les grandeurs à
mesurer et à interpréter les résultats des mesures. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
ACTIVITÉS HUMAINES
Voitures
Usines
Élevage bovin
Rizières
Émission de gaz
à effet de serre
Réponses aux activités
4 La Terre est représentée par le soda, et l’atmosphère est
l’air au-dessus du soda. Le CO2 présent dans le soda joue le
rôle des GES, tandis que la lampe représente le Soleil.
Augmentation de
la quantité de gaz
à effet de serre
5 L’air contenant plus de CO2 a atteint une température
plus élevée. C’est donc la présence du CO2 dans l’air qui
a entrainé cette augmentation de température, comme le
font les GES dans l’atmosphère.
RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE
Suivi d'acquisition des compétences
Suivi d’acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Faire le lien entre la
mesure réalisée, les unités et l’outil utilisé.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Repérer les grandeurs mesurées (ou à mesurer). ➜ Ici, se servir
du doc. 4 pour repérer que l’on a mesuré la température en
fonction du temps.
● Connaitre les outils adaptés aux mesures à effectuer. ➜ Ici,
un thermomètre pour la température et un chronomètre pour
le temps.
● Connaitre les unités de mesure des grandeurs en jeu dans
l’expérience réalisée. ➜ Ici, le degré Celsius pour la température,
la minute pour le temps.
JE FAIS LE BILAN
p. 62
Ressources complémentaires Bilan de la mission 14 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Effet de serre, gaz à effet de serre, réchauffement climatique.
CHAPITRE 4
• L'énergie
79
les sciences autrement
sciences & Invention
On se met au courant !
Cette partie est l’occasion de faire le lien avec l’histoire des
sciences. Ces activités peuvent permettre de montrer aux
élèves que les connaissances scientifiques se construisent
peu à peu, qu’elles sont souvent le fruit d’une activité collective et que surtout elles évoluent au fur et à mesure des
découvertes. Par exemple, il est possible de montrer que
la découverte de Volta n’aurait pas été possible sans les
travaux de Galvani ou encore que les scientifiques se sont
longtemps interrogés sur la nature de l’électricité...
p. 64-65
Dans la pile Volta, les pièces de 20 et 5 centimes sont dans
des métaux différents : dans la pile orange, on plante dans
les oranges deux tiges métalliques dans des métaux différents (cuivre et zinc). De même, dans la pile Volta, on imbibe
avec du jus de citron des disques de coton placés entre les
pièces. Dans la pile orange, les lames de cuivre et de zinc
sont plantées dans une orange, qui est un fruit acide tout
comme le citron.
sciences & Mythologie
Activités pour la classe
Le dieu Éole
Il est possible de proposer une situation problème aux
élèves du type : Volta a inventé la première pile électrique
grâce à des cuisses de grenouille ! Saurez-vous expliquer
pourquoi ?
Il est possible ensuite de faire travailler les élèves par
groupes et de leur proposer des documents pour répondre
à la question, par exemple sur le site suivant :
http://tv-sciences.e-monsite.com/pages/partie-ii/voltaet-la-creation-de-la-premiere-pile.html :
Cette rubrique peut être mise en lien avec les missions 11
(la forme d’énergie liée à l’utilisation du vent est l’énergie
mécanique), 12 (le vent est une source d’énergie) et 13 (les
éoliennes permettent de transformer l’énergie mécanique
du vent en énergie électrique).
On peut réinvestir plus particulièrement les connaissances
acquises dans la mission 12 (les conversions d’énergie) en
faisant comparer le fonctionnement d’un moulin à vent,
d’un voilier et d’une éolienne. Le moulin à vent transforme
l’énergie mécanique du vent en énergie mécanique pour
moudre le grain, le voilier transforme l’énergie mécanique
du vent en énergie mécanique pour se déplacer, l’éolienne
transforme l’énergie mécanique du vent en électricité à
l’aide d’une turbine et d’un alternateur.
●
Expérimentation en classe
Après cette introduction théorique, l’enseignant-e peut
ensuite proposer de reproduire en classe la pile de Volta. Le
matériel nécessaire et les étapes du protocole sont notés
dans le manuel.
●
En lien avec la mission 14 où les élèves ont eu l’occasion
de faire le lien entre les activités humaines et les grandes
quantités de gaz à effet de serre (GES) rejetées dans l’atmosphère, il est possible de demander aux élèves d’étudier
des pistes possibles de solution pour limiter ces dégagements de GES. En effet, l’enseignant-e peut citer l’exemple
de la voiture à pile comme étant une de ces solutions. On
peut alors interroger les élèves pour vérifier qu’ils ont fait
le lien entre le non-rejet de gaz et la limitation du réchauffement climatique. La discussion peut se poursuivre autour
d’autres pistes de solutions pour limiter la circulation par
exemple (utilisation des transports en commun...). Il est
ensuite possible de poursuivre les recherches autour des
différentes activités humaines présentées dans le doc 3 de
la mission 14.
●
L’enseignant-e peut proposer aux élèves une nouvelle
question : « Comment expliques-tu que le montage avec les
oranges puisse fonctionner comme une pile ? » Pour cela, il
faudra trouver les points communs entre la pile orange et
celle de Volta. Autrement dit, par quels éléments a-t-on
remplacé ceux présents dans la pile Volta ?
●
80
CHAPITRE 4
• L'énergie
Activités pour la classe
Étude de la langue
Un travail peut être mené sur les noms des vents que l’on
utilise aujourd’hui selon leur direction et la région où ils
soufflent. Le site de Météo France décrit les vents régionaux et indique sur une carte leur direction :
http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/phenomenes-meteo/les-vents-regionaux#.
On peut également rechercher comment se nomment les
dieux ou les esprits du vent dans d’autres civilisations (Éole
chez les grecs, Fujin au Japon, Kukulcan chez les maya,...).
Démarche d’investigation
Une démarche d’investigation peut-être menée avec les
élèves à partir de la question « d’où vient le vent », ou à partir des questions suivantes : qu’est-ce que le vent ? Comment se forme le vent ?
Voici quelques ressources possibles :
http://education.francetv.fr/matiere/actualite/ce1/vide
o/d-ou-vient-le-vent
http://www.futura-sciences.com/planete/questions-re
ponses/meteorologie-forme-vent-6214/
Dans le cadre de cette démarche d’investigation, on pourra
mettre en place le suivi ci-dessous.
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 11 – Mots-mêlés
Thermique / Lumineuse / Mécanique
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Proposer une ou
des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Être capable de reformuler la question posée. ➜ Ici, comment
se forme le vent ? ou comment est produit le vent ?
● Être capable de mobiliser ses connaissances scientifiques. ➜
Ici, savoir que le vent est de l’air en mouvement.
● Être capable de mobiliser ses connaissances quotidiennes. ➜
Ici, savoir que l’air chaud « monte ».
● Être capable de passer d’une simple prévision à une idée
argumentée qui pourra être mise à l’épreuve. ➜ Ici, simple
prévision : penser que le vent est dû à une différence de
température. Idée argumentée : de l’air chaud est plus léger que
de l’air froid, donc l’air chaud s’élève et cela crée le mouvement
(ex : des spirales en papier au-dessus d’un radiateur).
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne s’est pas approprié la question. ➜ Débutant.
● L’élève a compris la question mais n’a pas d’idée de réponse.
➜ Apprenti.
● L’élève apporte une réponse sans argumentation. ➜ Confirmé.
● L’élève est capable de donner des arguments et de prévoir le
test possible sans aide. ➜ Expert.
Mission 12 – Cherche l’intrus
1re série : plastique (ce n’est pas une source d’énergie).
2e série : jeter (les trois autres verbes sont en lien avec le
recyclage des déchets).
Mission 13 – Vrai ou faux ?
Une centrale électrique thermique utilise l’énergie produite par l’eau. VRAI, une centrale électrique thermique
utilise la force de l’eau pour faire tourner des turbines.
C’est par une rotation que l’on convertit l’énergie mécanique en énergie électrique. VRAI, l’électricité est produite
à partir d’un alternateur.
Les panneaux photovoltaïques fonctionnent grâce au vent.
FAUX, les panneaux photovoltaïques fonctionnent grâce à
l’énergie solaire.
Une conversion est une transformation. VRAI
Mission 14 – Phrase mystère
Les activités humaines provoquent l’augmentation des
gaz à effet de serre dans l’atmosphère, et ainsi contribuent au réchauffement climatique.
CHAPITRE 4
• L'énergie
81
CHAPITRE
5
Signal et information
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Identifier un signal et une information
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux,
radio...).
Introduire de façon simple la notion de signal et d’information
en utilisant des situations de la vie courante : feux de circulation,
voyant de charge d’un appareil, alarme sonore, téléphone...
Nature d’un signal, nature d’une information, dans une
application simple de la vie courante.
Élément minimum d’information (oui/non) et représentation par
0, 1.
Repères de progressivité
• En CM1 et CM2, l’observation de communications entre élèves, puis de systèmes techniques simples, permettra de
progressivement distinguer la notion de signal comme grandeur physique, transportant une certaine quantité d’informations,
dont on définira (cycle 4 et ensuite) la nature et la mesure.
• La notion de signal analogique est réservée au cycle 4. On se limitera aux signaux logiques transmettant une information qui
ne peut avoir que deux valeurs, niveau haut ou niveau bas.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 Quelques mots d’introduction
• Le signal est une grandeur physique, dotée d’une unité
et donc mesurable ; l’information est un message. Pour
qu’un signal soit porteur d’une information, il est nécessaire d’établir une convention. Par exemple, une tension
électrique en volt peut représenter la présence ou l’absence d’un objet. Le message « un objet est présent » est
associé à une valeur de tension spécifiée au préalable de
façon conventionnelle.
• Pour qu’il y ait communication, trois éléments sont indis-
pensables :
- un émetteur, qui délivre un signal porteur de l’information ;
- un récepteur qui reçoit le signal et décode l’information
que ce signal contient ;
- une transmission du signal.
que l’on associe à sa valeur un message. La grandeur physique peut être l’amplitude ou la fréquence d’une onde
électromagnétique (lumière visible, infrarouge, radio,
etc.) ou d’une onde acoustique, une différence de potentiel (tension électrique), une intensité d’un courant, une
concentration, etc. Dans le monde du vivant, par exemple,
le taux de glucose dans le sang (glycémie) est un signal qui
envoie au cerveau une information associée à la faim. Dans
la vie courante, un signal sonore dans une cour d’école est
associé à l’information « récréation terminée », une sirène
d’alarme domestique adresse une information d’intrusion,
etc. Des récepteurs sensoriels et des capteurs transforment un signal chimique, lumineux ou sonore en un signal
électrique transmis au cerveau. Le cerveau est capable de
décoder l’information portée par ce signal électrique.
Dans la vie quotidienne, de très nombreuses informations
sont échangées.
2 La communication animale
Notion de communication animale
TRANSMISSION
ÉMETTEUR
• Toute grandeur physique peut devenir un signal dès lors
RÉCEPTEUR
• La communication animale repose sur la transmission
de signaux entre individu(s) émetteur(s) et un ou plusieurs
destinataires. Les signaux émis sont le plus souvent dé-
82
CHAPITRE 5
• Signal et information
terminés génétiquement, mais certains sont améliorés par
le biais de l’apprentissage (le chant des passereaux ou le
langage humain).
• Au-delà de la notion de message à transmettre, le si-
gnal dans la communication animale comporte un cout et
un risque. Il y a un cout physiologique car cela nécessite
de l’énergie pour produire des sécrétions, pour élaborer des
pigments colorés, pour animer une danse nuptiale ou pour
produire des chants... et un risque d’attirer des prédateurs,
des compétiteurs alimentaires ou des rivaux sexuels... Aussi
le signal doit-il être bénéfique pour l’individu. Il pourra
n’être émis que dans certaines conditions (le petit n’appelle
sa mère que s’il n’y a pas de danger d’être repéré, le brame du
cerf sert à attirer les biches et aussi à défier les autres mâles).
• Les signaux dans la communication animale sont de
nature morphologique (couleurs contrastées ou insignifiantes), durables ou permanents et caractérisant l’émetteur, l’espèce, le sexe, l’état de réceptivité sexuelle par
exemple ; ou comportementaux (postures, mouvements
ritualisés, parades sexuelles, danses, conflits territoriaux
ritualisés, interactions sociales dans les groupes, postures
de soumission et de domination).
Notion de communication par phéromones
chez l’animal
• De toutes les formes de communication dans le règne
animal, c’est la communication chimique qui est la plus
ancienne et la plus développée actuellement. En particulier, la communication par phéromones a une importance considérable. Les phéromones sont des substances
chimiques comparables aux hormones, émises par la plupart des animaux et des végétaux, aussi bien dans l’air que
dans l’eau. Elles sont fabriquées par diverses glandes et
libérées dans le milieu extérieur contrairement aux hormones. Elles jouent de nombreux rôles considérables.
• Les phéromones de territoire : déposées dans l’environ-
nement, elles délimitent un territoire. Chez les canidés, ces
phéromones sont contenues dans les urines que les individus déposent sur des repères, ceux-ci servant en quelque
sorte de « bornes » pour marquer leur « territoire ».
• Les phéromones de trace : elles sont très courantes
chez les insectes sociaux. Chez les fourmis, ces substances
servent à marquer les pistes pour accéder à une source de
nourriture.
• Les phéromones d’alarme : ce sont des substances très
volatiles ou très solubles dans l’eau pour les poissons. Elles
sont libérées par un individu en cas de blessure ou d’attaque
par un prédateur, et déclenchent la fuite ou l’agression chez
les autres individus de la même espèce. Des phéromones
de ce type existent aussi dans le monde végétal : certains
végétaux, lorsqu’ils sont broutés ou blessés, émettent des
phéromones d’alarme. Leurs voisins de la même espèce réagissent alors en produisant des tanins qui les rendent moins
appétant pour l’herbivore, qui doit alors souvent changer de
lieu pour trouver une nourriture plus appétissante.
• Les phéromones sexuelles
indiquent la disponibilité
des femelles pour être fécondées : les papillons mâles détectent les femelles à des kilomètres à la ronde. On utilise
des phéromones de synthèse pour lutter contre les invasions
de parasites dans les cultures : elles miment l’odeur des femelles et attirent les mâles. Ceux-ci bien sûr ne trouvent pas
de femelles, se retrouvent en pleine confusion sexuelle et
peuvent être neutralisés ainsi. Ces parasites ne peuvent pas
se reproduire, l’invasion est alors stoppée.
• Les phéromones « sociales » permettent à la reine des
abeilles d’exercer le contrôle sur la ruche : elles induisent
et maintiennent les comportements d’ouvrières chez tous
les individus.
• Les phéromones d’agrégation, produites par l’un ou
l’autre sexe, attirent les autres individus, par exemple sur
une source de nourriture abondante.
Notion de communication par phéromones
chez l’être humain
C’est un concept de communication qui échappe complètement à l’être humain par ses modalités. En effet, l’activité phéromonale chez l’humain semble être vestigiale
et de faible importance. L’organe voméronasal, localisé au
niveau de l’organe olfactif chez tous les vertébrés, n’est
plus fonctionnel chez les hominidés. De nombreux biais
scientifiques et socio-psychologiques rendent complexe
l’étude des effets psychologiques des odeurs, parfums
ou phéromones sur les émotions et le comportement
des humains. Il est souvent très difficile de distinguer les
représentations olfactives acquises des véritables effets
phéromonaux innés. Parmi les effets imputés à l’action de
phéromones chez l’être humain, on peut citer le comportement maternel : des phéromones sont secrétées au niveau du mamelon du sein maternel. Elles provoquent chez
le bébé des réactions autonomes innées (accélération de
la respiration et du rythme cardiaque) et comportementales (mouvement des lèvres et protrusion de la langue).
Ces réactions facilitent d’autres processus innés (réflexe de
succion, attachement) liés à l’allaitement et à la relation
mère-enfant, favorisant ainsi la survie de l’individu et de
l’espèce. Souvent invoqué, le rôle de phéromones dans le
comportement sexuel de l’être humain n’a pas vraiment
été montré par les résultats scientifiques.
3 Mode de transmission
d’un signal
Transmission d’informations par signal sonore
• L’onde sonore est une onde dont la propagation né-
cessite un milieu matériel. Le son résulte d’une vibration
CHAPITRE 5
• Signal et information
83
mécanique, provoquant une compression locale du milieu matériel, qui se propage sous forme d’ondes longitudinales. Après le passage de l’onde sonore, le milieu est
inchangé. Les sons produits par la voix humaine sont de
fréquences ordinairement comprises entre 50 et 1 000 Hz.
L’oreille humaine moyenne ne perçoit les sons que dans
une plage de fréquences situéeentre 20 Hz et 20 kHz.
• Les ondes électromagnétiques correspondent à une
• On classe la fréquence des ondes acoustiques à partir de
est visible à l’œil nu. Néanmoins, la plupart des ondes électromagnétiques restent invisibles (cf. doc. 1).
la sensibilité de l’oreille humaine. En dessous de 16 Hz, il
s’agit d’infrasons ; au-dessus de 20 kHz, il s’agit d’ultrasons. Le terme dB (décibel) et l’échelle dB sont utilisés pour
mesurer le niveau sonore.
• Tout être vivant doté d’une ouïe peut percevoir une partie du spectre sonore. De nombreuses espèces utilisent le
son pour la communication entre individus. La plage de fréquences audible varie selon les espèces.
• Certains animaux utilisent leur aptitude à couvrir une
large bande de fréquences à des fins diverses. Les éléphants utilisent les infrasons (en dessous de 16 Hz) pour
communiquer à plusieurs kilomètres de distance ; les dauphins communiquent grâce aux ultrasons (100 kHz) ; et les
chauve-souris et les dauphins émettent des ultrasons avec
leur système d’écholocalisation leur permettant de se déplacer et de chasser dans le noir total. Les baleines, grâce
à leur aptitude à capter les infrasons, pourraient éventuellement rendre service pour prévenir d’un tremblement de
terre, d’une éruption volcanique ou d’avalanches, en observant leurs réactions.
Le son est utile tant aux prédateurs qu’aux proies, pour
chasser ou s’échapper. Les fréquences concernées sont
souvent imperceptibles aux humains.
perturbation des champs électriques et magnétiques dans
un environnement. Pour faire simple, une onde électromagnétique peut se représenter comme un flux d’énergie capable de se propager, dans le vide ou dans l’air, à la vitesse
de la lumière.
• La lumière fait partie des ondes électromagnétiques. Elle
• Les appareils électroniques sans fil fonctionnent par ré-
ception et transmission d’ondes électromagnétiques de
longueurs d’onde différentes. Elles sont caractérisées par
leurs fréquences. La classification des ondes électromagnétiques se fait par ordre de fréquence croissante.
Transmission d’informations par câbles
conducteurs
• Un câble est généralement constitué de fils de cuivre
recouverts par une gaine isolante. Le principe du « courant porteur en ligne » (CPL) repose sur la superposition au
courant électrique alternatif de 50 Hz d’un signal à plus
haute fréquence et de faible énergie. Ce deuxième signal
se propage sur l’installation électrique et peut être reçu et
décodé par tout récepteur CPL de même catégorie branché
au même réseau électrique.
Transmission d’informations par fibre optique
• Une fibre optique est un support de transmission qui per-
Transmission d’informations par ondes
électromagnétiques
met d’acheminer des informations en envoyant des signaux
lumineux. Les signaux électriques en entrée sont convertis en
signaux lumineux qui circulent dans le cœur de la fibre en verre
ou en plastique. En sortie, les signaux lumineux sont à nouveau
convertis en signaux électriques pour être exploitables.
• Aujourd’hui, les ondes électromagnétiques sont par-
• Cette transmission d’informations par fibre optique est
tout : elles sont responsables de nombreux phénomènes
divers comme la lumière, les télécommunications, l’induction magnétique, la détection radar et certains types de radioactivités.
Téléphone
portable
Four
microondes
Radio
AM
nom
du rayonnement
Radio
FM
ondes
radio
très utilisée pour les transmissions à longue distance, notamment pour les informations présentes sur Internet. Ainsi,
des câbles pourvus de fibre optique sont enfouis sous les
océans, et ils permettent de transmettre une très grande
Radiographie
Ampoule
électrique
Radar Télécommande
micro
ondes
infra
rouge
Bronzage
ultra
violet
rayons X
mous durs
Éléments
radioactifs
rayons
Gamma
lumière visible
Doc 1. Classification des ondes électromagnétiques. Les ondes électromagnétiques se décomposent en huit catégories.
84
CHAPITRE 5
• Signal et information
fréquence
quantité d’informations à une vitesse très importante (près
de 200 000 km/s).
4 Nature d’un signal
Signal logique
• Pour un signal logique, l’information est portée par l’état
du signal, valeur basse ou valeur haute, que l’on traduit par
0 ou 1. On parle donc de signal binaire. Lorsqu’il y a un seul
signal n’ayant que deux états possibles, état haut ou état
bas, il est qualifié de « bit ».
Niveau logique
Niveau haut (1)
t (en s)
Niveau bas (0)
Doc 2. Représentation d’un signal binaire.
• Deux évènements peuvent être associés à ce signal lo-
gique :
- le front montant, passage du signal de l’état bas (0) à
l’état haut (1) ;
- le front descendant, passage du signal de l’état haut (1)
à l’état bas (0).
La détection du changement d’état est un événement souvent utilisé dans la commande des systèmes
• Exemple : un détecteur de mouvement fonctionne avec
un signal logique. Lorsque rien n’est détecté, le signal est
à l’état bas. Lorsqu’un mouvement est détecté, le signal
passe à l’état haut. Ce changement d’état est l’événement
qui va déclencher l’alarme.
5 Sens et récepteurs sensoriels
• Les récepteurs sensoriels permettent au corps d’un in-
dividu d’être informé sur l’état de son environnement. Ils
réagissent donc à ce que l’on nomme un stimulus (stimuli
au pluriel), c’est-à-dire les changements qui se produisent
dans l’environnement et qui sont perceptibles par un récepteur sensoriel.
• Le circuit sensitif parcouru par l’influx nerveux est tou-
jours le même, peu importe le stimulus qui sera à l’origine
de celui-ci.
Tout commence par le stimulus qui sera capté par un récepteur sensoriel. Une transformation se produit afin de
changer le stimulus en influx nerveux. Par la suite, l’influx parcourt un conducteur (un nerf sensitif par exemple)
jusqu’au cerveau, lieu où l’influx sera analysé.
• Les récepteurs sensoriels se retrouvent dispersés dans
tout le corps afin d’intercepter les messages de l’environnement (stimuli), qu’ils soient mécaniques, chimiques,
lumineux ou thermiques. On les retrouve principalement
dans les organes des sens.
Lumière
Organe
sensoriel
Œil
Récepteur
sensoriel
Rétine
Voie
nerveuse
Nerf
optique
Son
Oreille
Cochlée
Nerf
auditif
Pressions,
douleur
et tempé­
rature
Peau
Termi­
naisons
nerveuse
Odeur
Nez
Tache
olfactive
Nerf
sensitif,
moelle
épinière
et tronc
central
Nerf
olfactif
Saveur
Langue
Bourgeons Nerfs
gustatifs
crâniens
et tronc
cérébral
Stimulus
Signal numérique
• Un signal numérique est également un signal binaire,
avec une association de 0 et de 1. Contrairement à un signal logique, il varie de façon discontinue dans le temps.
Par exemple, la télévision numérique terrestre (TNT) repose sur des signaux numériques.
t (en s)
Signal numérique
Doc 3. Représentation d’un signal numérique.
•
Si l’on associe 8 états binaires, cela constitue un octet qui
permet de coder une information. Cette information numérique est exploitable au cours du temps par des moyens
informatiques pour le transport, le stockage et le traitement des données. Exemple d’octet : 10001010.
Cerveau
Aire
visuelle
du cerveau
Aire
auditive
du cerveau
Aire du
toucher
du cerveau
Aire
olfactive
du cerveau
Aire
gustative
du cerveau
Doc 4. Parcours de l’influx nerveux pour chacun des récepteurs
sensoriels.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées à la
compréhension des signaux
transmis par ondes, de la
fréquence et de la période
• Il est complexe pour un élève du cycle 3 de se représenter les ondes radios qui sont invisibles. En aucun cas il
CHAPITRE 5
• Signal et information
85
est nécessaire d’expliquer scientifiquement le fonctionnement des ondes radios et les mots qui la caractérisent : fréquence et période. Par contre, il est intéressant de repartir
d’une analogie : une vague est une onde.
Plus la vague se répète rapidement, plus elle est fréquente.
On dit alors que sa fréquence est grande.
certains mammifères marins, il s’agit d’une onde émise par
l’animal dans différentes directions. Celle-ci va se propager
dans l’air, rebondir sur un obstacle et revenir en direction de
l’émetteur. Ainsi, il peut définir la direction de sa proie ainsi
que sa distance.
2 Difficultés liées
à la compréhension du signal
binaire et de codage
• La notion de signal binaire et de codage ne peut avoir de
Doc 5. Ondes sinusoïdales de fréquences différentes. Celle du bas a la
plus haute fréquence et celle du haut la plus basse.
•
La période est l’écart de temps entre chaque oscillation.
Donc, plus la fréquence est grande, moins la période est
longue.
•
Le signal radio envoyé par la télécommande au drone
pour le diriger est donc porté par une vague invisible, dans
l’air, dont on peut modifier la fréquence et la période pour
communiquer une information. De la même manière, dans
le cas de l’écholocalisation chez les chauves-souris ou chez
sens pour l’élève que si elle est abordée à partir d’exemples
de situations de la vie quotidienne des élèves. Par exemple,
le feu d’un passage pour piétons est un signal binaire qui
transmet une information : « vert » = je peux traverser,
« rouge » = je m’arrête. Instinctivement, cette information
codée a une signification pour les élèves. Notre cerveau est
capable d’interpréter ces signaux très rapidement.
• De la même manière, des signaux binaires sont stockés
sur un DVD. Des millions de 0 et de 1 sont gravés et peuvent
donc transmettre des messages très importants. Il s’agit de
vidéos et de sons qui ont été codés. Dans ce cas-là, ce n’est
pas notre cerveau mais un lecteur DVD qui sera capable de
lire et décoder ces signaux et de les retranscrire en fichiers
vidéos et sons.
Bibliographie / Webographie
• S. Tanzallera, Perception et communication chez les animaux, De Boeck, 2005.
• A-S. Darmaillacq, F. Levy, Éthologie animale : une approche biologique du comportement, De
Boeck, 2015.
• J-L. Renck, V. Servais, L’Éthologie : histoire naturelle du comportement, Seuil, 2002.
• J-M. Pelt, Les Langages secrets de la nature : la communication chez les animaux et les plantes,
Le Livre de Poche, 1998.
•
Biologie du comportement animal : https://www.obs-vlfr.fr/~irisson/teaching/agreg/coursEcologie_comportementale.pdf
• Éthologie : http://edu.ge.ch/decandolle/sites/localhost.decandolle/files/ethologie12013.pdf
• Ressources sur le signal et l’information :
http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Signal_et_information/42/2/RA16_C3_ST_signa_
et_infol_N.D_581422.pdf
86
CHAPITRE 5
• Signal et information
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 15
Communication animale.
Définition de signaux et d'informations à partir
de l’observation de la communication animale.
Mission 16
Communication humaine au quotidien.
Analyse de signaux et d’informations à partir de situations
de la vie courante.
Mission 17
Communication entre les objets.
Aperçu général des missions
Signaux utilisés par les objets.
Codage de l’information.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Question
scientifique
Contenus
Compétences travaillées
Mission 15
Comment
les animaux
communiquentils entre eux ?
• Signaux et informations
chez les animaux.
• Sens utilisés.
• Signification des
signaux / information
transmise.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Identifier des sources d'informations fiables.
Mission 16
Comment les
êtres humains
communiquentils entre eux ?
• Signaux et informations
chez les êtres humains.
• Émetteur et récepteur
du signal.
• Informations
transmises.
• Chaine de transmission
d’une information.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 17
Comment
les objets
communiquentils entre eux ?
• Signaux lumineux,
ondes radio et signaux
électriques utilisés par
les objets.
• Codage binaire de
l’information.
• Codage numérique
en informatique.
• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en
utilisant un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
CHAPITRE 5
• Signal et information
87
Mission 15 La communication animale
p. 68-69
Objectifs :
✔Observer et interpréter différents modes de
communication chez les animaux.
✔ Identifier différentes formes de signaux (sonores,
lumineux, tactiles, odorants ou gustatifs).
✔ Identifier la nature du signal, l’information transmise.
✔ Identifier l’émetteur et le récepteur du signal.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 16 – 20 – 21 – 25 – 30.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploitation de la question 2, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 66
Bien caché ou bien vu ?
« Dans la nature, il arrive
que les animaux cherchent
à se dissimuler ou bien à être
vus. Sais-tu pourquoi ? » Comment les animaux font-ils
pour communiquer entre eux ?
On recueille les réponses des élèves. Dans un premier
temps, on attend des élèves qu’ils distinguent bien les
deux situations. Pour la chouette lapone, l’oiseau est peu
visible. La couleur de son plumage ressemble beaucoup à
la couleur de la surface de l’arbre sur lequel elle est posée.
Le résultat est que la chouette lapone est difficilement distinguable du fond. Elle passe donc inaperçue. Pour le paradisier mâle, c’est tout le contraire. Il offre un plumage très
coloré, avec des couleurs très vives et fortement contrastées entre elles (rouge, jaune, noire, bleue). Les élèves
doivent pouvoir dire que cet oiseau cherche plutôt à attirer
l’attention. L‘enseignant-e peut compléter le document en
indiquant que cet oiseau se perche plutôt en hauteur dans
des zones bien dégagées à la vue. C’est le contraire pour la
chouette lapone.
➡ Relance possible : Une fois cette description faite, l’enseignant-e doit amener les élèves à s’interroger sur la signification biologique de ces deux exemples. Il-elle peut
poser la question suivante : « Quelle pourrait être l’utilité
dans la nature de ne pas être vu ou au contraire d’être particulièrement reconnaissable ? »
Pour la chouette lapone, les élèves vont pouvoir dire qu’une
chouette se nourrit de petits rongeurs qu’elle chasse activement. Il est important qu’elle puisse les surprendre pour
faciliter leur capture. Pouvoir se dissimuler rend probable88
CHAPITRE 5
• Signal et information
ment plus efficace la chasse. Pour le paradisier, les élèves
vont pouvoir dire que l’oiseau est un mâle qui doit chercher
à attirer l’attention des paradisiers femelles pour pouvoir
se reproduire.
En conclusion, l’enseignant-e montrera que la communication chez les animaux est utilisée entre les individus de la
même espèce (du mâle vers la femelle par exemple) mais
aussi entre des individus d’espèces différentes (entre chasseur et proie). La question scientifique est posée.
Question scientifique Comment les animaux
communiquent-ils entre eux ? ➜ Aller à la mission 15.
J’OBSERVE
des modes de communication
chez les animaux
➡ Le document 1 montre une fauvette apportant de la
nourriture à ses oisillons dans le nid. Les élèves doivent saisir l’information que les oisillons ont faim et ils le montrent
en poussant des cris. La fauvette (mâle ou femelle) apporte
de la nourriture tant qu‘elle entend les cris des oisillons
et qu’elle voit le fond de leur gorge très coloré. Elle cesse
l’apport de nourriture lorsque les cris cessent et que les
becs sont fermés. Les oisillons utilisent des signaux sonores et visuels pour communiquer l’information qu’ils ont
faim. C’est une communication liée à un comportement
alimentaire.
➡ Le document 2 montre un paon mâle faisant sa cour devant une femelle : il déploie sa queue en éventail coloré,
qui montre de très nombreux « yeux colorés » ou ocelles.
Il exécute en même temps une danse et pousse des cris
pour capter l’attention de la femelle. Pour le mâle, il s’agit
d’attirer une femelle pour se reproduire. Il utilise des signaux sonores et visuels pour communiquer l’information
qu’il cherche à se reproduire. C’est une communication liée
à un comportement reproducteur.
➡ Le document 3 généralise la notion de signal utilisé par
les animaux et les organes des sens mobilisés pour émettre
et percevoir ces signaux. Ces différents signaux servent à
communiquer et cette communication peut être au service de comportements divers (alimentaire, reproducteur,
social...). Le schéma proposé conceptualise le concept de
communication qui s’appuie sur un émetteur, un récepteur,
un moyen de communication (le signal) et une information
échangée.
Réponses aux activités
1 Les oisillons et le paon mâle utilisent des signaux sonores (cris) et visuels (fond de la gorge ou queue colorée en
éventail) pour communiquer. Pour les oisillons, c’est l’information « avoir faim » qui est communiquée. Pour le paon
mâle, c’est l’information « se reproduire » qui est communiquée.
J’INTERPRÈTE
différents modes
de communication
➡ Le document 4 permet d’aborder la communication
« sociale » au sein d’un groupe d’individus de la même espèce. Il s’agit des loups dont le comportement social est
bien connu. Les loups utilisent divers signaux sonores, visuels ou olfactifs au sein de la meute pour communiquer
(hurlements pour avertir la meute d’un danger, montrer
les crocs et hérisser les poils pour asseoir sa domination ou
marquer l’espace par l’urine pour délimiter leur territoire).
➡ Le document 5 propose un exemple voisin avec le marquage du territoire chez le renard avec le dépôt de déjections sur les zones de circulation dans la végétation.
Ces deux exemples sont simples car probablement bien
connus des élèves.
➡ Le document 6 par contre aborde une notion plus complexe avec les phéromones. L’importance des phéromones dans le monde animal mais aussi végétal (relations
plantes-animaux) a justifié le choix de cet exemple. Une
première fourmi qui a trouvé une source de nourriture va
« recruter » d’autres fourmis qui vont se déplacer jusqu’à la
source de nourriture puis revenir au nid en libérant aussi des
phéromones. On voit que l’utilisation de cette communication chimique permet à une colonie d’individus d’adopter
le meilleur comportement alimentaire dans une situation
donnée.
Réponses aux activités
2
Signaux
Meute
de loups
Sonores (hurlements)
Renard
Sonores (cris)
Visuels (montrer les
crocs et hérisser le poil)
Olfactifs (dépôt de
crottes et odeurs)
Fourmis
Olfactifs (phéromones)
Information
Hiérarchie sociale au
sein de la meute : le
loup dominant contrôle
les femelles et les
autres loups soumis.
3 Pour les loups, le loup dominant est l’émetteur et les
autres loups de la meute sont des récepteurs. Pour le renard, l’émetteur est le renard qui veut délimiter son territoire, les récepteurs sont les autres renards. Pour les
fourmis, l’émetteur est la fourmi qui a trouvé la source de
nourriture, et les récepteurs sont les autres fourmis.
4 Les exemples ne manquent pas et pourront facilement
compléter le tableau (les papillons, les chauves-souris, les
baleines et dauphins...). Ce sera l’occasion de demander
aux élèves une recherche sur Internet. Cette recherche
peut entrer dans le suivi de la compétence « identifier des
sources d’information fiables ».
s
LA TRACE ÉCRITE
Pour vivre, les animaux ont besoin de communiquer entre
eux. Pour communiquer, les animaux échangent des informations à l’aide de signaux. Les signaux impliquent les
sens comme l’ouïe, l’odorat, la vue, le gout et le toucher.
Les informations concernent tous les aspects de la vie des
animaux : la reproduction, la nutrition et la vie en société.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques ●
Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Observer la diversité de la communication entre les
animaux. ➜ Ici, il s’agit d’observer différentes situations de
communication proposées.
• Comprendre la nature de la communication. ➜ Ici, comprendre
pour chaque exemple la nature du signal et la signification de
l’information échangée.
● Rédiger un texte lisible et compréhensible par tous. ➜
Ici, le texte est organisé et composé de phrases correctes
syntaxiquement.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève rédige un texte présentant les situations de
communication animale en restant descriptif seulement (texte
narratif par exemple). ➜ Apprenti.
● L’élève rédige un texte où l’on perçoit le souci de catégoriser
les différentes situations de communication (par exemple en
utilisant un texte structuré en paragraphes ou un tableau. ➜
Confirmé.
● L’élève rédige d’emblée un texte présentant la diversité
des signaux et les stratégies de communication (diversité des
informations portées par ces signaux) ainsi que la signification
biologique de cette communication. ➜ Expert.
Marquer le territoire
pour s’assurer de
ressources alimentaires.
Marquer les pistes pour
trouver et exploiter une
source de nourriture.
L’enseignant-e a la possibilité de différencier l’activité
selon le niveau des élèves, en laissant l’élève construire
seul-e le tableau ou en lui donnant un tableau à compléter.
JE FAIS LE BILAN
p. 74
Ressources complémentaires Bilan de la mission 15 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Émetteur, récepteur, information, signal, cinq sens.
CHAPITRE 5
• Signal et information
89
Mission 16 La communication au quotidien
p. 70-71
Objectifs :
✔Observer et interpréter différents modes de communication
chez les êtres humains.
✔Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux,
tactiles, odorants ou gustatifs).
✔Identifier la nature du signal, l’information transmise.
✔Identifier l’émetteur et le récepteur du signal.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
3 – 16 – 17 – 20 – 21.
Ressources complémentaires Chaine de transmission
de l’information vide pour l’exploitation de la question 5,
tableau pour l’exploitation de la trace écrite, aide pour la
trace écrite.
mains ont mis en place pour transmettre des informations.
La question scientifique peut alors être posée.
Question scientifique Comment les êtres humains
communiquent-ils entre eux ?
➜ Aller à la mission 16.
J’IDENTIFIE
JE M'INTERROGE
p. 67
L'arbre aux feux tricolores
À ton avis, les signaux lumineux de ce feu permettent-ils
aux piétons de traverser et aux
automobilistes de circuler ?
Les élèves observent l’image de l’arbre aux feux tricolores.
Ils vont reconnaitre les feux tricolores de circulation mais
vont aussi se rendre compte qu’il ne s’agit pas d’un feu tricolore classique. Les feux rouge, orange et rouge sont tous
allumés, très nombreux et vont dans toutes les directions.
Ils ne sont donc pas prévus pour assurer la régulation du
trafic routier.
IN FO
+
Il s’agit d’une œuvre du sculpteur français Pierre Vivant situé
sur le rond-point de Canary wharf, à Londres, depuis 1998.
Elle a été installée à la place d’un platane qui n’a pas résisté
à la pollution. L’alternance des lumières ne symbolise pas
le rythme des saisons mais l’agitation de Canary wharf, le
quartier des affaires londonien.
➡ Relance possible : « Connais-tu d’autres signaux (autres
que lumineux) signifiant une interdiction ou une autorisation
de faire quelque chose ? »
L’élève peut évoquer le coup de sifflet de l’arbitre qui peut
signifier le début du match (autorisation de jouer) ou bien
un arrêt suite à une faute de jeu (interdiction de jouer), mais
de nombreux autres exemples sont possibles. Le but est
d’orienter la conversation sur les moyens que les êtres hu90
CHAPITRE 5
• Signal et information
des signaux captés par nos sens
➡ Les documents 1 à 3 présentent des situations de la vie
quotidienne où les sens sont stimulés par des signaux.
➡ Le document 4 est un tableau qui présente de façon
synthétique le lien entre les 5 sens, les organes récepteurs
et les stimuli. Il sert à fournir le vocabulaire dont les élèves
auront besoin pour décrire les situations présentes dans les
trois premiers documents.
Réponses aux activités
1 Doc. 1 Le sens utilisé est l’odorat, l’organe récepteur
est le nez. Le stimulus est une odeur. Doc. 2 Le sens utilisé
est le toucher, l’organe récepteur est la peau, et ici plus
précisément la main de l’enfant. Enfin, le stimulus est la
température, et la douleur d’une brulure qui en découle.
Doc. 3 Le sens utilisé est le gout, et l’organe récepteur est
la bouche. Le stimulus ici est la saveur, acide.
2 Doc. 1 Émetteur : la rose ou la fumée. Signal : odeur.
Information : sensation agréable pour la rose, sensation
désagréable voire danger potentiel pour la fumée. Récepteur : le nez. Doc. 2 Émetteur : le feu. Signal : brulure.
Information : danger, retirer la main. Récepteur : main.
Doc. 3 Émetteur : le citron. Signal : acidité. Information :
sensation désagréable. Récepteur : bouche.
JE COMPRENDS
la transmission
d’une information simple
➡ Dans le document 5, les émetteurs de signaux sont le
feu clignotant et l’avertisseur sonore. Il s’agit de signaux
lumineux et sonores. Les récepteurs de ces deux signaux
sont l’ouïe et la vue de l’automobiliste ou du passant attendant derrière la barrière. L’information transmise est
l’interdiction de traverser et le danger. Il pourrait être intéressant de demander aux élèves pourquoi il y a deux
signaux différents, lumineux et sonore, pour transmettre
une seule information.
e)
Par quel moyen ?
FEUX DE
CIRCULATION
➡ Le document 6 présente tous les maillons d’une chaine
de transmission de l’information. Une personne (l’émetteur) se charge d’émettre un signal sonore (bruit du pistolet) pour transmettre l’information du départ aux coureurs
(récepteurs).
➡ Dans le document 7, on voit différents signaux sonores
et lumineux qui sont des applications simples de la vie courante. Grâce au doc. 3 de la mission 15 et au doc. 6 de la mission 16, les élèves réaliseront les chaines de transmission de
l’information correspondant à ces différentes situations.
3 La vue et l’ouïe permettent de capter l’arrivée du train,
respectivement grâce au feu rouge clignotant et à l’avertisseur sonore.
4 a) Signal sonore. Information transmise : autorisation ou
interdiction de jouer.
b) Signal lumineux. Information transmise : appareil en état
de marche.
c) Signaux lumineux et sonores. Information transmise :
danger.
d) Signaux lumineux et sonores. Information transmise :
danger.
e) Signal lumineux. Information transmise : autorisation ou
interdiction de traverser une voie.
5
Par quel moyen ?
BRUIT
SIFFLET
Qui dit quoi ?
AUTORISATION
OU NON
DE TRAVERSER
Qui dit quoi ?
AUTORISATION
OU NON DE JOUER
OUÏE DES
JOUEURS
À qui ?
Que dit-on ?
VUE DES
PIÉTONS
À qui ?
Que dit-on ?
LA TRACE ÉCRITE
Voici un tableau récapitulant les différents types de signaux et les informations qu’ils peuvent transmettre :
Type de signaux
Réponses aux activités
a)
SIGNAL
LUMINEUX
Informations transmises
sonore
danger, autorisation/interdiction
lumineux
danger, autorisation/interdiction
gustatif
saveur agréable/désagréable/plaisir/
danger
olfactif
odeur agréable/désagréable/plaisir/
danger
tactile
danger
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Repérer et comprendre la
communication et la gestion de l’information (souscompétence : Identifier un signal et une information).
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier l’émetteur et le récepteur d’un signal. ➜ Ici,
reconnaitre les appareils qui permettent d’émettre des signaux
(feux de circulation, sonneries, sifflet de l’arbitre...) et être
capable d’identifier les organes de l’être humain capables de
capter ces signaux (la vue, l’ouïe, etc.).
● Identifier la nature d’un signal. ➜ Ici, dire s’il s’agit d’un signal
lumineux, sonore, olfactif, etc.
● Identifier la nature de l’information transmise. ➜ Ici, être
capable de dire si le signal indique un danger, une autorisation,
une interdiction, etc.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève parvient à identifier l’émetteur d’un signal. ➜
Débutant.
● L’élève parvient à identifier l’émetteur et le récepteur d’un
signal. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie l’émetteur, le récepteur et la nature d’un
signal. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à réaliser la chaine complète de la transmission
d’une information (émetteur, récepteur, nature du signal et
information transmise). ➜ Expert.
●
c)
Par quel moyen ?
FEUX ET
SIRÈNE
Qui dit quoi ?
BRUIT ET
LUMIÈRE
DANGER
OUÏE ET VUE
DES
AUTOMOBILISTES
À qui ?
Que dit-on ?
d)
Par quel moyen ?
FEUX ET
SIRÈNE
Qui dit quoi ?
BRUIT ET
LUMIÈRE
DANGER
Que dit-on ?
JE FAIS LE BILAN
OUÏE ET VUE
DES
AUTOMOBILISTES
À qui ?
p. 74
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 16 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Émetteur, récepteur, information, signal, cinq sens, stimulus.
CHAPITRE 5
• Signal et information
91
Mission 17 L’information et son codage
p. 72-73
Objectifs :
✔Identifier différentes formes de signaux (lumineux, radio,
électriques).
✔Identifier la nature du signal, l’information transmise.
✔Comprendre le codage d’une information.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 17 – 25.
Ressources complémentaires Textes pour lecture différenciée, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 67
Tu en as assez de tirer ta valise ?
Comment cette valise peut-elle
suivre son propriétaire ?
À cette question, les élèves peuvent répondre : « son propriétaire a une télécommande », « elle reconnait son propriétaire », « elle a des yeux », « elle a des caméras pour
voir », « elle a des capteurs », « il a une application sur son
smartphone pour la commander ».
➡ Relance possible : « Cette valise est autonome et elle
est capable d’éviter des obstacles. Qu’est-ce que cela veut
dire ? »
Les élèves vont répondre : « elle a un moteur », « elle a des
piles », « elle a une batterie », « elle a des roues motorisées », « elle se recharge ».
Pour éviter les obstacles, « elle a des yeux », « elle a des
caméras », « elle a des capteurs ».
➡ « Cette valise est connectée. Comment cette valise peutelle communiquer avec d’autres objets pour capter des informations ? »
La question est complexe pour les élèves. Cependant, à
cette question, certains élèves vont répondre : « ils sont
branchés », « ils sont connectés en WiFi, en Bluetooth »,
« cette valise a une intelligence artificielle comme les robots ».
J’IDENTIFIE
les signaux utilisés
par les objets
➡ Grâce au document 1, les élèves découvrent qu’un signal lumineux infrarouge (donc invisible pour l’œil de l’être
humain), permet de communiquer des informations de la
télécommande à la télévision.
➡ Avec le document 2, les élèves se font une représentation des ondes radio (aussi appelées ondes électromagnétiques) à partir d’un objet technique qu’ils connaissent, au
moins de nom, un drone piloté avec une télécommande.
Les ondes radio ne sont pas visibles donc elles sont difficiles à se représenter pour un élève. Cependant, l’enseignant-e peut comparer l’onde radio (invisible) à l’onde
provenant d’un objet tombant dans l’eau (visible).
L’enseignant-e peut expliquer à ses élèves qu’il faut imaginer des éléments serrés qui poussent leurs voisins pour
avoir de la place et ainsi de suite. Les vagues sont des représentations des ondes, l’eau plus compressée se soulève (le
haut de la vague) avant de pousser l’eau à côté qui se soulève à son tour et laisse les premières redescendre (le creux
de la vague). Après le passage d’une onde, les éléments
reviennent à leur place. Dans le cas d’une vague dans l’eau,
contrairement à ce que l’on imagine, l’eau ne se déplace
pas, c’est l’onde qui se déplace.
➡ Le document 3 montre la transmission d’informations
d’un ordinateur vers une imprimante à partir d’un signal
électrique qui circule dans un câble. C’est donc par le courant électrique que circulent des informations. Les informations transmises sont codées. C’est un codage binaire,
composé uniquement de 0 et de 1. L’alternance de courants électriques faibles et de courants plus forts correspondent aux « 0 » et aux « 1 ».
Réponses aux activités
1 La principale caractéristique de la lumière infrarouge est
qu’elle est invisible pour l’être humain.
➡ « Connais-tu d’autres objets connectés ? »
À cette question, les élèves peuvent répondre : un smartphone, une tablette, le GPS, les montres connectées, etc.
2 L’antenne du drone capte le signal radio émis par la télécommande. Cette question peut permettre de servir d’introduction à la notion de fonction d’un objet technique ou
d’une partie d’un objet, qui sera détaillée en technologie.
Question technologique Comment les objets
communiquent-ils entre eux ?
➜ Aller à la mission 17.
3 Le signal électrique circule dans un câble électrique. Ici
aussi, la réponse peut permettre d’évoquer le fait que tous
les matériaux ne pourraient pas être utilisés dans le câble
92
CHAPITRE 5
• Signal et information
électrique, et qu’il faut absolument qu’il y ait un matériau
qui laisse passer ce signal électrique. La notion de matériau
conducteur est ainsi présente en filigrane.
JE COMPRENDS
le codage de l’information
➡ Cette page est destinée à faire comprendre l’intérêt de
coder une information, ceci à partir de deux exemples de
codages assez simples et comparables : le code morse international et le codage en informatique. Il s’agit de deux
codages binaires. Les signaux brefs et longs du code morse
correspondent aux « 0 » et aux « 1 » du codage informatique.
➡ Avec le document 4, les élèves comprennent le code
morse international : codage binaire sous la forme de deux
types d’impulsions, « brèves » ou « longues ». Les points
correspondent à des impulsions brèves. Les tirets représentent des signaux longs.
Le code morse a principalement été utilisé pour un usage
maritime, aéronautique et militaire.
Depuis les bateaux et avions, on pouvait envoyer des messages codés en morse en cas de détresse, par exemple. On
lançait alors un S.O.S.
➡ Avec le document 5, les élèves découvrent le codage
binaire informatique qui utilise uniquement des « 0 » et
des « 1 » pour coder des informations. Ils peuvent faire la
comparaison avec les signaux brefs et longs du code morse
qui utilise le même principe de codage binaire. L’informatique a permis de coder et de transmettre plus rapidement
des informations, des données. Avec un accès Internet à
« très haut débit », des millions de bits (« 0 » ou « 1 ») sont
transmis par seconde. Ce sont donc d’énormes quantités
de données qui peuvent être transmises très rapidement.
LA TRACE ÉCRITE
Les objets utilisent des signaux particuliers pour communiquer entre eux. Ces signaux peuvent être lumineux,
électriques ou bien des ondes radios.
Parfois, l’information doit être codée pour être transmise
de l’émetteur au récepteur. La plupart du temps, il s’agit
d’un codage binaire : « 0 » et « 1 » en informatique, impulsions « brèves » ou « longues » pour le code morse.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Repérer et comprendre la
communication de l’information.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier le type de signaux utilisés par les objets. ➜ Ici,
reconnaitre si les signaux sont de type infrarouge, ondes radio
(aussi appelées électromagnétiques) ou bien électriques.
● Connaitre la principale caractéristique de ces signaux ➜ Ici,
dire qu’ils sont tous invisibles
● Identifier l’élément de l’objet, du système qui permet
transmettre et de capter le signal. ➜ Ici, dire qu’il s’agit de
l’antenne du drone.
● Être capable d’identifier un codage binaire. ➜ Ici, voir que le
code morse, composé d’impulsions brèves ou longues, est un
signal binaire.
● Être capable de décoder un message écrit en code binaire.
➜ Ici, utiliser le document 4 pour traduire le message « S.O.S. »
écrit en morse.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève connait différents types de signaux. ➜ Apprenti.
● L’élève connait différents types de signaux. Il-elle reconnait
un codage binaire et est capable de décoder un message. ➜
Confirmé.
● L’élève est capable d’expliquer comment les objets
communiquent de l’information entre eux, quels signaux
sont employés, comment l’information est codée pour être
transmise puis décryptée. ➜ Expert.
●
Réponses possibles
4 Le message à décoder est « S.O.S ». Pour les élèves qui
éprouveraient des difficultés face à cette question, il faudrait demander dans un premier temps combien de lettres
il y a à trouver dans le message écrit en morse. Cette question permet de leur faire remarquer les espaces entre les
trois blocs de symboles, pour qu’ils puissent identifier les
trois lettres. Ensuite, si une fois cette étape faite les élèves
n’arrivent toujours pas à décoder le message, il est possible de leur demander de retrouver dans le document 4
les blocs de symbole qu’ils viennent d’identifier, et de regarder la lettre qui y est accolée.
JE FAIS LE BILAN
p. 74
Bilan de la mission 17 à
Ressources complémentaires
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Signal, onde, codage binaire.
5 Les deux valeurs sont « 0 » et « 1 ».
CHAPITRE 5
• Signal et information
93
les sciences autrement
sciences & Communication
L’écholocalisation, un radar naturel
Nous avons choisi de mettre en lumière l’écholocalisation.
L’écholocalisation, ou écholocation, consiste à envoyer
des sons et à écouter leur écho pour localiser, et dans une
moindre mesure identifier, les éléments d’un environnement. Elle est utilisée par certains animaux, notamment
des chauves-souris et des cétacés. Elle permet à ces animaux de localiser les éléments de leur environnement
(obstacles, parois de grottes ou autres cavités) et repérer
leur nourriture (exemple : fleurs ou feuilles de plantes réfléchissant l’écho des ultrasons de chauves-souris nectarivores) ou leurs proies. L’écholocalisation est utilisée dans
des milieux où la vue est inefficace à cause du manque de
lumière (nuit, grotte, profondeur marine).
Suivant les animaux, la plage de fréquence peut être extrêmement étendue : entre 250 000 et 220 000 hertz pour
les dauphins. Au sein d’un même groupe, chaque animal
utilise une gamme de sons qui lui est personnelle, ce qui lui
permet d’écouter ses propres émissions sans être perturbé
par celles de ses congénères.
Activités pour la classe
● On peut envisager, à partir du texte, de l’image des ultrasons produits par les chauve-souris pour capturer des
papillons et de recherches complémentaires sur Internet,
de faire réaliser un schéma ou un croquis montrant l’écholocalisation chez les dauphins.
Réponse attendue :
Sons émis par le dauphin
Dauphin
p. 76-77
à leur point de départ en produisant un écho. On peut donc
connaitre la direction de l’obstacle. De plus, en fonction du
temps mis, il est facile d’en déduire la distance séparant
l’émetteur de l’obstacle.
Certains objets utilisent-ils les ultrasons ? Oui, par exemple,
les navires militaires peuvent détecter des sous-marins
invisibles grâce aux ultrasons ; certains robots peuvent se
déplacer en évitant des obstacles grâce à des capteurs à
ultrasons.
sciences & Société
Les « six points magiques » du braille
Le braille est un système d’écriture tactile à points saillants, à l’usage des personnes aveugles ou fortement
malvoyantes. Le système porte le nom de son inventeur,
le Français Louis Braille (1809-1852) qui avait perdu la vue à
la suite d’un accident. Élève à l’Institution royale des jeunes
aveugles, il modifie et perfectionne le code Barbier. En 1829
parait le premier exposé de sa méthode
Activités pour la classe
Le mot en braille à décoder dans le manuel est « BONJOUR ». Pour continuer cette activité, on peut demander
aux élèves de décoder des mots, des phrases en braille, ou
au contraire de coder des mots ou phrases en braille.
UN MÉTIER de Technologie
Je suis... Technicien-ne de signalisation
Sa proie
Écho renvoyé par la proie
Certains animaux utilisent les ultrasons. On peut demander aux élèves d’effectuer des recherches sur les ultrasons
et de répondre aux questions suivantes.
Qu’est-ce qui les caractérisent ? Ils sont inaudibles pour
l’être humain
Quel est le principe de l’écholocalisation par les ultrasons ?
Les ultrasons se réfléchissent sur un obstacle et reviennent
●
94
CHAPITRE 5
• Signal et information
Nous avons choisi de mettre en lumière un métier peu
connu mais nécessaire. Ces techniciens garantissent la sécurité et la fiabilité du réseau ferroviaire. Les signaux électriques, lumineux et sonores permettent, entre autres, de
savoir si le conducteur du train peut emprunter une voie
ou bien pour un conducteur automobile de savoir s’il peut
traverser la voie ferrée au niveau de la barrière de passage
à niveau. Grâce à leur travail, des collisions ou des accidents
sont évités tous les jours.
Activités pour la classe
● L’enseignant-e peut demander à ses élèves, une fois cette
rubrique lue, de justifier l’utilisation de signaux lumineux
et sonores sur les voies ferrées au quotidien. Cette activité
permet de réinjecter les compétences d’identification d’un
signal et d’une information travaillées lors de la mission 16.
Cela permet ainsi de vérifier que cette compétence est bien
acquise (voir le suivi d'acquisition ci-contre).
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Repérer et comprendre la
communication et la gestion de l’information (souscompétence : Identifier un signal et une information).
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier l’émetteur d’un signal. ➜ Ici, ce sont les feux de
circulation et les avertisseurs sonores du réseau ferroviaire qui
émettent des signaux.
● Identifier la nature d’un signal. ➜ Ici, reconnaitre que les
signaux utilisés pour assurer la sécurité du réseau ferroviaire
sont électriques, lumineux et sonores.
● Identifier la nature de l’information transmise. ➜ Ici, être
capable de dire, par exemple, que les signaux des feux
de circulation du réseau ferroviaire peuvent indiquer une
autorisation ou une interdiction d’emprunter une voie ferrée au
conducteur du train.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à identifier l’émetteur d’un signal mais ne
connait ni sa nature ni l’information transmise. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie l’émetteur du signal et sa nature ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à identifier l’émetteur du signal, sa nature et
l’information transmise. ➜ Expert.
compétences requises. Les élèves peuvent aussi rechercher d’autres métiers en rapport avec la communication,
les signaux, le codage : technicien-ne télécommunication
et réseaux, ingénieur-e en électronique numérique, etc.
●
● On peut demander aux élèves de réaliser une fiche métier
plus détaillée faisant apparaitre le niveau d’études nécessaires, les diplômes possibles, le salaire envisageable et les
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 15 – Rébus
Information (un -fort –mât-scie-on)
Mission 16 – Cherche l’intrus
1re série : respiration (ce n’est pas un des cinq sens de l’être
humain).
2e série : mouvement (ne fait pas partie de la chaine de
transmission de l’information).
Mission 17 – Qui suis-je ?
➜ 1re définition : binaire.
➜ 2e définition : lumière infrarouge. Même si « ultrason »
correspond également à la définition, la marque du féminin
au mot « perçue » sous-entend que la réponse attendue
est du genre féminin.
CHAPITRE 5
• Signal et information
95
Le vivant, sa diversité et les
fonctions qui le caractérisent
Choix pédagogiques : découpage et progression
•
Au cours des trois années du cycle 2, les élèves ont
été « questionnés sur le monde du vivant ». Ils ont appris à identifier et différencier ce qui est animal, végétal,
minéral et/ou élaboré par les êtres vivants. Ils ont acquis
des connaissances sur le développement des animaux et
des végétaux à partir d’élevages et de cultures en classe.
Une première conception de la notion de cycle de vie des
êtres vivants a pu être mise en place. Cela leur a permis
d’aborder les régimes alimentaires de quelques animaux
familiers et les besoins vitaux des plantes vertes. Un premier niveau de généralisation amènera les élèves à la notion de diversité des êtres vivants et d’interdépendance
entre eux (par les chaines alimentaires) et avec leur milieu.
Enfin à l’issue du cycle 2, les élèves sont capables de comprendre et de mettre en pratique des comportements
favorables à leur santé et bien-être. Ils sont sensibilisés
à quelques règles d’hygiène de vie simple (alimentation,
activité physique, sommeil, propreté) et quelques règles
liées à l’environnement (gestion des déchets et importance du recyclage) qu’ils seront en capacité de mettre en
œuvre dans leur quotidien. L’ancrage de ces connaissances
acquises dans l’environnement local des élèves est largement privilégié.
• Au cycle 3, ces notions seront largement reprises tout en
visant une généralisation des concepts dans l’espace et le
temps, et dans l’élargissement des pratiques individuelles
à des pratiques collectives, permettant ainsi la construction d’une conscience citoyenne et responsable (« je suis
responsable pour moi-même et pour les autres »).
Nous avons fait le choix de garder une trame connue des
élèves tout en visant l’approche globale des phénomènes
étudiés.
• Nous avons ainsi distingué quatre ensembles de notions
découpés en cinq chapitres.
L’unité et la diversité des êtres vivants sont abordées
dans le chapitre 6. Cette unité est basée sur la découverte
de l’environnement proche des élèves avec une sortie sur
le terrain. Ceci rend les apprentissages plus réels et permet de passer ensuite à degré de conceptualisation plus
grand avec l’utilisation d’une clé d’identification, puis de
classement en groupes emboités. Ce sera l’occasion de
96
Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent
bien faire distinguer ce qui différencie une clé d’identification, de détermination (on cherche à trouver les
critères qui permettent de distinguer des espèces entre
elles) d’une classification (qui vise à regrouper des espèces en fonction de caractères qu’elles partagent, et ainsi
de faire apparaitre leur lien de parenté). Enfin, cette unité
traitera de l’évolution des espèces au cours du temps.
En classe de 6e sera davantage développée la mesure des
paramètres physicochimiques du milieu avec des appareils
de mesure. Ces données feront l’objet en classe d’une exploitation quantitative. De même, la notion de classification des espèces sera retravaillée au cycle 4.
La fonction de nutrition est abordée dans le chapitre 7,
traitant des besoins de l’être humain et de son alimentation pour les satisfaire. Conformément au nouveau programme de 2016, l’aspect mécanique de la digestion ne
sera pas vu au cycle 3. L’alimentation est abordée à travers
les besoins en aliments et en énergie.
Cette étude est complétée par le chapitre 8 traitant de
l’origine des aliments (naturelle - animale et végétale /
transformée).
Le chapitre 9 traite du développement des êtres vivants : il détaille le développement des animaux, des
végétaux, de l’être humain, et enfin la reproduction humaine avec le rôle respectif des deux sexes.
La matière organique est abordée dans le chapitre 10,
traitant à la fois de l’origine de la matière organique avec
les plantes vertes, de sa transformation tout au long des
chaines alimentaires et, enfin, de sa décomposition sous
forme de matière minérale.
La notion de cycle de la matière sera dégagée et mise
en place dans le cadre général du fonctionnement de
l’écosystème. Les applications pour l’être humain seront
soulignées à ce moment.
Ce chapitre est assez nouveau et conforme au programme
de 2016 ; il met en avant une approche éco-citoyenne qui
nous semble très importante aujourd’hui.
Ces notions sont abordées ici de manière concrète de
façon à ce que les élèves comprennent facilement les enjeux de ce chapitre.
Exploitation pédagogique du manuel
DOUBLE PAGE D’OUVERTURE
p. 78-79
Le monde du vivant
➡ La première puce de l’encart peut être abordée avant
le chapitre 6.
Exemples de réponses attendues en fonction des mots en gras
Animaux : sur les trois photographies, on voit le chevreuil, le
chat, le phoque. Les élèves peuvent citer d’autres animaux
(des insectes, des poissons, etc.) mais aussi l’être humain.
Végétaux : de la végétation n’est visible que sur le document avec le chevreuil : on voit un arbre, des buissons,
de l’herbe. Les élèves pourront aussi citer des fleurs, des
fruits, des légumes, etc.
Êtres vivants : l’ensemble des animaux et végétaux
présents sur cette double page.
➡ La deuxième puce peut être abordée avant le chapitre 9.
➡ Peut être abordée avant la mission 18
Questionnements possibles :
Qu’observez-vous ? (Des flamants roses, un groupe)
Où pouvez-vous les rencontrer ? (Près d’un lac, de la mer,
marécages...)
Comment faire pour aller à la rencontre de ces flamants
roses ? (Sortir de la classe, aller les observer dehors)
Connaissez-vous d’autres espèces qui vivent en groupe ?
(Fourmi, poisson...)
L’enseignant-e mettra en avant le fait qu’il existe une
grande diversité d’espèces et que, pour les rencontrer, il
faut sortir les observer sur le terrain.
•
•
•
•
➡ Peut être abordée avant la mission 19 ou avant
la mission 20
Une première approche de la notion d’espèce pourra être
amenée ici (une espèce est représentée habituellement par
une population d’individus qui se ressemblent et qui sont
par ailleurs très différents d’autres populations d’oiseaux).
Questionnements possibles :
Quel est le nom de cet oiseau ? (Le flamant rose)
Connaissez-vous des oiseaux qui lui ressemblent ? (Le
héron, la cigogne...)
Pouvez-vous citer les différences et les ressemblances entre
ces oiseaux ? (La couleur du plumage, la forme du bec...)
•
•
•
CE QUE JE SAIS DÉJÀ
p. 80-81
Les textes des encarts peuvent être lus. Puis l’enseignant-e
peut donner en amorce les mots en gras et demander aux
élèves de retrouver les documents correspondant à ces
énoncés et de fournir davantage d’explications en fonction
de leurs connaissances antérieures.
Exemples de réponses attendues en fonction des mots en gras
Naissent pas tous de la même manière, certains se transforment : certains naissent « identiques » à leurs parents
(phoques, chat, être humain). D’autres subissent des transformations, c’est le cas du têtard qui devient grenouille.
➡ La dernière puce et le schéma de la chaine alimentaire peuvent être lus avant le chapitre 10.
Exemples de réponses attendues en fonction des mots en gras
Chaine alimentaire : la fleur est mangée par la chenille, qui
est mangée par le merle, qui est mangé par l’aigle. On pourra
demander aux élèves de citer d’autres chaines alimentaires.
Le corps et la santé
➡ Peut être abordé avant le chapitre 7.
Exemples de réponses attendues en fonction des mots en gras
Mouvements du corps : ici, en rapport avec le gymnaste.
Les élèves pourront citer certaines parties du corps qui
permettent les mouvements : poignets, coude, épaules,
cou, genoux, chevilles….
Croissance : ici en rapport avec les photos de Justine. Certains
élèves diront que c’est grandir, se développer, changer...
Bonne santé : Difficile de donner une définition. Il est plus
simple de dire ce que ce n’est pas : pas malade, pas fatigué...
Alimentation équilibrée : ici en rapport avec le document
sous forme de camembert. L’enseignant-e demandera
aux élèves ce qu’est pour eux une alimentation équilibrée,
sans donner de réponse positive ou négative, ni porter de
jugement de valeur.
Activité physique : ici la gymnastique. L’enseignant-e pourra demander aux élèves les sports qu’ils pratiquent en dehors de l’école ou durant les temps périscolaires.
Dormir : Bien dormir à la maison, à heure fixe (pas trop tardivement) pour pouvoir bien travailler à l’école la journée.
Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent
97
CHAPITRE
6
La diversité des êtres vivants
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Classer les organismes, exploiter les liens de parenté
pour comprendre et expliquer l’évolution des organismes
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Unité, diversité des organismes vivants
Les élèves poursuivent la construction du concept du vivant déjà
abordé en cycle 2.
Reconnaitre une cellule.
La cellule, unité structurelle du vivant.
Utiliser différents critères pour classer les êtres vivants ; identifier
des liens de parenté entre des organismes.
Identifier les changements des peuplements de la Terre au cours
du temps.
Diversités actuelle et passée des espèces.
Évolution des espèces vivantes.
Ils appuient leurs recherches sur des préparations et des
explorations à l’échelle cellulaire, en utilisant le microscope.
Ils exploitent l’observation des êtres vivants de leur
environnement proche.
Ils font le lien entre l’aspect d’un animal et son milieu.
Ils appréhendent la notion de temps long (à l’échelle des temps
géologiques) et la distinguent de celle de l’histoire de l’être
humain récemment apparu sur Terre.
Ils découvrent quelques modes de classification permettant de
rendre compte des degrés de parenté entre les espèces et donc
de comprendre leur histoire évolutive.
Repères de progressivité
La mise en évidence des liens de parenté entre les êtres vivants peut être abordée dès le CM. La structure cellulaire doit en
revanche être réservée à la classe de sixième.
Commentaires
1. Les activités en lien avec le microscope relèvent de la dernière année du cycle 3 (6e).
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
• Ce métabolisme est sous le contrôle de l’information gé-
1 L’unité du vivant
L’unité et la diversité structurale des cellules
• Les êtres vivants sont constitués de cellules présentant
des formes et des fonctions différentes. Elles sont cependant organisées de manière comparable d’une espèce à
l’autre et d’un organe à l’autre. La cellule est la plus petite
unité structurale des êtres vivants : elle fonde l’unité du
vivant.
La cellule, unité fonctionnelle
•
Dans les cellules se déroulent de nombreuses transformations chimiques. Celles-ci constituent le métabolisme
de la cellule. Le métabolisme permet à une cellule de produire l’énergie nécessaire à ses activités et de synthétiser sa
propre matière organique.
98
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
nétique présente dans les chromosomes.
• La cellule représente la plus petite unité structurale capable de vivre de façon autonome. On distingue deux plans
d’organisation : le type eucaryote compartimenté et le type
procaryote non compartimenté.
• Chez les eucaryotes (les cellules végétales, animales, les
champignons, les algues), un volume intérieur est présent
(le cytoplasme), délimité par une membrane plasmique.
Ces cellules possèdent de nombreux compartiments intérieurs (organites) : un noyau qui contient les chromosomes,
des mitochondries, des chloroplastes, des vacuoles, etc.
• Chez les procaryotes (les bactéries), on ne trouve pas
d’organites spécialisés, ni de noyau délimité par une double
membrane.
L’origine des cellules eucaryotes
• Les cellules eucaryotes possèdent des organites appe-
lés mitochondries qui jouent un rôle dans la production
d’énergie utilisable par la cellule. Il existe une information
génétique dans les mitochondries sous forme d’ADN mitochondrial. On a pu démontrer que les mitochondries sont
d’anciennes bactéries. La cellule eucaryote serait issue de
cellule ancestrale dépourvue de mitochondries qui aurait
intégré dans son cytoplasme des bactéries. On peut démontrer un résultat similaire pour la cellule chlorophyllienne avec ses chloroplastes. Les chloroplastes seraient
aussi issus de bactéries photosynthétiques. C’est la théorie
endosymbiotique.
tés supposées, permet aux scientifiques du monde entier
de partager une dénomination commune. Par la suite, les
espèces sont classées dans une certaine hiérarchie au sein
de familles, puis des ordres, classes, phylum et règnes.
Règne Animalia
Embranchement Arthropoda
Classe Insecta
Ordre Hymenoptera
Famille Apidae
Genre Apis
2 La classification du vivant
• Classer le vivant est une préoccupation très ancienne
qui remonte à l’Antiquité et qui a pour but de s’y retrouver dans l’extrême diversité des espèces vivantes rencontrées. Ainsi Aristote (-384 av J.-C.) est le premier à décrire
et classer les animaux. Selon lui le monde animal compte
400 animaux se subdivisant en animaux pourvus ou non
de sang. Pline l’Ancien (en 70) classera les êtres vivants en
fonction de leur utilité pour l’être humain. Cette diversité
ne cesse d’ailleurs de grandir à la suite des explorations
et des découvertes scientifiques dans le monde. À partir
de la Renaissance, de nombreuses classifications ont vu
le jour. Elles cherchent toutes à expliquer cette diversité
du vivant et aussi son unité. Il s’agit de comprendre l’ordre
intrinsèque censé régir la Nature et de le montrer par une
classification naturelle et unique.
Une approche scientifique de la classification :
les classifications naturelles
•
La classification naturelle de Carl von Linné (17071778) est la plus connue et a été publiée en 1735 sous le
titre Systema naturae. Un certain nombre de ces concepts
restent encore utilisés aujourd’hui même si les principes
scientifiques à sa base sont eux complètement caducs. En
effet Linné est un naturaliste « fixiste », qui pense que les
espèces ont été créées par Dieu lors de la Genèse et n’ont
pas varié depuis. Sa classification reflète ainsi l’ordre divin
(vision anthropomorphique du monde) qui préside à toute
destinée. Ainsi trouve-t-on dans sa classification l’homme
tout au sommet ! Les diverses espèces étaient classées en
comparaison avec l’être humain, exemple de créature parfaite.
• Chaque entité vivante reconnue comme une espèce
propre est nommée par deux mots latins (principe de la
classification binomiale), d’abord le genre, puis l’espèce.
Ainsi, Papaver rhoeas et Homo sapiens sont les noms scientifiques respectifs du coquelicot et de l’être humain. Ce système, basé sur la comparaison de caractères anatomiques,
des critères de ressemblances morphologiques et d’affini-
Espèce melifera
Doc 1. Exemple de classification de Carl von Linné : l’abeille
domestique Apis melifera.
• D’autres classifications (Leibniz, Bonnet, De Jussieu, Cu-
vier) sont proposées par la suite. Elles ont aussi comme
particularité de refléter l’immuabilité de l’ordre naturel
créé par Dieu. Elles mettent l’être humain au sommet et
disposent les diverses espèces vivantes plus ou moins
proches de l’être humain selon le degré de caractéristiques
partagées avec celui-ci.
Les classifications évolutionnistes du siècle
des Lumières
• Dans l’esprit de Linné, les espèces sont créées par Dieu
et sont donc immuables une fois créées. C’est une conception fixiste du monde qui prévaut. Cependant, horticulteurs et éleveurs obtenaient à son époque des espèces
« transformées » par divers croisements. L’idée que les espèces peuvent se transformer se généralise et la classification linnéenne fixiste et anthropomorphique est remise en
cause par les naturalistes du siècle des Lumières. On passe
à une conception transformiste de l’espèce.
• Georges Buffon (1707-1788) est l’un des premiers à contes-
ter Linné. Avec son ouvrage Histoire naturelle, il soutient que
la Terre a subi au cours de son histoire des transformations qui
ont influé sur les paysages et les espèces vivantes. Il évoque
le premier une généalogie êtres humains/singes.
•
Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) formule l’une des
premières théories sur l’évolution. Pour lui, les espèces animales et végétales évoluent en fonction de leur environnement et les acquisitions induites par cet environnement sont
transmises à la génération suivante. Lamarck érige un principe qui le rendra célèbre : l’hérédité des caractères acquis.
• Pour étayer sa thèse, Lamarck cite l'exemple du cou des
girafes qui s'est allongé au cours des temps géologiques
pour atteindre les branches les plus hautes des arbres.
Selon lui, un organe peut donc se modifier pour répondre
à un besoin et cette transformation (graduelle et non perCHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
99
ceptible pour l'être humain) serait transmissible à la descendance.
Darwin et l’évolutionnisme
• Le mécanisme de ce transformisme reste inconnu jusqu’aux
observations et travaux de Charles Darwin (1809-1882), naturaliste britannique. Dans sa théorie de l’évolution des espèces exposée dans son livre L’Origine des espèces en 1859,
il propose une classification purement généalogique. Sa
théorie de l’évolution est basée sur le concept de sélection
naturelle. Celle-ci désigne le processus naturel qui dans un
milieu donné va favoriser certains individus d’une espèce en
leur conférant un avantage en termes de reproduction ou de
survie. Cela suppose que les individus sont différents les uns
des autres et que ces variations, héritables d’une génération à
la suivante, peuvent être liées d’une manière ou d’une autre à
un avantage reproducteur ou de survie pour les individus les
possédant. Darwin remet donc en cause la manière dont on
considérait les espèces (ressemblances et différences morphologiques) et propose de les classer en fonction des caractères pertinents dans la recherche de la parenté et donc reflétant l’évolution de celle-ci. Darwin propose alors le principe
d’une classification scientifique des êtres vivants. Il considère
qu’il n’y a pas d’ordre divin dans la nature mais une organisation qui s’appuie sur l’existence de caractères partagés entre
des espèces et hérités d’ancêtres communs.
• Pour étayer sa théorie de l'évolution des espèces, Darwin
envisage le mécanisme de la sélection naturelle: les individus les plus adaptés à leur milieu ont le plus de chances de
survivre. Ils ont davantage de chances de se reproduire et
donc de transmettre leurs caractères à leur descendance.
« Pouvons-nous douter (en nous rappelant qu’il nait plus
d’individus qu’il ne peut en survivre) que les individus qui
possèdent un quelconque avantage, même léger, par rapport aux autres, ont plus de chance de survire et de procréer ?
D’autre part, nous pouvons être sûrs que toute variation
quelque peu néfaste sera impitoyablement détruite. Cette
sauvegarde de variations favorables et le rejet des variations
néfastes, c’est ce que j’appelle la sélection naturelle. »
Doc 2. Extrait de L’Origine des espèces, Charles Darwin (1859).
Goura, Pigeon
Ailes plumeuses
Dans l'exemple des girafes, il existe au sein des populations de girafes des individus à long cou et d'autres à cou
plus court (variabilité génétique). En période de pénurie alimentaire, les girafes à long cou sont avantagées car elles
se nourrissent sur toute la hauteur des arbres. Cet accès à
une source alimentaire plus grande leur donne un avantage
reproductif et la possibilité de diffuser cette particularité.
Cette variabilité génétique est primordiale car elle seule
permet qu'une sélection naturelle puisse s'opérer.
La classification phylogénétique
• Il faut attendre 1950 pour qu’une classification scien-
tifique du vivant soit proposée. Willi Henning (1913-1976)
définit les méthodes de la classification phylogénétique
(ou cladistique) : les espèces sont regroupées en fonction
de ce que les organismes ont en commun et partagent, et
non pas en fonction de ce qu’ils n’ont pas.
Les groupes, ou clades, qui structurent cette classification
sont dits monophylétiques, c’est-à-dire composés d’un
ancêtre présentant un ou plusieurs caractères et de l’ensemble de ses descendants. La méthode est basée sur le
concept de descendants avec modifications. Si un caractère subit une modification (une innovation évolutive)
dans un groupe donné, alors tous les individus partageant
ce nouveau caractère (caractère dérivé) constituent un
nouveau groupe ou clade monophylétique.
Le mode de représentation adopté par les scientifiques
(l’arbre) traduit visuellement les liens de parenté (« Qui
est proche de qui ») entre les groupes, appelés désormais
taxons. La généalogie basée sur le « cousinage relatif » entre
les taxons et sur l’ascendance commune constitue ce que
l’on appelle une phylogénie.
• Le mode de représentation par groupes emboités utilisé
en primaire et au collège établit de la même façon les liens
de parenté de plus en plus étroits entre les espèces.
Classer le vivant aujourd’hui
• Une classification est le reflet avant tout de l’usage qu’en
font les scientifiques. En 1965, Émile Zuckerkandl et Linus
Pauling ont utilisé pour la première fois des caractères
Écailles
soudées
Phasme
Cétoine
Crocodile
Écailles soudées
4 membres
Tête
Orang-Outang
Cercopithèque
Poils, pouce opposable
6 pattes,
ailes membraneuses
4 membres
Tête
Poils, pouce
opposable
6 pattes,
ailes membraneuses
Innovation évolutive
Doc 3. Correspondance entre représentation par groupes emboités et par arbre phylogénétique.
100
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
Ailes
plumeuses
Goura
Pigeon
Crocodile
Orang-Outang
Cercopithèque
Phasme
Cétoine
moléculaires pour construire une phylogénie. À la fin des
années 1980, les nouvelles techniques de séquençage de
l’ADN, plus rapides et plus sûres, combinées au progrès de
l’informatique et à l’élaboration d’algorithmes plus performants, ont pris le relais et permettent d’affiner de mieux en
mieux les relations entre les espèces, et par conséquence
précisent les phylogénies qui en découlent. Il reste un
chantier énorme puisque 70 % des espèces vivantes n’ont
fait l’objet d’aucune étude, et pour les espèces fossiles les
restes sont trop rares pour arriver à un résultat fiable.
3 Biodiversité actuelle et passée
Qu’est-ce que la biodiversité ?
• On parle beaucoup de biodiversité actuellement, en
particulier parce que sa diminution actuelle est alarmante.
Cette diminution ne concerne pas seulement les contrées
lointaines affectées par la déforestation ou le réchauffement climatique, mais aussi plus près de nous comme
conséquence directe des grands projets d’aménagements
territoriaux ou des pratiques de culture intensive.
• La biodiversité se définit à trois niveaux qui sont emboités
les uns dans les autres. Le niveau le plus large est celui de
la biodiversité des écosystèmes. Il correspond à la diversité des milieux de vie, incluant les espèces qui les habitent
et toutes les relations qu’elles ont entre elles (qui mange
qui, qui parasite qui, etc.). C’est le niveau le plus évident à
constater autour de soi. La biodiversité des écosystèmes
inclut le niveau suivant : la biodiversité des espèces ou biodiversité spécifique. Elle est représentée par la quantité
phénoménale des espèces qui vivent (découvertes ou restant encore à découvrir) et qui ont vécu sur Terre. Au sein
de chaque espèce, on constate un dernier niveau de biodiversité, la biodiversité génétique, c’est-à-dire la diversité
des allèles d’un individu à l’autre.
Des variations de la biodiversité au cours
du temps
• La biodiversité s’est modifiée au cours des temps géo-
logiques : les espèces peuplant les différents écosystèmes
terrestres ont changé, certaines sont apparues et d’autres
ont disparu. On constate que les espèces actuelles ne représentent qu’une part infime de l’ensemble des espèces
ayant existé depuis l’apparition de la vie. La biodiversité actuelle ne représente qu’une étape de l’histoire du monde
et elle sera amenée aussi à se modifier.
• Les causes principales de modification de la biodiversité
au cours des temps géologiques découlent directement
des variations de l’environnement et en particulier des
changements du climat. Actuellement, la cause principale
de disparition des espèces est consécutive aux activités de
l’être humain. On quantifie cette disparition par un index, le
« Living Planet index » créé par le WWF. Cet index montre
que la biodiversité de la planète diminue à un rythme comparable à celui des grandes extinctions de masse du passé.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées à la notion
de classement : ranger-trier-classer
• Si les actions de « ranger », « trier » et « classer » re-
viennent à organiser des éléments selon certains critères,
elles ne le font pas de la même façon, et il faut apprendre
à reconnaitre ce qui se cache derrière ces trois verbes.
• Ranger est l’opération qui consiste à organiser des ob-
jets selon un ordre à l’aide d’un critère continu (ordre décroissant ou croissant, ordre numérique ou alphabétique,
etc.).
Exemple : on peut ranger du plus petit au plus grand un rat,
un cheval et un éléphant.
• Trier revient à sélectionner des objets selon un critère
binaire (« possède/ne possède pas », « oui/non »). Par
exemple : le rat a des poils, la tortue n’en a pas.
Le tri est un choix éliminatoire dont on se sert lorsqu’il s’agit
de reconnaitre une espèce. On l’utilise dans ce qu’on appelle une clé d’identification ou de détermination. Cette
méthode de classement est utilisée dans la mission 19.
• Classer, c’est établir des regroupements entre des objets
sur la base d’un critère donné dans le but de former des
ensembles. Classer une collection d’êtres vivants, c’est
mettre en évidence des attributs qu’ils ont en commun
pour créer des groupes emboités. Par exemple, le rat, le
dauphin et l’éléphant ont tous des mamelles.
• En conclusion, on voit que si le langage courant mélange
ces notions, les actions de ranger/trier/classer n’obéissent
pas à la même logique en biologie. Ranger et trier vont
s’appuyer sur un ensemble d’espèces pour établir des critères permettant de bien les séparer et donc de faciliter
l’identification. Classer vise à établir les ressemblances
entre différents êtres vivants pour en souligner la parenté
et donc l’origine ancestrale commune.
2 Difficultés liées aux idées reçues
« L’évolution mène toujours au progrès. »
Dans la nature actuelle, les êtres vivants les plus abondants
sont les bactéries. Elles occupent tous les milieux même
les plus inhospitaliers, et ce depuis des milliards d’années.
Pourtant, elles possèdent une organisation simple. Inversement, des espèces présentent des organes régressés
comme la queue chez les grands singes (gibbon, orang-outan, gorille, chimpanzé) et l’être humain. D’autres singes ont
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
101
au contraire développé une longue queue (ouistiti, etc.). Il
peut y avoir acquisition de complexités au cours de l’évolution mais pas d’évolution dans une certaine direction de
progrès. Évolution et progrès ne se recouvrent donc pas.
« L’évolution, c’est la loi du plus fort. »
Les conditions du milieu peuvent changer. Ce sont les individus les plus aptes à un moment donné ou les plus chanceux qui survivent, se reproduisent et transmettent leurs
caractéristiques à leur descendance. Ce phénomène compris et décrit par Darwin est nommé la sélection naturelle.
L’évolution, c’est finalement la loi du mieux adapté.
« La phylogénie interdit l’emploi de certains
mots. »
L’ancien groupe des poissons n’a plus de valeur scientifique
au sens de la classification scientifique. En effet, il regroupe
des espèces qui n’ont pas de points communs entre elles,
comme par exemple les « poissons à squelette cartilagineux » (requin, raie, etc.) et les « poissons à squelette osseux » (truite, gardon, carpe, poissons rouges, etc.). Ils ne
possèdent pas d’ancêtres communs exclusifs. Cependant
le terme de poissons conserve sa raison d’usage, chez le
poissonnier par exemple ! Il faut donc expliquer aux élèves
que certains mots sont utilisés dans un certain contexte
mais pas dans d’autres. La phylogénie n’interdit pas l’utilisation de termes tels que poissons ou reptiles dans un
certain nombre de contextes, mais elle n’emploie plus ces
termes dans la classification scientifique (voir classification
simplifiée des animaux dans le manuel élève).
« L’homme descend du singe. »
Cette phrase résulte d’une incompréhension des liens
de filiation tels que les présentent les scientifiques. On
confond généalogie et phylogénie. Dès le départ, l’affirmation « l’homme descend du singe » est mal formulée.
En fait, l’être humain est un singe puisqu’il fait partie du
groupe des Simiiformes. Il en porte tous les traits, parmi
lesquels la fermeture postérieure de l’orbite par une paroi
osseuse. L’être humain ne descend pas du singe au sens
de la généalogie mais il est le proche cousin des singes (au
sens de la phylogénie) : ils partagent des ancêtres communs exclusifs. Parmi tous les singes, c’est avec le chimpanzé que l’être humain partage le plus de caractéristiques
communes (voir doc. 4).
Groupe des grands singes
Capucins
Gibbons
Orangs-outans
Gorille
9 Ma
16 Ma
19 Ma
Être humain
Chimpanzé
8 Ma
Espèces
Ancêtre commun
Doc 4. Place de l’être humain au sein du groupe des grands singes.
Bibliographie / Webographie
• C. Darwin, L’Origine des espèces, 1859.
• P. Picq, Darwin et l’évolution expliqués à nos petits-enfants, Seuil, 2009.
• G. Lecointre, Comprendre et enseigner la classification du vivant, Belin, 2008.
• Modernité de l'évolution : hommage à Darwin : http://www.academie-sciences.fr/fr/La-Lettre-
de-l-Academie-des-sciences/modernite-de-l-evolution-hommage-a-darwin.html
• Les
mécanismes de l'évolution : http://www.fondation-lamap.org/fr/page/20248/29-notions-clefs-les-mecanismes-de-levolution
• Évolution de l'origine de la vie aux origines de l'homme : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosevol/accueil.html
• Darwin,
théorie de l'évolution : http://www.futura-sciences.com/sante/dossiers/biologiedarwin-theorie-evolution-322/
102
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 18
Mise en évidence de la biodiversité
dans l’environnement proche des élèves.
À la découverte de notre environnement proche.
Mise en évidence de la notion d’espèce vivante
et de la détermination des espèces entre elles.
L’identification des espèces vivantes.
Mission 19
Mise en évidence des liens
de parenté entre les êtres vivants
sur la base de caractères partagés.
Mise en évidence de la diversité
des espèces au cours du temps
et de leur changement.
Mission 20
Mission 21
Les liens de parenté entre
les espèces vivantes.
Aperçu général des missions
Mission 18
La biodiversité actuelle et des temps
passés.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Question
scientifique
Contenus
Compétences travaillées
Quels êtres
vivants
observe-t-on
autour de
l’école ?
• Biodiversité.
• Espèces animales/
• Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique
végétales.
• Spécificités de
différents milieux de vie.
simple.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Se situer dans l'environnement et maitriser les notions d'échelle.
Mission 19
Mission 20
Mission 21
Comment
identifier
les différentes
espèces
vivantes ?
• Clé d’identification.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
Comment
expliquer les
ressemblances
entre certaines
espèces
vivantes ?
• Classification.
• Lien de parenté.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
La biodiversité
a-t-elle
changé
au cours
du temps ?
• Évolution.
• Fossile.
• Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
tableau, graphique, texte).
simple.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte
historique, géographique, économique et culturel.
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
103
Mission 18 À la découverte
de notre environnement proche
p. 84-85
Objectifs :
✔Prendre conscience du monde animal et végétal dans
l’environnement proche.
✔Identifier quelques critères de milieux de vie des êtres vivants.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
11 – 12 – 20 – 21.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploi-
tation de la question 2, grille d'auto-évaluation pour la
sortie, aide pour la trace écrite.
Matériel pour la sortie : filets à papillons,
boites à insectes, loupes à mains, carnets de notes, crayons,
appareil photo, thermomètre, hygromètre.
Sortie
JE M'INTERROGE
p. 82
Aujourd’hui : sortie sur le terrain !
Autour de nous, il y a beaucoup
d’êtres vivants. Comment les observer ?
➡ L’enseignant-e invite les élèves à proposer des idées de
sorties autour de l’école afin d’observer des êtres vivants
comme sur la photographie. On attend des propositions :
près d’un ruisseau, d’un étang, d’un pré, dans un parc, ou
même dans la cour de l’école...
L’objectif est de mettre en avant le fait qu’il y a beaucoup
d’êtres vivants autour de l’école, et qu’il est très aisé de les
observer avec du matériel simple.
➡ Relance possible : (contextualiser) « Si vous étiez dans ce
pré, que pourriez-vous rencontrer de vivant ? »
Les élèves vont citer de très nombreux êtres vivants. L’enseignant-e peut amener la question de savoir si tous ces
êtres vivants pourraient se rencontrer en un même endroit.
Question scientifique Quels êtres vivants observet-on autour de l’école ? ➜ Aller à la mission 18.
Préparation de la sortie :
Toute sortie devra être précédée d’une séance de préparation à la sortie.
Il s’agira dans un premier temps de présenter la sortie sur
le terrain : le lieu, le moyen pour s’y rendre et les objectifs.
Ici, il s’agit d’observer toutes les manifestations du vivant
(présence des êtres vivants, de la trace de leurs activités)
et de noter les conditions de leur présence.
104
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
Dans un second temps l’enseignant-e rappellera :
- les règles de sécurité (liées au moyen de transport, aux
conditions du milieu, par exemple signaler la présence de
points d’eau)
- le matériel à disposition : carnet de notes, stylo, loupes,
filets à papillons, appareil photo...
- l’organisation du travail : mise en place de groupes et
répartition du matériel, consignes de recueil des informations.
Dans un dernier temps, l’enseignant-e expliquera comment seront exploitées les données recueillies à la suite
de la sortie :
- réalisation d’un répertoire d’animaux et végétaux rencontrés ;
- parallèle avec les êtres vivants de la mission 18.
Nous avons choisi de placer la sortie en fin de mission, afin
que les élèves sachent vraiment quoi observer sur le terrain. D’un point de vue méthodologique, le recueil de notes
sera plus fructueux puisque les élèves sauront à l’avance
comment présenter leurs observations. La tâche sera donc
allégée et les élèves pourront vraiment orienter leur travail
sur la recherche d’êtres vivants.
De plus, il sera intéressant, au retour en classe, de faire le
parallèle entre les êtres vivants rencontrés sur le terrain et
ceux présentés sur le manuel.
J'OBSERVE
la biodiversité autour d’un arbre
Le document 1 permet aux élèves d’identifier, à travers des
prises de notes d’élèves et de photos, quels animaux et
végétaux peuvent être rencontrés autour d’un arbre. Les
élèves dressent la liste des êtres vivants à partir de ce document qui servira ensuite pour toute la mission. Dans un
premier temps, une simple liste est demandée aux élèves.
Dans un second temps un tri des êtres vivants rencontrés
leur est demandé selon divers critères comme par exemple
animal/végétal.
L’enseignant-e relance la réflexion des élèves en pointant les pictogrammes présents sur les prises de notes.
Les élèves complètent alors les répartitions observées en
prenant en compte les facteurs du milieu. Il faut amener
les élèves à prendre conscience de la réalité de ce que représente un milieu de vie.
Commentaire. Cette notion de milieu de vie est assez intuitive :
c’est là où vivent les êtres vivants. Mais cette notion présente
aussi une certaine complexité scientifique. Chaque être vivant
dépend en effet d’une multitude d’interactions établies avec
d’autres êtres vivants ainsi qu’avec son environnement inanimé,
qu’il s’agisse du sol, du support, de l’eau, de la lumière, du climat,
etc. L’ensemble des êtres vivants d’un milieu donné constitue
ainsi avec lui un ensemble fonctionnel.
À l’échelle de la sortie, on se contentera de mettre en évidence des milieux de vie suffisamment différenciés par
leurs caractéristiques physicochimiques et leur peuplement vivant. C’est une première approche de la réalité des
écosystèmes qui sera complétée au collège puis au lycée.
la biodiversité au niveau
d’un mur
J'OBSERVE
Le document 2 permet aux élèves d’identifier, à travers des
prises de notes d’élèves et de photos, quels animaux et
végétaux peuvent être rencontrés au niveau d’un mur.
Les élèves rajoutent à la première liste les nouveaux êtres
vivants observés au niveau du mur et ils les classent dans
leur tableau suivant les deux critères : animaux/végétaux.
Les élèves complètent alors leur classement en tenant
compte du milieu de vie de chaque être vivant.
Réponses aux activités
1 Des punaises, des champignons, des mousses, des cloportes, un lézard, un oiseau, un escargot, des herbes, des
pissenlits, des marguerites, des petites bêtes blanches
sous les feuilles.
2 et 4 Les deux questions visent à construire un tableau
et à le compléter.
Animaux
bêtes blanches
punaises
cloportes
Arbre
Végétaux
lézard
oiseau
escargot
champignons
mousse
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Rendre compte des observations.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Faire l’inventaire des espèces présentées dans chaque milieu.
➜ Ici, toutes les espèces vivantes et végétales nommées.
● Faire l’inventaire des caractéristiques de chaque milieu. ➜ Ici,
un massif avec arbre dans une cour d’école et un vieux mur.
● Être capable de construire le tableau récapitulatif des
observations sur les espèces animales et végétales rencontrées
et observées. ➜ Ici construire le tableau à deux colonnes et
associer les espèces vivantes deux à deux.
● Être capable de comparer les deux milieux de vie et de
constater leurs similitudes.
● Être capable d’expliquer la différence entre les deux
biodiversités. ➜ Ici l’élève montre que les milieux de vie sont
différents et sont occupés par des espèces différentes.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou de manière incomplète à lister les
espèces et les caractères des deux milieux. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à lister correctement les espèces et les
caractères des deux milieux. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à montrer la différence entre les deux
biodiversités à partir du tableau et des caractéristiques des
deux milieux. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à lister les espèces présentes dans les milieux, à
lister les caractéristiques des deux milieux (facteurs des milieux),
à organiser ces observations sous la forme d’un tableau structuré
et à expliquer les différences entre ces deux milieux. ➜ Expert.
3 Les pictogrammes indiquent le milieu de vie de ces êtres
vivants
ensoleillé
chaleur
ombre
humidité
5 En s’appuyant sur les prises de notes lors de la sortie,
les élèves pourront mener le même travail que précédemment avec les êtres vivants qu’ils auront rencontrés.
herbes
pissenlits
LA TRACE ÉCRITE
marguerites
Animaux
Végétaux
bêtes blanches
champignons
punaises
mousse
cloportes
Mur
tableau à double entrée et donc un peu plus difficile, mais
plus intéressant à exploiter.
lézard
pissenlits
oiseau
marguerites
escargot
On pourra utiliser ce tableau pour faire de la différenciation pour les classes qui sont doubles, en distribuant des
tableaux avec les titres déjà remplis pour les CM1 par
exemple. Il y a aussi la possibilité de proposer aux CM2 un
Autour de l’école, beaucoup d’êtres vivants différents
peuvent être observés. L’ensemble de tous ces êtres vivants
constitue la biodiversité. La biodiversité est l’ensemble de
tous les animaux et les végétaux vivant en un endroit
donné (le milieu de vie). Les milieux de vie peuvent être
différents selon leurs caractéristiques (température, humidité et luminosité).
JE FAIS LE BILAN
p.92
Ressources complémentaires Bilan de la mission 18 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Biodiversité, espèce vivante, être vivant, milieu de vie.
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
105
Mission 19 L’identification des espèces vivantes
Travail
Objectifs :
en
p. 86-87
équipes
✔Identifier les êtres vivants selon leurs caractères.
✔ Utiliser une clé d’identification.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
18 – 24 – 25.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 82
Crapaud vs Grenouille
« Le crapaud et la grenouille font-ils
bon ménage ? » Comment distinguer les
êtres vivants entre eux ?
➡ Le document représente deux animaux souvent confondus. Les élèves
l’observent, le décrivent, l’enseignant-e laisse les élèves
parler sans guidage.
« On voit deux grenouilles, deux crapauds, un crapaud
et une grenouille... ». Certains élèves diront que « c’est la
même chose », d’autres diront que « le crapaud est le mâle
de la grenouille ».
➡ Relance possible : « Pourquoi la mascotte demande-telle s’ils font bon ménage ? »
Un échange peut alors s’engager sur ce que veut dire faire
bon ménage, d’où le problème de mâle et femelle évoqué précédemment. L’enseignant-e amènera les élèves à
la question scientifique de la distinction entre des espèces
différentes.
Question scientifique Comment identifier
les différentes espèces vivantes ? ➜ Aller à la mission 19.
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. À la rencontre des animaux
➡ Les élèves prennent connaissance du document 1. Ils
ont déjà rencontré certains de ces animaux sans pour autant connaitre leur nom (le cloporte par exemple). Ce document servira tout au long de la mission comme support
d’informations.
106
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
➡ Ils exploiteront ensuite le document 2. L’enseignant-e
donnera à ce moment la règle d’utilisation d’une clé
d’identification.
➡ Les règles d’utilisation d’une clé d’identification :
• une clé d’identification s’utilise de gauche à droite ;
• on procède par élimination : à chaque bifurcation, on choisit
entre deux critères (ici la présence d’une carapace, la présence
d’un certain nombre de paires de pattes par exemple) en répondant par « oui » ou par « non », ou bien « a » ou « n’a pas » ;
• à la dernière étape, l’être vivant sera identifié.
À titre d’exemple, pour l’animal a :
On examine la présence d’une carapace ➜ OUI ➜ les pattes
sont-elles articulées ? ➜ OUI ➜ on compte le nombre de
paires de pattes ➜ 5 paires visibles (les deux paires à l’avant
sont des antennes, très différentes) ➜ c’est le cloporte du
groupe des Crustacés.
ÉQUIPE 2. À la rencontre des végétaux
➡ Les élèves prennent connaissance du document 3. Ils ont
déjà pu observer certaines de ces feuilles d’arbres lors de la
sortie sans pour autant connaitre le nom de l’arbre. Ce document servira tout au long de la mission comme support
d’informations.
➡ Ils exploiteront ensuite le document 4, qui ne leur est
pas familier. L’enseignant-e donnera à ce moment la règle
d’utilisation d’une clé d’identification.
➡ Les règles d’utilisation d’une clé d’identification :
• une clé d’identification s’utilise de gauche à droite ;
• on procède par élimination : à chaque bifurcation, on choisit entre deux critères (ici la forme de la feuille et son aspect) en répondant par « oui » ou par « non », ou bien « a »
ou « n’a pas » ;
• à la dernière étape, l’être vivant sera identifié
À titre d’exemple, pour la feuille b :
On examine l’aspect de la feuille en feuille classique ou
sous forme d’aiguilles ➜ forme classique avec le limbe
large ➜ on regarde si la feuille est entière ou lobée ➜ la
feuille est entière ➜ on regarde si le bord est lisse ou denté
➜ le bord est denté ➜ on regarde si la feuille a une forme
de cœur ou en triangle ➜ elle a une forme de cœur ➜ c’est
le tilleul.
Mise en commun
➡ La mise en commun sera élaborée à l’oral, avec les élèves,
afin de s’assurer d’une part de la bonne compréhension
dans la lecture de la clé d’identification, et d’autre part afin
de s’entrainer pour la compétence « Rendre compte des
observations en utilisant un vocabulaire précis ».
➡ Lors de la mise en commun, les élèves présenteront
leur travail respectif sous la forme d’affiches. Sur chacune
des affiches, on veillera à ce que les élèves aient mis en
évidence, pour l’équipe 1 le nom des huit animaux et pour
l’équipe 2 le nom des sept végétaux.
De plus, on insistera sur l’exhaustivité des critères pour
chaque espèce. En effet, c’est par le cheminement à travers la clé d’identification que les élèves pourront arriver
au nom exact de l’espèce. Ainsi, à chaque nom d’espèce
correspondra les différents caractères qui lui sont propres.
➡ Au-delà des apparences différentes (animal ou végétal),
il faudra faire ressortir ce qui est commun dans le travail des
deux équipes, à savoir l’aspect méthodologique de l’utilisation d’une clé d’identification.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Utiliser différents modes de
représentation formalisés (clé d’identification).
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre la consigne. ➜ Ici, comprendre le fonctionnement
d’une clé d’identification.
● Mettre en relation des informations. ➜ Ici, faire le lien entre
les caractères observables des êtres vivants et les caractères
proposés dans la clé d’identification.
● Être capable d’identifier des espèces vivantes. ➜ Ici l’élève
identifie chaque animal ou végétal présent sur la double page.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève ne parvient pas ou de manière incomplète à identifier
les espèces. ➜ Débutant.
●
● L’élève parvient à identifier les espèces qu’il-elle connait
déjà, mais a des difficultés à identifier les autres sans aide de
l’enseignant-e. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à nommer les différentes espèces présentes
à partir des observations sur les documents photographiques et
sur la clé d’identification. ➜ Confirmé.
● L’élève sait parfaitement utiliser une clé d’identification et
sait positionner un être vivant par des relations de proximité
(caractères en communs ou pas) même si cette espèce n’est
pas présentée dans la clé d’identification. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Il existe dans la nature beaucoup d’espèces animales et
végétales. Elles peuvent être très différentes ou avoir des
points communs.
Pour définir à quelle espèce appartient un être vivant, on
utilise une clé d’identification.
Chaque espèce vivante, animale ou végétale, se distingue des autres espèces par des caractères distinctifs.
On pourra donc revenir à la situation déclenchante et répondre à la question de départ, à savoir que crapaud et grenouille ne font pas partie de la même espèce.
JE FAIS LE BILAN
p.92
Ressources complémentaires Bilan de la mission 19 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Caractère, clé d’identification.
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
107
Mission 20 Les liens de parenté
entre les espèces vivantes
p. 88-89
Objectifs :
✔Découvrir les liens de parenté entre espèces vivantes.
✔ Comprendre la classification scientifique.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 1 – 20 – 21 – 24 – 25.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploitation de la question 1, fiches d’identité animaux, réponses
aux questions 1 et 3, texte pour lecture différenciée, aide
pour la trace écrite.
Matériel Matériel par groupe d’élèves : boites de
différentes tailles, fiches d’identité animauxet étiquettes
vierges.
JE M'INTERROGE
p. 83
Dans le grand bleu ?
« Qui se ressemble le plus
entre tous ces êtres vivants ? »
Comment trouver des
ressemblances entre les êtres vivants ?
➡ Les élèves décrivent cette photo sous-marine en énumérant les êtres vivants présents. Puis ils répondent à la question posée par la mascotte. On peut s’attendre à ce que les
élèves disent que le dauphin et les poissons se ressemblent
le plus, alors que le plus proche parent du dauphin ici est le
plongeur situé en arrière-plan de la photographie.
➡ Relance possible : « Et que pensez-vous du plongeur ? De
quelle espèce semble-t-il être le plus proche ?
On peut s’attendre à ce que les élèves disent que le plongeur ressemble le plus au cormoran du fait de ses palmes,
ou bien qu’il ressemble le plus au dauphin. Certains élèves
auront déjà une notion de classification et en particulier en
ce qui concerne les mammifères. Il y a très peu de chance
que les élèves rapprochent le plongeur du poisson.
Lorsque les représentations des élèves sur cette question
ont été recueillies, on peut se servir d’éventuels désaccords ou contradictions pour poser l’enjeu de la mission.
Question scientifique Comment expliquer les
ressemblances entre certaines espèces vivantes ?
➜ Aller à la mission 20.
108
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
JE RECHERCHE
des ressemblances
entre des espèces animales
Le document 1 servira de support à toutes les activités de
la mission. Il s’agit de photographies d’animaux, a priori
connus de tous les élèves.
➡ Avec le document 2, les élèves aborderont la notion de
« caractères communs ». On est dans une activité de classement (repérer les caractères communs entre espèces).
En mettant ce document en relation avec le document 1,
les élèves pourront approcher l’idée de « caractères communs » (on utilise aussi le terme de caractère partagé entre
espèces), ou non, de chacune des espèces. De cette notion
de caractère commun, on passera à l’idée de caractère de
parenté, pour pouvoir ensuite établir une classification suivant les liens de parenté (document 3).
➡ Le document 3 insiste sur la possibilité d’ancêtre commun, comme pour le chien et le chat par exemple. En effet,
ces deux animaux ne font pas partie de la même espèce
puisqu’ils ne peuvent pas avoir de petits ensemble, et
pourtant ils partagent des caractères communs comme
le squelette interne, les poils, quatre membres, etc. Cela
indique que tous deux auraient un lien de parenté avec un
ancêtre commun, il y a fort longtemps.
Réponses aux activités
1 Le tableau est téléchargeable sur le site compagnon.
Commentaire. En biologie, le terme « bouche » désigne l’orifice
par où sont ingérés les aliments, et s’applique donc également
aux oiseaux.
2 La question 2 est à traiter en deux temps.
Pour répondre à la première question, l’élève doit faire une
lecture du tableau et trouver la ligne où toutes les cases
sont cochées. Le caractère commun à toutes les espèces
est : Yeux/Bouche.
Pour répondre à la deuxième question et comprendre le
concept « d’espèces parentes », l’élève doit lire et comprendre le document 3. L’écureuil et la musaraigne sont
les seuls à avoir des poils. Mésange et pie sont les seuls à
avoir des plumes et un bec.
J'EXPÉRIMENTE
pour classer les espèces
en groupes emboités
En suivant la démarche explicitée pas à pas dans cette page,
les élèves devront classer les vignettes animales dans les
bonnes boites afin de les regrouper selon leurs caractères
communs (étudiés dans le tableau du document 2).
Déroulé de l'expérience
1 Du plus petit groupe...
On individualise des boites avec un seul caractère :
- boite « 8 pattes articulées : la tégénaire
- boite « 6 pattes articulées » :
- boite « peau nue humide » : la grenouille
-boite « coquille enroulée » : l’escargot
Puis des boites à deux caractères :
- boite « poils/mamelles » : la musaraigne et l’écureuil
- boite « plumes/bec » : la pie et la mésange
2 .... à des groupes plus grands
On place alors ces boites à un ou deux caractères dans des
boites liées à un caractère (ou deux) communs aux boites
précédentes. Par exemple les boites « poils/mamelles »,
« plumes/bec » et « peau humide » peuvent être placées
dans la boite « squelette interne/membres » qui caractérise
les animaux possédant un squelette interne et 4 membres.
On fait la même chose pour les boites « coquille externe »,
« 3 paires de pattes » et « 4 paires de pattes » dans la boite
« squelette externe/pattes articulées » car tous ces animaux sont caractérisés par un squelette externe ou carapace et par des pattes qui sont articulées.
3 Pour une classification en groupes emboités
Toutes les boites précédentes peuvent se loger dans
une ultime boite qui les englobe toutes : la boite « yeux/
bouche ».
Réponses aux activités
3 La photo est téléchargeable sur le site compagnon.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Utiliser différents modes de
représentation formalisés (groupes emboités).
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre la consigne. ➜ Ici, comprendre le fonctionnement
d’un classement en groupes emboités.
● Mettre en relation des informations. ➜ Ici, faire le lien entre
les espèces observables et les caractères communs retenus
dans le tableau.
● Organiser des informations. ➜ Ici, utiliser le tableau des
caractères communs pour organiser le classement.
● Être capable de classer des espèces vivantes. ➜ Ici l’élève
classe chaque animal dans des boites en fonction des caractères
de parentés identifiés.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou de manière très incomplète à
classer les espèces (à construire le tableau) et à compléter les
boites. ➜ Débutant.
● L’élève parvient avec l’aide de l’enseignant-e à construire le
tableau, à compléter les boites et à construire le classement en
groupes emboités. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à classer seul-e les différentes espèces,
construire le tableau et à présenter ce classement sous forme
de groupes emboités. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à classer seul-e les différentes espèces
et explique son cheminement quelle que soit la collection
d’espèces à classer, pour peu qu’on lui donne les caractères
communs à prendre en compte. ➜ Expert.
4 Les groupes poils/mamelles et plumes/bec ou bien 6
pattes articulées/8 pattes articulées sont proches parents.
C’est avec le document 5, qui donne la méthodologie, que
l’on peut répondre à cette question
5 Cette question est à faire à l’oral car elle serait trop compliquée à rédiger pour l’élève. Le fait de répondre à cette
question à l’oral avec le reste de la classe aidera aussi
l’élève à mettre en mots ses idées pour la trace écrite. L’espèce humaine peut être placée dans le groupe des « poils /
mamelles ».
On pourra alors répondre à la question de l’introduction
(p. 83) sur les ressemblances entre les espèces. Le canard
a des plumes, et les poissons ont une peau nue humide,
donc les plus proches parents sur la photographie sont le
dauphin et l’homme.
LA TRACE ÉCRITE
Pour réaliser une classification scientifique, on utilise
des « caractères communs » entre différentes espèces
vivantes.
Les êtres vivants qui ont en commun un ou plusieurs caractères sont réunis dans un même groupe. On parle alors
de lien de parenté, c’est-à-dire que ces espèces vivantes
appartenant au même groupe partagent des caractères
de parenté et donc ont eu un ou des ancêtres communs.
JE FAIS LE BILAN
p.92
Ressources complémentaires Bilan de la mission 20 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Lien de parenté, caractère de parenté, caractère commun.
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
109
Mission 21 La biodiversité actuelle
et des temps passés
p. 90-91
Objectifs :
✔Connaitre quelques êtres vivants des temps passés.
✔ Comprendre l’évolution des êtres vivants au cours du temps.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 20 – 21 – 24 – 25.
Ressources complémentaires Fiches d’identité des
animaux, tableau pour l’exploitation de la question 2, aide
pour la trace écrite
JE M'INTERROGE
droite nous présente la faune du lac de Gede Pangrango
aujourd’hui.
➡ Des fiches d’identités des animaux présentés sur cette
double page peuvent être téléchargées sur le site compagnon, imprimées et proposées aux élèves afin de mieux
connaitre les caractéristiques de chaque animal, de pouvoir appréhender leur taille réelle, et surtout de pouvoir les
comparer.
p. 83
J'OBSERVE
Il est temps de détaler !
À ton avis, cette scène
pourrait-elle exister dans la
réalité ?
➡ Le document représente une scène du film Jurassic Park
qui met en scène un homme face à des vélociraptors, une
espèce de dinosaures qui a vécu au Crétacé, il y a environ
100 millions d’années. L’intérêt de la photographie est
d’amener les élèves à réfléchir au concept d’espèces disparues. Les élèves l’observent, la décrivent et imaginent
comment cette scène a pu être tournée. Les élèves parleront très certainement d’effets spéciaux ou d’images
de synthèses car ce sont des procédés maintenant bien
connus du grand public, en particulier des jeunes.
➡ Relance possible : « Existe-t-il d’autres espèces disparues aujourd’hui ? »
Un échange peut alors s’engager sur ce que savent déjà les
élèves sur l’extinction des dinosaures ou d’autres espèces
aujourd’hui disparues. Les élèves pourront parler du Tigre à
dents de sabre, souvent connu car présent dans un célèbre
dessin animé, ou bien du Dodo, parfois représenté dans différents manuels.
Question scientifique La biodiversité a-t-elle
changé au cours du temps ? ➜ Aller à la mission 21.
➡ Cette double page met en comparaison deux milieux de
vies très semblables, mais à deux périodes extrêmement
éloignées. La page de gauche nous replace au bord du lac
de Messel il y a 45 millions d’années tandis que la page de
110
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
la biodiversité passée
➡ Le site de Messel est une fosse modeste située derrière
un site industriel. Pourtant, c’est le site fossilifère le plus
riche au monde, qui a fourni des informations sur le début
de l’évolution des mammifères et donc de l’être humain luimême. Cette fosse constitue une image de la vie de l’Éocène
(–50 à –33 millions d’années). On y trouve de nombreuses
espèces : des primates, des chevaux, des marsupiaux, des
rongeurs, des chauves-souris, des oiseaux, des reptiles, des
poissons... En raison de sa richesse en fossiles, il a une grande
importance géologique et scientifique. Il est classé au patrimoine mondial depuis 1995 par l’Unesco.
➡ Le document 1, accompagné de ses fiches d’identités,
permet donc aux élèves de découvrir une partie de la biodiversité passée.
J'OBSERVE
la biodiversité aujourd’hui
➡ Le document 2 permet aux élèves de prendre connaissance d’une biodiversité peu connue. Avec le document 1,
ils pourront comparer deux milieux de vie semblables à
des périodes différentes. De même, les élèves s’aideront
des fiches d’identité des animaux pour comparer ces deux
environnements.
Réponses aux activités
1 Sur les illustrations des documents et dans les textes qui
les accompagnent, on peut trouver des indices indiquant
que ces deux sites sont situés en bord de lac : présence
d’eau, d’animaux marins, et végétation abondante.
2
Espèces disparues
Espèces actuelles
Darwinius
Le macaque à longue queue
Eurohippus
Le cheval de Batak
Asiatosuchus
Le crocodile des marais
Eomanis
Le pangolin
Diatryma
Le casoar à casque
Différenciation possible :
La réponse à la question 2 peut donner lieu à une différenciation à trois niveaux.
Au niveau 1, l’élève construit son tableau seul.
Au niveau 2, l’enseignant-e lui donne un tableau vide à
compléter.
Au niveau 3, l’élève reçoit un tableau où les en-têtes « Espèces disparues » et « Espèces actuelles » sont présents.
3 En lisant attentivement le tableau de la réponse 2, on
remarque qu’aucune espèce présente actuellement n’était
déjà présente à l’époque du lac de Messel. De plus, en observant les photographies de cette double page, on voit
bien qu’aucune espèce n’est présente deux fois.
4 Les espèces disparues (fossiles) et les espèces actuelles
sont différentes les unes des autres. Elles occupent pourtant des milieux de vie comparables. Elles ont aussi des
modes de vie comparables : par exemple l’eau est occupée par des espèces de type crocodiles mais qui sont différentes, de même la forêt est peuplée avec des espèces
comparables de primates. Cependant, aucune de ces espèces n’est commune aux deux milieux de vie.
Cette question sera abordée à l’oral, afin de confronter
les différents points de vue des élèves, et surtout de permettre un échange actif. En effet, certains pourront dire
que l’Asiatosuchus et le crocodile des marais font partie de
la même espèce. Un échange pourra alors s’engager pour
montrer que non, après lecture des fiches d’identité.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Faire l’inventaire des espèces présentées dans chaque milieu.
➜ Ici, toutes les espèces animales nommées et aussi les
végétaux (des espèces différentes par leur morphologie, même
si elles ne sont pas nommées).
● Faire l’inventaire des caractéristiques de chaque milieu. ➜ Ici,
un lac en bordure de forêt, en climat chaud et humide.
● Être capable de construire le tableau récapitulatif des
observations sur les espèces animales présentées. ➜ Ici
construire le tableau à deux colonnes et associer les espèces
animales deux à deux.
● Être capable de comparer les deux milieux de vie et
de constater leurs similitudes. ➜ Ici l’élève repère les
caractéristiques identiques des deux milieux.
● Être capable d’expliquer la différence entre les deux
biodiversités. ➜ Ici l’élève montre que les milieux de vie sont
semblables mais sont occupés par des espèces différentes.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou de manière incomplète à lister les
espèces et les caractères des deux milieux. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à lister correctement les espèces et les
caractères des deux milieux. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à montrer la différence entre les deux
biodiversités à partir du tableau et des caractéristiques des deux
milieux, par des mises en relation des observations. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à argumenter sur le changement de
biodiversité au cours du temps en sachant choisir des exemples
comparables et significatifs (partir de milieux comparables et
ensuite comparer les biodiversités). ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
L’étude des espèces disparues révèle que les espèces
n’ont pas toujours été les mêmes sur Terre, même dans
des milieux de vie comparables.
Au cours de l’histoire de la vie sur Terre, les espèces se sont
succédé : certaines ont disparu et d’autres se sont formées.
JE FAIS LE BILAN
p.92
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en
relation pour répondre à une question.
Ressources complémentaires Bilan de la mission 21 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Biodiversité, espèces disparues, fossiles.
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
111
les sciences autrement
sciences & Paléontologie
a Patagonie, un vrai Jurassic Park !
L
Nous avons choisi d’illustrer une partie de la mission 21 et
de montrer aux élèves qu’un fossile n’est pas forcément
un petit fragment osseux mais qu’il peut aussi être gigantesque comme celui sur la photo. Cette rubrique permet de
revenir sur les espèces aujourd’hui disparues, qui fascinent
souvent les élèves à cet âge.
On insistera aussi sur le métier de paléontologue et notamment sur la partie du travail en laboratoire, qui reste encore
méconnue des élèves.
Activités pour la classe
On peut envisager, en lien avec les arts plastiques, un atelier de moulage d’empreintes dans du plâtre.
Les notions d’empreintes internes et externes peuvent être
abordées. Un moule interne est une empreinte de l’intérieur d’un objet. Par exemple chez un gastéropode ou une
ammonite, un moule interne correspondra à l’intérieur de
la coquille. Au contraire, un moule externe donnera l’empreinte externe de cet objet.
Pour réaliser un moulage interne, il est possible de s’inspirer de ce lien pour réaliser des fossiles à partir de coquilles :
http://www.merdesable.fr/sites/default/files/116/atelier_
desert_c3.pdf
Ce lien permettra de réaliser un moulage externe :
http://www.petitsateliers.fr/sciences/fossile-1/
Dans le cadre de cette réalisation, on pourra mettre en
place le suivi de compétence ci-dessous.
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Organiser seul ou
en groupe un espace de réalisation expérimentale.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre le but de l’activité. ➜ Ici, observer l’objet final
réalisé : une empreinte interne ou externe.
● Prendre des notes pendant le visionnage de la vidéo. ➜ Ici,
noter les différentes étapes.
● Préparer le montage de l’activité. ➜ Ici, s’assurer que tout le
matériel nécessaire est à disposition.
● Réaliser l’expérience. ➜ Ici, suivre le protocole comme dans
la vidéo.
● Analyser les résultats obtenus. > Ici, comparer son résultat
avec celui de ses camarades et celui de la vidéo.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève comprend le but de l’activité mais ne parvient pas à
organiser son travail par rapport au protocole vu dans la vidéo.
➜ Débutant.
● L’élève parvient à organiser son matériel, mais fait des erreurs
dans le protocole. ➜ Apprenti.
112
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
p. 94-95
● L’élève organise son expérimentation seul-e et parvient
non sans quelques difficultés à réaliser l’empreinte voulue. ➜
Confirmé.
● L’élève organise son expérimentation seul-e, parvient à un
résultat correct et le compare avec celui obtenu dans la vidéo.
➜ Expert.
sciences & Histoire
Les pinsons de Darwin
C’est un des exemples les plus connus des travaux de
Darwin. En 1831, le navire HMS Beagle a navigué autour du
monde pendant cinq ans avec Charles Darwin à son bord. Le
navire a passé quelques mois aux iles Galápagos et Darwin
s’intéressa aux populations de pinsons vivant sur ces iles. Il
remarqua que les oiseaux avaient des becs différents selon
les iles considérées. Il existait ainsi 14 espèces différentes
de pinsons. Darwin se demanda comment ces pinsons pouvaient avoir des becs si différents. Après beaucoup d’observations, il en conclut que la forme du bec dépendait
du régime alimentaire de l’animal : 6 espèces de pinsons
étaient terrestres, 3 espèces arboricoles, 1 pinson « pic »,
1 pinson végétarien, 1 pinson de mangrove, et 2 pinsons
« fauvette » qui ressemblent plus à une fauvette qu’à un
pinson. Le pinson « pic » utilise les épines de cactus comme
outil pour extraire les larves dont il se nourrit des cactus. Il
fallait expliquer comment ces pinsons étaient devenus des
espèces différentes.
●
● Il développa l’hypothèse que les pinsons des iles Galápagos étaient venus d’Amérique du Sud et avaient colonisé
les différentes iles. Ils étaient en compétition permanente
les uns avec les autres pour la nourriture, l’espace et la reproduction. Dans la lutte pour survivre, les individus les plus
adaptés aux conditions du milieu survivent mieux et se reproduisent donc mieux. Ils peuvent alors transmettre leurs
caractères aux générations suivantes. Les individus les moins
aptes sont éliminés par la compétition et ne peuvent donc
pas transmettre les caractères. Dans l’ensemble des caractères présents dans une espèce, seuls les caractères avantageux seront donc conservés. Cela a abouti à la différenciation
de ces treize espèces de pinsons, chacune étant caractérisée
par une forme du bec la mieux adaptée aux conditions des
ressources alimentaires présentes sur ces iles.
Activités pour la classe
Expéditions scientifiques
Une activité consiste à faire rechercher sur Internet des informations sur les expéditions scientifiques récentes visant
à découvrir et inventorier la biodiversité de certains lieux
mal ou pas connus sur la planète.
Voici quelques ressources pour aider lors de cette activité.
Pour les expéditions anciennes :
http://edu.mnhn.fr/course /view.php?id=117&section=3
Pour les expéditions récentes ou en cours :
http://edu.mnhn.fr/course/view.php?id=117&section=4
De nombreuses activités pour les élèves y sont présentées.
pourront ainsi réaliser des fiches d’identités de leurs espèces préférées et les faire découvrir à leurs camarades en
rituels du matin par exemple ou dans des rituels de classe
du type « quoi de neuf ? ».
Il est possible de s’éloigner des bords du Mekong pour
découvrir d’autres espèces, comme la nouvelle espèce d’orang-outan découverte cette année à Sumatra :
l’orang-outan de Batang Toru (nord de l’île de Sumatra).
Aspect artistique
Une autre activité en lien avec les arts graphiques consiste à
faire dessiner l’un des pinsons de Darwin. Ce sera l’occasion
pour les élèves d’un travail d’observation sur les becs en
particulier, à l’origine des observations de Darwin lui même.
De nombreux supports sont disponibles sur Internet pour
permettre ces observations.
sciences & Histoire
De nouvelles espèces chaque année
Cette rubrique en lien avec les missions 18, 19 et 20 montre
une biodiversité nouvelle. Nous avons choisi de mettre l’accent sur les nouvelles espèces découvertes pour prendre le
contrepied du discours alarmiste sur les espèces en voie de
disparition et de montrer une biodiversité en perpétuelle
évolution.
À ces deux espèces peuvent s’en ajouter bien d’autres
puisqu’il est question de 18 000 espèces découvertes en
2015.
Il est aussi possible de projeter une vidéo possible pour initier une recherche sur internet :
http://www.maxisciences.com/ocean/une-video-exceptionnelle-des-especes-inconnues-decouvertes-aularge-de-porto-rico_art35003.html
Ou bien http://videos.leparisien.fr/video/amazonie-presde-400-nouvelles-especes-decouvertes-31-08-2017x5yzt8u#xtref=https%3A%2F%2Fwww.google.fr%2F
Activités pour la classe
Classification de nouvelles espèces
On pourra proposer aux élèves de classer un animal en
utilisant la classification générale des animaux en page de
garde. Cela sera une bonne occasion de faire utiliser cette
ressource du manuel.
Cela peut se faire à l’oral. L’élève repère au tableau les caractères au fur et à mesure et indique comment il utilise la
classification jusqu’à son terme en donnant le groupe auquel appartient l’animal choisi. La classification sera disponible en ressource numérique pour pouvoir être projetée,
mais aussi en poster affiché dans la classe.
Fiches d’identité
En suivant le lien internet suivant, http://www.futurasciences.com/planete/actualites/zoologie-biodiversite
-decouverte-163-nouvelles-especes-long-grand-mekong-43587/, les élèves auront accès aux nouvelles espèces découvertes cette année le long du Mekong. Ils
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 18 – Charade
Être vivant (hêtre-vie-vent).
Mission 19 – Qui suis-je ?
➜ La coccinelle
➜ Le lion
➜ Le dauphin
Mission 20 – Mot Caché
CARAPACE
PLUMES
NAGEOIRES
SQUELETTE
POILS
MAMELLES
MEMBRES
Réponse : CLASSER
CHAPITRE 6
• La diversité des êtres vivants
113
CHAPITRE
7
Alimentation et hygiène de vie
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain ; l’origine et les techniques mises en œuvre
pour transformer et conserver les aliments
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Les fonctions de nutrition
Les élèves appréhendent les fonctions de nutrition à partir
d’observations et perçoivent l’intégration des différentes
fonctions.
Établir une relation entre l’activité, l’âge, les conditions de
l’environnement et les besoins de l’organisme.
Apports alimentaires : qualité et quantité.
Origine des aliments consommés : un exemple d’élevage,
un exemple de culture.
Relier l’approvisionnement des organes aux fonctions de
nutrition.
Apports discontinus (repas) et besoins continus.
Mettre en évidence la place des microorganismes dans
la production et la conservation des aliments.
Mettre en relation les paramètres physicochimiques lors
de la conservation des aliments et la limitation de la prolifération
de microorganismes pathogènes.
Ils sont amenés à travailler à partir d’exemples d’élevages
et de cultures.
Ils réalisent des visites dans des lieux d’élevage ou de culture
mais aussi dans des entreprises de fabrication d’aliments
à destination humaine.
Ils réalisent des transformations alimentaires au laboratoire
(yaourts, pâte, levée).
Ce thème permet de compléter la découverte du vivant
par l’approche des microorganismes (petites expériences
pasteuriennes).
Ce thème contribue à l’éducation à la santé et s’inscrit dans
une perspective de développement durable.
Quelques techniques permettant d’éviter la prolifération
des microorganismes.
Hygiène alimentaire.
Repères de progressivité
Toutes les fonctions de nutrition ont vocation à être étudiées dès l’école élémentaire. Mais à ce niveau, on se contentera de
les caractériser et de montrer qu’elles s’intègrent et répondent aux besoins de l’organisme.
Le rôle des microorganismes relève de la classe de sixième.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
Se nourrir est essentiel à la vie ! On dit aussi que l’on est
ce que l’on mange, ce qui est vrai puisqu’une partie des
aliments que nous absorbons servent à l’élaboration et
au maintien des structures cellulaires. Cependant, la plus
grande partie de nos aliments devient une source d’énergie
métabolique. À l’issue de la digestion et de l’assimilation,
les aliments sont transformés en nutriments.
1 La nature des nutriments
Les nutriments sont des éléments constitutifs des aliments. Une fois ingérés, ils sont utilisés par l’organisme
pour couvrir ses besoins physiologiques, notamment son
114
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
développement et sa croissance. Ils proviennent de cinq
origines différentes.
Les glucides
• Appelés aussi sucres, les glucides constituent la source
principale d’énergie dans l’alimentation. À l’exception du
lactose (sucre du lait) et d’un peu de glycogène (sucres de
réserve présents dans la viande), les glucides ou sucres sont
d’origine végétale et sont les constituants majeurs des
denrées les plus consommées : fruits, légumes, céréales.
• Les glucides simples comme le glucose, le fructose et le
saccharose proviennent des fruits, de la betterave à sucre
ou de la canne à sucre, du miel, du lait. Les glucides complexes comme l’amidon (un sucre constitué de longues
molécules) se trouvent dans les céréales, les légumineuses
et les parties souterraines de certaines plantes (pomme de
terre). La cellulose, qui est également un glucide complexe, constitue les fibres alimentaires, non digestibles par
l’être humain, qui facilitent le transit intestinal.
Les lipides
• Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants.
Les sources des lipides sont très diversifiées : viandes, œufs,
produits laitiers, végétaux comme les fruits à coques ou les
huiles végétales. Ils peuvent se présenter sous forme solide comme les graisses ou liquide comme les huiles. Nous
consommons surtout des triglycérides, du cholestérol et
des phospholipides.
• À l’issue de la digestion, les lipides autres que le cho-
lestérol sont transformés en acides gras puis de nouveau
convertis en triglycérides pour circuler dans la lymphe et
être utilisés ou mis en réserves. Les lipides assurent aussi
des fonctions de stockage d’énergie (tissu adipeux).
Les protéines
• Les protéines sont constituées de longues chaines de
« briques élémentaires » appelées acides aminés. À l’issue
de la digestion, les protéines sont découpées en molécules
plus petites (les peptides) puis en acides aminés qui seront
ensuite utilisés dans le métabolisme. Grâce à des enzymes,
ces acides aminés seront réassemblés en de nouvelles
protéines spécifiques de l’organisme. Il existe une vingtaine d’acides aminés différents mais huit sont absolument
indispensables pour permettre la synthèse des protéines
constitutives de l’organisme. Dans notre alimentation,
seules les protéines de la plupart des viandes, des œufs et
des produits laitiers apportent les acides aminés essentiels
en bonne quantité. Les protéines des végétaux sont souvent incomplètes par manque de l’un des acides aminés essentiels, par exemple les protéines des céréales manquent
de lysine, celles des légumineuses ou des légumes verts
manquent de méthionine. Un régime strictement végétarien nécessite donc une certaine diversité d’aliments.
Les vitamines
• Les vitamines sont des composés organiques qui doivent
être présentes en quantité infime pour assurer la croissance et garder l’organisme en bonne santé. La plupart
des vitamines doivent être fournies par l’alimentation avec
les exceptions des vitamines D (par la peau), B et K (par les
bactéries du gros intestin).
• Les vitamines jouent essentiellement un rôle d’enzymes
en se fixant sur des enzymes pour catalyser des réactions
chimiques particulières. Sans elles, les glucides, lipides
et protéines seraient inutilisables. En dehors de ce rôle,
les vitamines peuvent également avoir des actions antioxydantes et hormonales.
IN FO
+
Une enzyme est une protéine catalysant une réaction
biochimique. Elle a pour mission d’accélérer (catalyser) des
millions de fois les réactions chimiques dans les organismes
vivants. Il existe un grand nombre d’enzymes spécifiques qui
jouent un rôle important dans les processus physiologiques :
digestion, conduction nerveuse, synthèse d’hormones,
métabolisme cellulaire, etc.
Les sels minéraux
• L’organisme a besoin de 7 minéraux en quantité modé-
rée : calcium, phosphore, potassium, soufre, sodium, chlore
et magnésium. Nous avons également besoin d’autres minéraux en quantité infime, les oligoéléments, parmi lesquels on retrouve le fluor, le chrome, le cuivre, l’iode, le fer,
le manganèse, le zinc, le cobalt. Ces éléments, comme les
vitamines, ne produisent pas d’énergie mais entrent dans
la composition de nombreuses molécules et leur confèrent
un rôle biologique. Ils participent aussi au renforcement de
nombreuses structures, par exemple le calcium, le magnésium et le phosphore renforcent les os. Le sodium et
le chlore sont eux indispensables au fonctionnement des
cellules nerveuses.
Le résultat de la digestion
Lors de la digestion, les grosses molécules contenues dans
les aliments subissent des transformations chimiques, sous
l’action des enzymes digestives. Elles deviennent de petites molécules utilisables par les organes : les nutriments.
Protéine
d’un aliment
Glucide (amidon)
d’un aliment
Lipides
(triglycérides)
d’un aliment
Enzyme
Nutriments
(acides
aminés)
Nutriments
(glucose)
Nutriments
(glycérol
et acides gras)
Doc 1. Le résultat de la digestion.
2 Besoins énergétiques
et métabolisme de l’organisme
• L’être humain, pour réaliser ses activités quotidiennes,
doit trouver les sources d’énergie nécessaires dans son
alimentation. L’énergie chimique stockée dans les molécules des substances nutritives est convertie en différentes
formes d’énergie, la plus importante étant l’énergie mécanique utilisée par les muscles de l’organisme.
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
115
• Les besoins énergétiques découlent du métabolisme
de base, ou métabolisme basal, et des dépenses consécutives à l’activité physique et intellectuelle (métabolisme
de l’exercice) et au travail directement lié à la digestion
(métabolisme postprandial).
IN FO
+
Comme pour l’énergie électrique, on peut utiliser l’unité
du Système International pour quantifier les dépenses et
les besoins énergétiques liés à notre métabolisme : le joule
(J). De manière plus usuelle, on peut également utiliser la
grande calorie. En diététique, 1 Cal = 1 kcal = 4,182 kJ.
Le métabolisme de base
• Ce métabolisme correspond aux besoins énergétiques
« incompressibles » de l’organisme, c’est-à-dire la dépense d’énergie minimale quotidienne permettant à l’organisme de survivre. L’organisme se trouve alors au repos.
Il consomme de l’énergie pour maintenir en activité ses
fonctions vitales : cœur, cerveau, respiration, digestion et
maintien de la température du corps.
• Le métabolisme basal dépend de plusieurs paramètres,
le blizzard, etc. Il se produit une horripilation, c’est-à-dire
que les poils ou les plumes se hérissent et emprisonnent
un plus grand volume d’air près de la peau, qui va se réchauffer au contact de cette dernière. La vasoconstriction
périphérique diminue la circulation sanguine sous la peau
au profit du centre, ce qui permet de réduire les pertes de
chaleur.
• L’intérieur de l’organisme augmente la production de
chaleur en accroissant la consommation cellulaire des lipides, source de chaleur. Par ailleurs, le métabolisme musculaire augmente significativement : claquage des dents et
frissons de la peau par exemple, qui sont à l’origine d’une
production de chaleur. Il faut signaler l’existence chez les
nouveau-nés et chez les hibernants d’une forme de graisse
dite graisse brune très abondante (de 0,5 à 5 % de la masse
du corps), dont la consommation cellulaire produit beaucoup de chaleur.
• Sur le long terme, des adaptations physiologiques se
manifestent chez les individus ou espèces soumis régulièrement à une lutte contre le froid. Ainsi, il peut y avoir une
accumulation de graisse, une augmentation de la quantité
d’aliments ingérés ou une modification du pelage et de la
morphologie générale.
taille, masse, sexe, activité thyroïdienne mais aussi de la
température externe (la thermorégulation) et des conditions climatiques. À titre d’exemple, le métabolisme de
base pour un individu mâle de 20 ans et pesant 70 kg est
d’environ 6 300 kJ (1 510 kilocalories). Celui d’une femme
de 20 ans, mesurant 1,65 m et pesant 60 kg est d’environ
5 500 kJ (1 320 kilocalories). Le métabolisme basal est élevé
chez les enfants (2 fois plus que celui de l’adulte) et diminue avec l’âge (-2 % à 3 % par décennie après l’âge adulte).
Cela tient au fait que l’enfant présente une surface corporelle plus grande en proportion de celle de l’adulte et que
les organes manifestent une activité plus intense.
La thermorégulation
• Il existe dans la nature deux grandes catégories d’ani-
maux vis-à-vis de la régulation de la température interne
de l’organisme. Il y a d’un côté les endothermes (ou homéothermes), dont la température interne dépend de leur
métabolisme intense, qui sont dotés de mécanismes régulateurs et d’une isolation thermique. C’est le cas de nombreux
mammifères, dont l’espèce humaine. De l’autre côté, il y a
les ectothermes (à température variable), mal isolés, dotés
d’un métabolisme peu actif, sans mécanisme régulateur très
efficace et dont la chaleur provient surtout de l’environnement. C’est le cas des reptiles, insectes et poissons.
La lutte contre le froid
• Lors d’une situation de froid, la thermolyse est réduite
par des réactions comportementales : animal en boule,
individus regroupés ensemble comme les manchots sous
116
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
Doc 2. Les manchots en Antarctique.
La lutte contre le chaud
• Lorsqu’il fait chaud, l’enveloppe périphérique accroit la
déperdition de chaleur en surface. L’animal expose davantage sa peau à l’environnement. Il se produit une vasodilatation cutanée qui augmente les pertes par radiation
ainsi qu’une évapotranspiration plus forte. L’évaporation
de la sueur réalise un transfert de chaleur très efficace
(21 kJ/litre), sachant que le débit maximal de sueur peut atteindre chez l’être humain environ 1,7 L/heure ou 12 L en un
jour. Par contre, le ruissellement de la sueur (ou sudation)
n’est pas efficace, il ne s’agit que d’une perte de liquide
sans grande perte de chaleur. Pour les animaux dépourvus de glandes sudoripares (les chiens), il se produit une
polypnée (accroissement du rythme respiratoire qui peut
passer de 20 L/min à 150 L/min). La polypnée est un mécanisme très efficace pour perdre de la chaleur.
• La prise alimentaire diminue, entrainant la diminution du
métabolisme postprandial lié à la digestion, ce qui permet
de dégager moins de chaleur.
faut donc enseigner pour le présent mais aussi pour l’avenir
et avoir le souci d’amener les enfants à se projeter dans ses
comportements lorsqu’ils seront au collège. Il faut donc
avoir à l’esprit quelques données importantes.
•
Il y a deux sortes de réponses thermorégulatrices.
Les représentations de l’alimentation : 78 % des enfants
(7 à 14 ans) pensent avoir une bonne alimentation, associée
à des symboles forts comme les légumes, les fruits et les
produits laitiers, la viande et l’eau.
• Le contrôle nerveux : c’est la composante instantanée.
• Le choix des aliments : la préférence des enfants va aux
L’élaboration des réponses
thermorégulatrices
Des thermorécepteurs décèlent les variations thermiques. Il
y a des thermorécepteurs centraux sensibles au chaud et des
thermorécepteurs périphériques cutanés sensibles au froid.
Ils informent l’hypothalamus, centre thermorégulateur présent dans le cerveau, qui élabore une réponse adaptée. L’hypothalamus possède deux zones complémentaires : l’hypothalamus antérieur qui déclenche les réactions de lutte
contre la chaleur et l’hypothalamus postérieur celle de lutte
contre le froid. Les deux zones s’inhibent mutuellement et
ne peuvent donc pas être actives en même temps.
•
Le contrôle hormonal : c’est la composante à court et
à plus long terme. À court terme, les hormones surrénaliennes (fabriquées par les glandes surrénales) mobilisent
les ressources énergétiques et réduisent les pertes. L’adrénaline est sécrétée et provoque un apport de chaleur (50 %
du métabolisme de base), une vasoconstriction, une augmentation de la production de chaleur et une augmentation de la dégradation des réserves en graisses de l’organisme. C’est un dispositif de lutte contre le froid. À plus long
terme, les hormones thyroïdiennes prennent le relais.
Elles augmentent le métabolisme de base, la production
de chaleur et facilite l’action de l’adrénaline. Ce sont les
acteurs de la lutte contre le froid prolongé.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées aux concepts
d’éducation à la santé à mettre
en place
• Ce chapitre revêt une importance considérable pour la
suite de la scolarité de l’enfant. Pendant le primaire, l’enfant reçoit une alimentation plutôt bien structurée, avec
des repas complets, dont la prise effective à la cantine est
souvent contrôlée par un personnel attentif. Les choses
vont changer quand l’enfant arrive au collège. Il se retrouve le plus souvent dans un « self » et doit apprendre à
gérer le choix d’une alimentation variée, sans aucune aide
d’éducateur. Cet enfant a acquis également plus de liberté
à l’extérieur du collège et peut plus facilement exprimer
ses pulsions alimentaires, s’il en a, en grignotant des aliments souvent gras et sucrés. Un certain nombre d’enfants
peuvent alors exprimer un surpoids, voire une obésité. Il
jus de fruits, biscuits et sodas. Mais les messages nutritionnels comme ceux véhiculés par le PNNS semblent avoir
infléchi la représentation du « Bien Manger » en faveur de
la santé comme le montrent les enquêtes : les produits sucrés sont moins cités et prés de 10 % des enfants actuellement ont pris conscience qu’il faut « éviter les matières
grasses, le sucre ou le sel ». Cela reste tout de même faible.
• L’intérêt de l’activité sportive : la plupart des enfants font
du sport à l’école mais moins d’un enfant sur cinq en fait
aussi à l’extérieur une à deux fois par semaine. Par contre,
ils passent plus de 3 heures par jour devant un écran.
2 Difficultés liées à la stigmatisation
de l’obésité chez les jeunes
• De nombreuses campagnes contre l’obésité chez les
jeunes ont été organisées depuis des années, toutes ayant
échoué puisque ce « syndrome maladie » ne va qu’en augmentant. Parler d’alimentation équilibrée suppose de parler des risques de surcharge et de l’obésité. Comment ne
pas stigmatiser pour autant ?
• Il faut avoir à l’esprit que beaucoup d’éléments entrent
en jeu et sont déterminants pour le devenir de l’enfant et
de l’adolescent :
- il n’y a aucune égalité en ce qui concerne le métabolisme
de chacun : certains mangent beaucoup et ne prennent pas
un gramme, tandis que d’autres collectionnent les kilos en
faisant un petit écart : cela montre les limites de la gestion
du poids « idéal ».
- l’entourage familial a une grande influence : rien ne sert
de donner mille conseils en classe à un enfant si personne
ne fait comme lui au sein de la famille, il ne comprendra
pas pourquoi lui doit faire des efforts. De plus, si l’accès à la
cuisine et au contenu des placards est facile, et si le jeune
est parfois livré à lui même, il risque de manger devant
l’écran. Or, le mode de vie qui cumule écran et grignotage
est un facteur favorisant l’obésité. Il peut également y avoir
des problèmes au sein de la famille, que l’élève peut compenser en « mangeant ». Enfin, les convictions des parents
peuvent également jouer : dans certaines familles, l’obésité peut être « partagée ». Sortir de cette passivité et motiver l’entourage est alors difficile
• L’enseignant-e peut prodiguer quelques conseils et por-
ter certains faits à l’attention de ses élèves. Ainsi, on peut
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
117
mettre en avant l’importance du petit déjeuner. Si celui-ci
n’est pas convenablement pris, dès 10/11 h du matin le cerveau va être en état de « manque » en terme de bonnes
calories et l’enfant ou l’adolescent va se mettre à grignoter. L’enseignant-e peut également mettre en garde contre
les goûters trop riches en sucres : faciles d’utilisation, peu
onéreux, et pratiques à mettre dans le cartable, ils ne sont
pourtant vraiment pas bons pour l’organisme. On pourra inciter l’élève à prendre des aliments de substitution
comme les fruits.
On peut également inciter l’élève à boire de l’eau de manière régulière et abondante, et à pratiquer des activi-
tés physiques régulières. Cela peut passer par des gestes
simples comme ne pas prendre l’ascenseur, marcher régulièrement et pratiquer la marche rapide (au moins une ¾
heure par jour), faire du vélo, etc.
• Aborder ces questions peut s’inscrire dans le cadre de
l’enseignement moral et citoyen en insistant sur le respect
de soi et des autres. On doit apprendre aux élèves le mieux
vivre ensemble et le respect mutuel. Il peut également être
important d’aborder le problème des insultes dans la cour
sur le mode « qu’il ou elle est gros(se) ! », et la souffrance
avec les traces que cela va laisser pour toute la vie parfois.
Bibliographie / Webographie
• G. Tortora, B. Derrickson, Manuel d’anatomie et de physiologie humaines, De Boeck supérieur,
2017.
• L. Sherwood, Physiologie humaine, De Boeck, 2015.
• A. Vander, Physiologie humaine : les mécanismes du fonctionnement de l’organisme, Maloine,
2013.
• E. Marieb, K. Hoehn, Anatomie et physiologie humaines, 9 édition, Pearson, 2014.
• B. Lacour, J.-P. Belon, Physiologie humaine, Elsevier Masson, 2016.
• C. Martin, B. Riou, Physiologie humaine appliquée, Arnette, 2017.
• Ressource Éduscol « Nutrition : Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain. » :
e
http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Inscrire_son_enseignement_dans_une_logique_
de_cycl/80/6/RA16_C3_SCTE_progressivite_nutrition_besoins_560806.pdf
•
Manger bouger : http://www.mangerbouger.fr/Manger-Mieux/Que-veut-dire-bien-manger/
Equilibrer-et-varier-son-alimentation
• La santé à l’école : http://eduscol.education.fr/cid47750/la-sante-un-enjeu-educatif-de-
sante-publique-et-de-societe.html
•
L’éducation à l’alimentation à l’école : http://eduscol.education.fr/cid47664/educationa-la-nutrition.html ; http://eduscol.education.fr/pid32788/education-a-l-alimentation.html
•
Ministère des Solidarités et de la Santé, La nutrition, un facteur-clé de la protection de la santé,
http://solidarites-sante.gouv.fr/prevention-en-sante/preserver-sa-sante/article/nutrition
118
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 22
Comprendre comment se manifeste la croissance
et le développement d’un être humain.
Les besoins de l’être humain.
À partir du quotidien des élèves, faire le lien
entre apports et besoins.
Des aliments adaptés à nos besoins.
Mission 23
En lien avec l’éducation à la santé,
comprendre ce qu’est une alimentation équilibrée.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Mission 24
Bien se nourrir selon ses besoins.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 22
De quoi avons-nous
besoin pour rester en
activité tout au long
de la vie ?
• Besoins de l’organisme.
• Variations des besoins énergétiques.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et
ciblées. Extraire les informations pertinentes d’un document
et les mettre en relation pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte,
schéma, graphique, tableau, algorithme simple).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé.
Mission 23
Que nous apportent
les aliments consommés au quotidien ?
• Composition des aliments.
• Menu qui répond aux besoins
de l’organisme.
• Formuler une question ou une problématique scientifique
simple.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et
ciblées. Extraire les informations pertinentes d’un document
et les mettre en relation pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte,
schéma, graphique, tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés
(schéma, dessin, croquis, tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences
et technologie à des questions de santé, de sécurité
et d’environnement.
Mission 24
Comment se nourrir
pour satisfaire ses
besoins ?
• Apport en aliments et répartition
dans la journée.
• Alimentation équilibrée.
• Formuler une question ou une problématique scientifique
ou technologique simple.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les informations pertinentes d’un document
et les mettre en relation pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte,
schéma, graphique, tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés
(schéma, dessin, croquis, tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences et
technologie à des questions de santé, de sécurité et
d’environnement.
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
119
Mission 22 Les besoins de l’être humain
p. 98-99
Objectifs :
✔S’informer sur les besoins de son corps.
✔Comprendre que ces besoins varient en fonction de son
activité ou de son âge.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
16 – 18 – 25.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p.96
Que d’activités sur le terrain !
« Une journée d’écolier, c’est
travailler en classe, s’amuser à
la récréation, faire du sport et
aussi avoir d’autres activités à la
maison ! » Comment notre corps
peut-il réaliser toutes ces activités ?
Les élèves émettent des hypothèses à l’oral que l’enseignant-e écrit au tableau.
L’objectif est de mettre en avant le fait que les enfants
bougent beaucoup et qu’il faut donc « reprendre de l’énergie » plusieurs fois dans la journée.
➡ Relance possible : « Pourriez-vous rester dans cette cour
de récréation toute la journée sans faire de pause ? »
Les élèves vont donc évoquer de nombreuses raisons qui
les empêcheraient de rester toute la journée dans la cour :
manger, boire, s’asseoir, aller aux toilettes, se reposer, être
au chaud, etc. Il serait alors intéressant de définir avec eux
ce qu’est un besoin, c’est-à-dire une chose absolument indispensable. Une fois cette définition posée, les élèves identifient alors dans la liste faite précédemment les besoins de
manger et de boire. La question scientifique est alors posée :
Question scientifique De quoi avons-nous besoin
pour rester en activité tout au long de la vie ?
➜ Aller à la mission 22.
JE M'INFORME
sur les besoins
de l’organisme
➡ Les documents 1 et 2 visent à mettre en lumière les
manifestations de la croissance chez l’enfant à travers des
courbes de masse et taille comme l’élève peut en trouver
120
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
dans son carnet de santé, et à travers des radiographies
montrant l’évolution de la main entre 1 et 13 ans.
➡ Le document 1 pourra peut-être mettre les élèves en
difficulté quant à la lecture de ces courbes. L’enseignant-e
rappellera que ce type de graphique possède un axe horizontal et un axe vertical ; que chacun de ces deux axes
a un titre : âge en années et taille en cm pour le premier
graphique. Les élèves pourront alors lire les titres des axes
du second graphique pour s’assurer de la bonne compréhension. L’enseignant-e expliquera alors que pour lire ce
genre de graphique il suffit de repérer les informations
données par les points de la courbe. Un exemple pourra
être donné par l’enseignant-e : à 4 ans, un garçon mesure
environ 106 cm. L’enseignant-e attirera l’attention sur le
fait qu’il y a deux courbes de deux couleurs différentes
pour différencier garçons et filles.
➡ Pour le second graphique du document 1, le titre de l’axe
est « poids en kg » pour respecter le terme usuel faisant
sens pour les élèves, même si scientifiquement il faudrait
mettre « masse en kg ».
➡ Le document 3 amorce la réflexion de l’élève quant
aux besoins du corps pour pouvoir réaliser un entrainement sportif intense, de foot par exemple. En parallèle,
l’enseignant-e pourra aussi mettre en lumière les besoins
du corps lorsque celui-ci ne semble pas « en action ». On
pourra alors demander aux élèves ce dont ils ont besoin
après une longue nuit de sommeil : beaucoup répondront
qu’ils ont besoin de boire ou de manger.
Réponses aux activités
1 La croissance chez l’enfant se manifeste par une prise
de poids et une augmentation de la taille. L’enfant grossit
et grandit.
2 Entre 1 an et 13 ans, la main grandit, certains os s’allongent et d’autres (les métacarpiens) apparaissent. Si les
élèves n’ont pas trouvé que des os sont apparus, il est possible de les mettre sur la voie en leur demandant de regarder la radiographie de la main à 13 ans et de retrouver l’os
sur la photographie de la main à 1 an.
3 La production des cheveux et des poils sur le corps, la
production des ongles, le remplacement des dents de lait
par les dents définitives, etc.
4 Le corps a besoin d’énergie, qui est apportée par la
nourriture.
JE COMPRENDS
croissance et ses activités. Les besoins en énergie varient
tout au long de la journée selon les activités pratiquées et
les habitudes de vie. Ils varient aussi en fonction du sexe,
de l’âge et de son état (grossesse par exemple).
les variations des besoins
énergétiques
➡ Le document 4 illustre plusieurs situations dans laquelle
on dépense de l’énergie, pour montrer que ces dépenses
varient énormément en fonction de l’activité que l’on fait.
Cette notion de dépense énergétique est à mettre en relation avec les besoins énergétiques, pour introduire en
douceur les missions suivantes. Ainsi, plus on dépense de
l’énergie, plus on a besoin d’en récupérer par la suite.
➡ Le document 5 montre que les besoins en énergie évoluent avec l’âge. Les élèves découvriront une nouvelle
unité de mesure : le joule.
➡ Le document 6 donne une information supplémentaire
sur le cas particulier de la grossesse chez la femme.
Réponses aux activités
5 Les besoins en énergie varient en fonction de l’âge, du
sexe et du mode de vie (sédentaire ou actif) de chaque individu. Les besoins en énergie d’un même individu peuvent
aussi changer en fonction de ses activités du jour.
6 Une femme enceinte prend du poids : cela correspond
au développement d’un nouvel individu, mais aussi à des
réserves que son organisme constitue pour répondre aux
besoins du futur bébé.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Exploiter un document constitué de
divers supports (texte – graphique – photographie).
Critères de réussite liés à cette compétence :
Comprendre le thème général des documents. ➜ Ici, les
différents besoins de l’être humain au cours de sa vie.
● Utiliser ses connaissances pour lire les divers documents. ➜
Ici, les connaissances en mathématiques serviront à lire les
documents 1 et 4 avec le vocabulaire associé : abscisses et
ordonnées.
● Repérer les données utiles dans le graphique. ➜ Ici, les unités
centimètre, kilogramme et joule sont des éléments-clés à la
bonne compréhension des documents.
● Faire le lien entre les divers documents. ➜ Ici, le document 1
est à mettre en lien avec le document 2, par exemple : lorsqu’il
y a croissance, il y a production de matière....
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève ne comprend pas dans le détail les divers documents,
mais comprend le sens général. ➜ Débutant.
● L’élève comprend chaque document mais ne parvient pas à
faire le lien entre eux. ➜ Apprenti.
● L’élève comprend chaque document et établit un lien entre
eux, afin de répondre aux questions. ➜ Confirmé.
● L’élève comprend les divers documents dans le détail, fait
le lien entre ces documents afin de proposer une réponse
structurée aux questions. ➜ Expert.
●
JE FAIS LE BILAN
LA TRACE ÉCRITE
p.104
Ressources complémentaires Bilan de la mission 22 à
imprimer.
Pour se développer et pour vivre, l’être humain a besoin
d’énergie et de matières, qui lui permettent d’assurer sa
Mots à savoir utiliser en contexte
Besoin, dépense, énergie, croissance.
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
121
Mission 23 Des aliments adaptés à nos besoins
p. 100-101
Objectifs :
✔S’informer sur ce que contiennent les aliments.
✔Comprendre les besoins de l’organisme.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 18 – 20 – 21 – 24 – 25.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploitation de la question 3, aide pour la trace écrite.
met en lumière certaines différences entre aliments et notamment au niveau glucides et lipides. Dans le cadre de
l’enseignement moral et civique, il est possible d’utiliser
ce document pour donner des conseils d’ordre général
sur l’alimentation, tout en faisant bien attention à ne pas
stigmatiser les élèves en situation de surcharge pondérale
voire d’obésité.
Réponses aux activités
JE M'INTERROGE
p. 97
À la cantine du monde
Que doivent nous apporter les aliments que nous
consommons ?
➡ Le document présente trois plateaux repas de pays différents : cantines grecque, américaine et française. L’enseignant-e demande aux élèves de décrire à l’oral ce qu’ils
voient sur les plateaux, puis de comparer les habitudes alimentaires de ces trois pays. On veillera à ce que les élèves
restent sur une comparaison factuelle et ne portent pas
de jugement de valeur. Les élèves nommeront sans doute
les familles des viandes, légumes, fruits, produits laitiers...
➡ Relance possible : « Savez-vous ce qu’apportent chacun
de ces aliments à notre corps ? »
Un échange peut alors s’engager sur les connaissances
des élèves, et permet de faire la transition avec la question
scientifique :
Question scientifique Que nous apportent les
aliments consommés au quotidien ?
➜ Aller à la mission 23.
JE M'INFORME
sur ce que contiennent
les aliments
➡ Le document 1 présente une étiquette alimentaire
comme les élèves ont peut-être déjà pu lire sur les paquets de céréales. Ce document permettra de mettre en
évidence les besoins de notre corps en nutriments.
➡ Le document 2 décrit la teneur en nutriments de douze
aliments souvent consommés par les élèves. Ce document
122
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
1 Pour fonctionner, l’organisme a besoin d’apports de
nutriments : les glucides, lipides, protéines, vitamines, sels
minéraux et eau. Ces éléments sont présents dans cet aliment, sauf l’eau qui n’est pas mentionnée, cependant il y
en a toujours un peu dans ces aliments.
2 Les deux aliments contenant le plus de glucides sont les
pâtes et la pâte à tartiner ; de lipides sont la pâte à tartiner
et les chips ; de protéines sont le cabillaud et les haricots
verts. On constate par exemple qu’il y a beaucoup de glucides et de lipides dans la pâte à tartiner, et que les haricots
verts contiennent beaucoup de protéines sans pour autant
contenir de glucides.
JE COMPRENDS
comment les aliments
répondent aux besoins
de l’organisme
➡ Le document 3 montre la composition d’un plateau
repas standard de la cantine. Ce document précise les proportions ainsi que l’apport énergétique correspondant à la
quantité.
➡ Le document 4 présente les besoins de l’organisme sous
forme de « fleur ». Les différents types d’aliments indispensables à l’organisme sont représentés en différentes couleurs.
Cette représentation permet aux élèves de comprendre rapidement les informations fournies dans ce document et de
comprendre que chacun de ces aliments font partie d’un
tout. Avec les élèves, on parlera d’aliments bâtisseurs (en
jaune), énergétiques (en rose) et fonctionnels (en verts).
➡ L’enseignant-e pourra orienter les élèves vers le groupe 6
(en bleu) afin de mettre en avant le rôle indispensable de
ce groupe qui concerne les boissons : l’eau minérale gazeuse et non gazeuse, le thé, les jus de fruits...Un rappel
par l’enseignant-e pourrait être intéressant à ce moment
de la réflexion. La principale fonction des boissons est de
fournir l’eau vitale à l’organisme. Boire 1 à 2 litres par jour,
de préférence sous forme de boissons non sucrées telles
que l’eau du robinet, l’eau minérale ou les tisanes, permet
une bonne hydratation du corps.
Réponses aux activités
3 Tableau en bas de page.
L’enseignant-e pourra choisir de présenter le tableau avec
les aliments regroupés selon la nature de ceux-ci (légumes,
viandes, etc) ou bien alors prendre les aliments séparément
tels qu’ils apparaissent dans le plateau repas. Dans le calcul
final, il ne faut pas oublier l’eau. Nous n’avons pas détaillé
les quantités en eau et en vitamines contenues dans les
aliments mais cela peut être variable d’un aliment à l’autre.
Différenciation possible :
On peut proposer différents niveaux de difficulté pour
remplir le tableau :
- niveau 1 : l’élève construit seul-e son tableau et le remplit ;
- niveau 2 : l’enseignant-e donne un tableau vide à l’élève,
qui le remplit ;
- niveau 3 : l’enseignant-e donne un tableau avec les catégories déjà pré-remplies.
4 L’élève a besoin de trouver dans son repas matières et
énergie, c’est le cas avec le plateau repas proposé. Celui-ci
contient tous les éléments qu’il faut pour subvenir aux besoins de l’organisme avec des éléments bâtisseurs du groupe
1 (steak), des aliments énergétiques du groupe 4 (pâtes), des
aliments fonctionnels du groupe 5 (salade, carotte, choufleur, pomme, raisin) et un aliment du groupe 6 (eau).
● Mettre en lien les informations du document 4 avec le menu
du document 3. ➜ Ici, faire le lien entre besoin alimentaire et
alimentation équilibrée sur une semaine.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève passe beaucoup de temps à la lecture des
documents, rencontre des difficultés et a besoin d’aide pour la
compréhension. ➜ Débutant.
● L’élève lit tous les documents, mais ne parvient pas à les
mettre en relation avec la question posée. ➜ Apprenti.
● L’élève lit seul-e les documents, en comprend le sens général
et répond aux questions. ➜ Confirmé.
● L’élève lit seul-e les documents et en extrait les informations
pertinentes rapidement pour répondre aux questions. ➜
Expert.
4 À l’oral, on fera rappeler aux élèves que l’activité physique requiert de l’énergie, suppose qu’on fasse fonctionner
des organes et que ces organes puissent être entretenus en
termes de développement et de croissance. Cela découle
de la mission 22. Il faut donc que systématiquement les
plateaux repas soient constitués d’aliments énergétiques,
fonctionnels et bâtisseurs.
LA TRACE ÉCRITE
Les aliments se décomposent en éléments plus simples :
les nutriments. Il s’agit des protéines, des glucides, des
lipides, des sels minéraux, des vitamines et de l’eau. Les
aliments sont plus ou moins riches en chacun de ces éléments. Les aliments se répartissent en aliments énergétiques (pour les activités), en aliments bâtisseurs (pour la
croissance) et en aliments fonctionnels (pour se maintenir en bonne santé).
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en
relation pour répondre à une question.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier les informations nécessaires. ➜ Ici, les noms des
grandes familles d’aliments et aliments à limiter dans la
consommation (doc 4).
● Lire un tableau à double entrée. ➜ Ici, lire rapidement le
tableau du menu de la semaine (doc 3) et prélever seulement
les informations importantes.
●
JE FAIS LE BILAN
p.104
Ressources complémentaires Bilan de la mission 23 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Nutriments, aliments, énergie.
Nature de l’aliment
Glucides
Lipides
Protéines
Sels minéraux Vitamines
Eau
Énergie
Légumes (100 g)
Peu
Peu
Beaucoup
Oui
Oui
Oui
580 kJ
Viande (100 g)
Peu
Beaucoup
Beaucoup
Oui
Oui
Oui
1 000 kJ
Pâtes (200 g)
Beaucoup
Peu
Moyen
Oui
Oui
Oui
760 kJ
Fruits (100 g)
Beaucoup
Peu
Peu
Oui
Oui
Oui
270 kJ
Oui
0
Eau (150 g)
Énergie/650 g
2610 kJ
Tableau pour la question 3.
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
123
Mission 24 Bien se nourrir selon ses besoins
p. 102-103
Objectifs :
✔S’informer sur la répartition des aliments au cours de la journée.
✔Comprendre ce qu’est une alimentation équilibrée.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 17 – 18 – 20 – 21 – 24 – 25.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploitation de la question 2, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
de la journée (bâtons bleu foncé) et les dépenses énergétiques engagées durant la journée. Ce document montre
aux élèves qu’il est important de respecter les horaires de
repas pour que les apports en énergies soient réguliers sur
la journée.
➡ Le document 2 rentre dans les détails de la répartition
des aliments au cours de la journée. Il met aussi en avant
le côté néfaste du « grignotage ».
p. 97
Réponses aux activités
Quel festin !
« Super ce gouter d’anniversaire ! Mais peut-on manger cela tous les jours ? » Comment faire pour manger selon
ses besoins ?
➡ Les élèves décrivent cette photo prise lors d’un anniversaire. Ils nomment les aliments connus. Malgré leur intérêt probable pour la nourriture présentée ici, les élèves
viendront probablement très vite à la conclusion qu’ils ne
peuvent pas manger cela à tous les repas car il y a trop de
sucre.
➡ Relance possible : « Que faudrait-il ajouter ou enlever à
ce goûter pour qu’il devienne un goûter de tous les jours ? »
Les élèves parleront sans doute d’ajouter des fruits et peutêtre des produits laitiers. Cette situation est destinée à faire
énoncer aux élèves les comportements alimentaires qu’ils
peuvent avoir à la maison. Certains parleront sans doute
de goûter « faits maison » comme les tartines avec du pain
et du chocolat, etc., d’autres nommeront des goûters industriels. L’enseignant-e essaiera de diriger les élèves vers
une réflexion autour de leurs besoins en fonction de leurs
activités.
Question scientifique Comment se nourrir pour
satisfaire ses besoins ? ➜ Aller à la mission 24.
JE M'INFORME
sur l’approvisionnement
en énergie et en matières
➡ Le document 1 est un histogramme en bâtons qui met en
relation les apports en énergie pris durant les quatre repas
124
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
1 Les besoins en énergie sont continus tout au long de la
journée. Les apports sont par contre discontinus (les repas).
Cependant ces apports, même discontinus, couvrent bien
en temps normal les besoins.
Les repas doivent donc être pris à horaires réguliers, sans
sauter de repas, afin de favoriser l’équilibre glycémique et
d’éviter la sensation de faim au cours de la journée.
2
Repas
Petit
déjeuner
Produits
consommés
Déjeuner
Gouter
Jus
d’orange/
fruit
Légumes
Fruit
Féculents
Lait
Yaourt
Viande/
poisson
Pain
Tartine de
pain
Beurre et
confiture
Chocolat
chaud
Diner
Comme le
déjeuner
mais plus
léger
Chocolat
Fruits
Produits
laitiers
Eau
Différenciation possible :
Comme pour la mission précédente, la tâche demandée, ici
le remplissage du tableau, permet de mettre en œuvre une
différenciation à trois niveaux :
- niveau 1 : l’élève construit seul-e son tableau et le remplit ;
- niveau 2 : l’enseignant-e donne un tableau vide à l’élève,
qui le remplit ;
- niveau 3 : l’enseignant-e donne un tableau avec les catégories déjà préremplies.
JE COMPRENDS
ce qu’est une alimentation
équilibrée
➡ Le document 3 est un emploi du temps qui met en relation les dépenses énergétiques de Léane et ses apports, sur
une semaine type. Afin de faciliter la lecture de ce tableau,
l’enseignant-e proposera de faire lire chacune des colonnes (jour par jour) par un élève différent ; 7 élèves prendront donc la parole et liront une journée type de Léane.
La lecture pourra se faire sous la forme suivante : « le lundi,
l’activité principale de Léane est l’école. Au petit-déjeuner,
elle prend du pain, du beurre, de la confiture et du lait », et
ainsi de suite.
➡ Le document 4 est une pyramide alimentaire déjà normalement bien connue des élèves, elle montre les grands
groupes d’aliments déjà évoqués dans la mission précédente sous une forme différente (fleur). Dans ce contexte,
en revanche, le mode de consommation pour que l’alimentation soit équilibrée est mis en évidence. En rouge
sur le côté droit, des conseils sont donnés par rapport à
la consommation d’aliments appartenant à chacun des
groupes.
➡ Le document 5 est un texte issu d’une interview d’un
nutritionniste, qui revient sur toutes les notions abordées
dans cette mission en relativisant les moments où l’on peut
faire quelques « extras » sans que cela soit gênant pour la
santé.
Réponses aux activités
3 Lundi : ok.
Mardi : un peu trop d’apports pour peu de dépenses.
Mercredi : ok.
Jeudi : ok.
Vendredi : ok.
Samedi : Beaucoup de glucides et lipides sur cette journée
(mais c’est dans le cas d’un anniversaire, on peut donc penser que c’est exceptionnel).
Dimanche : ok.
4 Si l’on fait le bilan sur la semaine, Léane a une alimentation assez équilibrée malgré les quelques écarts de sucreries. Léane fait du sport, ce qui lui permettra de dépenser
les apports énergétiques un peu trop importants de certains jours.
5 Cette question sera traitée à l’oral car il s’agit plutôt d’un
échange qui pourra dépendre des habitudes alimentaires
de chacun et chacune.
L’enseignant-e amènera quand même les élèves à dire
qu’en matière d’alimentation, les excès sont aussi néfastes
que les privations et la quantité doit s’allier à la qualité autant que possible. Associée à une pratique sportive, l’ali-
mentation quotidienne doit se faire à heures régulières, en
veillant à son équilibre, tout en tolérant quelques « écarts »
pour se faire plaisir de temps en temps !
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Relier des
connaissances acquises en sciences à des questions de santé.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Mettre en lien les informations des documents avec ses
connaissances antérieures. ➜ Ici, faire le lien entre apport
énergétique et alimentation équilibrée.
● Mettre en lien ses connaissances avec des questions de santé
publique. ➜ Ici, expliquer pourquoi il est important de bien
s’alimenter pour rester en bonne santé.
● Comprendre l’enjeu de ces questions. ➜ Ici, comprendre que
chacun peut agir, en respectant un certain mode de vie, pour
rester en bonne santé.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève comprend les documents mais ne parvient pas à aller
au-delà. ➜ Débutant.
● L’élève comprend les documents, essaie de les mettre en lien
avec la question posée, mais ne parvient pas à élargir sa pensée.
➜ Apprenti.
● L’élève comprend les documents et donne son avis en prenant
appui sur ses connaissances antérieures. ➜ Confirmé.
● L’élève comprend les documents, donne son avis en prenant
appui sur ses connaissances antérieures et donne des exemples
dans l’actualité, par exemple. ➜ Expert.
●
LA TRACE ÉCRITE
Les apports alimentaires sont discontinus dans la journée (quatre repas), contrairement aux besoins de l’organisme qui sont continus. Les aliments doivent respecter un certain équilibre selon les repas de la journée. Ils
doivent être consommés de manière raisonnée, certains
fréquemment et d’autres plus espacés dans le temps. Il
faut éviter de consommer trop de glucides et de lipides
pour se maintenir en bonne santé. L’alimentation doit
s’adapter aux activités quotidiennes (activités sportives
par exemple) pour toujours satisfaire les besoins de l’organisme.
JE FAIS LE BILAN
p.104
Ressources complémentaires Bilan de la mission 24 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Pyramide alimentaire, énergie, alimentation équilibrée.
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
125
les sciences autrement
sciences & Cuisine
Des molécules dans votre assiette !
Nous avons choisi de mettre en lumière un genre de « cuisine nouvelle » qui permet d’associer cuisine et sciences.
Les réalisations sont souvent spectaculaires et peu connues
des élèves. On utilise souvent un gélifiant naturel dans ces
préparations : l’agar-agar. Ce gélifiant naturel est utilisé
dans l’agroalimentaire mais aussi en microbiologie comme
milieu de culture, ou encore en chimie. Il se présente généralement sous forme de poudre blanche ou jaunâtre. Il
permet de remplacer des gélifiants créés à partir de protéines animales.
Activités pour la classe
On peut envisager un atelier de cuisine et faire des spaghettis à la grenadine par exemple. Pour cette activité, il
est préférable de répartir la classe en petits groupes pour
améliorer le contrôle.
Le protocole expérimental pour la réalisation des spaghettis à la grenadine pourra être téléchargé sur le site compagnon, imprimé et distribué aux différents groupes.
p. 106-107
Suivi d'acquisition des compétences
S'approprier des outils et des méthodes ● Choisir ou utiliser le
matériel adapté pour réaliser une production.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre le but de l’activité. ➜ Ici, observer l’objet final
réalisé : des spaghettis colorés.
● Être capable de choisir son matériel et de justifier ce choix.
➜ Ici, relever et inférer dans le protocole expérimental les
outils nécessaires pour la réalisation des spaghettis : casserole,
saladier, seringue, tube en plastique, etc.
● Être capable d’utiliser ce matériel. ➜ Ici, être capable d’utiliser
la seringue correctement par exemple.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève choisit son matériel mais son choix n’est pas le
meilleur. ➜ Débutant.
● L’élève choisit son matériel. Il ou elle fait le meilleur choix
mais sans pouvoir correctement le justifier. Il-elle montre des
difficultés à utiliser correctement le matériel. ➜ Apprenti.
● L’élève choisit son matériel. Il-elle fait le meilleur choix
en étant capable de le justifier. Il-elle est capable d’utiliser
correctement ce matériel. ➜ Confirmé.
● L’élève choisit son matériel. Il-elle fait le meilleur choix et est
capable de le justifier sans aucune difficulté. Il-elle sait utiliser
de manière optimale ce matériel. ➜ Expert.
sciences & Nutrition
Manger des insectes, va-t-il falloir s’y mettre ?
Consommer des insectes, c’est tendance ! Pourquoi
consommer des insectes ?
Protocole expérimental : spaghettis à la grenadine
- Mélanger 200 g d’eau avec du sirop de grenadine.
- Ajouter 2 g d’agar agar. Porter la solution à ébullition
pendant 1 minute pour solubiliser l’agar agar.
- Attendre quelques minutes afin que la solution refroidisse.
- Aspirer la solution à l’aide d’un tube fin en plastique
relié à une seringue.
- Plonger le tube dans de l’eau froide pour accélérer le
processus de gélification.
- Expulser le spaghetti à l’aide de la seringue remplie
d’air.
Attention ! L’enseignant-e devra prendre en charge la
partie cuisson afin de porter la solution à ébullition. Les
élèves reprendront l’activité après refroidissement du
mélange.
126
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
Activités pour la classe
● À partir du site suivant, https://docteurbonnebouffe.
com/entomophagie-bienfaits-sante/, les élèves pourront
s’informer et présenter les raisons de consommer des insectes sous forme d’une affiche ou d’une carte mentale (en
utilisant si besoin la fiche méthode 23).
La liste des principaux arguments est retranscrite ici, pour
qu’elle puisse être transmise aux élèves ayant plus de difficulté à extraire les informations pertinentes.
➜ Ils sont riches en protéines : pas besoin de manger un
steak de bœuf, 5 criquets suffiraient à couvrir les mêmes
apports en protéines !
➜ Ils sont nutritifs : les insectes sont aussi riches en vitamines, omégas 3 et 6, et minéraux.
➜ Ils sont faibles en matières grasses : les insectes
contiennent moins de graisses : en moyenne 16 % de matières grasses contre 48 % dans la viande.
➜ Ils apportent des glucides.
➜ Leurs élevages sont peu couteux : peu gourmands en
nourriture, 2 kg d’aliments seulement sont nécessaires
pour produire 1 kg d’insectes alors qu’il faut 10 kg de nourriture pour produire 1 kg de bœuf.
➜ Ils sont délicieux !
72 %
16 % 12 %
96 kcal par portion
52 %
protéines
graisses
glucides
48 %
285 kcal par portion
Comparatif des apports nutritifs des insectes et de la viande
« classique » (source : www.eat-ento.co.uk).
Il est possible de projeter cette vidéo légère et adaptée
aux élèves en classe : https://youtu.be/HPjcI1AkOqY?t=273.
Dans cette vidéo, une jeune fille de 8 ans et demi mange
pour la première fois un criquet, cela permettra donc aux
élèves de se reconnaitre dans ses appréhensions initiales.
●
Aspect artistique
En lien avec les arts visuels, les élèves pourront réaliser
une production en s’inspirant du travail de Cézanne ou de
Louise Moillon mettant en scène des insectes dans l’alimentation du futur. Ils pourront utiliser différentes méthodes : collage, acrylique....
sciences & Sport
Vous avez dit régime alimentaire ?
Cette rubrique montre aux élèves qu’il n’existe pas UN bon
régime alimentaire, valable pour tous, mais plutôt des apports alimentaires adaptés à chacun, selon les moments de
sa vie et son activité. En cela, elle peut être réalisée après
la mission 24.
Activités pour la classe
Recherche Internet
Les élèves pourront effectuer une recherche Internet pour
découvrir qui est Michael Phelps. Nageur américain spécialiste des épreuves de nage papillon, de nage libre et de
quatre nages, il est le sportif le plus titré et le plus médaillé
de l’histoire des Jeux olympiques, avec 28 médailles dont
23 d’or remportées entre 2004 et 2016. Il est l’actuel détenteur des records du monde du 100 m papillon, 200 m
papillon, 400 m quatre nages et 4 × 100 m nage libre.
En lien avec la production d’écrits, les élèves pourront
rédiger un menu d’une semaine pour un personnage fantastique ou un sportif actuel, qui aurait un régime alimentaire particulier. Si besoin, ils pourront utiliser Internet pour
effectuer des recherches complémentaires.
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 22 – Mots cachés
ENERGIE – ACTIVITE – VARIATION – BESOINS –
CROISSANCE (en diagonale)
Mission 23 – Charade
Nutriment (nu-tri-ment)
Nature morte au miroir ouvert, Paul Cézanne
Mission 24 – Vrai ou faux ?
On a besoin d’énergie pour réaliser nos activités quotidiennes. VRAI
Tant qu’on mange assez, il n’est pas nécessaire de varier
nos repas. FAUX
On doit limiter notre consommation de produits contenant
des céréales. FAUX
On peut avoir une alimentation équilibrée et se faire plaisir.
VRAI
Nature morte à la corbeille de fruits et à la botte
d’asperges, Louise Moillon
CHAPITRE 7
• Alimentation et hygiène de vie
127
CHAPITRE
8
L’origine de nos aliments
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain ; l’origine et les techniques
mises en œuvre pour transformer et conserver les aliments
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Les fonctions de nutrition
Les élèves appréhendent les fonctions de nutrition à partir
d’observations et perçoivent l’intégration des différentes
fonctions.
Établir une relation entre l’activité, l’âge, les conditions
de l’environnement et les besoins de l’organisme.
Apports alimentaires : qualité et quantité.
Origine des aliments consommés : un exemple d’élevage,
un exemple de culture.
Relier l’approvisionnement des organes aux fonctions
de nutrition.
Apports discontinus (repas) et besoins continus.
Mettre en évidence la place des microorganismes dans
la production et la conservation des aliments.
Mettre en relation les paramètres physicochimiques lors de
la conservation des aliments et la limitation de la prolifération
de microorganismes pathogènes.
Ils sont amenés à travailler à partir d’exemples d’élevages et de
cultures.
Ils réalisent des visites dans des lieux d’élevage ou de culture
mais aussi dans des entreprises de fabrication d’aliments à
destination humaine.
Ils réalisent des transformations alimentaires au laboratoire
(yaourts, pâte, levée).
Ce thème permet de compléter la découverte du vivant
par l’approche des microorganismes (petites expériences
pasteuriennes).
Ce thème contribue à l’éducation à la santé et s’inscrit dans une
perspective de développement durable.
Quelques techniques permettant d’éviter la prolifération
des microorganismes.
Hygiène alimentaire.
Repères de progressivité
Toutes les fonctions de nutrition ont vocation à être étudiées dès l’école élémentaire. Mais à ce niveau, on se contentera de
les caractériser et de montrer qu’elles s’intègrent et répondent aux besoins de l’organisme.
Le rôle des microorganismes relève de la classe de sixième.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 L’origine des végétaux que nous
consommons : la domestication des
végétaux et le début de l’agriculture
Il s’agit ici de préciser l’origine de la domestication des principaux végétaux utilisés dans l’alimentation.
Les végétaux les plus consommés en France
Les végétaux les plus consommés en France sont pour les
fruits les pommes, les bananes et les oranges (tous originaires d’Asie) et pour les légumes, la tomate (Amérique),
la carotte (Amérique) et le melon (Asie). Le melon est ici
128
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
considéré comme un légume car il est souvent consommé
en entrée.
Des plantes sauvages aux plantes cultivées,
l’exemple du blé
• Depuis plus de 10 000 ans, les sociétés humaines ont fa-
çonné certaines espèces végétales à partir d’espèces sauvages pour les adapter à leurs besoins et contraintes. On
trouve souvent, parmi les plantes sauvages, des espèces
qui ressemblent aux espèces de plantes cultivées. À l’inverse, on ne trouve pas de plantes sauvages qui ressembleraient à des plantes cultivées dans les milieux naturels.
Cela s’explique par l’origine sauvage des espèces cultivées.
• L’exemple du blé permet de bien visualiser ce lien entre
espèces sauvages et espèces cultivées.
donne qu’un seul grain. Le grain est entouré par des glumelles qui tombent soit spontanément (grain nu) soit lors
du battage des épis (grain vêtu).
Néanmoins, malgré ces ressemblances morphologiques,
les espèces diffèrent les unes des autres par de nombreuses caractéristiques.
Ces différences de caractéristiques montrent bien que le
blé est particulièrement adapté à une culture par l’être humain (voir doc. 3).
Blé
Amidonnier
Doc 1. Comparaison du blé cultivé et de l’amidonnier.
L’amidonnier est, avec l’engrain, la plus ancienne céréale
domestiquée par l’être humain, vers 7 500 avant J.-C., au
Proche-Orient. Cette espèce sauvage était très largement
cultivée dans l’Antiquité. Il est l’ancêtre du blé tendre et du
blé dur, actuellement cultivés dans le monde entier.
Ces trois espèces, égilope, amidonnier et blé, présentent
des caractéristiques communes : les fleurs sont regroupées par trois et sont rassemblées dans des épis. Chaque
épi est au sommet d’un axe (ou rachis). Chaque fleur ne
stigmate (2)
ovaire (1)
La domestication du blé : une histoire
très ancienne
Il y a 11 500 ans, les populations humaines ont commencé à
se sédentariser au Proche-Orient et ont commencé à cultiver des céréales, dont l’amidonnier. Au départ, les grains de
ce blé sauvage tombaient au sol et se ressemaient spontanément. Leur récolte était donc difficile. Quelque mille
ans plus tard, les vestiges archéologiques montrent que
les épis ne se fragmentent plus et donc que les grains ne
tombent plus au sol. La récolte s’en trouve facilitée. Ainsi,
génération après génération, les cultivateurs ont fini par
sélectionner les plantes les plus adaptées à leur besoin.
Corrélativement, ces nouvelles céréales ont progressivement perdu leurs capacités à survivre hors des champs.
étamine (3)
1 fleur
glumelle
supérieure
épillet en fleur
glumelle
inférieure
glume
épi mûr, épi =
groupe d’épillets
axe
Doc 2. Organisation de la fleur et de l’épi de blé.
Caractère
La sélection paysanne ou sélection
phénotypique
Le mécanisme repose sur le principe suivant : durant des
millénaires, les agriculteurs cultivent les plantes. Ils repèrent chaque année les individus ayant les meilleures
qualités attendues (la résistance aux maladies, aux intempéries, la plus grande productivité, le meilleur gout ou les
qualités les plus avantageuses pour la transformation en
Égilope
Engrain et Amidonnier
Blé dur et blé tendre
Mode de vie
Formes sauvages
Formes sauvages et cultivées
Formes cultivées
Solidité de l’épi et dispersion
spontanée des grains
Rachis fragile
Rachis fragile
Rachis solide
Dissémination des grains
facilitée
Dissémination des grains
facilitée
Récolte facilitée
Enveloppes protectrices
adhérentes (glumelles)
Oui (grains velus)
Oui
Non (séparation des grains
des enveloppes et formation
de farine facilitée)
Maturation des grains
des différents individus
Durée longue (probabilité
de rencontre des conditions
favorables pour la germination
augmentée)
Durée longue (probabilité
de rencontre des conditions
favorables pour la germination
augmentée)
Maturation synchrone
et récolte facilitée
Rendements
Très faibles
Faibles
Élevés
Résistance au froid
et à l’humidité
Non
Non
Oui
Utilisations alimentaires
Non
Pâtes non levées et semoule
Semoules et pâtes non levées
pour le blé dur, pâtes levées
(pain) pour le blé tendre
Doc 3. Tableau comparatif de l’égilope, de l’amidonnier et du blé.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
129
aliments) : c’est la sélection phénotypique. Le phénotype
est l’ensemble des caractères morphologiques. Cette méthode de sélection naturelle modifie lentement les caractéristiques génétiques de la population de départ, sans
jamais cependant l’uniformiser car les critères de sélection
changent selon les lieux et au cours du temps. Cela a permis la naissance d’une immense diversité des variétés végétales dites de pays ou paysannes : c’est la biodiversité
cultivée.
Les bases génétiques de la domestication
du blé
Les caractéristiques phénotypiques (les caractères visibles
des individus) distinguant une espèce cultivée des espèces
sauvages sont en fait associées à des allèles de certains
gènes. Ce sont donc aussi des caractéristiques génétiques
qui ont pu être sélectionnées par l’être humain : celui-ci
a favorisé la reproduction des individus porteurs de ces
gènes, ce qui a augmenté la fréquence de ces allèles d’une
génération à la suivante. On a localisé dans le génome de
nombreux gènes majeurs, par exemple des gènes de qualité codants pour une protéine de réserve du blé, des gènes
de résistance aux champignons (au mildiou), etc.
IN FO
+
Le génotype est l’ensemble des allèles présents dans le
génome (ensemble des chromosomes) d’un individu. Les
allèles représentent les versions d’un même gène. Les
allèles diffèrent entre eux par des mutations.
Le phénotype est l’ensemble des caractères observables
(morphologiques, physiologiques) d’un individu.
La sélection variétale
Après la phase de domestication, les plantes cultivées ont
continué à être soumises à la sélection artificielle par l’être
humain. Cela s’est traduit par l’apparition d’une très grande
diversité de variétés des plantes cultivées. C’est la phase de
sélection variétale qui se poursuit à l’heure actuelle. Dans
le cas du blé, la sélection variétale s’est faite de proche en
proche à partir du foyer de domestication. Chaque nouvelle
variété a été sélectionnée pour être adaptée aux conditions
climatiques locales, par exemple le blé rouge d’Écosse et
le blé carré de Sicile (voir document 4).
Génie génétique et plantes transgéniques
• Le génie génétique permet d’apporter un nouveau carac-
tère à une espèce cultivée en introduisant dans son génome
un gène (ou plusieurs gènes) provenant d’une autre espèce, appelé transgène. On peut ainsi créer rapidement une
nouvelle variété et cette dernière est appelée organisme
génétiquement modifié (OGM). Les avantages de cette
techniques sont importants : on crée rapidement des nouvelles variétés (on s’affranchit des limites de la reproduction
sexuée comme devoir respecter le cycle naturel des saisons)
et on ne transfère que le gène intéressant dans la plante. Les
inconvénients existent aussi : en particulier, les plantes ont
une forte capacité à s’hybrider entre elles et il existe donc un
risque de diffusion des transgènes vers d’autres variétés ou
vers des espèces sauvages plus ou moins proches. Ces risques
dépendent des espèces de plantes qui poussent dans l’environnement proche de la culture d’OGM. Par exemple, grâce
aux OGM on peut donner une résistance aux herbicides à des
espèces cultivées, pour pouvoir facilement utiliser les herbicides sur les plantes indésirables dans les cultures, sans
mettre en danger les plantes qui nous intéressent. Mais à
cause de ce risque de diffusion, la résistance aux herbicides
peut être transférée à ces plantes indésirables, les herbicides
ne serviront donc à rien.
• Les applications de la transgénèse sont multiples :
- en agronomie : résistance à des insectes, à des maladies,
à des herbicides ;
- pour l’alimentation : les qualités nutritionnelles, la maturation des fruits, la transformation agro-alimentaire ;
- pour l’industrie : les pâtes à papier, les huiles industrielles,
les colorants ;
- pour la santé : les produits sanguins, les vaccins, les protéines humaines.
Blé rouge d’Ecosse
Variété très rustique adaptée aux
pays à climat rigoureux, elle résiste
très bien au vent et à la pluie sans
jamais verser (rachis très solide).
Elle se satisfait bien de sols lourds
ou de régions plus ou moins montagneuses. Semis en début d’automne.
Blé carré de Sicile
Variété originaire de Sicile où elle
se cultive comme blé de printemps.
Sa maturité est très rapide car les
grains se développent et murissent
très vite. Elle demande des sols
chauds et des sols calcaires et plutôt légers. C’est une variété productive en grains et en paille.
Doc 4. Deux variétés de blé : le blé rouge d’Écosse et le blé carré de Sicile.
130
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
Éléments de didactique
1 Difficultés liées à la présentation
des différents modes de cultures
• Dans la mission 25, on présente les deux grands types de
cultures (intensive et biologique) et les conséquences à
plus ou moins long terme sur la biodiversité et sur la santé.
Il ne s’agira pas d’opposer de manière brutale les deux méthodes et d’aboutir à une vision manichéenne de la situation.
Il n’y a pas de bonne ou de mauvaise agriculture, mais il y a
une évolution des pratiques culturales au cours du temps.
Le choix des documents doit amener à faire s’interroger les
élèves et à les informer pour ensuite contribuer à développer
le sens de la responsabilité et la conscience citoyenne chez
les élèves, avec le document 4 page 111 en particulier.
• Il s’agit de rappeler qu’à un moment donné dans l’his-
toire de l’humanité, il a été nécessaire de produire beaucoup de denrées alimentaires pour nourrir l’humanité en
pleine croissance (que ce soit dans les pays occidentalisés
ou dans le tiers-monde) et cela n’a été possible que grâce à
l’agriculture intensive. Cela s’est fait avec l’utilisation massive d’engrais et de pesticides. Les conséquences ont été
multiples, tant pour la biodiversité que pour la santé.
• À ce propos, on pourra rapporter l’exemple de la dis-
parition inquiétante des abeilles (avec des mortalités observées de 70 à 80 % des ruches), qui pourrait être liée à
l’utilisation de ces produits chimiques. On pourra compléter auprès des élèves en signalant aussi la disparition de
nombreuses espèces d’oiseaux agricoles. Il faut souligner
aussi la complexité des interactions en jeu et la difficulté
d’identifier simplement les causes (c’est l’effet « cocktail »
de certaines substances qui peut avoir des effets sur des
espèces, comme pour l’abeille).
• À coté de cette pratique agricole s’est maintenue une
agriculture plus traditionnelle, faisant moins appel aux
engrais et pesticides. On peut alors développer le volet
« Adopter un comportement éthique et responsable »
avec le concept d’agriculture durable, respectueuse de
l’environnement, qui permet d’envisager des solutions
durables : agriculture raisonnée, qui limite l’emploi des
intrants (c’est-à-dire les apports dans les cultures, comme
les engrais), ou encore agriculture biologique, sans pesticides chimiques. Si l’agriculture biologique présente des
avantages certains, on insistera sur ses moindres rendements face à l’enjeu initialement présenté, qui est de nourrir 7 milliards d’individus. D’un autre côté, il faut également
insister sur l’intérêt de la biodiversité, présentée comme
une alliée de l’agriculture, tant au niveau de la flore (haies,
bandes enherbées) que de la faune (pollinisateurs, prédateurs, faune du sol), ce qui doit limiter l’emploi des engrais
chimiques et pesticides.
2 Difficultés liées à la notion
d’aliments transformés et lien
avec la santé
• Le programme demande de présenter les aliments pro-
duits par transformation (ou aliments transformés).
C’est dans la réalité un sujet très vaste et en prise directe
avec les problématiques de société et de santé comme
l’obésité, le diabète, la « malbouffe », les maladies nutri-
tionnelles, les régimes... Il conviendra donc de prendre un
certain recul pour aborder ce sujet avec les élèves et répondre à leurs questionnements éventuels.
• Tout d’abord, qu’est ce qu’un aliment transformé ? Selon
la définition générale, c’est un aliment qui a subi une transformation (physique, chimique, biologique ou par ajouts
divers), de sorte qu’il n’est plus dans sa forme brute ou à
l’état frais. Ainsi, le pain issu de la transformation du blé,
le fromage issu de la transformation du lait, les pâtes, le
chocolat en sont des exemples. Il est très important de caractériser le degré de transformation.
• Les aliments non ou peu transformés. Les aliments
non transformés sont ceux obtenus directement à partir
de plantes ou d’animaux (par exemple : légumes, fruits,
œufs, lait) et achetés pour être consommés sans altération après avoir été prélevés dans la nature. Les aliments
peu transformés subissent des changements (lavés, fractionnés, broyés, séchés, fermentés, pasteurisés, congelés)
qui affectent peu leur nature, et ce, surtout dans le but
d’améliorer leur conservation et leur qualité nutritionnelle,
ou en faciliter leur préparation et leur transport. Les fruits
séchés, les fruits et légumes surgelés, les légumineuses,
les poissons surgelés, le yaourt nature et le thé sont tous
des exemples. Ils ne présentent pas de risques particuliers
pour la santé. Ce sont ces aliments dont il faut vanter l’intérêt avec les élèves.
•
Les ingrédients culinaires pour la préparation des repas.
Ce sont des substances extraites (d’aliments naturels ou de
la nature elle-même) par des procédés tels que le pressage, le broyage, le concassage, la pulvérisation et le raffinage. Ce sont ainsi les farines, huiles, les graisses animales
(y compris beurre), sucres (de table et d’érable), miel, sel
de table. Le but du traitement est d’obtenir des ingrédients
utilisés en cuisine pour assaisonner et faire cuire les aliments
bruts ou peu transformés et créer avec eux des plats variés
et agréables tels que les soupes et potages, salades, plats
de riz et haricots, légumes cuits ou grillés, tartes, gâteaux,
desserts faits maison. À eux seuls, ils ont peu d’intérêts,
mais ils peuvent permettre de préparer des repas équilibrés
et nutritifs. Il y a lieu de surveiller leur excès.
• Les aliments moyennement transformés. Il s’agit de
produits relativement simples, fabriqués essentiellement
avec des aliments naturels ou peu transformés auxquels on
a ajouté des ingrédients culinaires comme du sel, du sucre,
de l’huile ou du vinaigre. On cherche ici à prolonger la durée
de consommation de l’aliment et à modifier ses caractéristiques organoleptiques. Ce sont par exemple les conserves
de légumes, les légumes secs, les fruits en boites et bocaux,
les noix et graines salées, le poisson fumé ou salé, le jambon
fumé ou salé, les sardines et thon en boite, les fromages,
les pains fabriqués à partir d’ingrédients utilisés pour les
préparations culinaires (farine de blé, levure, eau, sel, sucre,
beurre), le vin, la bière, le cidre. C’est avec eux qu’on prépare
des repas maison qui surpassent la qualité de la plupart des
repas prêt-à-manger ou de type restauration rapide.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
131
• Les aliments très transformés (voir ultra-transfor-
més). Ce sont des produits alimentaires et des boissons
dont la fabrication comporte plusieurs étapes et techniques de transformations et qui font appel à une variété
d’ingrédients dont beaucoup sont utilisés exclusivement
par l’industrie. On crée ainsi des aliments à plus ou moins
longue durée de vie, pas chers, faciles à utiliser, attractifs
et agréables au goût et qui sont prêts à être consommés
ou chauffés. Ces produits font appel à toute une gamme
d’« additifs ». Ils constituent la base de la restauration rapide comme les nuggets de poulet, poisson pané et autres
plats congelés prêts à consommer, les snacks emballés,
les saucisses et charcuteries bon marché, les céréales du
petit déjeuner, les barres de céréales, les « energy drinks »,
les pizzas (surgelées ou pas), les substituts du sucre,
édulcorants, sirops, les préparations pour gâteaux, de
nombreuses sauces d’accompagnement... tous riches en
graisses, sucres, émulsifiants et autres additifs ! C’est tout
l’univers de la « malbouffe ». Ces produits tendent à en-
•
vahir l’alimentation quotidienne des jeunes et sont aussi
présents dans les gouters de cours de récréation.
• Les études montrent qu’ils ont un impact dans la prise
de poids et nuisent à la santé surtout s’ils sont consommés
fréquemment (même s’ils ne sont pas les seuls facteurs
influençant). Ils jouent un rôle certain dans l’épidémie de
maladies chroniques.
• Ces aliments ultra-transformés représentent 80 % de
l’offre actuelle en supermarché, y compris dans les rayons
diététique, bio ou « végétarien » (la plupart des steaks végétaux en font partie). Ils représentent plus du tiers des aliments consommés par les Français. D’après les chercheurs,
ils seraient la première cause de mortalité précoce dans
les grandes villes.
• Il s’agira pour les enseignants-e-s de bien faire com-
prendre aux élèves ces différentes catégories dans leur
discours sur l’origine des aliments transformés.
Bibliographie / Webographie
G. Cappe, P. Delforge, Développement durable : 30 situations pour comprendre les enjeux et agir,
Retz, 2015.
• A. Euzen, L. Eymard, Le Développement durable à découvert, CNRS, 2013.
• C. André, J. Kabat-Zinn, Se changer, changer le monde, J’ai lu, 2015.
• E. Hainzelin, Cultiver la biodiversité pour transformer l’agriculture, Quae, 2013.
• C. Lévêque, J-C. Mounolou, Biodiversité : dynamique biologique et conservation, Dunod, 2008.
• J.-C. Gueguen, Biodiversité et évolution du monde animal : une brève histoire des animaux, EDP
sciences, 2017.
•
Biodiversité et agriculture : protéger la biodiversité et assurer la sécurité alimentaire : https://
www.cbd.int/doc/bioday/2008/ibd-2008-booklet-fr.pdf
•
À l’école de la biodiversité, Fondation La main à la pâte, http://www.fondation-lamap.org/fr/
page/26955/sequence-3-lhomme-dans-la-biodiversite
• Dossier scientifique « Biodiversité », CNRS, http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbiodiv/index.
php?pid=decouv_chapA
• Éducation au développement durable, éduscol, http://eduscol.education.fr/pid23360/education-au-developpement-durable.html
132
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 25
Mise en évidence de deux méthodes de cultures.
La culture du riz.
Mission 26
Mise en évidence de deux méthodes d’élevage.
L’élevage des poules pondeuses.
Mise en évidence de l’action des microorganismes
(levures).
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Mission 27
Les aliments produits par transformation.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 25
Comment
les aliments
d’origine
végétale sont-ils
produits ?
• Différents modes de
cultures.
• Agriculture durable.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Effectuer des recherhes bibliographiques simples et ciblées. Extraire les informations
pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Identifier des sources d’informations fiables.
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d’environnement.
Mission 26
Comment
les aliments
d’origine
animale sont-ils
produits ?
• Différents modes
d’élevage.
• Effectuer des recherhes bibliographiques simples et ciblées. Extraire les informations
pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre à une question.
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de
santé, de sécurité et d’environnement.
Mission 27
Comment les
aliments sontils produits par
transformation ?
• Transformation
biologique.
• Levures.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Effectuer des recherhes bibliographiques simples et ciblées. Extraire les informations
pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre à une question.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
133
Mission 25 Les aliments d’origine végétale
p. 110-111
Objectifs :
✔Comprendre quelles parties d’un végétal se consomment.
✔Découvrir différentes méthodes de culture.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 16 – 19 – 20 – 21 – 24 – 25 – 30.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploitation des questions 2 et 3, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 108
Le tribunal a tranché !
« Alors la tomate : fruit ou légume ? »
Comment les végétaux peuvent-ils devenir des aliments ?
➡ Les élèves lisent le document et la question posée par la
petite mascotte, et donnent leur avis sur la question. L’objectif est de mettre en avant le fait que peu importe que
la tomate soit un fruit ou légume, l’important c’est qu’il
s’agisse bien d’un aliment d’origine végétale.
➡ Relance possible : (contextualiser) « Comment la tomate
qui est dans votre assiette a-t-elle pu devenir un aliment ? »
L’objectif est de faire réfléchir les élèves sur la « vie » de la
tomate avant son arrivée dans l’assiette, et sur ce qui a dû
être mis en place pour pouvoir la manger. On attend des
élèves les mots : jardin, potager, culture, etc. Cela permet
de formaliser la question scientifique.
Question scientifique Comment les aliments
d’origine végétale sont-ils produits ?
➜ Aller à la mission 25.
JE M'INFORME
sur les plantes utilisées
comme aliments
➡ Le document 1 permet aux élèves d’identifier, à partir de
dessins, quelles sont les différentes parties des végétaux.
Ce document aidera l’élève dans l'acquisition du vocabulaire pour pouvoir ensuite décrire les différents éléments
d’une plante et répondre aux questions. Cela leur permettra notamment de dresser la liste des parties que nous
consommons comme aliment.
134
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
Nous consommons donc :
- la fleur : artichaut, brocoli, chou-fleur... ;
- le fruit : aubergine, concombre, cornichon, melon, pastèque, myrtille... ;
- la feuille : chou, endive, épinard... ;
- la tige : céleri, rhubarbe, bette ou poirée... ;
- les racines : betterave, navet, radis, panais, topinambour...
➡ Le document 2 met en lien le plant (c’est-à-dire un ensemble de végétaux de la même espèce) et la partie de
l’aliment consommé. Les élèves devront citer de quelle
partie de la plante il s’agit. L’enseignant-e encouragera les
élèves à décrire avec le plus de détails possible les photographies de ce document. Ensuite, les élèves sont invités à
observer le plant et la place du fruit ou du légume.
Dans un premier temps, l’élève observera quels sont ceux
qui se trouvent dans la terre (racine), ensuite ceux qui sont
au bout du plant (fruit), puis viendra une discussion à propos des autres fruits et légumes et de leurs formes : l’asperge ressemble à une tige, la salade à des feuilles...
Réponses aux activités
1 Les parties de la plante légendées dans le document 1
sont consommables en tant qu’aliments : tubercule, bulbe,
racine, tige, feuille, fruit, fleur
2
Fruits et légumes
Parties consommées
Pomme
Fruit
Pomme de terre
Tubercule
Salade
Feuille
Asperge
Tige
Maïs
Fruit
Pois
Fruit
Raisin
Fruit
Carotte
Racine
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Garder une trace
écrite ou numérique des recherches réalisées.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Choisir des sources d’informations fiables. ➜ Ici, utiliser les
informations du manuel et compléter avec des recherches
Internet ou bibliographiques.
●
Savoir prélever les informations intéressantes. ➜ Ici, se
focaliser sur les origines dans la plante des aliments.
● Savoir synthétiser son travail. ➜ Ici l’élève doit résumer,
reformuler les informations recueillies.
● Savoir garder une trace. ➜ Ici l’élève doit savoir utiliser
différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin,
croquis, tableau, texte).
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève part à la recherche d’informations mais ne parvient
pas à se concentrer sur le sujet sans l’aide de l’enseignant-e.
➜ Débutant.
● L’élève part à la recherche d’informations, se focalise sur
le sujet mais ne parvient pas à en dégager les informations
importantes seul-e, en particulier, il-elle ne sait pas choisir le
mode de représentation approprié. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à prélever les informations importantes et
réussit à en garder la trace sous la forme la plus appropriée,
avec l’aide de l’enseignant-e. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à prélever les informations importantes et les
résume de manière intéressante, en utilisant le meilleur mode
de représentation. ➜ Expert.
JE DÉCOUVRE
différentes méthodes
de cultures
➡ Le document 3 présente une culture en particulier :
celle du riz. Deux aspects de cette culture sont présentés :
culture intensive et agriculture biologique. Les élèvent devront faire le lien entre les deux types de cultures et noter
les différences ou ressemblances s’il y a. Comme précisé
en introduction, le but de cette comparaison n’est pas de
déterminer quelle méthode de culture est « bonne », mais
plutôt de mettre en avant les avantages et les inconvénients de chacune. Même si les avantages de l’agriculture durable sont soulignés ici, et que les impacts négatifs
sur l’écologie de l’agriculture intensive sont indéniables, il
faut également mettre en avant le grand avantage de cette
dernière, c’est-à-dire son fort rendement rendu possible
par la mécanisation (emploi de machines pour cultiver le
riz) qui permet de nourrir des populations plus grandes.
Le schéma et les photographies sont présents pour rendre
concret les éléments abordés dans le texte.
➡ Le document 4 aborde l’aspect « Éducation à la citoyenneté et à la responsabilité » avec le thème de l’agriculture
durable. Après lecture des documents 3 et 4, les élèves
devraient comprendre les avantages pour le consommateur, le producteur et l’environnement d’une agriculture
durable. On parle ici de lutte biologique avec l’intervention
des coccinelles pour lutter contre les pucerons. La lutte
biologique, à la différence des pesticides, ne pollue pas le
champ, ni le jardin, ni l’eau. Elle ne représente aucune menace pour les humains, les plantes ou les animaux. L’enseignant-e pourra donner un autre exemple de lutte biologique, par exemple pour lutter contre la pyrale du maïs
(une chenille qui cause des dégâts considérables dans les
cultures), les agriculteurs et agricultrices peuvent utiliser
une espèce de guêpe parasite (petit hyménoptère appelé
trichogramme) qui pond ses œufs dans le corps de la chenille, tuant ainsi le ravageur. C’est une méthode durable,
efficace et respectueuse de l’environnement.
Réponses aux activités
3
Agriculture intensive
Agriculture biologique
• Grande surface
• Canards pour lutter contre
les mauvaises herbes
• Mécanisation
• Déjections comme engrais
naturels
• Engrais chimiques
• Pesticides
4 Avantages d’une agriculture durable pour :
• le consommateur : il n’y a pas d’engrais chimique ni de
traces de pesticides dans les aliments consommés. La
santé des consommateurs est donc préservée.
• le producteur : il a moins de frais à engager car il n’a pas
besoin d’acheter des engrais ou des pesticides.
• l’environnement : il y a moins de pollutions (de l’eau par
exemple).
• la biodiversité : les pesticides ne font pas disparaitre les
diverses espèces présentes et donc la biodiversité est préservée.
5 On peut dire que l’agriculture biologique est une agriculture durable car elle pense à l’environnement pour préserver les richesses du sol durablement. Cette question
sera traitée à l’oral car il s’agit pour les élèves d’essayer de
formaliser leur pensée, sans forcément passer par un processus orthographique ou syntaxique qui les éloignerait de
l’objectif premier.
LA TRACE ÉCRITE
Les aliments d’origine végétale sont surtout produits par
culture. Il existe différents modes de cultures, comme
pour la culture du riz. Ceux-ci diffèrent par l’utilisation plus ou moins importante de pesticides et d’engrais chimiques ou naturels. Certains modes de cultures
contribuent à une agriculture durable respectueuse de
l’environnement et de la santé des êtres vivants.
JE FAIS LE BILAN
p.116
Ressources complémentaires Bilan de la mission 25 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Culture (intensive), pesticides, agriculture durable, lutte
biologique.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
135
Mission 26 Les aliments d’origine animale
p. 112-113
Objectifs :
✔Découvrir quels aliments sont d’origine animale.
✔Comparer différentes méthodes d’élevages.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 16 – 20 – 21 – 25.
Question scientifique Comment les aliments
d’origine animale sont-ils produits ?
➜ Aller à la mission 26.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploitation des questions 1 et 3, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 109
De drôles de dessins dans les grottes !
« À la préhistoire on devait chasser
pour se nourrir de viande. » Où trouvet-on la viande aujourd’hui ?
Le document est une photo d’une peinture
murale de la grotte de Lascaux.
IN FO
+
La grotte de Lascaux a été découverte en 1940 par
4 adolescents périgourdins. Cette grotte fut ouverte au
public pendant de nombreuses années jusqu’à sa fermeture
en 1963 pour cause de dégradation des peintures à cause
du gaz carbonique rejeté par notre respiration. Aujourd’hui
la grotte est étroitement surveillée afin de préserver ce site
inscrit au patrimoine mondial de l’humanité par l’UNESCO.
Lascaux 2 a ouvert ses portes afin que les visiteurs puissent
admirer les reproductions des œuvres qui représentent
la plupart du temps des animaux, qui étaient chassés par
les hommes préhistoriques pour se nourrir et se vêtir. Les
représentations humaines sont plus rares.
L’enseignant-e pourra demander aux élèves de replacer
dans la frise chronologique le moment de réalisation de
cette peinture pour faire le lien avec le programme d’histoire.
Les élèves citeront les noms des animaux présents sur
cette peinture : cheval, bison, cerf, taureau, etc.
➡ Relance possible : « Pourquoi la mascotte parle-t-elle de
chasse ? »
Les élèves seront amenés à évoquer le mode de vie des
hommes préhistoriques, et faire le parallèle avec leur mode
de vie actuel. Certain-e-s pourront citer le mot « élevage ».
136
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
JE M'INFORME
sur les aliments d’origine
animale
➡ Comme vu dans la situation déclenchante, les premiers
êtres humains vivaient de cueillette, de pêche et de chasse.
C’est seulement vers l’Antiquité que sont apparues les premières traces d’élevage et de domestication permettant
aux êtres humains de diversifier leur alimentation avec du
lait, des œufs, etc.
➡ Le document 1 montre des photos de produits de pâturage. Les élèves devront citer les animaux présents sur
les photos et dire quelles parties de ces animaux sont
consommées. L’enseignant-e donnera quelques indications supplémentaires concernant l’élevage d’autruches
par exemple. En effet, on appelle ces élevages les « fermes
de l’avenir », en raison de la grande variété de leurs produits
(viande, cuir et plumes), de leur efficacité de production et
de reproduction et de leur rentabilité élevée.
➡ Le document 2 présente des produits de la mer, les
élèves feront le même travail ici. L’enseignant-e pourra
aussi donner des exemples supplémentaires ainsi que les
noms de ces élevages. On pourra ainsi parler de l’élevage
des huitres (ostréiculture) dans des parcs à huitres, ou bien
de l’élevage des crevettes (pénéiculture) dans des étangs.
➡ Le document 3 montre des exemples de produits dérivés du lait. À l’enseignant-e de préciser qu’il s’agit ici, à la
différence des autres documents, de produits transformés,
c’est-à-dire de produits fabriqués à partir du lait. Les élèves
citeront différents aliments obtenus à partir du lait.
Réponses aux activités
1
Animal
Produit consommé
Bœuf
Steaks
Poule, canard, dinde
Cuisses, ailes, filets (ou blanc
de poulet)
Mouton
Gigots
Autruche, bison
Steaks
Animal
Produit consommé
Saumon
Filets
Moule
Intérieur
2 À partir du lait, on peut obtenir du beurre, du fromage,
de la crème et des yaourts.
JE DÉCOUVRE
l’élevage des poules
pondeuses
➡ Les documents 4 et 5 présentent deux genres d’élevage de poules pondeuses. Le travail des élèves consistera
à comparer ces deux méthodes.
L’enseignant-e pourra insister sur le caractère bientôt désuet de l’élevage des poules pondeuses en cages. En effet,
depuis quelques temps, même les grandes enseignes de
distribution (supermarchés) se tournent vers des élevages
de poules en plein air. L’opinion publique bannit petit à petit
ces œufs dont les coquilles sont associées à une grande
souffrance animale.
➡ Le document 6 met en avant une agriculture plus respectueuse du bien-être animal et de l’environnement. Les
élèves pourront faire le parallèle avec la mission précédente et l’agriculture durable.
L’enseignant-e pourra montrer à travers ce document que
si le bien-être de l’animal n’est pas garanti, la qualité du
produit en est affectée à différents niveaux : au niveau nutritionnel, sanitaire et gustatif. Le consommateur est donc
lui aussi responsable !
Réponses aux activités
3
Élevage en cages
Élevage « en plein air »
Espace réduit
Espace naturel vaste
Éclairage artificiel
Éclairage naturel
Alimentation en poudre
Alimentation : insectes
ou graines au sol
Forte production
Forte production
Mortalité importante
Bonne santé, bien-être
animal
4 L’élevage en plein air respecte les cinq libertés pour le
bien-être animal. En effet, les animaux ont la possibilité
d’évoluer en liberté c’est-à-dire de se protéger du soleil,
de la pluie, de se nourrir et de se développer dans un climat
propice à leur bon développement, sans que l’éleveur ait
recours aux antibiotiques par exemple.
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Relier
des connaissances acquises en sciences à des questions de
santé.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Mettre en lien les informations des documents avec ses
connaissances antérieures. ➜ Ici, faire le lien entre élevage en
plein air et agriculture durable.
● Mettre en lien ses connaissances avec des questions de santé
publique. ➜ Ici, expliquer pourquoi il vaut mieux manger des
aliments issus d’une agriculture ou d’un élevage raisonné.
● Comprendre l’enjeu de ces questions. ➜ Ici, comprendre que
chacun est « responsable » de ses achats alimentaires et qu’il
vaut mieux consommer les produits les meilleurs pour sa santé.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève comprend les documents mais ne parvient pas à aller
au-delà. ➜ Débutant.
● L’élève comprend les documents, essaie de les mettre en lien
avec la question posée, mais ne parvient pas à élargir sa pensée.
➜ Apprenti.
● L’élève comprend les documents et donne son avis en prenant
appui sur ses connaissances antérieures. ➜ Confirmé.
● L’élève comprend les documents, donne son avis en prenant
appui sur ses connaissances antérieures et donne des exemples
dans l’actualité, par exemple ➜ Expert.
●
LA TRACE ÉCRITE
Les aliments d’origine animale sont dorénavant surtout produits par élevage. Il existe ainsi différents types
d’élevages, comme c’est le cas pour l’élevage de poules
pondeuses. Ils diffèrent par les conditions de vie et de
bien-être des animaux : l’espace, la nourriture, le bruit,
le stress, les maladies, etc.
JE FAIS LE BILAN
p.116
Ressources complémentaires Bilan de la mission 26 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Élevage, bien-être animal, matière première.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
137
Mission 27 Des aliments produits
par une transformation
p. 114-115
Objectifs :
✔Découvrir quels aliments sont produits
par transformation
✔Comprendre l’origine des transformations
des aliments transformés.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 4 – 11 – 15 – 25.
montrer aux élèves qu’autour de chez eux, des artisans
font un métier qu’ils ne connaissent pas ou mal. Il sera donc
important de montrer la proximité et la qualité de ce que
produisent ces artisans.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploitation de la question 1, fiches expérience, vidéos des expériences, aide pour la trace écrite.
Expériences Matériel pour l’expérience 1 : farine,
eau, sel, levures, deux saladiers, un flacon doseur, une balance de pesée. Matériel pour l’expérience 2 : deux bouteilles en plastique, deux ballons gonflables, eau, farine,
levures, une balance de pesée.
JE M'INTERROGE
JE M'INFORME
sur la fabrication du pain
➡ Le document 1 est un compte rendu de visite dans une
boulangerie. Si la sortie n’a pu être organisée, les élèves
pourront ainsi suivre les différentes étapes de fabrication
du pain. Les titres donnés aux photographies sont très importants puisqu’il s’agit en fait des trois grandes étapes de
la fabrication du pain. L’enseignant-e veillera à ce que tous
les élèves puissent lire le sigle °C (degré Celsius) pour une
bonne compréhension du texte.
p. 109
Réponses aux activités
Tour du monde des pains
Comment peut-on obtenir
du pain ?
➡ Les élèves décrivent ce qu’ils voient sur la photo, c’està-dire des pains de différentes tailles et de différentes
formes. On attend des élèves qu’ils citent les adjectifs :
ronds, plats, longs... Les élèves nomment ensuite les pains
qu’ils connaissent : la baguette, la pita, la galette, le pain
aux céréales, les bains, la marguerite, etc.
➡ Relance possible : « Avec quelles matières premières fabrique-t-on le pain ? »
Certains répondront qu’il faut de la farine, tandis que
d’autres remonteront la chaine jusqu’au blé, mais ils omettront certainement de préciser la présence de levure.
L’enseignant-e fera remarquer qu’il n’y a pas de lien visuel
entre la farine et le pain ici présent. Il existe donc différentes étapes entre le produit brut et le produit transformé.
Question scientifique Comment les aliments sontils produits par transformation ? ➜ Aller à la mission 27.
SORTIE : Visite d’une boulangerie
L’enseignant-e privilégiera une sortie dans une boulangerie à proximité de l’école, du quartier si possible, afin de
138
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
1
Étape
Durée
Température
Pétrissage
1h
23 °C
La pâte est élastique
et gonflée.
Façonnage
3h
20 °C
La pâte gonfle et des
trous se forment dans
la mie.
20 min
250 °C
La croûte durcit et se
colore, des trous se
forment dans la mie.
Cuisson
Pâte
➡ Différenciation possible : distribuer le tableau vide ou
avec les en-têtes déjà pré-remplis.
J'EXPÉRIMENTE
pour comprendre le rôle
des levures
➡ Le document 2 montre une expérience « ratée » d’un
élève qui a oublié un ingrédient essentiel dans la fabrication
du pain : la levure. Les élèves décrivent l’aspect du pain et
se rendent compte que la mie ne présente pas de trous.
➡ Cette importance des levures est prouvée grâce aux expériences du doc 3. Les élèves vont répondre aux questions
« quel est le rôle des levures ? » et « quel est le mode d’action des levures ? »
le ballon est bien gonflé, ce qui atteste de la production
d’un gaz par la pâte à pain. Les levures interviennent dans
la fabrication du pain en produisant un gaz responsable du
gonflement du ballon ou du pain.
Déroulé de l'expérience 1
1 Avant l’expérience
Hypothèses possibles
Les levures sont à l’origine des trous dans la pâte à pain.
Les levures font gonfler la pâte à pain.
Les levures transforment la farine en pâte à pain.
2 L’expérience
Suivre le protocole et réaliser deux pâtes à pain différentes :
l’une avec des levures, l’autre sans.
3 Résultats et interprétation
On attend des élèves qu’ils observent la différence d’aspect
et de densité des pâtes. Les élèves doivent remarquer que le
gonflement ne se produit qu’en présence des levures.
Sans levure
Avec levure
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes ● Organiser seul ou
en groupe un espace de réalisation expérimentale.
Déroulé de l'expérience 2
1 Avant l’expérience
Hypothèse possible
Les levures sont responsables de l’apparition de gaz à l’origine du gonflement de la pâte à pain.
2 L’expérience
Suivre le protocole et réaliser les deux montages, l’un avec
les levures et l’autre sans levure.
3 Résultats et interprétation
On attend des élèves qu’ils constatent la production d’un
gaz dans l’une des deux bouteilles, responsable du gonflement du ballon, et que cette production n’a eu lieu que
dans le flacon contenant initialement les levures.
Réponses aux activités
2 Voici deux hypothèses parmi celles pouvant être proposées :
- les levures sont nécessaires pour faire gonfler le pain.
- les levures sont nécessaires pour faire apparaitre des trous
dans la mie.
3 Dans le cas où il n’y a pas de levures, le pain est dense, sans
trou dans la mie et il n’a pas gonflé. Dans le cas où les levures
ont été ajoutées, le pain est bien gonflé avec une mie bien
aérée. Les levures permettent donc de faire gonfler la pâte à
pain, en créant des aérations sous forme de vides.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Organiser un espace de travail. ➜ Ici, faire de la place sur le
plan de travail (table ou bureau) en ôtant ce qui pourrait gêner
la réalisation de l’expérience (trousse, livre…).
● Lister le matériel nécessaire. ➜ Ici, s’assurer que tous les
ingrédients et ustensiles sont bien présents sur le plan de travail.
● Suivre la démarche en utilisant le matériel à disposition. ➜ Ici,
suivre le protocole de l’expérience pas à pas (expérience 1 ou 2).
● Ranger son plan de travail. ➜ Ici, après réalisation de
l’expérience, ranger et laver son plan de travail ainsi que les
ustensiles utilisés.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève organise son plan de travail mais oublie de lister son
matériel. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à organiser son plan de travail ainsi que son
matériel, mais fait des erreurs dans le protocole. ➜ Apprenti.
● L’élève organise son plan de travail ainsi que son matériel, suit
la démarche correctement mais laisse le rangement à la charge
de l’enseignant-e. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à installer un espace de travail propice à la
réalisation de son expérience et range son matériel après
usage. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Le pain est un aliment produit par la transformation d’une
matière première (la farine) grâce à l’intervention de levures (champignon de très petite taille). Toute transformation de matières premières pour produire un aliment
grâce à l’intervention d’êtres vivants est une transformation biologique.
JE FAIS LE BILAN
p.116
Ressources complémentaires Bilan de la mission 27 à
Sans levure
Avec levure
4 Dans le cas où il n’y a pas de levures, le ballon reste plat
ou à peine gonflé. Dans le cas où l’on rajoute les levures,
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Transformation biologique, matières premières, levure.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
139
les sciences autrement
sciences & Insolite
Le potager des records !
Depuis quelques années, des concours de producteurs de
fruits et légumes géants apparaissent un peu partout sur la
planète. Nous avons voulu montrer le caractère exceptionnel de ces fruits et légumes. Depuis 30 ans, Philip Vowles
fait pousser des légumes géants dans son grand jardin du
pays de Galles. Malgré les apparences, ses légumes n’ont
pas été obtenus à partir d’OGM ou plants transgéniques.
La recette est simple : Philip est simplement très regardant sur les graines qu’il fait pousser et sélectionne uniquement les plus grosses. Année après année, ces graines
produisent des légumes de plus en plus gros : « Je cultive de
façon biologique et j’ai tendance à penser que si j’y arrive,
n’importe qui peut le faire. » D’autre part, le producteur affirme que ses légumes ont exactement le même gout que
leurs cousins de petite taille.
Cette activité est à réaliser en rapport avec la mission 25, et
présente un autre aspect de l’agriculture biologique.
●
Activités pour la classe
On demande aux élèves d’effectuer une recherche sur
Internet pour trouver les légumes et fruits les plus gros du
monde. Ils peuvent ensuite présenter le résultat de leur recherche sous la forme d’une affiche des records du monde
(photos et textes), le tout présenté sur le mode d’un palmarès.
●
La recherche peut aussi être faite pour les espèces domestiques animales.
●
● Une vidéo présentant Philip Vowles peut être projetée
en classe : http://clubsandwich.konbini.com/news/videorencontre-agriculteur-bio-pousser-plus-gros-legumesmonde/. Elle permet de montrer aux élèves très clairement la différence de tailles.
sciences & Technologie
Agridrones : l’avenir de l’agriculture ?
Il s’agit ici de montrer comment la profession d’agriculteur
évolue avec son temps et faire découvrir aux élèves les
nouvelles technologies associées à cette évolution. Voici
en quelques points un exemple de drone agricole.
Comment fonctionne-t-il ?
Le drone embarque un capteur qui mesure la lumière renvoyée par le feuillage des cultures dans le but de déterminer l’état de vigueur ou de faiblesse du couvert végétal. Une fois le terrain survolé et analysé, les informations
récoltées sont synthétisées visuellement sous forme de
cartes facilement compréhensibles. L’agriculteur connait
avec précision par exemple le besoin d’azote moyen de
140
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
p. 118-119
chaque parcelle de son exploitation et adapte ainsi ses interventions en conséquence.
L’agriculture de précision permet donc de produire mieux
et plus, en associant agronomie, écologie et technologie.
Est-il facile à utiliser ?
Le drone est comme un smartphone. Les agriculteurs intéressés par cette technologie suivent une formation de deux
jours et obtiennent un brevet théorique ULM leur permettant de piloter le drone.
Activités pour la classe
On peut faire chercher sur Internet toutes les applications
des drones et demander aux élèves de présenter cette recherche sous la forme d’une carte mentale ou d’une affiche.
À titre d’exemples, voici les principales applications actuelles des drones.
●
Agriculture
- Analyse des
besoins en engrais
- Détection des
maladies
- Détection des
pieds manquants
Aménagement du
territoire
- Orthophotogra­
phie (assemblage
de photographies)
- Implantation 3D
- Gestion des
espaces verts
Archéologie
- Reconstruction
- Cadastre
- Vue globale des
travaux
Artistique/Média
- Télévision /
cinéma
- Communication /
marketing
- Mise en valeur
des régions
touristiques
Cartographie
- Cadastre
- Travaux publics
- Géoréférencement
Environnement
- Catastrophes
naturelles
(détection et
observation)
- Gestion de l’eau
- Détection de
flore
- Comptage /
détection de faune
Inspection
- Réseaux de
communication
- Thermographie
- Éoliennes
/ panneaux
photovoltaïques
- Barrages /
toitures
Santé/urgence
- Transports
de matériels
d’urgence
- Transports de
médicaments
Sécurité incendie
- Détection de
feux de forêts
- Diagnostic
d’évolution des
flammes
- Cartographie
Surveillance
- Infrastructures
- Entrepôts /
bâtiments
- Inventaire des
stocks
- Trafic routier /
frontières
Topographie
- Mines et carrières
- Contrôle des
stocks
- Terrassement
- Orthophoto­
graphie
Transports
- Livraisons
- Transports
d’objets
Sports et loisirs
- Suivi
d’événements
sportifs
- Concerts /
manifestations
- Mise en place
tactique
Cette recherche Internet permet de mettre en place un
suivi d’acquisition pour la compétence « Identifier des
sources d’informations fiables ».
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes
sources d’informations fiables.
●
Identifier des
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Savoir faire preuve d’esprit critique face à l’information et à
son traitement. ➜ Ici, comparer et regrouper des informations
de sources différentes.
● Savoir identifier, trier et évaluer des ressources. ➜ Ici, savoir
relever des éléments sur l’information permettant d’en
identifier l’origine et d’en évaluer la fiabilité.
● Savoir faire preuve d’autonomie et d’initiative dans la
recherche et la sélection d’informations. ➜ Ici, identifier les
informations qui manquent et faire les recherches appropriées.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève sait rechercher de l’information mais ne sait pas quoi
en faire et se laisse submerger par celle-ci. ➜ Apprenti.
● L’élève est capable de trouver de l’information, sait comment
la hiérarchiser mais de manière encore maladroite, en particulier
il-elle évalue encore de manière approximative le degré de
fiabilité de l’information. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à identifier des sources d’informations fiables
et pertinentes et est capable de les évaluer selon leur fiabilité.
➜ Confirmé.
● L’élève parvient à identifier des sources d’informations fiables
et pertinentes et est capable seul-e de les évaluer selon leur
fiabilité et leur intérêt. ➜ Expert.
sciences & Histoire
1492, la découverte de... nouveaux légumes !
Le document d’époque montre des indiens d’Amérique
chargeant des provisions dans les bateaux de l’expédition
de Christophe Colomb. Il faut rappeler les circonstances de
la découverte de l’Amérique par Christophe Colomb.
Christophe Colomb, marin génois, voulait aller commercer avec les Indes – comme tous les marchands italiens de
l’époque – pour ramener des épices, du sucre, de la soie et
des richesses. Mais à l’époque, la route terrestre par l’Asie
centrale était fermée par les Turcs, ce qui avait conduit les
marchands italiens à essayer d’aller en Inde en contournant
l’Afrique. Mais en 1492, cette expédition n’avait toujours
pas abouti.
Christophe Colomb savait la Terre ronde (comme tous
ses contemporains, contrairement à la légende) et décida
●
d’explorer la route directe plein Ouest pour arriver à l’Est
et aux Indes. Cette entreprise échoua le 12 octobre 1492
lorsque Colomb aborda le continent américain, les Caraïbes
d’abord puis la terre ferme au cours de ses quatre voyages.
Ce n’était pas l’Inde, mais Christophe Colomb avait découvert un monde de nouveaux légumes !
Du nouveau continent, on ramena la pomme de terre, le
poivron, le piment, la courgette, le topinambour, l’oca. La
tomate est aussi sud-américaine ainsi que tous les haricots.
Au niveau des céréales, le maïs, première plante inventée par
l’homme, a été développée par les civilisations précolombiennes du Mexique à partir d’une petite herbe et le quinoa
arrive plus récemment des Andes. Même la fraise est américaine ! Le dahlia fut aussi importé pour être consommé pour
ses tubercules mais on l’a finalement préféré pour sa fleur et
c’est elle que les sélectionneurs ont développée par la suite.
Activités pour la classe
Cette activité permet de créer un lien avec la géographie
et l’histoire. On peut demander aux élèves de reporter sur
un planisphère les quatre voyages effectués en Amérique
par Christophe Colomb.
On peut ainsi faire chercher sur Internet les plus anciennes
représentations du monde (l’Amérique n’y est pas connue).
Enfin, il est possible de faire réaliser une frise illustrée des
découvertes en Europe de légumes et fleurs.
●
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 25 – Vrai ou faux ?
Les aliments d’origine végétale sont surtout issus de la
cueillette. FAUX
Une agriculture est dire « durable » lorsqu’elle est respectueuse de l’environnement. VRAI
Certaines exploitations agricoles pensent à la santé de
l’être humain. Pour cela, elles utilisent beaucoup de pesticides. FAUX
Mission 26 – Cherche l’intrus
Lumière artificielle, car tous les autres éléments sont des
caractéristiques d’une agriculture durable.
Mission 27 – Qui suis-je ?
1re série : la levure.
2e série : le blé.
CHAPITRE 8
• L'origine de nos aliments
141
CHAPITRE
9
Le développement et
la reproduction des êtres vivants
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Décrire comment les êtres vivants se développent et deviennent aptes à se reproduire
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
I
dentifier et caractériser les modifications subies par un
organisme vivant (naissance, croissance, capacité à se reproduire,
vieillissement, mort) au cours de sa vie.
Pratique d’élevages, de cultures, réalisation de mesures.
Modifications de l’organisation et du fonctionnement d’une
plante ou d’un animal au cours du temps, en lien avec sa nutrition
et sa reproduction.
Il ne s’agit pas d’étudier les phénomènes physiologiques
détaillés ou le contrôle hormonal lors de la puberté, mais bien
d’identifier les caractéristiques de la puberté pour la situer en
tant qu’étape de la vie d’un être humain.
Différences morphologiques homme, femme, garçon, fille.
Stades de développement (graines-germination-fleurpollinisation, œuf-larve-adulte, œuf-fœtus-bébé-jeune-adulte).
Cette étude est aussi menée dans l’espèce humaine et permet
d’aborder la puberté.
Des partenaires dans le domaine de la santé peuvent être
envisagés.
Décrire et identifier les changements du corps au moment de la
puberté.
Modifications morphologiques, comportementales et physio­
logiques lors de la puberté.
Rôle respectif des deux sexes dans la reproduction.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 La reproduction des plantes
à fleurs
être divisé en loges appelées carpelles et contient un (ou plusieurs) ovule(s). Pollen et ovule représentent respectivement
les éléments reproducteurs mâle et femelle.
L’organisation florale
La reproduction sexuée implique la rencontre entre des
gamètes (cellules sexuées destinées à la reproduction)
produits par un individu mâle et ceux produits par un individu femelle. Au cours de l’évolution, des modalités particulières de reproduction ont été sélectionnées et ont permis
le développement des plantes à fleurs (Angiospermes) à
partir de l’ère tertiaire.
L’organisation des fleurs
Une fleur comprend différents types de pièces florales : des
sépales (le calice), des pétales (la corolle), des étamines (organe mâle ou androcée), le pistil (organe femelle ou gynécée).
Chaque étamine est constituée d’une tige (le filet) terminée par
des sacs renflés (les anthères) contenant les grains de pollen.
Le pistil est constitué d’un ovaire surmonté par un pédoncule
(le style) terminé par un ou plusieurs stigmates. L’ovaire peut
142
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
V1 : 4 sépales
V2 : 4 pétales
V3 : 6 étamines
V4 : 2 carpelles
soudés (pistil)
Doc 1. Fleur d’arabette des dames (Arabidopsis thaliana) et son
diagramme floral.
• La fleur d’Arabidopsis thaliana est très étudiée comme
modèle de développement floral et a permis de nombreuses découvertes fondamentales. Le diagramme floral est une représentation schématique de l’organisation
d’une fleur sur laquelle les différentes pièces florales sont
disposées en cercles concentriques ou verticilles, chacun
étant caractérisé par un type de pièces florales :
- verticille 1 périphérique : 4 sépales verts ;
- verticille 2, plus interne : 4 pétales blancs ;
- verticille 3, entouré par le précédent : 6 étamines, 4 longues et 2 courtes ;
- verticille 4, au centre de la fleur : 2 carpelles soudés
constituant le pistil.
conjointement avec les organes des insectes leur permettant de repérer les fleurs intéressantes par leurs ressources
nutritives. Il y a un avantage mutuel : la pollinisation et donc
la reproduction des plantes est facilitée et plus efficace
et les insectes ont accès à des ressources nutritives plus
abondantes.
De la fleur au fruit
• Lors de la reproduction chez une plante à fleur, gamètes
mâles et gamètes femelles doivent se rencontrer et fusionner. La pollinisation permet la fécondation des organes femelles par le pollen. La majorité des fleurs produisent les
deux types de gamètes mais, malgré cet hermaphrodisme,
il existe des mécanismes qui empêchent qu’un gamète femelle d’une fleur soit fécondé par le pollen de la même
fleur ou de la même plante (autopollinisation). Le pollen
doit donc être transporté des anthères d’une fleur sur le
stigmate d’une autre fleur de la même espèce : on parle
de pollinisation croisée. Ce transport peut être assuré
par le vent (pollinisation anémogame) ou par les insectes
(pollinisation entomogame). L’animal pollinisateur le plus
connu est bien sûr l’abeille. La pollinisation croisée favorise
le brassage génétique au sein de l’espèce.
• Une fois le pollen déposé sur le stigmate, chaque grain
peut germer et développe alors un tube pollinique qui
croit dans le style du stigmate jusqu’aux ovules. Le gamète mâle contenu dans l’un des grains de pollen féconde
alors le gamète femelle contenu dans chaque ovule. Après
la fécondation, la fleur se transforme en fruit : la paroi de
l’ovaire devient la paroi du fruit et chaque ovule fécondé
devient une graine.
Pollinisation et coévolution
• Les fleurs pollinisées par les insectes produisent divers
signaux qui attirent les insectes pollinisateurs : corolle de
grande taille et colorée, présence de marques attirant les
insectes vers le cœur de la fleur, émission de substances
volatiles odorantes, production de substances nutritives
comme le pollen ou le nectar.
• Les fleurs pollinisées par le vent produisent une très
grande quantité de pollen de petite taille, facilement
transportés par le vent. Stigmate et anthères sont le plus
souvent exposés au vent et la fleur ne présente pas spécialement de signaux visuels ou odorants. Il y a eu une coévolution entre les plantes pollinisées par les insectes et les
insectes pollinisateurs : l’organisation de la fleur a évolué
Doc 2. Exemple de coévolution. Un cas de coévolution est illustré ici
par une orchidée et son pollinisateur, un sphinx. La fleur possède un
nectaire (tube) très long qui peut atteindre plus de 30 centimètres, tandis
que l’insecte est doté d’une trompe presque aussi longue qui lui permet
d’accéder au nectar situé au fond du nectaire. D’après Darwin, la plante et
l’animal se seraient adaptés l’un à l’autre au cours du temps.
2 La reproduction des animaux
La reproduction sexuée est pratiquement la règle commune dans le règne animal. Elle impose chez les animaux
l’existence de gamètes sexués.
Le déterminisme sexuel
• Chez les animaux, il s'exprime au cours de la féconda-
tion. Le plus souvent le sexe est déterminé par un facteur
génétique mais cela peut être plus rarement par un facteur
externe.
• Les facteurs génétiques du déterminisme sexuel sont
basés le plus souvent sur la présence de chromosomes
sexuels. Dans ce cas, parmi l’ensemble des chromosomes
d’un organisme, on distingue une paire de chromosomes
sexuels. Les chromosomes de cette paire sont caractérisés
par une taille et des propriétés de coloration différentes
(contrairement aux autres paires où les deux chromosomes sont quasiment identiques).
• Il sera nécessaire de passer par une phase de différenciation sexuelle pour que les gonades (organes reproducteurs
des individus) deviennent matures et fonctionnels et donc
que les individus deviennent aptes à se reproduire.
La différenciation sexuelle
• C’est en fait une complication du déterminisme sexuel qui
va permettre le développement des caractères sexuels. De
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
143
nombreux facteurs externes ou internes à l’animal vont se
superposer au déterminisme sexuel et déclencher le développement des organes et caractères sexuels. Pour les
facteurs externes, l’environnement peut jouer un grand
rôle. Ainsi la température a une influence sur les caractères sexuels de nombreux animaux. Les œufs des amphibiens, des lézards ou des alligators qui se développent à
basse température (moins de 10 °C) donneront 100 % de
femelles ; par contre à haute température (plus de 25 °C)
ce sont uniquement des mâles qui seront formés. Chez la
tortue, l’influence de la température est inverse. Certaines
tortues sont aussi sensibles à l’humidité. La composition
ionique du milieu, la densité de population ainsi que la photopériode peuvent également jouer un rôle.
Les différents types de reproduction
La reproduction fait le plus souvent intervenir un mâle et
une femelle (gonochorisme). Il peut y avoir des variantes
en général fort peu répandues dans la nature. Ainsi certains
animaux peuvent posséder les deux sexes, ce sont les cas
d’hermaphrodismes. D’autres peuvent se reproduire de
façon asexuée sans l’intervention d’un partenaire, c’est la
parthénogenèse.
•
Le gonochorisme : les animaux sont mâles ou femelles.
Les sexes sont donc portés par des individus différents.
C’est le cas le plus courant. Généralement il existe des différences morphologiques, anatomiques, physiologiques et
éthologiques (de comportement) entre mâles et femelles.
Les caractères sexuels qui font ces différences sont classés
en caractères primaires, directement liés au tractus génital
(pénis, vagin, vulve..), et en caractères secondaires (pilosité, taille, morphologie, comportement...). Ces derniers se
mettent en place uniquement lorsque les organes génitaux deviennent matures (la puberté dans l’espèce humaine).
• L’hermaphrodisme : un
individu hermaphrodite peut
produire des gamètes mâles et femelles, simultanément
ou successivement. Dans le cas de l’hermaphrodisme simultané, les animaux peuvent posséder une seule glande
sexuelle appelée ovotestis ou conserver les deux glandes,
ovaires et testicules. L’autofécondation est évitée par différents mécanismes. C’est le cas du poisson clown par
exemple. Le plus souvent il y a accouplement entre deux
individus qui échangent leurs semences. Dans le cas de
l’hermaphrodisme successif, l’animal subit une ou des inversions du sexe au cours de sa vie. La transformation est
généralement déclenchée par des facteurs externes (interactions avec d’autres individus) ou morphologiques (taille
de l’individu par exemple).
• La parthénogenèse : il s’agit d’une reproduction asexuée,
mais très proche d’une reproduction sexuée, où un seul
gamète intervient. L’œuf non fécondé donne des individus
femelles, mâles ou des mâles et des femelles. La parthénogenèse peut être facultative ou constituer une étape
144
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
obligatoire dans un cycle d’alternance de générations.
Fréquente chez les insectes, la parthénogenèse cyclique
permet à un seul couple (mâle et femelle), généralement
au début de la mauvaise saison, de donner naissance à plusieurs générations d’individus parthénogénétiques. C’est le
cas du puceron, de l’abeille, de la guêpe, de certains lézards et de certains phasmes (espèces souvent élevées en
classe) par exemple.
•
La multiplication asexuée : elle existe chez les Annélides et les Cnidaires. La reproduction se fait par scissiparité (fragmentation ou bourgeonnement). Les descendants
sont strictement identiques génétiquement à l’organisme
« initial ». Ce sont des clones. Ce type de multiplication,
moins exigeant et plus simple que la reproduction sexuée,
a généralement lieu lors des périodes favorables à l’animal,
où nourriture et climat sont idéaux. C’est le cas des anémones de mer.
3 La reproduction des êtres
humains
• La reproduction dans l’espèce humaine est sexuée, elle
repose sur la formation d’une cellule-œuf résultant de la
fécondation, c’est-à-dire de la fusion d’une cellule reproductrice femelle, l’ovule, avec une cellule reproductrice
mâle, le spermatozoïde. Sa caractéristique principale est de
donner naissance à des descendants génétiquement différents entre eux et différents de leurs parents. C’est le brassage génétique de la reproduction. Seuls les vrais jumeaux
(jumeaux monozygotes) font exception et sont semblables
entre eux sur le plan génétique car ils résultent de la séparation précoce de l’embryon en deux parties identiques.
L’activité testiculaire et sa régulation chez
l’homme
• Chez l’homme, la production de spermatozoïdes est
continue. Les spermatozoïdes sont produits dans les parois
des tubes séminifères des testicules. Ce fonctionnement
est sous contrôle hormonal. C’est le complexe hypothalamo-hypophysaire qui contrôle l’activité hormonale des
testicules. Sous l’influence de l’hypothalamus, l’hypophyse produit deux hormones importantes intervenant
dans la régulation des sécrétions des testicules : la LH et la
FSH.
• La testostérone a un effet sur la spermatogenèse et sur
l’apparition et le maintien des caractères sexuels secondaires, et possède un effet inhibiteur sur l’hypothalamus et
l’hypophyse.
Les cycles sexuels chez la femme et leur
contrôle
• Chez la femme, contrairement à l’homme, l’appareil reproducteur a une activité cyclique d’environ 28 jours.
• Le cycle utérin : l’utérus est un organe creux destiné à ac-
cueillir l’embryon à la suite d’une fécondation. La muqueuse
utérine (l’endomètre) subit des modifications cycliques. Ces
modifications sont sous contrôle hormonal. Le cycle débute par une phase de dégradation de la muqueuse utérine
entrainant des hémorragies (les règles). Puis l’épaisseur de
l’endomètre augmente considérablement. Après le 14e jour
(correspondant à l’ovulation), c’est une phase sécrétoire qui
va durer jusqu’au 28e jour. Pendant cette seconde phase,
l’endomètre se vascularise. À la fin du cycle utérin, la chute
du taux des hormones ovariennes entraine la destruction de
la dentelle utérine : c’est la menstruation.
• Le cycle ovarien : à partir de la puberté, et jusqu’à la
ménopause, le cycle ovarien se compose de deux phases
encadrant l’ovulation : la phase folliculaire et la phase
lutéale. Au cours de la phase folliculaire (jour 1 à 14), les
follicules achèvent leur évolution et un seul d’entre eux
parviendra à maturité : il se creuse d’une cavité et évolue
en follicule mûr. Au 14e jour, ce follicule libère le gamète femelle qui est ensuite recueilli par le pavillon de la trompe :
c’est l’ovulation.
• Le cycle hormonal : l’ovaire est le lieu de la produc-
tion cyclique de deux hormones sexuelles, l’œstrogène
et la progestérone. Les œstrogènes provoquent l’épaississement de la muqueuse utérine. La concentration des
œstrogènes augmente au cours de la phase folliculaire et
fait un pic juste avant l’ovulation. La progestérone est peu
concentrée au cours de la phase folliculaire et augmente
considérablement sous la forme d’un pic au cours de la
phase lutéale. C’est l’hormone responsable de la prolifération de la muqueuse en une dentelle utérine.
• Les cycles ne sont pas réguliers à la puberté, mais l'ovulation apparait toujours 14 jours avant les règles suivantes.
Fleur, fruit et graine dans la reproduction
des plantes supérieures
Fleur (s)
Plante verte
Organes mâles Organes femelles
Pistil
Étamines
Ovaire
Pollen
Ovules
Nouvel individu
Embryon
Germination
Fruits
Graine
Doc 3. Cycle de vie simplifié des Angiospermes.
Les concepts de fleur, fruit et graine composent le champ
conceptuel de la reproduction des plantes à fleurs. La fleur
constitue l’appareil reproducteur de la plante qui produit
les éléments mâles (le pollen contenu dans les étamines)
et les éléments femelles (les ovules contenus dans le(s)
carpelle(s)). Ces éléments sont indispensables à la pollinisation et à la fécondation. La fécondation d’un ovule par
un grain de pollen donne naissance à la graine. Cette fécondation provoque une transformation de l’ovaire (et de
manière plus générale du pistil) en fruit. La graine est l’élément végétal donnant naissance à la nouvelle plante. Après
une nécessaire maturation, et si les conditions physiques
favorables (température, eau...) sont réunies, la graine peut
germer. La germination se traduit par le passage d’une vie
ralentie à la reprise progressive de la croissance.
Fleur, fruit et graine dans les représentations
courantes
• Fleur, graine et fruit constituent aussi des concepts quoÉléments de didactique
1 Difficultés liées à la perception
d’une reproduction sexuée chez
les plantes
Les élèves de primaire rencontrent souvent des difficultés
à appréhender les concepts de la reproduction végétale.
Ces concepts tels que la fleur, la graine, le fruit sont d’abord
perçus comme des éléments de vocabulaire attachés de
manière très précise à des structures morphologiques. Leur
rôle dans le champ conceptuel de la reproduction florale
est par contre mal perçu voire ignoré. On constate que les
représentations initiales des élèves renvoient à une absence de catégories conceptuelles scientifiques. L’enjeu
des situations didactiques est donc de permettre aux représentations quotidiennes d’évoluer et de se constituer
en système coordonné sur des bases scientifiques.
tidiens. Lorsque l’on demande à des élèves de représenter
par un schéma l’histoire d’une graine de haricot que l’on
aurait plantée, on constate dans les réponses :
- le passage direct de la graine à la plante, sans phase de
germination ;
- l’absence de passage par la fleur et surtout l’absence de
la relation fleur/fruit, qui est essentielle ;
- la faible différenciation des espèces entre elles, par
exemple l’obtention d’un plant de haricot à partir d’une
graine de haricot n’est pas systématique ;
- aucune représentation de la notion de cycle de vie.
• La fleur est assimilée à un élément décoratif en général.
Les dessins de fleurs se résument souvent à la présence de
pétales disposés autour d’un rond central (parfois appelé cœur par les élèves). Avec une telle conception, la fleur
n’est pas conceptualisée comme un objet sexué et donc
la fécondation est méconnue. Quant au pollen, il est associé à l’abeille et au miel, voire parfois à des « maladies »,
c’est-à-dire aux allergies ; aucune de ces conceptions ne
participant, là encore, au concept de reproduction sexuée.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
145
• Le fruit est un obstacle particulièrement résistant aussi
pour les élèves. Les représentations initiales reposent sur
l’acception quotidienne du fruit : un fruit peut « contenir du
jus », « être sucré » ou « se manger en dessert ». Certains
élèves arrivent à dégager une définition plus rigoureuse :
« dans un fruit ou un légume, il y a des graines, des noyaux
ou des pépins ».
Les mots « noyau », « pépin » et « graine » doivent conduire
à rappeler que tous sont des graines, puisque ça germe.
• Pour la majorité des enfants enfin, le rôle du pollen re-
pose uniquement sur des aspects quotidiens (l’abeille est
le vecteur de transport du pollen) mais le pollen n’est pas
conceptualisé pour son rôle dans la fécondation. Les élèves
pensent même que cela ne sert à rien car l’abeille prend le
pollen et que cela n’empêche pas la fleur de donner un fruit.
2 Difficultés liées au rôle du mâle
chez les animaux
• Les élèves de primaire rencontrent souvent aussi des dif-
ficultés à appréhender le rôle du mâle dans la reproduction
des animaux. Les élèves pensent spontanément que la reproduction peut se dérouler sans une intervention directe
du mâle. On pourra alors resituer cette problématique dans
une perspective d’histoire des sciences. Le concept de fécondation a en effet mis un certain temps à se forger.
• Au XVIII
Lazzaro Spallanzani (physiologiste italien). Les expériences
de Spallanzani ont commencé par l’observation de la liqueur limpide produite par la grenouille mâle lors de l’accouplement. Il vérifie d’abord que la fécondation ne peut
se produire qu’entre des grenouilles de la même espèce.
Il montre ensuite que l’accouplement de grenouilles femelles avec des grenouilles mâles portant des « caleçons
étanches » ne mène jamais à la fécondation des œufs. La
semence mâle est donc indispensable au bon déroulement
de la fécondation.
• En 1824, soit 40 ans après, Dumas et Prévost réalisent
des expériences sur des espèces domestiques et sauvages (mammifères, oiseaux, amphibiens, reptiles etc.). Ils
démontrent qu’il existe une relation entre la capacité de
reproduction et la présence de spermatozoïdes dans les
voies génitales.
• En 1840, A. Von Kölliker observe au microscope, dans les
testicules, la formation des spermatozoïdes à partir d’autres
cellules. Il en conclura donc que les spermatozoïdes sont
bien des cellules reproductrices mâles.
• Pour finir, Hertwig démontre en 1875 que la tête du
spermatozoïde donne le pronucléus mâle (noyau qui est
le gamète mâle) et se combine avec le pronucléus femelle
(ovule qui est le gamète femelle). Cette combinaison formera le noyau du zygote. Sa conclusion sera donc qu’il faut
la conjugaison de deux cellules (mâle et femelle) pour qu’il
y ait fécondation.
siècle, les premières études expérimentales
animales furent réalisées sur des amphibiens, par l’abbé
e
Bibliographie / Webographie
• P. Raven, Biologie, De Boeck, 2017.
• N. Campbell et all, Biologie, De Boeck, 2012.
• D. Richard et all, Mémo visuel de biologie : l’essentiel en fiches, Dunod, 2015.
• Fleur et sexualité : la reproduction des plantes : http://www.futura-sciences.com/planete/
dossiers/botanique-fleurs-leur-vie-sexuelle-a-z-787/page/5/
• La reproduction des plantes à fleurs : https://www.youtube.com/watch?v=fcHXD_LnaBU
• L’appareil reproducteur des Angiospermes : https://www.youtube.com/watch?v=zA4T_5oXurk
• Face aux phasmes, de drôles d’insectes, C’est pas sorcier, https://www.youtube.com/
watch?v=wR_OD1stTCY
•
Adolescence : vive la crise !, C’est pas sorcier, https://www.youtube.com/watch?v=N5XjWxC6Ot4
146
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
De la fleur à la graine
et à la nouvelle plante.
Différentes formes de
développement depuis l’œuf
jusqu’au stade adulte.
Mission 28
Mission 29
Développement et reproduction
des végétaux.
Les transformations de l’être
humain au cours de son
développement de l’enfant
à l’adulte.
Mission 30
Développement et reproduction
des animaux.
Développement des êtres humains.
Le développement d’un être
humain de la fécondation jusqu’à
la naissance.
Mission 31
Reproduction des êtres humains.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 28
Comment se
développent
et se
reproduisent
les plantes ?
• Germination.
• Reproduction sexuée.
• Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique
simple.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 29
Comment se
développent
et se
reproduisent
les animaux ?
• Stade de
développement.
• Reproduction.
• Élevage.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 30
Comment se
développe un
être humain
au cours du
temps ?
• Développement.
• Adolescence.
• Puberté.
• Extraire les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour
Comment se
reproduit l’être
humain ?
• Conception d’un bébé.
• Grossesse et
accouchement.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre a une question ou un problème.
Mission 31
répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
147
Mission 28 Le développement
et la reproduction des plantes
p. 122-123
Objectifs :
✔Observer le développement d’une graine de pois.
✔Comprendre la reproduction sexuée des végétaux.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 3 – 4 – 11 – 16 – 19 – 25.
Ressources complémentaires Fiches expérience pour
les deux manipulations, aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par groupe d’élèves : graines
de pois, terreau humide, pots en verre, une loupe.
JE M'INTERROGE
Comment se développent les plantes
dans la nature ?
L’enseignant-e présente cette œuvre d’art
et son auteur Klaus Enrique ainsi que la
date de réalisation très contemporaine (2015). Cet artiste
matérialise les œuvres d’arts réalisées 500 ans plus tôt par
Arcimboldo mais avec de vrais fruits et légumes.
Les élèves sont invités à citer les fruits et légumes utilisés pour réaliser cette œuvre : raisin, cerises, châtaignes,
pommes, maïs, chou... L’enseignant nommera les légumes
moins connus : artichaut, potimarron, patate douce... Les
élèves émettent ensuite des hypothèses à l’oral pour répondre à la question du développement de ces plantes
dans la nature.
➡ Relance possible : (contextualiser) « Si vous vouliez
cultiver les légumes présents sur cette œuvre d’art, comment vous y prendriez-vous ? »
Les acquis du cycle 2 devraient leur permettre d’énoncer :
- la présence de la graine au départ d’une plante.
- le fait de devoir planter cette graine.
- le fait de devoir arroser la graine pour qu’elle puisse pousser.
Les acquis des élèves au sujet du développement des
plantes doivent être installés (bien que superficiels) en revanche, il y a peu de chance pour qu’ils sachent comment
se reproduisent les plantes.
Question scientifique Comment se développent
et se reproduisent les plantes ? ➜ Aller à la mission 28.
CHAPITRE 9
le développement du pois
➡ Le document 1 permet aux élèves d’identifier les différentes parties d’une graine germée : la future racine, la
future tige, la future feuille et les cotylédons (seul un des
deux cotylédons est visible sur le document).
L’enseignant-e demande aux élèves de réaliser un dessin d’observation de leur graine germée et de le légender.
L’enseignant-e s’assurera que tous les élèves savent ce
que signifie le terme « légender ».
p. 120
Quand les légumes rendent beaux
148
J’OBSERVE
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
Je manipule
Les élèves devront, dans une première séance, le matin
par exemple, réaliser la manipulation du document 1.
La seconde partie de la manipulation pourra se dérouler
l’après-midi par exemple, afin que toutes les graines aient
eu le temps de germer.
Il est recommandé de ne pas différer au lendemain la seconde phase de la manipulation, afin que la motivation des
élèves ne soit pas entachée par un problème de gestion
du temps.
Les élèves devront faire preuve de précaution pour ne pas
endommager la graine avant de l’ouvrir en deux, faute de
quoi, ils ne pourront faire les observations demandées.
➡ Le document 2 montre aux élèves les différents stades
de développement de la graine de pois pendant 8 jours.
L’enseignant-e pourra réaliser une photographie du même
type, avec les plantations des élèves, afin de garder une
trace de leur travail.
Je manipule
Après avoir observé la graine ouverte en deux parties, les
élèves devront planter une de ces graines dans du terreau
humide afin d’étudier son développement. Cette opération
devra être réitérée tous les jours pendant 10 jours.
Cette activité pourra être proposée en rituel du matin par
exemple, ou sera prise en charge par l’élève de service du
moment, l’important étant de ne pas oublier d’effectuer
ces manipulations.
-les graines proviennent de la transformation des ovules.
Réponses aux activités
1
Différenciation possible :
-orienter les élèves sur la présence de restes de la fleur
initiale sur la gousse (restes de pistil et de pétales), ce qui
suggère que la gousse a un lien avec la fleur et le pistil.
Futures feuilles
1 des 2
cotylédons
Embryon
Future tige
Future racine
Dessin d’observation d’une graine de pois (x 5)
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes
écrite des observations.
●
Garder une trace
Critères de réussite liés à cette compétence :
Produire une trace écrite scientifique. ➜ Ici, réaliser un dessin
d’observation.
● Représenter le réel. ➜ Ici, une graine de pois germé.
● Être capable de renseigner sa production avec des
connaissances scientifiques. ➜ Ici donner un titre et légender
son dessin.
● Utiliser des méthodes. ➜ Ici le dessin sera réalisé au crayon à
papier, et la production sera soignée.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou de manière incomplète (pas de
légende, ni de titre) à réaliser son dessin d’observation. ➜
Débutant.
● L’élève parvient à réaliser un dessin et à le légender, mais la
réalité est déformée (proportion). ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à réaliser un dessin d’observation correct, titré
et légendé mais la production n’est pas très soignée. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à réaliser un dessin d’observation propre, titré
et légendé. ➜ Expert.
2 Au cours de la germination, l’embryon se développe : il
développe une future racine vers le bas et une future tige
vers le haut. À l’extrémité de la future tige se différencient
les ébauches de deux premières feuilles. L’embryon s’est
transformé en une jeune plante qui va croitre.
JE COMPRENDS
la reproduction sexuée
du pois
➡ Le document 3 montre aux élèves d’une part l’organisation de la fleur, avec des organes reproducteurs mâles (les
étamines) et femelles (le pistil avec l’ovaire contenant les
ovules) et d’autre part l’organisation d’un fruit de pois (la
gousse contenant les graines).
-orienter les élèves sur les similitudes de forme de la
gousse et du pistil.
-enfin il sera important que les élèves constatent que les
ovules et les graines ont une disposition similaire d’éléments rangés sur une ligne. La similitude de disposition
laisse penser à une même origine de ces éléments.
4 Dans la première expérience, on coupe les étamines
et on enveloppe le pistil dans un petit sac de gaze. On
constate alors par la suite qu’il n’y a pas formation de fruit
et donc de graines. Il n’y a donc pas eu de reproduction.
Dans la deuxième expérience, on coupe les étamines mais
on a pris soin de recueillir le pollen à l’aide d’un pinceau que
l’on va appliquer sur le pistil de la fleur avant de l’enfermer
dans un sac de gaze. Le résultat est la transformation du
pistil en fruit (la gousse) et l’apparition de graines dans celui-ci. Il y a eu reproduction.
La conclusion est que le pollen est nécessaire à la reproduction du pois. Il doit être amené au contact du pistil pour
que la reproduction ait lieu. Au cours de celle-ci, les ovules
contenus dans l’ovaire se transforment en graines.
5 Le document 5 montre que dans la nature, ce sont les
abeilles qui amènent et déposent le pollen sur les pistils
des fleurs : c’est la pollinisation. Elles permettent ainsi la
reproduction. De même, le pollen peut aussi être transporté par le vent.
LA TRACE ÉCRITE
Une plante à fleur se développe à partir d’une graine qui
contient un embryon. Au cours de la germination, l’embryon se développe et se transforme en une nouvelle
plante : racine, tige, feuilles et réserves nutritives.
La plante produit des fleurs qui contiennent les éléments reproducteurs mâles (grains de pollen) et femelles (ovules). La pollinisation d’une fleur aboutit à la
rencontre entre les grains de pollen et les ovules. C’est
la reproduction sexuée. Les ovules vont se transformer
en graines et les ovaires en fruits.
➡ Le document 4 présente une expérience historique
montrant le rôle du pollen dans la formation des graines.
➡ Le document 5 met en lumière la pollinisation des fleurs
grâce aux abeilles.
JE FAIS LE BILAN
p.130
Ressources complémentaires Bilan de la mission 28 à
Réponses aux activités
imprimer.
3 Les élèves sont amenés à poser comme hypothèses que :
-la gousse provient de la transformation du pistil ;
Mots à savoir utiliser en contexte
Germination, embryon, étamines, pistil.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
149
Mission 29 Le développement
et la reproduction des animaux
p. 124-125
Objectifs :
✔Observer le développement et la reproduction du phasme.
✔Rencontrer d’autres formes de développements.
Cycle de développement du phasme à compléter, tableaux pour l’exploitation
de la question 3 et de la trace écrite, aide pour la trace écrite.
Ressources complémentaires
Élevage Matériel pour la classe : vivarium / bac en
plastique, lampe, phasmes, ronces.
JE M'INTERROGE
p. 120
Un animal bien étrange !
« Le microdon est une
larve de mouche en forme de
limace. » Comment se développent les animaux dans la
nature ?
L’image représente un animal à différents stades de développement : l’un est une larve, l’autre est un adulte. L’enseignant-e demande aux élèves de décrire les deux photos
et de faire le lien entre les deux. Les microdons adultes ressemblent aux mouches communes, même si leur aspect
général rappelle un peu celui de l’abeille. Mais ce n’est pas
aussi simple avec leurs larves : celles-ci sont en forme de
dômes, ce qui est plutôt inhabituel chez les insectes. D’ailleurs, les premiers scientifiques qui ont trouvé ces larves
les ont décrites comme étant des mollusques, à cause de
leur ressemblance avec les limaces.
IN FO
+
Les femelles adultes de microdon repèrent les colonies de
fourmis puis pondent leurs œufs à l’entrée des nids. Les
larves éclosent au bout de quelques jours et s’infiltrent dans
le nid des fourmis. Elles dévorent alors les œufs et les jeunes
larves des fourmis, et se développent ainsi.
➡ Relance possible : « Qu’est-ce qu’une larve ? »
Un échange peut alors s’engager sur ce que veut dire le
mot larve. Certains connaitront sans doute d’autres larves
d’animaux (le têtard par exemple) et pourront faire le rapprochement avec le microdon. L’enseignant-e fera remarquer que tous les animaux ne passent pas par l’état larvaire.
150
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
Question scientifique Comment se développent
et se reproduisent les animaux ? ➜ Aller à la mission 29.
le développement
et la reproduction du phasme
J'OBSERVE
➡ Les documents 1 et 2 permettent aux élèves de faire
la connaissance de l’insecte qu’ils vont élever en classe.
Il s’agit d’une fiche d’informations (doc. 1) et d’une vue
grossie d’un œuf (doc. 2). Grâce à ces documents, ils vont
pouvoir retracer les différentes formes que va prendre le
phasme dans sa vie.
➡ Les élèves trouveront toutes les informations nécessaires à l’élevage de phasmes dans la classe grâce à l’encart
jaune « Je réalise un élevage » présent dans le manuel. Pour
avoir plus d’informations, il est aussi possible de consulter le lien suivant : http://www.fondation-lamap.org/fr/
page/11572/elevage-des-phasmes
➡ L’enseignant-e pourra réaliser des photographies des
phasmes pour illustrer les différents moments de leur vie
tout au long de l’élevage.
Réponses aux activités
1 Œuf / Larve / Adulte (la femelle étant plus grande et
plus grosse que le mâle).
2 Voici un exemple de cycle de développement du
phasme. Un cycle à compléter est téléchargeable sur le site
compagnon et peut être distribué pour mettre en place une
différenciation.
Œuf
Mort
ée
xu
se
Naissance
Adulte
Larve
Cr
ois
inu
e
Fiches Méthode 13 – 16 – 20 – 21.
Alors la question du développement des animaux sera opportune à traiter.
reprod
uct
ion
PRÉPARER LA MISSION
s a n ce d i s co n t
Mue
Formes
Événement
Processus
J'ANALYSE
d’autres formes
de développements animaux
LA TRACE ÉCRITE
Le document 3 montre aux élèves que tous les animaux
n’ont pas le même mode de développement ni de reproduction. Ce document s’appuie sur trois exemples
d’animaux : la tortue d’Hermann, le papillon, le cheval de
Przewalski. On retrouve à chaque fois ces animaux à trois
stades différents de leur vie.
Tableau de développement des animaux
➡ Les tortues ont un mode de fécondation interne. Lors
d’un accouplement, le mâle apporte les spermatozoïdes
directement dans la zone génitale de la femelle. Toutes
les espèces de tortues sans exception sont ovipares. Elles
pondent donc des œufs et les enfouissent. Ces œufs,
contrairement à ceux d’autres reptiles comme les lézards,
n’ont pas besoin d’être couvés. À leur éclosion, les jeunes
sont autonomes et se débrouillent seuls pour se nourrir.
Différenciation : une différenciation est détaillée dans
les niveaux de compétences du suivi ci-dessous.
➡ Les papillons pondent des œufs qui donnent naissance
à des chenilles. Ces dernières se transforment ensuite en
nymphes appelées chrysalides. Il en émerge enfin le papillon. Leur cycle biologique se trouve donc composé de
quatre stades distincts : œuf, chenille, chrysalide et papillon. Ce sont des insectes à métamorphose complète.
➡ Les chevaux ont un mode de fécondation interne. Lors
d’un accouplement, le mâle apporte les spermatozoïdes
directement dans la zone génitale de la femelle, comme
chez la tortue. Ils sont vivipares. Le futur poulain se développe dans le ventre de sa mère et nait au bout de onze
mois de gestation.
Réponses aux activités
3
Vertébrés
1 stade
Œuf
Œuf
2 stade
Larve
Jeune
3e stade
Adulte
Adulte
e
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Utiliser différents modes de
représentation formalisés (tableau).
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier les données à insérer dans un tableau. ➜ Ici, œuf/
larve/jeune/adulte.
● Trouver un type de tableau qui permet de faire la différence
entre insectes et vertébrés. ➜ Ici, réaliser un tableau à double
entrée.
● Ordonner les idées pour trouver les en-têtes des colonnes et
des lignes. ➜ Ici, en en-têtes : insectes/ vertébrés, et en lignes :
1er stade/ 2e stade/ 3e stade.
● Remplir le tableau correctement. ➜ Ici, placer au bon endroit
les données à insérer.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à remplir toutes les données dans un tableau
vierge fourni. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à réaliser un tableau, avec l’aide de
l’enseignant-e, et le complète correctement. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à réaliser un tableau seul, et le complète
correctement. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à concevoir un tableau pertinent, titré, et le
complète aisément. ➜ Expert
État
après la
naissance
Type de
fécondation
Développement
Tortue
Interne
Ovipare
Jeune
Papillon
Externe
Ovipare
Larve
Cheval
Interne
Vivipare
Jeune
Animal
Insectes
er
Différenciation : on pourra proposer le tableau déjà
construit, avec les titres des colonnes, aux élèves en difficulté.
JE FAIS LE BILAN
p.130
Ressources complémentaires Bilan de la mission 29 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Développement, larve, fécondation, mue.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
151
Mission 30 Le développement de l’être humain
p. 126-127
Objectifs :
✔Observer différents moments dans la vie de l’être humain.
✔Comprendre les transformations du corps à la puberté.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 13 – 15 – 18 – 19 – 25.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
Les missions 30 et 31 peuvent être traitées avec la collaboration du médecin scolaire ou d’une association agréée
par l’Éducation nationale. Il est parfois plus facile pour
certain-e-s enseignant-e-s d’être accompagné-e-s d’un
professionnel de la santé pour traiter des sujets autour de
la sexualité.
JE M'INTERROGE
p. 121
Portrait de famille
Comment les êtres humains
se transforment-ils au cours
de leur vie ?
Les élèves décrivent cette photo prise en « selfie » par un
enfant de leur âge. Cette situation est destinée à montrer
aux enfants tous les stades de la vie et leurs conséquences.
Tout d’abord, l’enseignant-e demandera aux élèves de décrire de façon attentive le jeune garçon du premier plan. On
peut attendre des élèves qu’ils le décrivent physiquement :
couleur des yeux, des cheveux, coupe de cheveux...
Ensuite, l’enseignant-e proposera aux élèves de décrire le
second plan, plus flou, car la photo est centrée sur le jeune
garçon. Les élèves diront sans aucun doute qu’il s’agit de la
famille du jeune garçon.
➡ Relance possible : « Pouvez-vous décrire et nommer les
liens de parenté qui unit cette famille ? »
On peut s’attendre à ce que les élèves identifient :
- les grands-parents du garçon : ils ont des cheveux blancs,
de la calvitie pour le grand-père, des lunettes de vue pour
la grand-mère, ils semblent aussi plus ridés que les autres
membres de la famille.
- cinq adultes, probablement les parents et les oncles et
tantes.
- deux garçons plus jeunes que le garçon qui prend la
photo, probablement un petit frère et un cousin.
Ceci n’est évidemment qu’une proposition, d’autres propositions peuvent être acceptées notamment celles mettant
152
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
en scène une famille recomposée, avec des demi-frères et
des beaux-pères ou belles-mères. Les élèves répondront
surement selon leur vécu et toute proposition peut être acceptée du moment que l’élève décrit les caractéristiques
de chacun, puisqu’il s’agit bien de cela ici.
Lorsque les élèves ont bien perçu quelques changements
physiques qui apparaissent au cours du temps, ils vont à
présent observer ce qu’il en est exactement.
Question scientifique Comment se développe un
être humain au cours du temps ? ➜ Aller à la mission 30.
J'OBSERVE
différents moments de la vie
des êtres humains
➡ Ces documents montrent les différents stades de développement d’une personne, que ce soit au niveau de l’apparence physique (documents 1 et 3) ou au développement
interne (document 2).
➡ Pour le document 1, l’enseignant-e veillera à ce que les
élèves comprennent qu’il s’agit de la même personne sur
les 4 photographies. La photographie a) montre un enfant
de l’âge des élèves, puis les élèves noteront les changements de la photographie a) à la b) : l’enfant a grandi, ses
épaules se sont élargies. Entre la photographie b) et c) les
élèves pourront citer l’apparition de la barbe. Et enfin, les
élèves constateront l’apparition de rides et de cheveux
blancs entre les photographies c) et d).
➡ Le document 2 met l’accent sur un moment qui se situerait vers la photographie b). Il s’agit de la puberté à l’adolescence.
➡ Le document 3 montre des courbes de poids et taille
comme les élèves ont déjà pu les rencontrer dans leur carnet de santé. L’enseignant-e mettra l’accent sur les doubles
courbes, en rouge pour les garçons et en vert pour les filles.
Les élèves remarqueront que les courbes des filles restent
toujours inférieures à celles des garçons sur ce document.
L’enseignant-e rappellera qu’il s’agit d’un document type
et qu’il existe en réalité des filles dépassant de taille et de
poids les garçons. Il s’agit ici d’une moyenne.
Le terme « poids » est utilisé dans ce document alors que
le terme exact devrait être « masse ». Ce choix de terminologie a été fait pour respecter l’usage que les élèves
connaissent.
➡ Ces documents permettent d’installer un climat de
confiance avec ce que les élèves savent déjà mais en utilisant des mots scientifiques.
Réponses aux activités
1 Les quatre stades sont les suivants : enfant / adolescent
/ adulte / personne âgée. La question est le moment de
reprendre les descriptions effectuées pour la photographie
de la partie « Je m’interroge ».
2 Jusqu’à l’adolescence la taille augmente beaucoup et
vite surtout de 12 à 16 ans. Ensuite, entre 16 et 19 ans, on
peut observer une phase de stabilisation. Le poids augmente plus doucement mais on observe un pic entre 12 et
19 ans.
JE COMPRENDS
Chez les garçons : premières éjaculations, augmentation
de la taille du pénis, apparition des poils pubiens, augmentation du volume des testicules, barbes et poils sur le corps,
changement de la voix.
4 Chez les garçons, les éjaculations apparaissent, le
sperme renferme les spermatozoïdes nécessaires pour la
fécondation.
Chez les filles, les règles apparaissent ce qui signifie que le
cycle ovarien s’installe. Celui-ci est marqué par l’ovulation
suivie des menstruations si la fécondation n’a pas eu lieu.
5 Quelques changements de comportement à l’adolescence : parfois irritable avec la famille, envie de plaire,
perte de confiance, envie d’indépendance, découverte de
l’amour.
les transformations
du corps à la puberté
Les documents de cette page mettent en lumière la période de la puberté.
➡ Le document 4 énumère les transformations du corps
chez la fille et chez le garçon.
L’enseignant-e rappellera que ce document se lit comme
une frise chronologique de gauche à droite.
Chez les filles, la puberté débute avec le développement de
la poitrine, puis l’apparition des poils pubiens, et viennent
ensuite les règles. L’enseignant-e pourra faire remarquer
qu’il s’agit des transformations du corps en théorie, et que
chaque personne étant différente, des exceptions peuvent
parfois arriver.
Chez le garçon, la puberté débute avec l’augmentation du
volume des testicules et l’apparition des poils pubiens. Les
premières éjaculations ont lieu, puis un changement de
voix (l’adolescent mue) pour enfin voir l’apparition de poils
sur le corps et notamment sur le visage (barbe).
On attend des élèves qu’ils remarquent que la puberté débute plus tôt chez les filles, entre 10 et 12 ans.
➡ Le document 5 évoque les changements au niveau des
organes reproducteurs chez la fille et chez le garçon.
Chez les filles : la taille de l’utérus augmente et du sang
s’écoule de la vulve : ce sont les règles. À ce stade, la reproduction est possible, les organes reproducteurs sont prêts
à accueillir un embryon.
Chez les garçons : le volume des testicules augmente et les
éjaculations apparaissent, ce qui prouve que la reproduction est possible.
➡ Le document 6 est une interview d’un pédiatre qui explique les manifestations internes pendant la puberté,
c’est-à-dire ce qui ne se voient pas mais qui se passent au
niveau du ressenti.
LA TRACE ÉCRITE
Au cours de leur développement, les êtres humains se
transforment : du stade bébé, ils deviennent enfant, adolescent et adulte.
Durant la puberté, l’appareil reproducteur devient fonctionnel. Chez l’être humain, fille et garçon puis femme et
homme se différencient par leurs caractères morphologiques.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Exploiter un document constitué de
divers supports (texte, schéma, graphique).
Critères de réussite liés à cette compétence :
Comprendre l’ensemble des documents. ➜ Ici, les différents
stades de développement chez l’être humain et en particulier
le moment de la puberté.
● Savoir identifier chaque type de document. ➜ Ici, des
photographies, un graphique en courbe, une représentation
chronologique, un schéma, un texte.
● Repérer les données utiles dans les documents.
● Identifier les éléments de réponse.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a des difficultés à comprendre seul-e tous les
documents. ➜ Débutant.
● L’élève comprend les documents mais a du mal à les mettre
en lien. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie les éléments de réponse qu’il-elle justifie en
utilisant les données des documents. ➜ Confirmé.
● L’élève identifie les éléments de réponse qu’il-elle justifie en
utilisant les données des documents et parvient à rédiger une
réponse écrite complète et structurée. ➜ Expert.
JE FAIS LE BILAN
p.130
Ressources complémentaires Bilan de la mission 30 à
Réponses aux activités
imprimer.
3 Chez les filles : développement de la poitrine, apparition des poils pubiens, élargissement du bassin, apparition
des règles.
Mots à savoir utiliser en contexte
Organes reproducteurs, puberté, développement, adolescence.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
153
Mission 31 La reproduction de l’être humain
p. 128-129
Objectifs :
✔S’informer sur la conception d’un être humain.
✔S’informer sur la grossesse.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 13 – 15 – 19 – 22 – 25.
Ressources complémentaires Tableau fusionné des
documents 2 et 3, graphique pour l’exploitation de la question 2, tableau pour l’exploitation de la question 3, aide
pour la trace écrite.
Les missions 30 et 31 peuvent être traitées avec la collaboration du médecin scolaire ou d’une association agréée
par l’Éducation nationale. Il est parfois plus facile pour
certain-e-s enseignant-e-s d’être accompagné-e-s d’un
professionnel de la santé pour traiter des sujets autour de
la sexualité.
JE M'INTERROGE
p. 121
Dans la Grèce antique
« On dit que les filles
naissent dans les roses et les
garçons dans les choux. Mais
sais-tu d’où vient cette légende ? » Comment un enfant
est-t-il conçu ? Comment se développe-t-il jusqu’à sa
naissance ?
Le document est composé d’un texte court et de deux
photographies de bébé. Ces documents visent à mettre
en lumière les conceptions erronées des élèves quant à
la naissance des bébés. L’enseignant-e lira le texte et demandera aux élèves ce qu’ils en pensent.
➡ Relance possible : « La mascotte utilise le mot “légende”,
pourquoi ? »
Un échange peut alors s’engager sur ce qui est vrai ou non
sur ce sujet. Les élèves diront sans aucun doute que les
enfants ne naissent ni dans les choux, ni dans les roses.
Cependant, il faut s’attendre à avoir des surprises quant
à leurs savoirs. En effet, ce sujet est empreint de culture
familiale et ce que vont apprendre les enfants va parfois
bousculer leurs représentations.
➡ Relance possible : « Oui mais, avant de naitre, que s’est-il
passé ? »
154
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
Les élèves amorceront une réflexion quant à la reproduction des êtres humains. Certains diront que c’est comme le
chat, le chien... D’autres évoqueront sans doute la « petite
graine ». L’enseignant-e veillera à écouter celles et ceux
qui veulent bien prendre la parole pour en venir ensuite à
la question de la mission.
Question scientifique Comment se reproduit l’être
humain ? ➜ Aller à la mission 31.
JE M'INFORME
sur la conception
et le début de la grossesse
➡ Le document 1 est composé d’un texte accompagné d’un
schéma légendé. Il s’agit d’expliquer la conception d’un futur
bébé. L’enseignant-e pourra projeter le schéma au tableau
et montrer le cheminement des spermatozoïdes.
➡ Le document 2 présente les 3 premiers mois de la grossesse. Un tableau masse/taille en fonction des mois est
présenté. L’enseignant-e pourra faire remarquer les unités
de mesure très petites.
➡ Le document 3 présente une photographie couleur
pour illustrer le propos du document 2. Les élèves pourront comprendre alors le développement de l’embryon.
L’enseignant-e pourra expliquer que cette photographie
est une échographie pelvienne, réalisée dans un centre
d’échographie. C’est un examen d’imagerie qui permet de
visualiser, à l’aide d’ultrasons, les ovaires, l’utérus et la vessie chez la femme.
JE M'INFORME
sur la fin de la grossesse
et la naissance
Les documents 4, 5 et 6 suivent une grossesse du 4e au 9e
mois, c’est-à-dire à la naissance.
➡ Dans le document 4, les élèves pourront observer la
position du fœtus dans le ventre de sa mère (tête en bas).
On retrouvera la suite du tableau présenté dans le document 2. L’enseignant-e pourra distribuer ou vidéoprojeter
le tableau dans son ensemble pour assurer une meilleure
compréhension du document. Ce tableau est disponible
dans les ressources complémentaires à télécharger sur le
site compagnon.
L’enseignant-e insistera sur la différence entre embryon
et fœtus : la distinction entre les deux se fait au niveau de
l’âge, le futur bébé étant appelé « embryon » les trois premiers mois, puis « fœtus » à partir du 4e mois.
➡ Le document 5 est une échographie 3D en couleur d’un
fœtus à 8 mois de grossesse. Grâce à ce document, on peut
faire constater aux élèves que tous les organes sont bien
présents et que le bébé va bientôt naitre.
➡ Le document 6 est composé de deux dessins montrant
comment se déroule la naissance d’un bébé dans la plupart des cas. L’enseignant-e pourra préciser (si besoin) qu’il
existe aussi d’autres formes de naissance dont la césarienne.
● Savoir présenter le résultat ➜ Ici, donner un titre au graphique
et rendre un travail propre.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève sait construire les axes mais se trompe dans les
échelles. ➜ Débutant.
● L’élève sait reporter les points en utilisant les coordonnées
mais se trompe par exemple entre les abscisses et les
ordonnées. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à construire le graphique et tracer la courbe
sans difficultés mais peut faire des erreurs dans l’interprétation
de la courbe. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient sans erreur à construire un graphique à partir
de données d’un tableau et sait interpréter la courbe. ➜ Expert.
3 Tableau de comparaison embryon/fœtus :
Embryon
Réponses aux activités
Fœtus
Le cœur bat.
Le cœur bat.
Ébauches des membres
antérieurs et postérieurs.
Membres antérieurs et
postérieurs complètement
formés.
Ébauches des yeux, bouche,
oreilles et nez.
Yeux, bouche, oreilles et nez
complètement formés.
Taille (en cm)
N’entend rien.
Entend.
60
50
40
30
20
10
0
Ne bouge pas.
Bouge de plus en plus.
Les organes ne sont pas tous
formés.
Tous les organes sont formés
et en particulier les poumons
sont prêts à fonctionner.
1 Un bébé est conçu lors d’un rapport sexuel entre un
homme et une femme. On parle alors de reproduction
sexuée.
2 Courbes obtenues :
1
2
3
4
5
6
7
8
9 Mois
4 L’ouverture de l’utérus se dilate et s’agrandit. La paroi de
l’utérus se contracte de plus en plus.
Tout cela favorise l’expulsion lors de l’accouchement.
Évolution de la taille du futur bébé pendant la grossesse
Masse (en mg)
3 500
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
1
LA TRACE ÉCRITE
2
3
4
5
6
7
8
9 Mois
Évolution de la masse du futur bébé pendant la grossesse
À la suite d’un rapport sexuel, il y a fécondation quand un
spermatozoïde rencontre un ovule. L’ovule fécondé, ou
œuf, se fixe alors dans la paroi de l’utérus.
Durant la grossesse, l’œuf se transforme en embryon,
puis en fœtus. Grâce au placenta, la mère fournit les éléments nécessaires à la croissance du futur bébé.
Au bout de neuf mois, l’accouchement permet au bébé
de naître.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages
représentation.
●
Utiliser différents modes de
Critères de réussite liés à cette compétence :
Savoir définir un repère gradué. ➜ Ici, tracer deux axes et
placer le zéro à leur intersection.
● Savoir graduer les axes. ➜ Ici, placer les graduations sur l’axe
des ordonnées et des abscisses en respectant l’échelle donnée.
● Savoir remplir le graphique. ➜ Ici, placer chaque point du
tableau en utilisant ses coordonnées.
● Savoir construire la courbe. ➜ Ici, relier les points entre eux.
●
JE FAIS LE BILAN
p.130
Ressources complémentaires Bilan de la mission 31 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Reproduction sexuée, grossesse, embryon, fœtus.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
155
les sciences autrement
sciences & Insolite
Grossesse multiple !
Nous avons choisi de présenter cette photographie d’une
famille américaine aujourd’hui très connue, pour insister
sur le fait que de plus en plus de grossesses sont multiples.
Il n’est plus rare de voir des poussettes double ou triple
dans les rues !
Plusieurs facteurs expliquent cela :
- la génétique : une femme a plus de chances d’être enceinte de jumeaux si des grossesses gémellaires ont déjà
eu lieu dans sa famille ;
- l’âge : les ovaires peuvent libérer plusieurs ovules pour
compenser la baisse de qualité des ovocytes liée à l’âge ;
- les recours à la fécondation in-vitro (FIV) et à la PMA (procréation médicalement assistée) favorisent également les
grossesses gémellaires.
p. 132-133
L’autre exemplaire, imprimé en plus clair, servira de support à la réalisation d’un portrait à la manière de l’artiste.
Les élèves pourront colorier et dessiner sur leur portrait
photocopié. L’utilisation de feutres à pointes fines, aux
couleurs primaires, sera nécessaire pour ce travail.
Voici deux exemples :
Activités pour la classe
Aspect artistique
L’enseignant-e pourra proposer un travail en arts visuels.
Chaque élève réalisera son jumeau à la manière de Roy
Lichtenstein.
sciences & Adolescence
La puberté en 5 questions
IN FO
+
Roy Lichtenstein est un des artistes les plus importants
du mouvement pop art américain. Ses œuvres s’inspirent
fortement de la publicité et de l’imagerie populaire de
son époque, ainsi que des « comics » (bandes dessinées). Il
décrira lui-même son style comme étant « aussi artificiel
que possible ».
L’enseignant-e prendra en photo chaque élève et les imprimera en noir et blanc sur un format A4.
Un exemplaire servira de référence.
156
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
Ce document qui se veut humoristique décrit en quelques
phrases les changements attendus à l’adolescence. Ces 5
petites vignettes peuvent être lues par les élèves en autonomie et permettent de mettre des mots sur « cette puberté à venir ».
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Relier
des connaissances acquises en sciences et technologie à des
questions de santé.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier les données connues. ➜ Ici, la puberté comme
étape importante dans le développement de l’être humain.
●
Identifier les données nouvelles. ➜ Ici, l’apparition d’acné, de
changements psychologiques...
● Comprendre les enjeux du document. ➜ Ici, comprendre les
manifestations de la puberté sur son corps.
● Relier les connaissances acquises dans les missions
précédentes avec le document proposé. ➜ Ici, comprendre
que la puberté est un passage obligatoire dans la vie des êtres
humains et qu’elle se manifeste de diverses façons.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à comprendre les documents sans faire de
liens réels avec ce qu’il-elle a appris. ➜ Débutant ou Apprenti.
● L’élève comprend les documents ainsi que les nouvelles
données en s’appuyant sur ce qu’il-elle sait déjà. ➜ Confirmé.
● L’élève comprend les documents de manière précise
en s’appuyant sur ses connaissances et son expérience
personnelle. ➜ Expert.
• niveau Bac + 8 : certificat d’études approfondies vétérinaires en santé publique animale.
•niveau Bac + 9 : diplôme d’études spécialisées vétérinaires en chirurgie des animaux.
Activité pour la classe
En lien avec la production d’écrits, et en prenant comme
support le court texte ci-dessus, les élèves pourront, par
groupes, réaliser un QCM permettant de savoir si les élèves
de la classe voisine sont faits pour ce métier.
Un travail pourra être mené en parallèle en français pour
connaitre les caractéristiques d’un Questionnaire à Choix
Multiples.
sciences en
un métier de Sciences
Je suis...Vétérinaire
Vous pensez être fait pour ce métier ?
Par essence, le vétérinaire doit être passionné par les
animaux, que ce soit les chiens, les chats, les vaches ou
les serpents. Il doit être capable de manipuler toutes les
races sans crainte, avec assurance. En contact direct avec
les propriétaires d’animaux, le vétérinaire doit également faire preuve de pédagogie et de tact. L’état de santé
d’un animal peut s’avérer délicat à traiter. Le vétérinaire
doit trouver les mots justes pour expliquer la situation à
ses maîtres.
Pour devenir vétérinaire, il faut obtenir le diplôme de
docteur vétérinaire. Pour cela, il faut suivre le cursus proposé par l’une des quatre écoles vétérinaires françaises.
Elles sont accessibles sur concours à partir du niveau
bac+2. Une fois l’école intégrée, les études durent 7 ans
bac+2. Une fois l’école intégrée, les études durent 7 ans
en moyenne. Le vétérinaire peut également choisir de se
spécialiser :
jeux
Corrigés
Mission 28 – Vrai ou faux ?
Une plante à fleur se développe à partir d’une graine qui
contient un embryon. VRAI
Le pistil est la partie de la fleur contenant les éléments reproducteurs mâles. FAUX
Les abeilles sont souvent indispensables à la pollinisation.
VRAI
Mission 29 – Mots mêlés
Adulte / Larve/ Mue /Œuf / Fécondation / Développement
Mission 30 – Mots Croisés
1) Adolescence
2) Règles
3) Développement
4) Puberté
5) Éjaculation
Mission 31 – Phrase mystère
Exemples de phrases réalisables avec les mots fournis :
Lors d’un accouplement, il y a fécondation lorsqu’un
spermatozoïde rencontre un ovule.
Lors de la grossesse, l’embryon devient un fœtus, puis
bébé à la naissance.
CHAPITRE 9
• Le développement et la reproduction des êtres vivants
157
CHAPITRE
10
L’origine et le devenir
de la matière organique
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Expliquer l’origine de la matière organique des êtres vivants et son devenir
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Relier les besoins des plantes vertes et leur place particulière
dans les réseaux trophiques.
Les études portent sur des cultures et des élevages ainsi que
des expérimentations et des recherches et observations sur le
terrain.
Besoins des plantes vertes.
Identifier les matières échangées entre un être vivant
et son milieu de vie.
Besoins alimentaires des animaux.
Repérer des manifestations de consommation ou de rejets des
êtres vivants.
Observer le comportement hivernal de certains animaux.
à un organisme vivant.
À partir des observations de l’environnement proche, les élèves
identifient la place et le rôle des végétaux chlorophylliens en
tant que producteurs primaires de la chaine alimentaire.
Décomposeurs.
Les élèves mettent en relation la matière
Devenir de la matière organique n’appartenant plus
organique et son utilisation par les êtres humains dans les
matériaux de construction, les textiles, les aliments, les
médicaments.
Repères de progressivité
• L'étude de la structure cellulaire doit en revanche être réservée à la classe de sixième.
• Toutes les fonctions de nutrition ont vocation à être étudiées dès l’école élémentaire. Mais à ce niveau, on se contentera de
les caractériser et de montrer qu’elles s’intègrent et répondent aux besoins de l’organisme.
• Le rôle des microorganismes relève de la classe de sixième.
Commentaires
L’utilisation de la matière organique par les êtres humains sera étudiée en dernière année du cycle 3 (6e).
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 La plante verte : de la synthèse au
stockage de la matière organique
• Les végétaux verts (chlorophylliens) sont des produc-
teurs primaires de matière organique : ils produisent leur
matière organique (à base de carbone) à partir du carbone
minéral présent dans l’environnement extérieur. Ils sont
dits autotrophes pour le carbone.
• Le mécanisme de cette production constitue la photosynthèse. Dans la nature, la photosynthèse est à l’origine
de la matière vivante.
158
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
La localisation de la photosynthèse
• Les feuilles sont les organes spécialisés dans la réalisa-
tion de la photosynthèse. Le tissu photosynthétique est
constitué de nombreuses cellules chlorophylliennes.
• Dans les cellules chlorophylliennes, les chloroplastes
sont les organites centraux de la photosynthèse. À l’intérieur de ceux-ci, des grains contenant de la chlorophylle
sont capables d’utiliser l’énergie lumineuse pour incorporer le carbone du CO2 dans des molécules organiques de
glucose.
Les chloroplastes sont donc capables de réaliser une
conversion énergétique d’énergie lumineuse en énergie
chimique.
Les deux phases de la photosynthèse
Des expériences ont montré que la photosynthèse comprend deux phases successives bien distinctes impliquant
les divers compartiments des chloroplastes.
• La phase photochimique se déroule au niveau de la paroi
des grains du chloroplaste (les thylacoïdes). Les pigments
chlorophylliens foliaires sont présents dans la paroi de ces
thylacoïdes.
Par chromatographie de partage, on montre que la couleur
verte des plantes est due à un mélange de pigments verts
(chlorophylles a et b), rouges (carotènes) et jaunes (xanthophylles) globalement appelés pigments foliaires.
Carotènes
Au cours de cette phase photochimique, le rayonnement
lumineux est capté par les pigments foliaires et l’énergie
lumineuse est convertie en énergie chimique.
•
Une deuxième phase chimique se déroule à l’extérieur
des thylacoïdes, dans le stroma des chloroplastes. Les molécules de carbone du CO2 sont incorporées dans des molécules organiques pour former des molécules de glucose
(cycle biochimique de Calvin).
•
Au cours de la photosynthèse, de l’eau et du CO2 sont
absorbés et sont transformés en glucose avec libération
d'oxygène O2 suivant l’équation de réaction suivante :
6 CO2 + 6 H2O ➞ C6H12O6 + 6 O2.
Les réactions chimiques nécessitent l’intervention de nombreuses enzymes (comportant des ions minéraux).
En conclusion, la photosynthèse aboutit à la production de
molécules organiques carbonées à partir de carbone minéral. L’énergie nécessaire à la photosynthèse est fournie par
l’énergie lumineuse.
Xanthophylles
Chlorophylles a
Chlorophylles b
Solvant
Temps : 50 min
Doc 1. Séparation des pigments foliaires par chromatographie
de partage.
Il existe une bonne correspondance entre le spectre d’action de la photosynthèse et le spectre d’absorption des
pigments foliaires.
Le devenir du glucose
• Le glucose formé à l’issue de la photosynthèse est trans-
formé en amidon (glucides complexes insolubles) qui reste
dans les chloroplastes. Cet amidon repasse ensuite sous
forme de glucose pour circuler dans les vaisseaux conducteurs de sève élaborée en direction des autres parties de la
plante (racines, tige, fleurs ou fruits) ou vers des organes de
réserves (tubercules, rhizomes, bulbes).
• Sans glucose, et donc sans photosynthèse, la plante ne
peut donc pas pousser correctement.
Spectre continu A
de la lumière blanche
Spectre d’absorption B
de la chlorophylle brute
2 Chaines alimentaires et
fonctionnement des écosystèmes
Absorption (en %)
pigments bruts
Spectre d’action
photosynthétique
400
500
600
700
longueur d’onde (en nm)
Doc 2. Comparaison du spectre d’absorption des pigments foliaires
(chlorophylle brute) et du spectre d’action photosynthétique.
IN FO
+
Le spectre d’absorption correspond à la quantité de lumière
absorbée par les pigments, en fonction de la longueur
d’onde des radiations lumineuses. Il est obtenu à partir d’une
solution de chlorophylle brute avec un spectromètre à main
ou à l’aide d’un spectrophotomètre. Le spectre d’action
photosynthétique mesure l’efficacité de la photosynthèse
par rapport à une valeur de référence, au niveau de cellules
chlorophylliennes sous lumière monochromatique, pour les
différentes longueurs d’onde de la lumière visible (0,4 à 0,8
micromètres).
• Le chapitre 7 montre comment chaque organisme peut
utiliser l’énergie de la nourriture qu’il consomme. Ses besoins énergétiques varient selon de multiples facteurs tant
externes qu’internes.
Cela ne dit rien cependant sur la manière dont cette énergie
est transférée d’un organisme à un autre dans le cadre du
fonctionnement des chaines alimentaires et des réseaux
trophiques au sein des écosystèmes.
Organisation des chaines alimentaires
et des réseaux trophiques
• Une chaine trophique ou alimentaire correspond à une
succession d’organismes dont chacun vit au dépend du
précédent. Tout écosystème comporte un ensemble d’espèces animales et végétales qui peuvent se répartir en trois
groupes : les producteurs, les consommateurs et les décomposeurs.
•
Les producteurs : ce sont les organismes autotrophes
photosynthétiques : plantes vertes, phytoplancton (cyanoCHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
159
bactéries ou algues bleues), organismes procaryotes (bactéries). Grâce à la photosynthèse, ils élaborent la matière
organique à partir de matières strictement minérales fournies par le milieu extérieur (CO2 et H2O). Ils constituent le
premier niveau trophique de l’écosystème et on les appelle
producteurs primaires.
• Les consommateurs : il s’agit d’êtres vivants, dits hé-
térotrophes, qui se nourrissent des matières organiques
complexes déjà élaborées qu’ils prélèvent sur d’autres
êtres vivants. Ce sont des producteurs secondaires de
matière organique. Ils occupent un niveau trophique différent en fonction de leur régime alimentaire. On distingue
les consommateurs de matière organique vivante et les
consommateurs de cadavres.
• Parmi les consommateurs de matière organique vivante,
Les chaines alimentaires ou trophiques
Il existe trois principaux types de chaines trophiques.
• La chaine de prédateurs : dans cette chaine, le nombre
d’individus diminue d’un niveau trophique au suivant.
Exemple : 100 producteurs + 3 herbivores + 1 carnivore.
• La chaine de parasites : dans cette chaine, le nombre
des individus va en augmentant d’un niveau trophique au
suivant. Exemple : 50 producteurs (herbes) + 2 mammifères
herbivores + 80 puces + 150 leptomonas.
• La chaine de détritivores : on part de la matière organique morte vers des organismes de plus en plus petits (microscopiques) et nombreux. Exemple : 1 cadavre + 80 nématodes + 250 bactéries.
on distingue souvent :
- les consommateurs primaires (C1). Ce sont les phytophages qui mangent les producteurs. Ce sont en général
des animaux, appelés herbivores (mammifères herbivores,
insectes, crustacés), mais aussi plus rarement des parasites
végétaux et animaux des plantes vertes.
- les consommateurs secondaires (C2). Ce sont les prédateurs (zoophages) des C1. Il s’agit de carnivores se nourrissant d’herbivores (mammifères carnassiers, rapaces, insectes) ou bien de parasites d’animaux.
- les consommateurs tertiaires (C3). Ce sont les prédateurs des C2. Ce sont donc des carnivores qui se nourrissent
de carnivores (oiseaux insectivores, rapaces, insectes).
Le plus souvent, un consommateur est omnivore et appartient donc à plusieurs niveaux trophiques.
Réseau trophique
• Parmi les consommateurs de matière organique morte,
d’une chaine trophique se traduisent par des transferts
d’énergie d’un niveau à l’autre.
on distingue souvent :
- les charognards ou nécrophages qui se nourrissent des
cadavres d’animaux frais ou décomposés. Ils terminent souvent le travail des carnivores. Exemple : chacal, vautour, etc.
- les décomposeurs ou détritivores. Il s’agit des différents organismes et microorganismes qui s’attaquent aux
cadavres et aux excrétas et les décomposent peu à peu en
assurant le retour progressif au monde minéral des éléments contenus dans la matière organique. Parmi les décomposeurs ou détritivores, on distingue les saprophytes
(organisme végétal se nourrissant de matières organiques
en cours de décomposition, par exemple les champignons),
les saprophages (organisme animal se nourrissant de matières organiques en cours de décomposition, par exemple
les bactéries), les détritivores (les animaux se nourrissant
de détritus ou débris d’animaux et/ou de végétaux, par
exemple les lombrics, nématodes, cloportes) et les coprophages (les animaux se nourrissant d’excréments, par
exemple les bousiers).
• Producteurs primaires, consommateurs et décompo-
seurs sont liés par une chaine alimentaire. Le caractère cyclique de la chaine est assuré par les décomposeurs.
160
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
Le réseau trophique se définit comme un ensemble de
chaines alimentaires reliées entre elles au sein d’un écosystème et par lesquelles l’énergie et la matière circulent.
Il se définit également comme étant l’ensemble des relations trophiques existant au niveau de l’ensemble des êtres
vivants (la biocénose) d’un écosystème, entre les diverses
catégories écologiques d’êtres vivants constituants cette
biocénose (producteurs, consommateurs et décomposeurs).
Transfert d’énergie dans les chaines
trophiques
• Les relations trophiques qui existent entre les niveaux
IN FO
+
La productivité brute = quantité de biomasse vivante
produite pendant une unité de temps, par un niveau
trophique donné.
La productivité nette (PN) : c’est la biomasse effectivement
synthétisée par les êtres vivants.
La productivité primaire nette : productivité nette des
autotrophes chlorophylliens.
La productivité secondaire : productivité nette des
consommateurs (herbivores, carnivores et décomposeurs).
Une partie de la lumière solaire absorbée par le végétal est
dissipée sous forme de chaleur. Le reste est utilisé pour la
synthèse de substances organiques (photosynthèse). C’est
la productivité primaire brute à laquelle il faut soustraire
l’énergie perdue par la respiration. Il reste alors la productivité primaire nette qui mesure l’accroissement de la biomasse végétale. Une partie de cette productivité va servir
d’aliments pour les herbivores et autres phytophages. Une
partie de cette alimentation va être dissipée sous forme de
chaleur et déchets mais il restera une productivité nette qui
mesure l’accroissement de la biomasse des herbivores (les
consommateurs primaires). On peut continuer le même raisonnement pour les carnivores (consommateur secondaire)
et pour les super-prédateurs (consommateur tertiaire).
• Ainsi, du Soleil aux consommateurs (primaire, secondaire
ou tertiaire), l’énergie s’écoule de niveau trophique en niveau trophique, diminuant à chaque transfert d’un chainon
à un autre. On parle donc de flux d’énergie. Le flux d’énergie qui traverse un niveau trophique donné correspond à la
totalité de l’énergie assimilée à ce niveau, c’est-à-dire à la
somme de la productivité nette et des substances perdues
par la respiration.
Plus on s’éloigne du producteur primaire, plus la production de matière vivante est faible.
0,1 kg de thon
1 kg de sardine
10 kg de zooplancton
100 kg
de zooplancton
(copépodes)
1 000 kg
de phytoplancton
• Rendement de production nette : c’est le rapport de la
production nette à l’énergie assimilée. Ce rendement intéresse les éleveurs, car il exprime la possibilité pour une espèce de former la plus grande quantité possible de viande
à partir d’une quantité donnée d’aliments.
Stabilité et contrôle des écosystèmes
• La stabilité est contrôlée par l’amont (les ressources disponibles) ou par l’aval (les prédateurs).
• Les ressources disponibles, régulées par les facteurs phy-
sico-chimiques du milieu, contrôlent les chaines trophiques
depuis les producteurs jusqu’aux prédateurs. C’est la théorie
du contrôle des communautés par les ressources (éléments
nutritifs), ou contrôle bottom-up (du bas vers le haut).
Exemple : moins il y a de phosphates dans les océans, moins
il y a de plancton et plus les poissons qui s’en nourrissent
sont petits.
• Le fonctionnement d’un écosystème dépend aussi de la
prédation exercée par les niveaux trophiques supérieurs
sur les niveaux trophiques inférieurs. C’est le contrôle topdown (du haut vers le bas).
Exemple : l’effet régulateur d’une population de carnivores
(loups) sur une population de proies (lièvres). Plus il y a de
prédateurs et moins il y a de proies. Donc quand il y a trop
de lièvres, cela va favoriser l’augmentation des loups qui
vont alors réguler la population des lièvres
• Les deux contrôles interviennent simultanément dans
Doc 3. Exemple simplifié de transfert de biomasse au sein
de l’écosystème océan.
Remarque : La schématisation de la structure des transferts d’énergie est généralement conçue à l’aide de pyramides écologiques, qui correspondent à la superposition de rectangles horizontaux de même hauteur, mais
de longueurs proportionnelles au nombre d’individus, à la
biomasse ou à la quantité d’énergie présente dans chaque
niveau trophique. On parle alors de pyramide des nombres,
des biomasses ou des énergies.
Notion de rendement au sein des transferts
énergétiques
•
À chaque étape du flux, de l’organisme mangé à l’organisme mangeur et à l’intérieur de chacun d’eux, de l’énergie est perdue. On peut donc caractériser les divers organismes du point de vue bioénergétique par leur aptitude à
diminuer ces pertes d’énergie. Cette aptitude est évaluée
par les calculs de rendements.
• Rendement écologique : c’est le rapport de la produc-
tion nette du niveau trophique de rang (n) à la production
nette du niveau trophique de rang (n-1).
les écosystèmes et peuvent être complémentaires.
Les modifications par l’homme d’un niveau trophique
peuvent amplifier l’un ou l’autre des deux contrôles et
entrainer une instabilité de l’écosystème. Ainsi, l’augmentation artificielle des ressources en éléments nutritifs provoque une amplification du contrôle bottom-up (cas de la
pollution organique des eaux ou eutrophisation) ou bien la
diminution de l’abondance d’un prédateur de haut niveau
provoque la diminution du contrôle top-down (cas de la
chasse ou de la pêche).
Éléments de didactique
1 Difficultés liées au concept
de nutrition
• Les concepts abordés sont souvent complexes (cycles
de matière et d’énergie, flux de matières et d’énergie dans
les chaines alimentaires, mécanisme de fabrication ou de
décomposition de la matière). Il convient donc d’être vigilant sur l’approche pédagogique à privilégier. L’élève qui
arrive au cycle 3 connait quelques caractéristiques d’un
être vivant, et notamment le fait qu’il doit se nourrir pour
vivre et pour grandir. Il sait également que les animaux prélèvent leurs aliments dans leur milieu de vie, qu’ils peuvent
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
161
consommer des végétaux ou d’autres animaux. Il sait que
les végétaux ont aussi des besoins, notamment des besoins en eau, en lumière et « en terre ». Il a donc conscience
d’un premier niveau d’interdépendance des êtres vivants,
mais aussi d’interdépendance entre les êtres vivants et leur
milieu de vie. L’objectif de ce chapitre sera de préciser ces
concepts pour les élèves.
• Au cycle 3, la construction du concept de nutrition se
poursuit mais sans toutefois aborder le niveau cellulaire.
L’évaluation des besoins des plantes vertes se fera par la
constatation d’une croissance, puis le constat que cette
croissance est sous la dépendance de facteurs du milieu.
Le recours à la démarche expérimentale permet d’amener
l’élève à réaliser que la plante verte se « nourrit » à partir d’éléments minéraux du milieu. Elle ne se nourrit pas
strictement à partir de terre comme leur intuition les porte
à le penser. Les besoins seront précisés : lumière, eau, sels
minéraux.
• Le concept de croissance est interprété comme syno-
nyme d’une production de matière et tous les êtres vivants
sont donc des producteurs de matière.
• De même, les aliments consommés par les animaux
(leurs proies par exemple) seront identifiés comme source
de matière indispensable à la fabrication de leur propre matière, mais aussi comme source d’énergie. L’enseignant-e
veillera à établir un parallèle avec le concept d’énergie et
de ses manifestations établis dans le chapitre 4 du thème 1.
2 Difficultés liées au concept
d’interdépendance des êtres
vivants
•
Les relations trophiques entre les êtres vivants amè­neront à la représentation sous forme de chaines alimentaires.
La notion de « chaine alimentaire » très imagée amène à
cette notion complexe d’interdépendance des êtres vivants
avec leur milieu de vie. La place spécifique des végétaux
devra être mise en évidence et reliée à la spécificité de leurs
besoins. C’est dans cet esprit que sera abordée la question du devenir de la matière des organismes à leur mort et
le rôle spécifique des décomposeurs, consommateurs et
producteurs de matière (celle qui les constitue) mais avec
une spécificité qui est d’enrichir le sol en éléments nutritifs
indispensables à la croissance des végétaux.
La notion de cycle de la matière n’est pas explicitement au
programme du cycle 3 bien qu’elle puisse être évoquée en
classe de 6e. Il faut cependant souligner l’importance des
décomposeurs du sol.
Cette connaissance peut être mobilisée si l’on traite d’une
question environnementale relative à l’impact de certaines
activités humaines (compostage, pratiques agricoles, pollutions, etc.). C’est ce qui a été envisagée dans ce chapitre
et repris dans les pages « Sciences autrement ».
• À l’issue de ce chapitre, on pourra revenir sur le concept
de biodiversité et le compléter par une dimension dynamique.
Bibliographie / Webographie
• F. Ramade, Éléments d’écologie : écologie fondamentale, Dunod, 2009.
• R. Barbault, Écologie générale : Structure et fonctionnement de la biosphère, Dunod, 2008.
• V. Chassany, M. Potage, Mini-manuel de biologie végétale, Dunod, 2014.
• S. Frontier, D. Pichod-Viale, Écosystèmes : structure, fonctionnement, évolution, Dunod, 2008.
• JF. Morot-Gaudry, R. Prat, Biologie végétale : croissance et développement, tome 2, Dunod,
2012.
• MF. Dupuis-Tate, Le Guide illustré de l’écologie, La Martinière, 2007.
• Autotrophie et hétérotrophie chez un végétal chlorophyllien : http://pst.chez-alice.fr/fc4.htm
• Les écosystèmes : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbiodiv/index.php?pid=decouv_chapA&
zoom_id=zoom_a1_3
•
Animation sur la photosynthèse : http://conceptcours.fr/www/term_s/spe/energie/docs_
photo/photosynthesis.swf
162
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mise en évidence des conditions
favorables au développement
des plantes vertes.
Mission 32
Besoin des plantes vertes.
Décomposition de la matière.
Relation entre animaux
et végétaux au sein
du réseau trophique.
Mission 34
Mission 33
Devenir de la matière organique.
Aperçu général des missions
Besoins des animaux.
Notion de chaine alimentaire.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Question
scientifique
Contenus
Compétences travaillées
Mission 32
Quels sont
les besoins
des plantes
vertes ?
• Matière organique.
• Producteurs primaires.
• Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique
simple.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
Mission 33
Quels sont
les besoins
alimentaires
des animaux ?
• Chaine alimentaire.
• Herbivore/carnivore/
omnivore.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d'environnement.
Mission 34
Que devient
la matière
organique à
la mort des
organismes ?
• Décomposition.
• Compost.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Expliquer un phénomène à l'oral et à l'écrit.
• Mettre en œuvre une action responsable et citoyenne, individuellement
ou collectivement, en et hors milieu scolaire, et en témoigner.
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
163
Mission 32 Les besoins des plantes vertes
p. 136-137
Objectifs :
✔Découvrir les conditions favorables à la croissance des plantes
vertes.
✔Concevoir un protocole expérimental.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 2 – 3 – 4 – 11 – 16 – 23 – 24.
Ressources complémentaires Fiche expérience, aide
pour la trace écrite.
Matériel par groupe d’élèves : pots
transparents, boite opaque, saladier en verre, eau minérale,
eau déminéralisée, potasse, graines de blé, lampe, graines
de lentilles.
Expérience
JE M'INTERROGE
p. 134
Quel désert !
« Quelle chaleur ! Quelle sécheresse ! » Comment cet arbre a-t-il
pu pousser dans le désert ?
Les élèves émettent des hypothèses à l’oral avec ce qu’ils
savent sur le sujet : besoin de soleil, d’eau, de terre, etc. L’enseignant peut ensuite cibler la question : « Où cette plante
a-t-elle poussé ? ». Les élèves énoncent ce qu’ils voient :
du sable, et donc par extension un désert. L’objectif est de
mettre en avant le fait que dans le désert il n’y a ni eau
abondante ni terre et pourtant la vie végétale se développe.
➡ Relance possible : « Peut-on dire que les conditions de ce
milieu sont favorables au développement des végétaux ? »
On attendra des élèves qu’ils disent « non » car il semblerait
que cet arbre soit bien seul au milieu du désert. Néanmoins,
il faudra nuancer cette réponse car cet arbre a quand même
réussi à pousser. La question scientifique peut alors être
posée.
Question scientifique Quels sont les besoins
des plantes vertes ? ➜ Aller à la mission 32.
JE M'INFORME
pour concevoir un protocole
expérimental
➡ Le document 1 permet aux élèves d’identifier, à travers
un document réel de ferme High Tech, quelles sont les
conditions optimales pour le développement des végétaux.
164
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
Les élèves en dressent la liste : solution d’eau enrichie en
sels minéraux, air enrichi en dioxyde de carbone, ensoleillement intense et long. L’enseignant-e pourra demander
quelles sont les différences entre ce milieu et les conditions du milieu naturel. Ceci pourra amener à une réflexion
entre les conditions nécessaires pour le développement,
les conditions suffisantes, et les conditions optimales.
➡ Les élèves sont ensuite amenés à mettre en place une
démarche scientifique, en concevant un protocole expérimental.
Dans un premier temps, les élèves devront énoncer une ou
des hypothèses quant aux besoins essentiels.
Dans un second temps, à l’aide du document 2, ils proposeront une expérience à mener avec le matériel à disposition,
pour valider ou non chacune de leurs hypothèses.
L’enseignant-e relance la réflexion des élèves en leur demandant de réaliser un schéma de leur expérience, puis
en leur demandant d’envisager les résultats prévisibles ou
attendus.
J'EXPÉRIMENTE
pour comprendre les besoins
des plantes vertes
➡ Les élèves réalisent leurs expériences et tirent les
conclusions après un certain temps (2 à 3 semaines). Ilselles valident ou non leurs hypothèses.
Déroulé de l'expérience
1 Avant l’expérience
Après la lecture du document 1, les élèves pourront dire
que la plante a besoin d’eau, de lumière, de sels minéraux
et/ou de dioxyde de carbone. À la fin de l’étape de confrontation des hypothèses, tous les élèves devront avoir trouvé
les quatre facteurs à tester.
2 Conception de l’expérience
L’enseignant-e veillera à ce que les élèves restent concentrés dans la tâche à accomplir. Tout en étant à disposition
des élèves pour les aider dans leur réflexion, il ne faudra
pas donner une proposition d’expérience même si les
élèves sont sur la mauvaise voie. L’objectif de l’activité est
justement la capacité à mettre en œuvre une démarche
expérimentale.
3 Réalisation de l’expérience
Les élèves mettent donc en acte leur réflexion. L’enseignant-e proposera son aide si besoin seulement.
4 Résultats et interprétation
Les interprétations et résultats viendront plusieurs jours
après. L’enseignant-e veillera à programmer des temps
d’observation, dans les semaines suivant l’expérience, afin
que les élèves puissent noter les résultats obtenus dans
leur cahier d’expérience. Ce moment peut être pris sur des
temps de classe informels, ou sur des rituels du matin, l’essentiel étant de ne pas oublier de noter les résultats.
➡ Les documents 3 et 4 permettent aux élèves qui n’auraient pas réalisé les expériences de mener la même réflexion sur les besoins des plantes vertes, en analysant des
comptes rendus d’expériences élèves.
Réponses aux activités
1 Les conditions favorables sont : eau, sels minéraux,
dioxyde de carbone et la lumière du Soleil.
2 Il faut tester les facteurs trouvés dans l’activité 1.
3 Cas 1 : sans lumière, les feuilles ne poussent pas bien, la
plante a un aspect séché. Le besoin en lumière est mis en
évidence.
Cas 2 : sans dioxyde de carbone, les feuilles ne poussent
pas autant que dans l’expérience témoin. La plante a donc
besoin de dioxyde de carbone.
Cas 3 : même résultat que dans le cas 2. Le besoin en sels
minéraux est ainsi prouvé.
Cas 4 : sans eau, la plante ne pousse pas beaucoup et il y a
très peu de feuilles. La plante a donc besoin d’eau.
4 Discuter la phrase revient à justifier chaque élément de
la phrase avec les résultats des expériences de l’activité 3.
« Les plantes vertes fabriquent leur matière organique à
partir d’éléments du milieu... » ➜ les plantes vertes ont
besoin d’eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone
pour se développer (résultats des expériences 2/3/4). On
trouve tous ces éléments dans le milieu.
«...en présence de lumière » : sans lumière, il n’y a pas
de production de matière organique (résultat de l’expérience 1).
5 Le terme de producteur primaire signifie que les plantes
vertes peuvent fabriquer leur matière organique uniquement à partir de matières minérales. C’est effectivement
le cas : les plantes vertes n’ont besoin que d’eau, des sels
minéraux et du dioxyde de carbone pour se développer et
ce en présence de lumière.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques
● Formuler une question ou une problématique scientifique
simple.
Critères de réussite liés à cette compétence :
S’informer à partir d’une situation particulière. ➜ Ici, identifier
les facteurs du milieu associés à une croissance optimale des
plantes vertes.
● Analyser les facteurs du milieu pour en dégager une
problématique. ➜ Ici, identifier des conditions du milieu
probablement nécessaires à la croissance des plantes vertes.
● Proposer une problématique scientifique et concevoir des
hypothèses. ➜ Ici, proposer des hypothèses expliquant la
croissance des plantes vertes.
● Formuler sous forme d’hypothèse et vérifier un problème
scientifique. ➜ Ici, énoncer une question scientifique appelant
à la réalisation d’une expérience de vérification.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou difficilement à saisir des informations
du document 1 et du document 2. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à saisir les informations du document 1 et du
document 2 et à les lier à une problématique de croissance, mais
n’arrive pas à formuler une hypothèse correcte. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à comprendre les documents 1 et 2 et à
dégager une problématique scientifique de croissance sous la
forme d’hypothèses mais avec l’aide du professeur. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à comprendre les documents, à dégager une
problématique scientifique et à formuler de manière correcte
des hypothèses à tester. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
●
Eau
Besoins des
plantes vertes,
producteurs
primaires
Dioxyde de carbone
Sels minéraux
Lumière
JE FAIS LE BILAN
p.142
Ressources complémentaires Bilan de la mission 32 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Producteur primaire, matière organique, matière minérale,
besoins.
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
165
Mission 33 Besoins des animaux
et chaines alimentaires
p. 138-139
Travail
en
équipes
Objectifs :
✔Découvrir les différents besoins alimentaires
des animaux.
✔Comprendre ce qu’est une chaine alimentaire.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 3 – 13 – 15 – 24 – 26.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
chaines alimentaires à compléter, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 135
Qui mange qui ? Qui mange quoi ?
Comment peut-on savoir ce que
mange un animal ?
L’enseignant-e demande aux élèves de décrire l’image.
Tous devront parler de l’animal mis en avant sur cette
photo. Celles et ceux qui ont pris le temps de lire le titre diront qu’il s’agit d’un caméléon. L’enseignant-e attirera l’attention sur ce qu’il y a au bout de la langue de cet animal.
Certains ne verront que la fleur, d’autres, qui ont lu le titre
en légende, parleront d’un syrphe. L’enseignant-e demandera donc aux élèves ce qu’est le syrphe. La plupart des
élèves proposeront un insecte, ce qui est correct. D’autres,
ceux qui n’avaient pas vu l’animal, parleront peut-être
d’une variété de fleur, ce qui est incorrect.
➡ Relance possible : « Comment pourrait-on savoir ce que
ce caméléon mange d’autre ? »
Certains élèves proposeront d’aller observer ce type
d’animal dans la nature, ou de regarder un documentaire
puisque le caméléon ne vit pas dans nos régions. Suite à
la mission 29, certains penseront peut-être à la réalisation
d’un élevage pour observer le mode de vie du caméléon.
Quelques élèves feront l’hypothèse que le caméléon se
nourrit d’insectes : mouche, papillon, moustique, etc. Plus
rarement, des élèves parleront de regarder les excréments,
ou les déchets après digestion pour pouvoir répondre à la
question.
Finalement, les élèves se rendront compte qu’ils ne
connaissent pas vraiment les besoins alimentaires des animaux.
Question scientifique Quels sont les besoins alimentaires des animaux ? ➜ Aller à la mission 33.
166
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. Dans la forêt de chênes
➡ Les élèves prennent connaissance des documents 1, 2, 3 et
4. Ils ont déjà rencontré certains de ces animaux sans pour autant connaitre leurs régimes alimentaires. Cette page servira
tout au long de la mission comme support documentaire.
Les élèves pourront s’appuyer sur la présence du lexique
pour comprendre les mots « carnivore », « herbivore » et
« omnivore », qui sont importants pour construire la chaine
alimentaire et en tirer les conclusions nécessaires. Nous
avons fait en sorte que tous les régimes alimentaires soient
illustrés sur cette page.
➡ L’enseignant-e pourra rappeler ce qu’est une chaine
alimentaire et comment on la construit. C’est une succession d’être vivants dont chacun est mangé par le suivant.
Une chaine alimentaire a pour but de montrer certaines
relations entre les êtres vivants, c’est-à-dire répondre à la
question : « Qui est mangé par qui ? »
Pour créer une chaine alimentaire, il faut utiliser un signe
qui permet de relier les êtres vivants entre eux : ce signe
est une flèche. TRES IMPORTANT : la flèche signifie « est
mangé par » et non pas « mange » comme on pourrait le
penser.
➡ Lors de la création de la chaine alimentaire, certains
élèves pourront oublier de faire figurer la présence des végétaux au début de la chaine, puisqu’il n’y a pas de documents consacrés à ce maillon de la chaine. L’enseignant-e
pourra alors demander aux élèves de relire le document 2
qui évoque les feuilles de chêne, ou alors le document 3
puisque le mulot, qui est omnivore, doit aussi être relié au
bloc « végétaux » de la chaine alimentaire.
ÉQUIPE 2. Dans la forêt amazonienne
Les élèves utiliseront les documents 5, 6, 7 et 8 comme
support. Le travail est identique à celui demandé à l’équipe
1, mais dans un milieu différent.
Il s’agit sur cette page de présenter des animaux dont le
milieu de vie est également une forêt comme pour l’équipe
1, mais située dans un écosystème méconnu des élèves : la
forêt amazonienne. Cela permet de proposer aux élèves
l’étude d’animaux moins connus comme le tamanoir par
exemple. La démarche est de montrer aux élèves que
chaque écosystème a des chaines alimentaires différentes,
reprenant le même schéma.
Comme pour l’équipe 1, si les élèves de l’équipe 2 oublient
la présence de végétaux dans la chaine alimentaire, l’enseignante pourra leur demander de relire attentivement
les documents 6 et 8.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Utiliser différents modes de
représentation formalisés (schéma).
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier les mots importants à faire figurer dans le schéma.
➜ Ici, les mots herbivore, carnivore, omnivore, végétal.
● Trouver un type de configuration qui permet d’insérer
l’ensemble des mots. ➜ Ici, plusieurs nuages.
● Ordonner les mots et placer les liens entre eux. ➜ Ici, les
flèches « est mangé par » correctement placées.
● Donner un titre à ce schéma ➜ Ici, « les besoins alimentaires
des animaux ».
Pour différencier, on pourra distribuer ou non les chaines vides
présentes sur le site compagnon, ainsi que les mots à placer.
●
Mise en commun
La mise en commun s’effectue à l’oral avec l’ensemble du
groupe classe. Chaque équipe présentera sa chaine alimentaire réalisée à partir des documents (voir les chaines
alimentaires en bas de page).
L’enseignant-e formalisera la proposition de chaque
équipe, pour permettre aux élèves de comprendre que ce
réseau trophique fonctionne toujours de la même manière
avec au départ un végétal puis un animal herbivore et en
bout de course un animal carnivore.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève parvient à placer tous les mots importants dans le
schéma vierge fourni. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à trouver et placer les mots importants dans
un schéma sans pour autant les relier entre eux. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à trouver et placer les mots importants dans
un schéma en les reliant entre eux de manière logique, avec
l’aide ponctuelle du professeur. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient, seul, à trouver et placer les mots importants
dans un schéma en les reliant entre eux et donne un titre à sa
production. ➜ Expert.
●
LA TRACE ÉCRITE
Carnivore
Herbivore
...est
mangé
JE FAIS LE BILAN
Omnivore
par...
p.142
Ressources complémentaires Bilan de la mission 33 à
Végétal
imprimer.
Les besoins alimentaires des animaux
Mots à savoir utiliser en contexte
Chaine alimentaire, herbivore, omnivore, carnivore.
ÉQUIPE 1
Chenille processionnaire
Calosome sycophante
Mulot sylvestre
Chouette hulotte
Végétaux verts
ÉQUIPE 2
Morpho bleu
Fourmi
Tamanoir
Jaguar
Végétaux
Chaine alimentaires à produire lors de la mise en commun.
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
167
Mission 34 Le devenir de la matière organique
p. 140-141
Objectifs :
✔Comprendre le processus de décomposition.
✔Avoir une approche de projet collectif.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 3 – 15 – 25.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
premier document, les élèves réinvestissent leurs savoirs
acquis lors de la mission précédente à propos des chaines
alimentaires.
Réponses aux activités
1 Le lombric, l’iule, le collembole, le cloporte et le champignon consomment directement les débris végétaux.
JE M'INTERROGE
p. 135
Une fleur de dentelle
À ton avis, qu’est devenue l’enveloppe de la fleur ?
Les élèves décrivent les deux photos prises à deux saisons
différentes.
Pour l’été, on peut s’attendre à ce qu’ils parlent de la couleur orange caractéristique du fruit de l’alkékenge et de la
forme peu commune de ce fruit. Certains élèves peuvent
en avoir déjà vu comme décoration sur des pâtisseries.
Concernant l’hiver, ils mettront sans doute en avant le côté
squelettique du fruit ainsi que la découverte à l’intérieur
d’une boule orangée.
➡ Relance possible : « Pourquoi ne reste-t-il que ce squelette de fruit ? »
Les élèves émettent ensuite des hypothèses quant à ce
qu’est devenue l’enveloppe de la fleur : mangée par des
insectes, séchée par le soleil, abîmée par la pluie ou le gel,
morte...
L’enseignant-e dirigera la réflexion des élèves vers cette
dernière proposition.
Question scientifique Que devient la matière
organique à la mort des organismes ?
➜ Aller à la mission 34.
J'IDENTIFIE
les composants de la litière
Le document 1 servira de support pour répondre aux questions 1 et 2 du bloc activités.
Il s’agit de photographies d’animaux présents dans la litière d’un sous-bois. Les élèves prennent connaissance
des documents et s’informent sur chacun d’eux. Avec ce
168
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
2 Champignon
Collembole
Débris végétaux
Iule
Pseudoscorpion
Geophile
Pseudoscorpion
JE COMPRENDS
comment se décompose
la matière organique
➡ Le document 2 met en avant le processus de décomposition de la matière à travers l’analyse des turricules de
vers de terre. Les élèves sont amenés à comprendre qu’il y
a eu une transformation de matière organique en matière
minérale. Les lombrics permettent au sol d’être mélangé,
aéré et humidifié plus rapidement. Ils s’enfoncent jusqu’à 2
ou 3 mètres de profondeur et remontent en surface entre
25 et 60 tonnes de terre/ha sous forme de déjections appelées turricules. Les feuilles et autres débris végétaux
sont, grâce aux vers de terre qui les ingèrent, réduits en de
minuscules éléments organiques et minéraux. Ces derniers
sont ensuite repris et décomposés en ultimes éléments
minéraux par des décomposeurs (champignons et bactéries) et libérés dans le sol pour être de nouveau absorbés
par les racines des plantes vertes.
➡ Avec le document 3, la classe est invitée à mener un projet collectif autour du compostage. Ce projet peut d’ailleurs
prendre une dimension plus grande, étendue à l’école entière et englober enquête, réalisation du composteur, organisation du compostage, exposition...
Réponses aux activités
3 Les lombrics participent bien à la décomposition de la
matière organique en matière minérale car ils réduisent les
matières organiques en éléments fins, et l’action des décomposeurs se retrouve très amplifiée. On note donc un
accroissement relatif des matières minérales dans les tur-
ricules. Le lombricompost est un bon engrais car il est riche
en matières minérales dont ont besoin les plantes vertes
pour pousser (voir mission 32).
4 Il est intéressant de fabriquer du compost avec les déchets alimentaires car cela évite de jeter ces derniers à la
poubelle et cela permet d’apporter au sol un engrais naturel non couteux. On contribue ainsi à préserver l’environnement.
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Mettre
en œuvre une action responsable et citoyenne, individuellement
ou collectivement, en et hors milieu scolaire, et en témoigner.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Maitriser les connaissances nécessaires à la compréhension du
compostage. ➜ Ici, comprendre le processus de décomposition.
● Proposer une action collective. ➜ Ici, proposer l’achat ou la
fabrication d’un bac à compost.
● Mettre en œuvre cette action. ➜ Ici, récupérer les déchets
alimentaires d’une école/d'une classe (cantine).
● Faire le bilan de l’action. ➜ Ici, témoigner des réussites ou des
échecs de l’action et communiquer au niveau de l’école et hors
de l’école.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou difficilement à comprendre le
processus de décomposition. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à comprendre le processus et commence à
envisager une action collective. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à comprendre le processus, arrive à construire
une action collective et à la mettre en œuvre avec l’aide
ponctuelle de l'enseignant-e. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à comprendre le processus, envisage une
action collective et participe à sa mise en œuvre puis dresse le
bilan de l’action. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Les organismes morts sont une source d’alimentation
pour certains êtres vivants qui se nourrissent à partir de
la matière organique de la litière. Ils participent à la décomposition de celle-ci et à sa transformation en matière
minérale.
Parmi ces animaux, les lombrics ou vers de terre permettent la transformation des déchets en lombricompost très utile pour les cultures.
JE FAIS LE BILAN
p.142
Ressources complémentaires Bilan de la mission 34 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Décomposition, matière organique, compost.
POUR ALLER PLUS LOIN
Après avoir terminé la mission, on pourra répondre à la
question de départ sur l’enveloppe de la fleur de l’alkékenge. On peut donc dire que la fleur a été en partie décomposée : l’enveloppe orange a disparu et il ne reste que
le réseau des nervures qui conduisent la sève (elles sont
en effet plus difficilement décomposables) et qui donnent
cette impression de « squelette » de la fleur.
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
169
les sciences autrement
sciences & Architecture
Des jardins suspendus entre ciel et terre
La photo met en avant le côté esthétique mais aussi pratique
des toitures végétales. En effet, ces plantations servent d’isolant et régulent la température des constructions modernes.
Il s’agit ici de montrer qu’il existe différentes manières de pratiquer des cultures, y compris dans des lieux insolites.
La toiture végétale est de plus en plus utilisée comme un
espace de vie. La végétalisation apporte des solutions aux
questions de gestion des eaux pluviales et recrée des ilots
de verdure au sein des villes les plus denses. Elles donnent
aussi une nouvelle dimension à l’architecture contemporaine et mettent en avant la « cinquième façade », c’est-àdire le toit. La nature peut ainsi reprendre ses droits dans
les zones urbanisées !
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Mettre
en œuvre une action responsable et citoyenne, individuellement
ou collectivement, en et hors milieu scolaire, et en témoigner.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Maitriser les connaissances nécessaires à la compréhension
du phénomène des jardins suspendus. ➜ Ici, comprendre
l’intérêt et le processus de conception et de fabrication d’un
jardin suspendu.
● Proposer une action collective. ➜ Ici, proposer de réaliser
une information sous forme d’affiche ou de PowerPoint à
destination de la classe et des parents d’élèves sur l’intérêt
pour la collectivité des jardins suspendus.
● Mettre en œuvre cette action. ➜ Ici, s’informer par différentes
sources (encyclopédies, Internet…) et concevoir les éléments
de la communication (une affiche argumentée, un powerpoint
à projeter…) sur l’intérêt des jardins suspendus.
● Faire le bilan de l’action. ➜ Ici, communiquer au niveau de l’école
et hors de l’école pour sensibiliser la classe et les parents d'élèves.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parvient pas ou difficilement à comprendre le
principe de la conception et du fonctionnement d’un jardin
suspendu. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à comprendre le principe de fonctionnement
d’un jardin suspendu et commence à envisager la réalisation
d’une action de communication. ➜ Apprenti.
● L’élève comprend l’intérêt des jardins suspendus, leur
conception et leur fonctionnement et est capable d’imaginer
les schémas, les arguments et les supports pour cette action de
communication. ➜ Confirmé.
● L’élève comprend l’intérêt des jardins suspendus et est
capable de s’intégrer dans un travail collectif pour optimiser la
meilleure communication sur ce sujet. ➜ Expert.
Activités pour la classe
Les initiatives comme les jardins suspendus mais encore la
présence de ruches sur les toits montrent que nous cher170
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
p. 144-145
chons à réconcilier les villes et la nature. Les élèves peuvent
donc réfléchir sur ce thème, en imaginant une initiative citoyenne et écologique qui replace la nature au cœur des
villes. Cette réflexion pourrait être prolongée par un travail
artistique de la part de l’élève, qui pourrait dessiner ce qu’il
a imaginé.
sciences & Actualités
Composter sans jardin ni balcon
Ce document permet de montrer aux plus citadins des
élèves qu’il existe une solution efficace pour composter
en appartement.
Lorsqu’on cherche à réduire ses déchets, passer par la
case compostage devient une évidence. Pourquoi envoyer
ses déchets organiques à la décharge alors que ces derniers
peuvent naturellement se décomposer et se transformer en
compost, un engrais naturel, non polluant et aussi nourrissant pour le sol que pour les divers végétaux qui y poussent ?
C’est le message que l’on veut faire passer aux élèves.
Si une seule boite à compost est présentée ici, il en existe
en réalité plusieurs sortes.
Activités pour la classe
À mener en parallèle avec le projet d’école, s’il s’agit d’une
école urbaine.
Comment se déroule le projet ? Qui fait quoi ?
L’école :
- prévoit l’achat du composteur et le petit outillage
nécessaire ;
- s’engage à participer au bon fonctionnement du composteur.
La (ou les) classe(s) volontaire(s) :
- est (sont) initiée(s) à la pratique du compostage ;
- apporte(nt) régulièrement les déchets recueillis au composteur (déchets organiques issus de l’école : restes de
goûter, de pique-nique, plantes et fleurs fanées, marcs de
café et sachets de thé de la salle des enseignants, mouchoirs en papier, déchets de la cantine, etc.) ;
- mélange(nt) grossièrement les nouveaux apports ;
- participe(nt) à l’entretien et au suivi du site ;
- récolte(nt) le compost obtenu qui peut être ensuite
utilisé pour fertiliser les plantes de l’école, le jardin pédagogique, les jardinières ou espaces verts de l’école ou parc
environnant.
La mairie :
La commune peut être sollicitée pour participer à l’achat
du bac en échange de compost pour les plantes de la ville !
Plusieurs partenaires extérieurs peuvent ainsi être sollicités (MJC, centre social...).
plantes carnivores dans leur grande diversité et les démystifier auprès du public. Cela sera l’occasion pour l’enseignant de présenter les caractéristiques de ce type d’écrit.
sciences & Insolite
Un redoutable piège à insectes !
C’est un aspect insolite de la vie des plantes. Certaines plantes
occupent des milieux très pauvres en éléments nutritifs : le
sol peut être très acide par exemple et la plante ne peut y
prélever facilement certaines matières minérales, ou bien il
s’agit de plantes aériennes loin du sol. Elles ont alors développé des systèmes de captures d’insectes, plus ou moins
sophistiqués. Grâce à ces systèmes, ces plantes peuvent
capturer des insectes qu’elles vont ensuite digérer grâce à
des enzymes. Les éléments digérés sont réabsorbés par la
plante et permettent d’assurer la croissance de la plante.
C’est donc une stratégie de développement de certaines
plantes qui leur permet d’occuper des milieux particuliers
comme les marécages et les tourbières au sol très acide ou
bien de se développer sur des supports aériens comme des
arbres, loin du sol (forêt amazonienne par exemple).
Activités pour la classe
En lien avec la production d’écrits, l’enseignant pourra proposer aux élèves de réaliser une affiche pour présenter les
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 32 – Vrai ou Faux ?
La culture intensive est une méthode de culture de végétaux sans engrais. FAUX
Une expérience témoin est une expérience prise pour référence afin de comparer des résultats obtenus avec une
autre expérience. VRAI
Les sels minéraux sont des condiments que l’on rajoute en
cuisine pour donner plus de gout. FAUX
Mission 33 – Intrus
La chenille (c’est le seul animal au stade de larve, les autres
sont des formes adultes)
Mots mêlés
Alimentaire / Chaine / Herbivore.
Mission 34 – Qui suis-je ?
➜ Le compostage.
➜ Le turricule.
➜ La litière.
CHAPITRE 10
• L'origine et le devenir de la matière organique
171
Matériaux
et objets techniques
Choix pédagogiques : découpage et progression
• Au cours des trois années du cycle 2, les élèves ont ob-
servé la fonction et le fonctionnement de quelques objets
fabriqués simples. Ils auront peut être réalisé quelques
objets techniques simples en s’aidant d’un schéma de
montage. Ils auront identifié les activités de la vie quotidienne ou professionnelle faisant appel à des outils et des
objets techniques.
Une seconde approche a visé à la compréhension du
monde de l’électricité : identifier les propriétés de la
matière vis-à-vis du courant électrique, comprendre et
réaliser quelques circuits électriques simples en respectant les règles de sécurité.
Enfin, ils se sont approprié les règles essentielles d’un environnement numérique, en s’appuyant sur les ressources
de la classe et sur celles de leur milieu familial.
•
Au cycle 3, les notions relatives à l’objet technique vont
être approfondies. En primaire, l’objet technique est à
aborder en termes de description, de fonctions, de constitution afin de répondre aux questions : À quoi cela sert-il ?
De quoi est-ce constitué ? Comment cela fonctionne-t-il ?
Les élèves aborderont l’objet technique depuis sa phase
d’élaboration jusqu’à sa réalisation pratique. Cela constituera les premiers chapitres de ce thème. Nous avons
fait le choix d’avoir une approche globale des objets
techniques avant de proposer la réalisation d’un objet
technique en particulier. Un chapitre sera spécialement
consacré aux matériaux constitutifs des objets en raison
de la richesse des situations expérimentales pouvant être
abordées. Un dernier chapitre traitera de la gestion de l’information, s’appuyant en cela sur le chapitre consacré à
l’information du thème 1.
• Nous avons ainsi distingué quatre chapitres.
L’évolution des objets techniques est abordée dans le
chapitre 11. Le point de départ sera de caractériser l’évolution des besoins, à la source de l’évolution des objets
techniques. Les notions nouvelles de fonction d’usage et
172
Matériaux et objets techniques
de fonction d’estime des objets seront présentées à travers des applications pratiques pour les élèves. À partir
d’objets de leur quotidien, les élèves devront situer dans le
temps les principales évolutions en terme de principe de
fonctionnement, de matériaux, d’énergie, d’impact environnemental, de cout et d’esthétisme.
Nous partirons de ce que les élèves connaissent (un objet
technique) pour affiner les critères d’un point de vue de
l’invention, de l’innovation et des principes techniques.
Une approche particulière de l’objet « vélo » a été privilégiée
compte tenu de la proximité de cet objet avec les élèves.
L’étude des matériaux est réalisée dans le chapitre 12. Ce
chapitre permet de dégager les quatre familles de matériaux en gardant toujours à l’esprit que les matériaux sont
choisis pour répondre à des besoins précis. L’impact des
matériaux sur l’environnement est étudié dans la dernière
mission de ce chapitre.
La conception et la réalisation d’un objet technique constituera le cœur du chapitre 13 en insistant sur l’organisation des taches à accomplir : la conception, la réalisation
du prototype, les tests de fonctionnement et les tests de
conformité. Une fois le cahier des charges respecté et les
tests validés, les élèves se lanceront dans la réalisation de
l’objet technique : ici, nous avons fait le choix du char à
voile en raison de son attractivité pour les élèves et de son
faible cout de revient dans le choix des matériaux.
La gestion de l’information abordera, dans le chapitre
14, la problématique des robots depuis le constat de leur
présence dans notre vie quotidienne aux conditions de
leur fonctionnement. Une mission traitera spécifiquement
de la notion de réseau pour communiquer tant il est important de sensibiliser les élèves à leur importance, mais
aussi à leur danger d’utilisation.
En 6e, ces notions continueront à être étudiées avec le
souci d’une généralisation et le choix d’objets techniques
plus complexes.
Exploitation pédagogique du manuel
DOUBLE PAGE D’OUVERTURE
Cette illustration peut être utilisée pour la mission 39 en
agrément de la situation déclenchante sur l’hôtel.
Le bâtiment représenté ici est le magasin Selfridges situé
dans le quartier de Bull Ring à Birmingham. Ce centre
commercial géant, construit en 2003 par le cabinet Future
System, est construit principalement en béton avec une
structure en acier. Ces matériaux sont néanmoins masqués
par une couverture faite de plus de 15 000 disques en
aluminium.
Il peut être intéressant d’aborder avec les élèves le fait
que, de nos jours, les nouveaux bâtiments sont construit
majoritairement en béton mais que l’on tente de masquer
ce matériau par des couvertures plus esthétiques (bardage
en bois, structures métalliques, verre…).
CE QUE JE SAIS DÉJÀ
p. 148-149
Les circuits électriques
➡ Peut être abordé avant le chapitre 12.
L’élève pourra se servir de cette propriété de la matière
pour mettre en avant, dans la mission 39, à quelle famille
un matériau appartient car si le matériau choisi est conducteur de l’électricité, il appartient à la famille des métaux.
En lien avec le chapitre 4 L’énergie, on peut demander à
l’élève :
- ce qui stocke et fournit l’énergie dans le circuit (la pile) ;
- ce qui transforme l’énergie électrique en énergie lumineuse (ampoule).
La réactivation des acquis concernant les dangers de
l’électricité pourra se faire, en peu de temps et oralement,
par la lecture du document sur les dangers de l’électricité
à la maison. Les élèves devront identifier les comportements dangereux des personnages dans chaque pièce de
l’habitation (tableau en bas de page).
•
•
Les objets techniques
p. 146-147
➡ Peut être abordé avant le chapitre 11.
On peut commencer par un rappel sur ce qui différencie un
objet naturel (non modifié par l’être humain) et un objet technique (fabriqué par l’être humain à partir d’objets naturels).
À partir de l’image du mixeur, on peut aborder la notion d’évolution technologique (mission 35). Après le fouet à main, sont
apparus le mixeur électrique puis le robot multifonction. On
peut questionner l’élève sur les apports d’un tel appareil par
rapport au modèle précédent, le fouet à main.
On peut ainsi faire apparaitre la notion d’évolution des besoins (mission 36) : par exemple, l’être humain avait besoin de gagner en rapidité, efficacité et surtout en confort.
On peut ainsi faire passer la notion de familles d’objets
techniques (les objets qui ont la même fonction d’usage
forment une même famille).
Pour introduire la mission 38 (De la fonction d’usage aux
fonctions techniques), on peut questionner les élèves à
partir de l’image du moulinet sur le fonctionnement de cet
objet technique en lui posant les questions suivantes :
Sur un moulinet, quel mouvement observes-tu ? Quelle
énergie permet l’apparition de ce mouvement ?
Comment fonctionne ce mixeur ?
•
•
L’environnement numérique de travail
➡ Peut être abordé avant le chapitre 14 (mission 47)
Ce document permet de revoir la compétence du cycle 2
« Commencer à s’approprier un environnement numérique
de travail ». Les élèves doivent être capables de décrire
l’architecture simple d’un dispositif informatique.
Cette illustration peut permettre de réinvestir le vocabulaire des périphériques d’un environnement numérique et
d’introduire la notion de logiciel et de réseau.
En complément, vous pouvez utiliser l’activité proposée
sur le site suivant qui permet de s’assurer que les
élèves maitrisent l’utilisation du « Cliquer/Glisser » :
https://studio.code.org/s/course2/stage/3/puzzle/1
La buanderie
Le bébé joue avec une prise électrique
(il essaie de débrancher le fer à repasser).
La cuisine
Des fils sortent de la prise murale, la grandmère retire le pain grillé avec un couteau.
La salle de bain La jeune fille se sèche les cheveux dans le bain.
Le salon
La maman change une ampoule sans
avoir coupé l’électricité ; il y a trop de
branchements sur la multiprise.
La chambre
du garçon
Des doudous sont posés sur le radiateur ;
l’enfant joue avec une paire des ciseaux dans
la prise murale.
La chambre
de la fille
La jeune fille arrose ses plantes au-dessus
de la chaine Hifi, en équilibre sur des livres
posés sur une étagère.
Matériaux et objets techniques
173
CHAPITRE
11
L’évolution des objets techniques
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Identifier les principales évolutions du besoin et des objets
Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Identifier les principales évolutions du besoin et des objets
Repérer les évolutions d'un objet dans différents contextes
(historique, économique, culturel).
L'évolution technologique (innovation, invention, principe
technique).
À partir d'un objet donné, les élèves situent ses principales
évolutions dans le temps en termes de principe de fonction­
nement, de forme, de matériaux, d'énergie, d'impact environne­
mental, de cout, d'esthétique.
L'évolution des besoins.
Décrire le fonctionnement d'objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions
Besoin, fonction d'usage et d'estime.
Fonction technique, solutions techniques.
Représentation du fonctionnement d'un objet technique.
Comparaison de solutions techniques : constitutions,
fonctions, organes.
Les élèves décrivent un objet dans son contexte. Ils sont amenés
à identifier des fonctions assurées par un objet technique puis
à décrire graphiquement à l'aide de croquis à main levée ou de
schémas, le fonctionnement observé des éléments constituant
une fonction technique. Les pièces, les constituants, les sousensembles sont inventoriés par les élèves. Les différentes parties
sont isolées par observation en fonctionnement. Leur rôle
respectif est mis en évidence.
Repères de progressivité
Tout au long du cycle, l’appropriation des objets techniques abordés est toujours mise en relation avec les besoins des
hommes et des femmes dans leur environnement.
En CM1 et CM2, l’objet technique est à aborder en termes de description, de fonctions, de constitution afin de répondre aux
questions : à quoi cela sert-il ? De quoi est-ce constitué ? Comment cela fonctionne-t-il ?
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 Qu’est-ce qu’un objet technique ?
Définition
En technologie, un objet technique est vu comme un système. La norme parle de système technique mais pour les
élèves de primaire, nous remplacerons le mot système par
objet technique et le mot composant par organe.
Un objet technique est un arrangement d’éléments en
interaction organisé pour atteindre un ou plusieurs objectifs définis.
174
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
Un objet technique est un objet qui a été fabriqué ou
transformé par l’être humain à la différence d’un objet
naturel qui est un objet qui n’a jamais été fabriqué ou
transformé par l’être humain.
Il ne suffit pas de connaitre tous les composants d’un
système pour connaitre le système, il faut aussi connaitre
les relations entre les composants.
Besoins, fonction d’usage, fonction d’estime
Un objet technique répond à un besoin humain : se déplacer, communiquer, transporter des biens, se vêtir, se
nourrir, etc.
Les besoins humains sont donc le point de départ de la
recherche des idées et de l’invention d’un nouvel objet
Doc 1. Exemple du vélo : la connaissance des composants ne suffit pas pour constituer le vélo, car on peut réaliser deux vélos différents ici. Il faut
également connaitre les relations entre les composants.
technique. Ils sont aussi le moteur des évolutions techniques que connaissent les objets au cours du temps.
Un objet technique possède une ou des fonctions
d’usage et une ou des fonctions d’estime.
•
La fonction d’usage est le service rendu par le produit.
Pour connaitre la fonction d’usage d’un objet ou d’un produit, il suffit de répondre à la question : à quoi sert cet
objet ?
• Les fonctions d’estime sont les caractéristiques de l’ob-
jet technique qui répondent aux gouts de l’utilisateur. On
parle de l’esthétique d’un objet. La fonction d’estime est
en rapport étroit avec le style de l’objet (forme, matières,
couleurs...) et est sujette à l’évolution de la mode. L’appréciation de la fonction d’estime dépend du gout de chaque
personne. Pour certains, une chaussure jolie est forcément
sportive, tandis que pour d’autres elle doit être ouverte,
ou encore brillante. Définir la fonction d’estime d’un objet
technique, c’est répondre à la question : est-ce que l’objet
me plait ? Pourquoi me plait-il ?
Date
Génération
de la console
Innovation
de rupture
1972-1975
1re génération
✔
Évolution des objets techniques au fil du temps
•
Les objets techniques évoluent au fil du temps : leur
forme, leurs matériaux ou leurs principes de fonctionnement changent. Ils évoluent également en fonction des
besoins des êtres humains. Un autre vecteur d’évolution
de l’objet est la nécessité de suivre les contraintes économiques, environnementales, législatives, concurrentielles,
etc.
•
L’invention d’un nouvel objet technique repose
presque toujours sur une innovation majeure liée à un nouveau principe technique. On parle aussi d’innovation de
rupture. Lors de l’évolution d’un objet technique, on distingue les simples améliorations de principes techniques
existants et les innovations qui correspondent à l’utilisation
d’un nouveau principe technique. On parle alors d’innovation incrémentale.
Ces améliorations ou innovations peuvent intervenir à tous
les niveaux de la conception de l’objet (son principe de
fonctionnement, ses matériaux, les énergies utilisées).
Innovation
incrémentale
Amélioration
Création de la première console grand public
Apparition d’un microprocesseur intégré
1976-1983
2e génération
1983-1990
3 génération
✔
Microprocesseur 8 bits
1990-1993
4 génération
✔
Microprocesseur 16 bits
1993-2002
5e génération
✔
2003-...
6e génération
✔
✔
e
e
Différents jeux disponibles sur cartouche
✔
Microprocesseur 32 ou 64 bits
Apparition de jeux sur CD
Manette sans fil + Haute définition
Support Blue Ray ou HDDV
Doc 2. Évolution des consoles de jeux.
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
175
2 La conception d’un objet
technique
Le cahier des charges fonctionnel (CdCF)
• La conception d’un objet technique passe par plusieurs
phases. Il faut d’abord effectuer le cahier des charges
fonctionnel (CdCF). Ce document est réalisé à l’aide des
outils d’analyse fonctionnelle du besoin. Un même besoin
initial peut se traduire par plusieurs CdCF en fonction de
l’utilisation de l’objet (cf. doc 3).
•
Ce CdCF est donné aux ingénieurs pour la conception
de l’objet. Les ingénieurs proposent des solutions techniques associées aux fonctions techniques de l’objet.
Durant cette phase, les recherches des ingénieurs peuvent
déboucher sur des inventions et/ou des innovations.
Puis un premier prototype est réalisé. La réalisation de ce
prototype permet de mesurer un premier écart avec le cahier des charges puis de finaliser l’objet lors de la phase de
mise au point. Lorsque l’objet répond au CdCF, il est alors
possible de l’industrialiser.
L’analyse Fonctionnelle technique
Pour répondre à sa fonction d’usage, l’objet technique
doit réaliser des actions : c’est ce qu’on appelle les fonctions techniques.
Étude du besoin
Conception
Pour assurer une même fonction technique, plusieurs
solutions techniques sont possibles : les ingénieures et
ingénieurs retiennent la meilleure solution technique
compte tenu du CdCF.
Par exemple, les fonctions techniques du vélo sont avancer,
tourner, freiner. Pour la fonction technique freiner, plusieurs
solutions techniques existent (patins en caoutchouc ou plaquettes acier et céramique, actionnées par câbles acier ou
par dispositif hydraulique). Le choix de la solution technique
retenue se fait en fonction du CdCF (cf. mission 38).
•
L’outil normalisé qui permet de relier la fonction d’usage
aux solutions techniques est le diagramme FAST (Fonction
Analysis System Technic). Un diagramme FAST présente
une décomposition hiérarchisée des fonctions du système
allant des fonctions de service (fonctions en lien avec le
milieu extérieur) et passant par les fonctions techniques
(fonctions internes au système) jusqu’à l’énoncé des solutions technologique employées ou prévues pour remplir
les fonctions techniques (cf. exemple du doc. 5).
•
Ce diagramme se construit de la gauche vers la droite à
partir de l’énoncé d’une fonction. Tout déplacement vers
la droite répond à la question : « Comment réaliser cette
fonction ? » Tout déplacement vers la gauche répond à la
question : « Pourquoi réaliser cette fonction ? » Il est complété vers le haut ou vers le bas pour définir les fonctions
devant être assurées simultanément ou en alternative.
Prototype et mise au point
Fabrication
Innovation
Doc 3. Les phases de conception d’un objet technique.
Doc 4. Un même besoin, une même fonction d’usage (protéger la tête du cycliste) débouche sur deux CdCF différents selon que le casque est utilisé
en compétition, pour les loisirs ou par les enfants. La grande variété des casques vendus dans le commerce est liée à la fonction d’estime du casque.
176
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
Comment ?
Fonction d'usage
Fonction technique
Permettre à
l'utilisateur d'appeler
une autre personne
Composer le numéro
Clavier
Transmettre le signal
Antenne
Récupérer la voix
Micro
Transmettre la voix
Haut parleur
Afficher le numéro
Écran
Pourquoi ?
Solution technique
Doc 5. Digramme FAST du téléphone portable.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées au lexique
•
Ce chapitre aborde des notions souvent proches mais
qu’il est important de distinguer. L’emploi à bon escient
d’un lexique nouveau est d’ailleurs souvent un enjeu en
sciences et technologie.
Pour que ce vocabulaire soit compris, l’enseignant-e doit
s’efforcer de reformuler les énoncés des élèves lors des
échanges oraux en groupe classe, mais aussi quand il-elle
circule dans les petits groupes. À cette occasion, il-elle
permet à certains élèves plus timides de s’exprimer en
groupe plus restreint. Il-elle doit accorder toute l’attention nécessaire à l’exactitude du vocabulaire employé, en
particulier dans la trace écrite qui sert de bilan.
•
Dans cette optique, nous conseillons l’activité « un-e
contre tous » issue de la méthode de lecture compréhensive « Lectorino Lectorinette ». Elle consiste à comptabiliser
le nombre de fois où les élèves et l’enseignant-e utilisent à
bon escient des mots définis et écrits sur un tableau, visible
de tous.
Confusion invention et innovation : l’invention repose sur
un principe technique nouveau et est à l’origine d’un nouvel
objet ; l’innovation repose aussi sur un principe technique
nouveau mais ne fait qu’améliorer un objet déjà existant
(distinction innovation de rupture / innovation incrémentale).
Confusion besoin / fonction d’usage, fonction d’estime /
fonctions techniques : la notion de besoin est difficile à appréhender pour les élèves car elle relève d’un certain degré
d’abstraction. Ainsi, si l’on demande à un enfant à quel besoin répond un objet, il n’arrivera pas à répondre. Il pourrait exprimer des réponses en lien avec ses préférences et
jugements sur l’objet. On pourra classer ces réponses dans
la fonction d’estime et pointer le fait que chaque objet a
une fonction d’estime différente. C’est en mettant l’élève
dans une situation d’utilisation de l’objet qu’il pourra dire
comment il l’utilise. Il faudra alors écrire ce que disent les
élèves sous la forme d’une fonction d’usage pour ensuite
en faire découler le besoin.
Confusion principe technique / solution technique : la
fonction technique répond à la fonction « Comment ? »,
par exemple : « Comment le vélo va-t-il freiner ? ». Les solutions techniques sont les solutions apportées pour satisfaire la fonction technique demandée. Pour une même
fonction technique, il existe souvent différentes solutions
techniques selon ce qui est recherché (cf. mission 38 sur
le vélo).
Confusion tige / tube : ce sont deux formes cylindriques
allongées, le tube est creux, la tige passe dans le tube,
comme un tube de colle.
2 Difficultés liées au repérage
dans le temps
• Les élèves de cycle 3 n’ont pas encore acquis la capacité
« à penser le temps historique » :
« Pour naviguer dans le temps, il ne suffit pas seulement
d’avoir acquis des capacités à coordonner la durée et la
succession... », mais il faut l’« exercer souvent et dans des
contextes différents » (LAUTIER et ALLIEU-MARY, 2008).
L’enseignement de l’évolution des objets techniques
consolide ainsi ces apprentissages complexes du temps
historique, en évoquant des objets du passé, loin du temps
vécu de l’élève étudié depuis la maternelle (LOISON 2005).
Notre démarche intègre « la pratique possible de la périodisation à diverse échelles et sur divers objets » (LAUTIER
et ALLIEU-MARY, 2008).
•
D’autre part, il est difficile pour les élèves de parler des
évolutions des besoins car la dimension historique, économique, sociétale... leur échappe. L’enseignant-e doit donc
replacer en contexte, selon les exemples choisis, pourCHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
177
quoi les objets techniques ont évolué. Par exemple, le train
a notamment suivi des évolutions car avec l’arrivée des
congés payés en 1936, il a fallu transporter un plus grand
nombre de voyageurs vers leurs destinations de vacances.
•
Le musée de classe, pour celles et ceux qui en réalisent
un dans leur classe, peut être l’occasion d’intégrer les
élèves dans un projet commun (chaque élève apportant
des objets anciens), concrétisant ainsi cette notion d’évolution.
3 Difficultés liées au rapport
à l’objet : utilisation
et fonctionnement
LAUTIER N. et ALLIEU-MARY N. (2008) nous rappellent
que l’emploi fait par les élèves d’un objet technique « se
réduit à une simple manipulation, parfois à une pression
sur une touche, ce qui éloigne (...) de la compréhension de
son fonctionnement. Les objets techniques actuels sont de
moins en moins lisibles, parce que abstraits et miniaturisés,
véritables boites noires fermées... ».
En amont, il est donc nécessaire de partir des représentations des élèves, obligeant les élèves à se poser des questions sur le fonctionnement d’un objet technique familier.
On pourra par exemple leur demander, dans le cadre de
l’étude du vélo : « D’après vous, comment cet objet fonctionne ? Par exemple, comment le vélo fait-il pour avancer ? ». La séquence mettra en avant la complexité de cette
boite noire faite d’un enchainement d’actions permettant
de transmettre le mouvement depuis la force musculaire
du cycliste jusqu’à la rotation de la roue arrière.
•
Le cas du vélo est d’ailleurs très intéressant, car bien que
cette « boite noire » soit bien visible et largement utilisée
par un grand nombre d’élèves, ils ne se posent cependant
pas spontanément de questions sur son fonctionnement.
La démarche scientifique est donc primordiale : faire
émerger les conceptions premières des élèves, formuler
des questions, émettre des hypothèses et observer pour
valider... Toutes ces étapes permettront aux élèves de dépasser leur simple statut d’utilisateur !
Bibliographie / Webographie
• A. L’Haridon, Enseigner la technologie au cycle 3, Éditions Nathan, 2006.
• N. Lautier et N. Allieu-Mary, « La didactique de l’histoire », R F
evue
rançaise de
Pédagogie, jan-
vier-mars 2008.
•
M. Loison, « Les apprentissages à l’école maternelle, entre structuration du temps vécu et évocation du passé », Revue Spirale, n° 36, p. 109-121.
•
R. Goigoux et S. Cèbe, Lectorino & Lectorinette, CE1-CE2, Apprendre à comprendre des textes
narratifs, Éditions Retz, 2013.
• P. Silberzahn, Relevez le défi de l’innovation de rupture, Pearson, 2015.
• Y. Constantinidis, Expression des besoins pour le SI : guide d’élaboration du cahier des charges,
Éditions Eyrolles, 2018.
• J. Bernard-Bouissières, Expression du besoin et cahier des charges fonctionnel : élaboration et
rédaction, AFNOR, 2013.
• A. Azarina et Y. Pollet, Analyse fonctionnelle des systèmes, Presses des Mines, 2016.
• Article consacré aux inventions françaises : https://www.slideshare.net/Ungava/les-inventions-franaises
•
Article consacré aux inventions japonaises qui ne servent à rien : http://www.hongkiat.com/
blog/useless-japanese-inventions/
178
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Comprendre comment évoluent les objets techniques
au cours du temps.
Notion de principe technique.
Mission 35
L’évolution des objets techniques au cours du temps,
invention, innovation. Principe technique.
Mission 36
Comprendre le lien entre évolution d’un objet
technique et évolution du besoin.
Besoin, fonction d’usage, fonction d’estime.
Distinguer fonction d’usage et fonction d’estime.
Approfondir l’étude des évolutions technologiques
d’un objet.
Analyser les fonctions techniques d’un objet.
Distinguer fonction technique et solution technique.
Comprendre ce qu’est une solution technique.
Mission 37
Influence du matériau, des solutions techniques.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Mission 38
Fonctions techniques, solutions techniques.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 35
Comment
les objets
techniques
évoluent-ils ?
• Objet technique
et principe technique.
• L’évolution des objets
techniques au cours
du temps.
• Invention et innovation.
• Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte.
• Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs composants.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte
historique, géographique, économique et culturel.
Mission 36
Pourquoi
les objets
techniques
évoluent-ils ?
• Objet technique
et besoin.
• Les fonctions d’usage
et d’estime des objets
techniques.
• L’évolution des besoins.
• Formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte
historique, géographique, économique et culturel.
Mission 37
Quelle
évolution
technologique
le vélo a-t-il
connue ?
• L’évolution des
matériaux du cadre
du vélo.
• L’évolution des
solutions techniques
pour propulser le vélo.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d’environnement.
• Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte
historique, géographique, économique et culturel.
Mission 38
Comment le
vélo a-t-il
été conçu
pour assurer
cette fonction
d’usage ?
• La fonction d’usage
du vélo.
• Les fonctions techniques
du vélo et leurs solutions
techniques.
• Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs composants.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
179
Mission 35 L’évolution technologique
p. 152-153
Travail
Objectifs :
en
équipes
✔Repérer les évolutions d’un objet dans différents contextes
(historique, géographique, économique, culturel).
✔Décrire les évolutions technologiques (innovation,
invention, principe technique)
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
Question technologique Comment les objets
techniques évoluent-ils ? ➡ Aller à la mission 35.
14 - 15 - 23 - 26.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
aide pour la trace écrite, documents « Pour aller plus loin ».
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. Le train
JE M'INTERROGE
p. 150
Bienvenue à bord
Connais-tu ce moyen de
transport ?
➡ En lisant la légende, les élèves
trouvent qu’il s’agit d’un tramway
hippomobile qui date de la fin du XIXe siècle. On peut s’attendre à ce qu’ils ne connaissent pas ce moyen de transport
car il n’existe plus.
➡ L’enseignant-e pourra apporter des éléments d’histoire
sur ce moyen de transport :
Le tramway à cheval est né vraisemblablement aux ÉtatsUnis. Après les années 1870, le tramway, toujours hippomobile, s’implanta dans toutes les grandes villes, en France
comme à l’étranger. Mais la traction animale se révéla très
onéreuse et petit à petit, on mit en place des tramways
tractés par des petites locomotives à vapeur (1804 : invention de la locomotive à vapeur).
➡ Relance de l’enseignant-e : « Ce moyen de transport
existe-t-il encore aujourd’hui ? » On s’attend à ce que les
enfants répondent négativement.
➡ Relance de l’enseignant-e : « Pourquoi, à votre avis, ce
moyen de transport a-t-il disparu ? ». Les élèves émettront
différentes hypothèses : « maintenant, on va plus vite en
train, on n’utilise plus les chevaux... »
➡ Relance de l’enseignant-e : « Quels moyens de transport actuels connaissez-vous ? » On peut s’attendre à ce
que les élèves citent le bus, le tramway, le train, le TGV...
À ce stade de la discussion, l’enseignant-e pourra expliquer
que le tramway est un objet technique, c’est-à-dire qu’il a
été fabriqué par les êtres humains, et qu’il a évolué dans le
temps. On peut alors poser la problématique de la mission :
180
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
➡ On pourra expliciter la mission aux élèves : « En observant ces trois documents, vous allez mettre en évidence
quelle évolution technologique a connu le train au cours du
temps. Pour cela, vous allez compléter votre tableau et faire
un résumé que vous présenterez à l’oral à la classe. »
Ici, le principe technique porte sur : comment le train fait-il
pour avancer ?
➡ Doc 1. Il s’agit de l’invention de la locomotive à vapeur.
On a créé quelque chose de nouveau pour tracter les
trains (c’est la vapeur qui est la source d’énergie qui fait
fonctionner le moteur, celui-ci entraine alors les roues).
On fera remarquer aux élèves l’épaisse fumée noire qui
se dégage. On pourra facilement faire le lien avec les
conditions de transport des passagers : inconfort, odeur,
toxicité.
➡ Doc 2. L’innovation porte sur l’utilisation de l’électricité comme source d’énergie qui fait avancer le train (faire
remarquer aux élèves le réseau électrique bien visible sur
le document), ce qui entraine une augmentation de la vitesse. Parallèlement, on transporte plus de passagers dans
de meilleures conditions de voyage.
➡ Doc 3. Le principe technique est le même que pour la
locomotive électrique mais l’aérodynamisme du TGV permet d’augmenter nettement la vitesse et donc de réduire
les temps de trajet. On construit également des TGV permettant de transporter plus de passagers dans des conditions nettement plus confortables.
ÉQUIPE 2. La balance
➡ En préambule de la séance, on pourra demander aux
élèves de rapporter des balances de la maison et on pourra
leur présenter une balance de Roberval et les questionner
sur les ressemblances et les différences de ces balances.
On pourra expliciter la mission aux élèves, sur le même
modèle que l'équipe 1.
Ici, le principe technique porte sur : comment déterminer la
masse de mon objet ?
➡ Doc 4. C’est probablement l’habitude de soupeser les objets, en les soulevant simultanément avec les deux mains
pour en comparer les poids respectifs, qui aura fait naitre
l’idée de la balance à plateaux : on suspend le fléau en son
centre afin que les deux plateaux soient équidistants du point
d’accroche. Ainsi, si les objets sur les plateaux ont la même
masse, le fléau sera horizontal : l’ensemble est à l’équilibre.
Cependant, ce système nous indique juste une comparaison
mais ne donne pas une mesure précise de la masse.
➡ Doc 5. L’innovation porte sur l’utilisation de masses marquées
afin de déterminer la masse de l’objet. Les deux plateaux sont
en équilibre lorsque l’aiguille est à la verticale, ce qui signifie que
la masse de l’objet à mesurer est obtenue en additionnant les
masses marquées présentes dans l’autre plateau.
➡ Doc 6. La masse de l’objet est obtenue électroniquement
en plaçant un objet sur le plateau de la balance électronique : l’objet va déformer très légèrement une pièce métallique sur laquelle est collée une résistance électrique. La
variation de la résistance électrique est proportionnelle à la
variation de masse. Cette innovation améliore nettement la
précision de la mesure.
● Décrire les évolutions technologiques d’un objet technique.
➜ Ici, l’élève observe les différences entre les différentes
évolutions de l’objet et arrive à les qualifier (équipe 1, parler de
la source d’énergie, de la vitesse, de la distance parcourue, du
nombre de passagers et du principe technique / équipe 2, de
l’affichage de la masse, du principe technique et de la précision
de la mesure).
● Différencier invention et innovation. ➜ Ici, équipe 1 : invention :
machine à vapeur, innovations : nouveau principe technique /
équipe 2 : invention : balance à plateaux ; innovation : évolution
du principe technique.
● Décrire le principe technique d’un objet technique. ➜ Ici,
équipe 1 : il s’agit d’établir comment le train fait pour avancer /
équipe 2 : il s’agit d’établir comment on détermine la masse de
l’objet.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à identifier les différentes évolutions d’un
objet technique avec l’aide de l’enseignant-e (les étapes
sont fournies dans le tableau, voir sur le site compagnon).
➜ Débutant et apprenti.
● L’élève parvient à identifier les différentes évolutions d’un
objet technique avec l’aide ponctuelle de l’enseignant-e.
➜ Confirmé.
● L’élève parvient seul à identifier l’évolution technologique
d’un objet dans son contexte (identifier les principaux
changements, les principes techniques, sources d’énergie...).
➜ Expert.
Mise en commun
ÉQUIPE 1 : En résumé, on s’attend à ce que les élèves
parlent de l’invention de la locomotive à vapeur : elle peut
avancer grâce à la vapeur qui fait tourner le moteur et entraine donc les roues.
Mais ils doivent aussi parler des innovations : le principe
technique pour faire avancer le train évolue : la source
d’énergie utilisée n’est pas la même, ce qui permet d’augmenter la vitesse du train.
Ils devront également évoquer l’amélioration de l’aérodynamisme du TGV.
Au cours du temps, les trains ont été rendus plus confortables, ce qui a considérablement amélioré les conditions
de voyage des passagers.
ÉQUIPE 2 : En résumé, on s’attend à ce que les élèves
soulignent l’amélioration de la précision de la mesure au
cours du temps et fassent état de l’évolution du principe
technique : on passe d’une simple comparaison à une détermination de la masse à l’aide des masses marquées, puis
à la lecture électronique de la masse de l’objet.
L’enseignant-e veillera particulièrement à ce que chaque
groupe soit capable d’expliquer comment on détermine la
masse de l’objet et si la mesure est fiable ou non.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les évolutions des besoins
et des objets techniques dans leur contexte.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier un objet technique. ➜ Ici, identifier le train et la
balance comme des objets fabriqués par les êtres humains et
donc en conclure que ce sont des objets techniques.
Suivi d’acquisition des compétences
LA TRACE ÉCRITE
C’est un nouvel objet fabriqué
par l’être humain pour répondre
à un besoin
invention
Objet
technique
Évolution de l’objet
technique
Innovation avec
une nouvelle
technologie
Nouveaux
principes
techniques
Nouvel objet
technique amélioré
JE FAIS LE BILAN
p. 160
Ressources complémentaires Bilan de la mission 35 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Innovation, invention, objet technique, principe technique.
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
181
Mission 36 L’évolution des besoins
p. 154-155
Objectifs :
✔Connaitre les principales fonctions d’un objet technique
(d’usage, d’estime).
✔ Relier les évolutions d’un objet à l’évolution des besoins.
PRÉPARER LA MISSION
postes : un émetteur et un récepteur qui étaient distincts
l’un de l’autre et reliés par un fil.
15 – 20 – 21 – 27.
Fiches Méthode
Ressources complémentaires Tableaux à compléter,
aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 150
Avis de recherche
Pourquoi cet objet disparait-il de nos
rues ?
➡ L’enseignant-e reprend le questionnement de Jules
(mascotte) : « Qu’est-ce que c’est ? » Les élèves trouveront
qu’il s’agit d’une cabine téléphonique.
➡ « Y’en a-t-il près de chez toi ? » À cette question, la plupart des élèves répondront non.
➡ Relance possible : « Pourquoi cet objet disparait-il de
nos rues ? ». Les élèves émettront différentes hypothèses :
« Maintenant, tout le monde a le téléphone chez lui ;
maintenant, tout le monde a un téléphone portable car on
s’en sert pour jouer, pour écouter de la musique...»
➡ L’enseignant-e pourra alors conclure : « Le téléphone
est un objet technologique qui permet de communiquer.
Comme le tramway ou la balance, il a connu des évolutions
technologiques. Mais pourquoi a-t-il évolué ?»
Pourquoi les objets techniques évoluent-ils ? ➡ Aller à la mission 36.
Question technologique
J'IDENTIFIE
les besoins liés à un objet
technique
➡ Ces documents mettent en évidence l’évolution des
besoins correspondant au téléphone.
➡ Doc 1. C’est l’invention du téléphone par Bell en 1876.
Avant cette invention, la transmission des messages se faisait de façon écrite par messager puis par morse à l’aide
du télégraphe. Cette invention était composée de deux
182
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
Ader, ingénieur français, perfectionne le système de Bell en 1880 :
son téléphone est composé de trois éléments : un microphone et
deux écouteurs de chaque côté de l’appareil. En 1910, l’apparition
d’opérateurs et de réseaux permet de mettre en relation différents
téléphones entre eux.
➡ Doc 2. Les « demoiselles du téléphone » mettent en
relation les abonnés grâce à des cordons. En 1963, avec
l’apparition de l’électronique, la commutation manuelle
par des opératrices est remplacée par une commutation
électronique.
➡ Doc 3. Grâce à une liaison sans fil avec une borne fixe
située dans la maison, on peut téléphoner tout en se déplaçant chez soi. Au début des années 90, un réseau extérieur de bornes sans fils est construit, permettant de transmettre un signal sans être relié à un téléphone fixe : c’est le
début du téléphone mobile.
➡ Doc 4. Le smartphone a révolutionné la façon de communiquer des êtres humains : grâce à l’évolution conjointe
du réseau et des téléphones, on peut maintenant non
seulement téléphoner tout en étant mobile, mais aussi
écouter de la musique, naviguer sur Internet, être présent
sur les réseaux sociaux, consulter ses courriers électroniques... Le smartphone répond à de nouveaux besoins.
IN FO
+
La Commission d’enrichissement de la langue française
préconise d’utiliser le terme « mobile multifonction » à la
place de « smartphone ».
Réponses aux activités
1
Objet
Besoin
Téléphone de
Bell (1876)
Communiquer un
message oral à un
utilisateur
Téléphone
manuel (1910)
Communiquer
un message
oral à plusieurs
utilisateurs
Téléphone
automatique
(1963)
Communiquer
rapidement avec
son interlocuteur
2 La particularité du smartphone est de disposer dans un
seul objet de tous les moyens de communication (Internet,
réseaux sociaux, SMS...) tout en étant mobile.
JE COMPRENDS
Téléphone sans
fil (1980)
les fonctions d’un objet
technique
➡ Doc 5. L’étude de ces images permettra de dégager
la fonction d’usage d’un objet technique. La fonction
d’usage répond à la question : « À quoi sert mon objet ? ».
Les différents objets sont connus des élèves.
➡ Doc 6. L’étude de ces images permettra de dégager la
fonction d’estime d’un objet technique. La fonction d’estime répond à la question : « Pourquoi cet objet me plaitil ? »
➡ Doc 7. L’explosion des ventes de téléphones portables
met en avant la question du recyclage. On peut soulever la
question des matériaux utilisés, de leurs propriétés et du
recyclage des téléphones portables (voir le chapitre 12 sur
les matériaux).
Communiquer
tout en se
déplaçant chez
soi.
Téléphone
mobile (1990)
Communiquer de
n’importe où et
n’importe quand
Smartphone
(aujourd’hui)
Avoir à sa
disposition tous
les outils de
communication
quel que soit
l’endroit
Réponses aux activités
3 Afin de faciliter la présentation de vos résultats, vous
pouvez présenter votre recherche sous la forme d’un tableau qui précisera pour chaque objet technique sa fonction d’usage.
Objet
Cafetière
Parapluie
Fonction
d’usage
Faire
du café
Se
protéger
de la pluie
Stylo
effaçable
Écrire et
corriger
ce qu’on a
écrit
Montre
Indiquer
l’heure
4 On s’attend à ce que chaque élève argumente son
choix : « C’est mon cartable préféré parce que j’aime la
couleur, j’aime le design, les pochettes de devant sont pratiques... »
5 On amène les élèves à se poser la question de l’impact
environnemental sur l’augmentation constante de la vente
des téléphones portables : « Que font les utilisateurs de
leurs anciens téléphones portables ? Existe-t-il un moyen
de les recycler ?... »
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les évolutions des
besoins et des objets techniques dans leur contexte.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier les fonctions d’usage d’un objet technique. ➜ Ici,
avec le doc 5, l’élève précise à quoi sert chaque objet.
● Identifier les fonctions d’estime d’un objet technique. ➜ Ici, le
doc 6 permet aux élèves de dire pourquoi ils-elles choisiraient
tel ou tel cartable en argumentant leur choix.
● Identifier le besoin auquel répond un objet technique. ➜ Ici,
noter dans un tableau les besoins des téléphones (docs 1, 2 et 3)
et préciser la spécificité du smartphone.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient avec l’aide de l’enseignant-e à identifier les
fonctions d’usage, d’estime et les besoins auxquels répond un
objet technique. ➜ Débutant et apprenti.
● L’élève parvient avec l’aide ponctuelle de l’enseignant-e
à identifier les fonctions d’usage, d’estime et les besoins
auxquels répond un objet technique. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient seul-e à identifier les fonctions d’usage,
d’estime et les besoins auxquels répond un objet technique et
à les relier à l’évolution des besoins humains. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Un objet technique répond à des fonctions d’usage et
des fonctions d’estime. Il satisfait les besoins des êtres
humains. Les fabricants s’adaptent aux besoins évolutifs
en proposant constamment de nouveaux objets techniques.
JE FAIS LE BILAN
p. 160
Ressources complémentaires Bilan de la mission 36 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Besoin, évolution, fonction d’estime, fonction d’usage.
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
183
Mission 37 L’évolution technologique du vélo
Objectifs :
✔Étudier l’évolution technologique d’un objet : le vélo.
Travail
p. 156-157
en
équipes
✔Connaitre l’évolution des matériaux du cadre du vélo.
✔Connaitre l’évolution des solutions techniques pour la
propulsion du vélo (les solutions techniques actuelles seront
étudiées en mission 38)
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 24 – 26.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
frises vierges, textes pour lecture différenciée et étiquettes,
aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 151
À toute vitesse
Cet objet s’appelle un « Grand Bi ».
À ton avis, est-ce un vélo récent ?
Cette image est une photographie récente d’un vélo ancien, le Grand Bi. Ainsi, bien que la photo soit récente, le
vélo est ancien.
➡ Relance possible : « Connaissez-vous cet objet ? Quelle
est sa fonction d’usage, c’est-à-dire à quoi sert-il ? Quelles
différences y a-t-il avec un vélo récent ? »
➡ Réponses attendues : Il a une grosse roue devant et une
petite derrière ; Sur un vélo actuel, les deux roues ont la même
taille ; C’est un vieux vélo ; C’est le premier vélo qui a existé ;
C’est un vélo de cirque ; C’est un vélo de collection ; Il n’a pas de
chaine ; Les pédales sont accrochées à la roue avant ; Comme
un vélo moderne, il sert à se déplacer plus vite qu’à pied.
➡ L’enseignant-e incite les élèves à se poser des questions : « Quelles questions pouvons-nous nous poser sur cet
objet ? » On relève toutes les questions puis on sélectionne
la plus intéressante.
Exemple de question d’élève à retenir : « Comment a évolué le vélo ? »
On reformulera ensuite pour aboutir à la question technologique de la mission :
Question technologique Quelle évolution
technologique le vélo a-t-il connu ? ➡ Aller à la mission 37.
TRAVAIL EN ÉQUIPES
Différenciation possible pour la lecture des documents.
L’enseignant-e peut donner un document support comme
184
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
une frise vierge à compléter, un texte surligné avec un code de
couleurs, des étiquettes à placer sur la frise.
ÉQUIPE 1. Le cadre du vélo
➡ On pourra expliciter la mission aux élèves : « En observant ces trois documents, vous allez mettre en évidence les
évolutions technologiques qu’a connues le cadre de vélo.
Pour cela, vous allez construire une frise chronologique en
indiquant les informations essentielles des documents. »
Laisser les élèves lire les documents et chercher les éléments importants du texte avant de les aider si besoin. Ils
devront relever : le nom de l’objet, la date, les matériaux
du cadre, les procédés d’assemblage des pièces du cadre
et les avantages de ces évolutions (faire des vélos de plus
en plus légers, rigides et solides).
➡ Doc 1. La draisienne est l’ancêtre du vélo. Il faut pousser
avec les pieds pour avancer. Il n’y a ni pédales, ni frein, ni
chaine. Le confort est rudimentaire. Il est en bois massif,
d’où son poids. Les éléments sont assemblés par emboitement.
Aujourd’hui, les draisiennes sont encore utilisées, car elles
facilitent l’apprentissage de l’équilibre sur un vélo chez les
jeunes enfants.
➡ Doc 2. En cette période d’après-guerre, le bois du cadre
est remplacé par des tubes d’acier soudés, récupérés des
armes de la guerre. On recyclait déjà en détournant les objets ! Ces tubes étant creux, les vélos gagnent en légèreté.
D’autre part, la forme du cadre évolue : les tubes sont
d’abord soudés en forme de croix. Cette forme évolue pour
gagner en solidité : la forme triangulaire est adoptée. Deux
triangles composent le cadre. On parle aussi d’une forme
losange ou « diamant ».
➡ Doc 3. La plupart des vélos sont aujourd’hui en acier ou en
aluminium. Mais pour une pratique intensive et une recherche
de performance, le cycliste peut opter pour le carbone, plus
couteux mais plus léger. Les éléments sont moulés.
ÉQUIPE 2. Le système de propulsion du vélo
➡ On pourra expliciter la mission aux élèves : « En observant ces quatre documents, vous allez mettre en évidence
les évolutions technologiques concernant la propulsion du
vélo. La propulsion du vélo est le système qui permet de faire
avancer le vélo. Pour cela, vous allez construire une frise
chronologique en indiquant les informations essentielles
des documents. »
Laisser les élèves lire les documents et chercher les éléments du texte importants avant de les aider si besoin. Ils
devront relever : le nom de l’invention, la date, et les améliorations qu’elle apporte.
➡ Doc 4. Les pédales ont été inventées par la famille Michaux. C’est la naissance de la bicyclette.
Les pédales sont fixées à la roue avant, ce qui déséquilibre
le vélo à chaque coup de pédale. Aujourd’hui les pédales
transmettent le mouvement à la roue arrière (sauf pour le
vélo couché - voir la mission 38).
Lien Vidéo C’est pas sorcier « Les fous du vélo » :
https://www.youtube.com/watch?v=wechtq95lqM
➡ Doc 5. L’installation d’une chaine pour transmettre le
mouvement entre le pédalier, placé maintenant sur le
cadre et la roue arrière permet d’obtenir une meilleure
stabilité lors du pédalage. Cette invention de la fin du XIXe
siècle est toujours présente sur nos vélos.
➡ Doc 6. Au fur et à mesure, on ajoute des pignons (roues
dentées de différentes tailles placées au centre de la roue
arrière – voir mission 42) pour diminuer les efforts dans les
pentes. Mais le cycliste est, jusque-là, obligé de s’arrêter et de
descendre de son vélo pour déplacer la chaine sur un autre pignon. L’invention du dérailleur au début du XXe siècle permet
au cycliste de rester sur son vélo sans perdre son élan.
Liens vidéo tour de France : évolutions des conditions du
tour de France (et liens interdisciplinaires avec guerres
mondiales en histoire et grandes villes de France en géographie) :
https://www.youtube.com/watch?v=YOu0eXOsLD0
https://www.youtube.com/watch?v=knwXKbTSC_c
http://www.ina.fr/video/CPD13002558/la-fourche-deugene-video.html
➡ Doc 7. Des batteries rechargeables permettent de faciliter
le pédalage, toujours dans l’optique de réduire les efforts.
Mise en commun
ÉQUIPE 1 : En résumé, les élèves devront montrer que
l’évolution du cadre est marquée essentiellement par
l’évolution du matériau constitutif qui le compose, gagnant
en légèreté et en solidité. L’évolution de la forme du cadre
a aussi amélioré sa solidité et sa rigidité.
ÉQUIPE 2 : En résumé, on souhaite que les élèves mettent
en évidence l’amélioration de la facilité de pédalage à travers l’évolution des solutions techniques en matière de
propulsion.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Reconnaitre et nommer les objets techniques et les inventions
qui ont marqué l’évolution technologique du vélo. ➜ Ici, équipe
1 : identifier la draisienne, la bicyclette et le vélo moderne /
équipe 2 : identifier les inventions au niveau du système de
propulsion (la pédale, la transmission par chaine, le dérailleur et
l’assistance électrique).
● Décrire ces évolutions technologiques du vélo chronologi­
quement. ➜ Ici équipe 1 : observer les différentes évolutions des
matériaux, des procédés d’assemblage et de la forme du cadre
/ équipe 2 : observer les différentes évolutions du système de
propulsion du vélo (la pédale, puis la transmission par chaine,
puis ajout d’un dérailleur et enfin d’une assistance électrique).
● Décrire les améliorations apportées par ces changements. ➜
Ici équipe 1 : conclure que le vélo devient plus léger et solide /
équipe 2 : comprendre que ces évolutions facilitent le pédalage :
on va plus vite en se fatigant moins.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
Pour l’équipe 1
● L’élève parvient à identifier quelques objets techniques et
inventions étudiés. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à identifier tous les objets techniques et
inventions étudiés. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à identifier et à décrire succinctement les
différentes évolutions du vélo (matériaux du cadre ou système
de propulsion) dans l’ordre chronologique. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à identifier les différentes évolutions du vélo
dans l’ordre chronologique, en précisant les dates d’inventions
et parvient à expliquer les améliorations apportées. ➜ Expert.
Pour l’équipe 2
● L’élève parvient avec l’aide de l’enseignant-e à identifier les
fonctions d’usage, d’estime et les besoins auxquels répond un
objet technique. ➜ Débutant et apprenti.
● L’élève parvient avec l’aide ponctuelle de l’enseignant-e
à identifier les fonctions d’usage, d’estime et les besoins
auxquels répond un objet technique. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient seul à identifier les fonctions d’usage,
d’estime et les besoins auxquels répond un objet technique et
à les relier à l’évolution des besoins humains. ➜ Expert.
Suivi d’acquisition des compétences
LA TRACE ÉCRITE
Au niveau du cadre, l’évolution des matériaux et de sa
forme rendent le vélo plus solide et plus léger.
Quant à la propulsion, l’apparition de nouvelles solutions techniques permettent de faciliter le pédalage du
cycliste.
JE FAIS LE BILAN
p. 160
Ressources complémentaires Bilan de la mission 37 à
imprimer.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les évolutions des
besoins et des objets techniques dans leur contexte.
Mots à savoir utiliser en contexte
Amélioration, évolution technologique, cadre d’un vélo,
système de propulsion.
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
185
Mission 38 De la fonction d’usage
aux fonctions techniques
p. 158-159
Objectifs :
✔Connaitre la fonction d’usage et les fonctions
techniques d’un vélo.
✔Identifier et nommer les solutions techniques
pour chaque fonction technique d’un vélo.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
3 – 14 – 17 – 19.
Ressources complémentaires Schéma associé au do-
cument 4 à compléter, fiche et vidéo pour la manipulation
(liée au doc 5), annexes à compléter, schéma à compléter
pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 151
Un drôle d’engin !
Cet objet est-il toujours
un vélo ?
➡ Cet objet est un vélo couché
ou vélo horizontal. Il a été inventé en 1933 par Charles Mochet sous le nom de vélocar, les
voitures étant très chères dans l’entre-deux-guerres.
Ce vélo bas est plus rapide grâce à une résistance plus
faible à l’air. La position du cycliste est aussi plus reposante,
confortable et moins traumatisante en cas de choc. Mais
étant plus bas, il est moins visible en ville, plus lourd et
moins maniable. La visibilité vers l’arrière est plus difficile.
Une perte d’énergie, due en particulier à la longueur de la
chaine, existe.
➡ Réponses possibles :
- « C’est aussi un vélo, mais il est allongé. » ; « Cela doit être
dur de tenir en équilibre. » ; « Il sert aussi à avancer plus vite
qu’à pied. »
- Points communs : on retrouve tous les éléments d’un vélo
(ce qui va permettre à l’enseignant-e de prendre connaissance du vocabulaire actif des élèves - voir la trace écrite de
« mission accomplie ») : chaine, cadre, deux roues, pignons,
plateaux, pédales, freins...
- Différences : position allongée, chaine croisée et longue,
pédalier à l’avant, roue avant plus petite, guidon placé
au-dessus des fesses. Il n’y a pas de selle mais un siège
(dossier).
En quelques mots : c’est un vélo : même fonction et mêmes
éléments, mais ces éléments sont organisées différem186
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
ment, ils ne sont pas à la même place.
➡ Relances possibles : « Quelle est sa fonction d’usage ?
Quelles différences y a-t-il avec ton vélo ? »
➡ L’enseignant-e incite les élèves à se poser des questions et à les noter, par exemple sur le cahier de sciences :
« Quelles questions pouvons-nous nous poser sur cet
objet ? »
On relève toutes les questions puis on sélectionne la plus
intéressante.
Exemple de question d’élève à retenir : « À quoi servent
tous ces éléments ? Ont-ils le même rôle ? »
On reformulera ensuite pour aboutir à la question technologique de la mission :
Question technologique Comment le vélo a-t-il été
conçu pour assurer cette fonction d’usage ?
➡ Aller à la mission 38.
J'IDENTIFIE
les fonctions techniques
du vélo
➡ Doc 1. Ces trois images mettent en scène un enfant sur
son vélo qui circule sur une route. Elles représentent les
trois fonctions techniques essentielles auxquelles un vélo
doit répondre : avancer (la propulsion), tourner (la direction/le guidage), freiner (le freinage).
Attirer l’attention des élèves sur les panneaux et les marquages au sol sur la route permettra de rafraichir les notions d’éducation à la sécurité routière .
➡ Doc 2. Ce document permet de réinvestir les notions
vues sur le document 1 et de les associer aux éléments
constituants le vélo. On complètera la liste déjà énumérée
par les élèves pendant l’étape « Je m’interroge » sur le vélo
horizontal.
Ces éléments devront être identifiés et nommés sur le
schéma à compléter à la fin de cette mission.
Réponses aux activités
1 Les trois fonctions techniques du vélo sont :
- image de gauche : la propulsion (avancer),
- image du milieu : le freinage (freiner),
- image de droite : le guidage/la direction (tourner).
2 Les éléments en vert servent à la propulsion. Les éléments en rouge servent au freinage. Et les éléments en
bleu servent au guidage.
JE COMPRENDS
les solutions techniques
du vélo
➡ Pour chaque fonction, il existe différents systèmes (assemblages de pièces) possibles : ce sont les solutions techniques.
➡ Doc 3. Ce document présente deux solutions techniques
permettant de freiner :
- les freins à patins (en caoutchouc) ;
- les freins à disques (en métal ou céramique). Cette appellation est en fait erronée : comme sur les voitures et
les motos, le disque est fixé au moyeu de la roue. Ce sont
les plaquettes qui vont, comme les patins précédemment,
venir frotter de chaque côté du disque.
Commentaires. 1. Il existe différentes solutions techniques pour
« tirer » le câble des freins à patins. Mais nous avons préféré
laisser ces notions plus complexes pour le collège. Mais si vous
souhaitez aller plus loin, voici un lien Internet intéressant : http://
technoargia.free.fr/cms2/?Techno:6%E8me:Les_diff%E9rents_
types_de_freinage
2. Deux autres solutions techniques existent pour freiner :
les freins à tambour et les freins à rétropédalage mais ils sont
beaucoup moins répandus.
➡ Doc 4. Ce document présente la fonction de propulsion.
Ce schéma est assez complexe et nécessite d’être analysé
avec les élèves. Question possible : « Comment une personne sur un vélo arrive-t-elle à faire avancer le vélo ? »
On pourra distribuer le schéma fourni en ressource complémentaire et le compléter collectivement.
➡ Doc 5. Ce document présente une solution technique
concernant le guidage. Il est difficile pour les élèves de se
représenter la liaison pivot qui permet de faire tourner le
vélo grâce à la tige de direction emboitée dans le tube de
direction du cadre, d’où l’intérêt de ce document et de la
manipulation proposée sur le site compagnon. Si le temps
ou le matériel manque, proposer aux élèves de visionner la
vidéo de la manipulation proposée sur le site compagnon
pour répondre à la question.
Réponses attendues : Si on tourne le guidon, la tige, la
fourche et l’axe restent alignés. Ils sont tous fixés les uns
aux autres, pour faire tourner la roue avant.
L’enseignant-e peut compléter en expliquant que le tube
lui ne tourne pas. Il a pour rôle de relier le système de direction au vélo, tout en le laissant tourner librement. Il pourra
le montrer sur un vélo ou une trottinette.
On peut proposer de compléter la légende d’un schéma
pour fixer le lexique et symboliser la liaison « pivot » (la tige
pivote - ou tourne - dans le tube).
Réponses aux activités
3 Doc 3 : le freinage. Doc 4 : la propulsion. Doc 5 : le guidage.
4 On s’attend à ce que chaque élève argumente son choix :
« Sur mon vélo, j’ai des freins à patins car je ne fais pas de compétition. Je prends des routes ou des chemins avec peu de dénivelé. Je vais encore grandir et changer de vélo. Cela coute
donc moins cher pour l’usage que je vais de mon vélo. »
5 Le guidon, la tige de direction et la fourche restent alignés. Ils sont soudés les uns aux autres. Le tube de direction permet à la tige de tourner tout en étant relié au cadre
et donc au vélo.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Décrire le fonctionnement d’objets
techniques, leurs fonctions et leurs composants.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Identifier les fonctions d’usage du vélo. ➜ Ici, l’élève va dire à
quoi sert un vélo : à se déplacer plus vite qu’à pied.
● Identifier les fonctions techniques du vélo et les éléments
du vélo associés à chaque fonction. ➜ Ici, l’élève identifie la
fonction de propulsion en vert (éléments associés : la pédale,
les plateaux, la chaine, les pignons, la roue arrière), la fonction
de freinage en rouge (éléments associés : les poignées de
freins, les câbles de freins, les freins avant et arrière), la fonction
de direction/guidage en bleu (éléments associés : le guidon, la
tige de direction, la fourche, la roue avant).
● Identifier les solutions techniques du vélo étudiées pour
chaque fonction. ➜ Ici, l’élève identifie, pour la fonction de
freinage : les freins à disque et à patins, pour la fonction de
propulsion : la transmission par chaine, et pour la fonction de
guidage : la liaison pivot entre la tige de direction et le tube de
direction du cadre.
● Décrire le fonctionnement de ces solutions techniques. ➜
Ici, l’élève décrit la transmission du mouvement depuis le coup
de pédale du cycliste jusqu’à la rotation de la roue arrière, en
passant par la chaine.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à identifier la fonction d’usage du vélo, au
moins une fonction technique et quelques éléments du vélo.
➜ Débutant.
● L’élève parvient à identifier la fonction d’usage du vélo, les
trois fonctions techniques et un grand nombre d’éléments du
vélo. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à identifier la fonction d’usage du vélo, les
trois fonctions techniques et tous les éléments du vélo étudiés.
Il-elle parvient, « avec ses mots », à expliquer le fonctionnement
de la propulsion et/ou de la direction. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à identifier la fonction d’usage du vélo, les
trois fonctions techniques et tous les éléments du vélo en les
associant à chaque fonction. Il-elle parvient à réinvestir ce
lexique pour expliquer le fonctionnement de la propulsion et/
ou de la direction. ➜ Expert.
JE FAIS LE BILAN
p. 160
Ressources complémentaires Bilan de la mission 38 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Fonction d’usage, fonction technique (avancer, freiner,
tourner), solution technique (pédalier, frein, guidon de direction).
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
187
LA TRACE ÉCRITE
Les fonctions techniques du vélo
Propulsion
Guidage/direction
Freinage
Guidon
Frein arrière
Poignée de frein
Tige de direction
Roue arrière
Tube de direction
Pignons
Frein avant
Fourche
Chaine
Plateau
Pédale
les sciences autrement
sciences & Société
Hyperloop, le train du futur !
Cette rubrique permet de revenir sur l’évolution du train
abordée dans la mission 35 (page 152) et les énergies abordées dans la mission 12.
●
Elon Musk, chef d’entreprise d’origine sud-africaine et naturalisé américain, est déjà connu pour le rôle qu’il joue au
sein de la société Tesla notamment dans la construction des
voitures électriques. En 2012, il réfléchit à un nouveau mode
de transport capable de se déplacer à 1 200 km/h comportant des passagers dans des capsules. En aout 2013, il présente son projet : l’Hyperloop est né. Les capsules contenant
les passagers peuvent se déplacer grâce à des aimants qui
se repoussent. Après plusieurs tests concluants, la première
mise en service devrait avoir lieu en 2021.
●
Commentaire pour l’enseignant-e. Lorsqu’on fait passer
du courant électrique dans une bobine (fil enroulé de forme
cylindrique), un champ magnétique est généré ; on crée ainsi un
aimant à partir d’un fil.
188
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
Roue avant
p.162-163
Activité pour la classe : questions à l’oral ou à l’écrit
- La fonction d’usage de ce train du futur est-elle la même
que notre TGV ?
Réponse : il s’agit toujours de se déplacer mais de manière
encore plus rapide et aussi plus sûre.
- Grâce à quelle source d’énergie se déplacera-t-il ?
Réponse : il s’agit d’utiliser des aimants eux-mêmes alimentés en électricité d’origine solaire.
- Pourquoi les ingénieurs ont-ils fait ce choix énergétique ?
Réponse : l’énergie solaire à l’origine de l’électricité utilisée
est une énergie durable et renouvelable, sans effet néfaste
sur l’environnement.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les évolutions des besoins
et des objets techniques dans leur contexte.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier un objet technique. ➜ Ici, identifier le train du futur
fabriqué par les êtres humains et donc en conclure que c’est un
objet technique.
Décrire les évolutions technologiques d’un objet technique.
➜ Ici, l’élève observe les différences entre ce train du futur et les
différentes évolutions de l’objet train qui l’ont précédé. Il-elle est
capable de parler de la source d’énergie, de la vitesse, de la distance
parcourue, du nombre de passagers et du principe technique.
● Différencier invention et innovation. ➜ Ici, l’élève est capable
de différencier entre l’invention (capsule circulant dans un tube)
et l’innovation (le nouveau principe technique est l’utilisation
d’aimants).
● Décrire le principe technique d’un objet technique. ➜ Ici, l’élève
est capable d’expliquer comment le train fait pour avancer.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève parvient à identifier en quoi consiste l’évolution
de ce nouveau train avec l’aide de l’enseignant-e. ➜
●
Débutant et apprenti.
L’élève parvient à identifier en quoi consiste
l’évolution de ce nouveau train avec l’aide ponctuelle
de l’enseignant-e. ➜ Confirmé.
● L’élève
parvient seul-e à identifier l’évolution
technologique que représente ce nouveau train dans
son contexte (identifier les principaux changements, le
principe technique, la source d’énergie…). ➜ Expert.
Suivi d’acquisition des compétences
●
UN MÉTIER
de
Sciences
Je suis ... Designer/Designeuse
● Cette rubrique permet d’aborder un métier souvent méconnu des élèves, et très intéressant par la nécessité de posséder des compétences à la fois artistiques et techniques.
Ora-Ïto est un designer français, qui imagine des objets
inspiré des grandes marques avec ou sans leur autorisation, comme Apple et Vuitton à ses débuts. Ses créations
originales et avant-gardiste séduisent les plus grandes
marques (on peut citer aussi Levi’s, Nike, l’Oréal...). Son
nom devient une véritable marque. Il décore et aménage
de lieux prestigieux, comme à Marseille sa ville natale.
●
Activité pour la classe
La roue est un élément circulaire qui tourne autour d’un
axe. Elle est une des plus importantes inventions de tous les
temps. En effet, elle a été déterminante dans les progrès
techniques dans le domaine des transports, en facilitant le
transport de lourdes charges et en améliorant la vitesse et
la distance des déplacements. D’ailleurs, quand cette pièce
ronde est abordée avec les élèves, ils pensent spontanément aux roues des véhicules. Pourtant elle est un élément
essentiel dans de nombreuses machines sous forme de
poulies, de roues dentées (les pignons et les plateaux du
vélo par exemple). Les roues peuvent donc servir à transporter (une roue de véhicules, une roue à aube), mais aussi
à entrainer (des roues dentées d’un engrenage, une roue à
eau du moulin), ou à guider (un volant, une barre de bateau).
●
● Ce texte peut également être travaillé lors des missions
43 ou 44 (roues du char à voile, manipulation de roues dentées dans l’étude de la propulsion du vélo).
Activités pour la classe
● On peut mettre en place un défi dans la classe. Le défi du
« collectionneur » : collectez un maximum d’images de différents objets comprenant une roue, en précisant leur nom.
Cette diversité d’utilisation de la roue centrale dans de
nombreuses machines peut ensuite faire l’objet d’une
activité de classement en classe. Exemple de critères de
classement possibles : leur fonction d’usage (transporter, entrainer, guider) ; les énergies permettant leur mise
en mouvement (chimique, électrique, mécanique) en lien
avec la mission 12 (chapitre 4, activité 4 page 57).
Drôles d’expressions
Proposer le jeu « un-e contre tous » (issu de l’ouvrage Lectorino Lectorinette) aux élèves. Ce défi consiste à essayer
d’employer à bon escient dans la journée une de ces expressions (voir les explications page 11 dans la partie didactique, au sujet du lexique). Le but est que les élèves en
emploient plus que l’enseignant-e !
QCM à imprimer sur le site compagnon
Ce QCM montre bien la richesse de ce métier et la complémentarité des compétences à posséder.
Il ne faut pas seulement savoir bien dessiner et aimer les
beaux objets. Il faut surtout percevoir le sens pratique de
l’objet, tout en prenant en compte les contraintes du client.
Il est aussi préférable de posséder un baccalauréat scientifique (S ou STI) avec l’option « arts appliqués ».
Le designer doit avoir à la fois l’esprit créatif et pratique.
Il doit être curieux en se tenant informé des innovations
technologiques. Il doit être bon dessinateur mais aussi maitriser les outils informatiques.
●
sciences & Histoire
La roue... étape essentielle du progrès technique
Nous avons choisi cette rubrique afin de compléter le travail
effectué dans la mission 37. Dans cette dernière, la roue a été
travaillée à travers sa fonction technique. Aussi, nous proposons
ici de mettre en évidence son évolution et son importance.
●
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 35 – Relie
Cadran solaire – Montre
Plume – Stylo plume
Téléphone – Smartphone
Mission 36 – Vrai ou Faux
La fonction d’estime répond à la question « à quoi sert mon
objet ? » FAUX
Les objets techniques évoluent en fonction des besoins des
êtres humains. VRAI
La fonction d’usage est différente selon les personnes. FAUX
Mission 37 – Intrus
1re série : la draisienne (elle n’a pas de pédale).
2e série : le guidon (les autres éléments servent à la propulsion).
Mission – 38 Charade
La propulsion (pro – pull – scie – on).
CHAPITRE 11
• L'évolution des objets techniques
189
CHAPITRE
12
Les matériaux
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Identifier les principales familles de matériaux
Connaissances et compétences associées
Familles de matériaux (distinction des matériaux selon les
relations entre formes, fonctions et procédés).
Caractéristiques et propriétés (aptitude au façonnage,
valorisation).
Impact environnemental.
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Du point de vue technologique, la notion de matériau est à mettre
en relation avec la forme de l’objet, son usage et ses fonctions et
les procédés de mise en forme. Il justifie le choix d’une famille
de matériaux pour réaliser une pièce de l’objet en fonction des
contraintes identifiées. À partir de la diversité des familles de
matériaux, de leurs caractéristiques physico-chimiques, et de
leurs impacts sur l’environnement, les élèves exercent un esprit
critique dans des choix lors de l’analyse et de la production
d’objets techniques.
Repères de progressivité
En CM1 et CM2, les matériaux utilisés sont comparés selon leurs caractéristiques dont leurs propriétés de recyclage en « fin de
vie ». L’objet technique est à aborder en termes de description, de fonctions, de constitution afin de répondre aux questions :
à quoi cela sert-il ? De quoi est-ce constitué ? Comment cela fonctionne-t-il ? Dans ces classes, l’investigation, l’expérimentation, l’observation du fonctionnement, la recherche de résolution de problème sont à pratiquer afin de solliciter l’analyse,
la recherche, et la créativité des élèves pour répondre à un problème posé. Leur solution doit aboutir la plupart du temps à
une réalisation concrète favorisant la manipulation sur des matériels et l’activité pratique. L’usage des outils numériques est
recommandé pour favoriser la communication et la représentation des objets techniques.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
La science des matériaux est extrêmement riche et intéressante. Elle touche à l’histoire (de la préhistoire à nos
jours), aux technologies (techniques d’extraction, de mise
en forme, de recyclage des matériaux, etc.), et à la géographie (origine des matières premières). Les connaissances
en sciences des matériaux façonnent nos sociétés et nos
modes de vies à travers nos consommations et l’usage
des objets techniques : habitats, transports, alimentations,
communications, etc.
La grande diversité de matériaux que les élèves sont amenés à côtoyer permet d’éveiller facilement leur intérêt avec
des exemples ludiques, concrets et des expérimentations
simples.
1 Histoire des matériaux
• L’idée de matériau apparait dans l’histoire au moment où
l’être humain décide d’utiliser la matière qui l’entoure pour
fabriquer des objets. Les pierres disposées en cercle par
190
CHAPITRE 12
• Les matériaux
les premiers êtres humains pour former des tombes sont
un exemple intéressant de choix d’un matériau pour ses
propriétés : les pierres sont résistantes aux conditions climatiques, et leurs masses importantes leur permettent de
rester en place. Les exemples sont très nombreux : utilisation de branches et de nerfs d’animaux pour fabriquer des
arcs, de peaux pour la fabrication de vêtements, d’écorces
et de lianes pour la fabrication de cordes et de liens...
•
Le développement des différentes civilisations est si
étroitement lié à la maitrise des matériaux que l’on utilise
même les matériaux pour nommer certaines périodes de
l’histoire : âge de pierre, âge de fer, âge de bronze.
La très longue histoire des matériaux est résumée dans
cette courte vidéo :
http://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/culture
-scientifique/physique-chimie/histoire-des-materiaux.
aspx
2 Les familles de matériaux
Bien que cela ne soit pas imposé et que l’on puisse retrouver d’autres classements, l’usage courant, notamment en
technologie, est de distinguer quatre grandes familles de
matériaux : métaux, céramiques (parfois appelé verres et
céramiques), composites et organiques.
Les matériaux métalliques
Les métaux sont issus de minerais présents naturellement
dans l’écorce terrestre.
•
Extraction et mise en forme : les minéraux sont extraits
à partir de carrières ou de mines plus ou moins profondes.
•
Revalorisation : la plupart des objets métalliques,
comme les boites de conserves, les canettes, les carcasses
de véhicules et les divers métaux récupérés par les ferrailleurs (électroménager, déconstruction de bâtiments, etc.),
sont récupérables et valorisables. Les déchets triés et récupérés sont de nouveau fondus et peuvent être réutilisés
pour fabriquer d’autres objets. La température très élevée
de la fusion permet de trier tous les résidus non métalliques
pouvant rester sur les déchets. La difficulté d’extraction et
le coût élevé des matières premières métalliques (en 2017,
le kg de cuivre s’échangeait à environ 6 € et l’aluminium
2 €) incitent les acteurs industriels à mettre en place des
filières de recyclage efficaces.
Les matériaux céramiques
•
Doc 1. Extraction de charbon dans une mine à ciel ouvert.
On trouve du métal partout sur la planète, mais certains
métaux sont plus rares et ne se trouvent exploitables qu’en
certains endroits. Les minerais sont purifiés par broyage de
la roche et séparation mécanique ou chimique. Ils sont ensuite portés à haute température pour permettre la récupération par fusion des métaux présents (fusion du minerai
de fer à 1 538 °C pour récupérer le métal). Le résultat de
cette fusion est ensuite mis en forme par moulage, laminage, étirage, etc. Une fois refroidi, le métal retrouve sa
dureté.
•
La grande majorité des métaux utilisés sont en réalité des « alliages », constitués d’un métal de base auquel
sont ajoutés un ou plusieurs éléments chimiques par fusion. Par exemple, l’acier est un alliage de fer et de carbone.
L’ajout de carbone permet d’améliorer les caractéristiques
mécaniques du mélange, notamment sa dureté. La fonte
est également un alliage de fer et de carbone, mais dans
d’autres proportions. Le bronze ne se trouve pas non plus
à l’état naturel, c’est un alliage de cuivre et d’étain.
•
Quelques propriétés intéressantes des métaux :
– dureté et résistance à l’usure (armes, ustensiles de cuisine, roues des trains) ;
– résistance à la compression et à la flexion (poutres métalliques utilisées pour les ponts, les bâtiments, les rails) ;
– conductibilité électrique (câbles électriques, circuits
électroniques en cuivres) ;
– élasticité (ressorts des stylos à bille) ;
– apparence brillante, esthétique (façades de bâtiments,
miroirs, décoration) ;
– étanchéité à l’air et la lumière (boites de conserve, canettes d’aluminium).
Les céramiques sont toutes élaborées par des procédés
thermiques. Beaucoup ont pour origine les argiles naturelles après un traitement par chauffage. Dans les céramiques, les liaisons entre les atomes sont très fortes. En
conséquence, du point de vue de la dureté, de la résistance
thermique ou mécanique, les céramiques montrent une
nette supériorité par rapport à la plupart des matériaux
métalliques.
• Les céramiques possèdent trois avantages importants
par rapport à d’autres matériaux concurrents : les matières
premières utilisées pour leur fabrication sont relativement
disponibles et peu onéreuses ; elles sont peu denses et
résistent à des températures très élevées, là où la plupart
des métaux perdent leur résistance ; enfin elles ont des
propriétés optiques, électriques, chimiques, magnétiques,
thermiques, etc., qui les rendent irremplaçables dans de
nombreuses industries, en particulier pour la fabrication de
matériel électronique et informatique. En revanche, leur
fragilité est un réel défaut.
• Parmi les céramiques les plus courantes on trouve la por-
celaine (vaisselle), la faïence (vaisselle, carrelages, cuvettes
de WC), la terre cuite (briques, tuiles), le grès (vases), le
plâtre et le ciment (murs, plaques de placoplâtre).
•
Le verre est souvent associé à la famille des céramiques
car les propriétés et les procédés de fabrication sont
relativement proches. Selon les sources, on peut même
retrouver cette famille sous l’appellation « Verre et céramiques ».
IN FO
+
Le verre est obtenu par fusion à très haute température de
la silice. La silice est généralement extraite du sable mais on
peut aussi fabriquer du verre à partir du verre recyclé ou du
quartz.
•
Le verre est bien recyclé en France, environ 75 % des
bouteilles usagées sont triées et recyclées. Une fois lavés
et séparés, les emballages en verre sont broyés puis refondus pour fabriquer de nouveaux produits en verre. Parfois
ils sont triés par couleur avant d’être broyés. Le verre cuCHAPITRE 12
• Les matériaux
191
linaire (vaisselles et plats transparents) et les autres céramiques ne sont pas recyclés car ces objets ont une température de fusion supérieure à celle du verre et détériorent
la qualité de la production. Les briques et tuiles en terre
cuite peuvent être broyées pour fabriquer la terre battue
de terrains de tennis ou servir de substrat pour les plantes.
Les matériaux composites
• Un matériau composite est un assemblage de plusieurs
matériaux dont les propriétés se complètent. Le nouveau
matériau ainsi constitué, hétérogène, est plus performant
car il profite des propriétés de ses composants. Un composite est constitué d’un matériau jouant le rôle d’ossature, le
renfort, et d’un autre matériau faisant fonction de liant, la
matrice. Le plus souvent, la matrice est une résine ou colle
à base de plastique.
shampoing, bidons d’huiles moteurs, bouchons de bouteilles d’eau gazeuse... ;
– le polychlorure de vinyle (PVC) : tuyaux de canalisation,
film étirable alimentaire, gaines de câbles électriques ;
– le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) aussi appelé
Plexiglas : équerres et règles, hublots d’avions, feux de
voitures ;
– le nylon : bas, poils de brosse à dents.
Cette liste est loin d’être exhaustive, il existe des centaines
de plastiques différents. On pourrait également citer le
polystyrène, les polyuréthanes, etc.
IN FO
Les élèves s’interrogent souvent sur la signification du
préfixe « poly » dans les noms de nombreux plastiques.
Les plastiques sont formées de nombreux éléments (ou
molécules) identiques qui sont liés entre eux. Le polypropylène par exemple est formé de beaucoup de molécules
de propylène. On rajoute donc le préfixe « poly », qui veut
dire « plusieurs », devant le nom de la molécule présente
pour créer le nom du plastique.
• L’exemple le plus parlant pour les élèves est certaine-
ment le béton armé, assemblage de béton (liant) et de
barres d’acier (matrice). Il conjugue la résistance à la compression du béton et la résistance à la traction de l’acier.
•
Exemples de matériaux composites courants :
– Fibre de verre / Fibre de carbone : alliages de fibres et
de résine plastique utilisés dans l’automobile, l’aviation, la
construction navale...
– Le contreplaqué : assemblage de bois et de colle.
– Cloisons en plaques de plâtre (Placoplatre) : carton +
plâtre utilisé dans la construction.
•
À cause de leur composition (mélange d’au moins deux
matériaux), les composites sont difficiles à recycler mais
des sociétés se penchent déjà sur ce problème. L’utilisation
accrue des fibres de verres et de carbone pourrait en effet
devenir problématique si aucune solution rentable ne se
dégage.
Les matériaux organiques
• Ces matériaux sont issus de la matière vivante, animale
ou végétale. On peut distinguer :
– les matériaux d’origine animale : le cuir, la laine, l’ivoire, le
crin de cheval sont les exemples qui parlent généralement
aux élèves.
– les matériaux d’origine végétale : le coton, la paille,
l’écorce, le bois, le carton, le papier, etc.
– les matériaux transformés chimiquement : on peut citer
notamment les plastiques.
•
Les plastiques que l’on retrouve le plus souvent dans
notre quotidien sont :
– le polypropylène (PP) : pare-chocs, emballages alimentaires, vêtements professionnels jetables (combinaisons de
peinture, charlottes, masques chirurgicaux, etc.) ;
– le polytéréphtalate d’éthylène (PET) : bouteilles d’eau,
vêtements polaires, certaines cartes de crédit ;
– le polyéthylène haute densité (PEHD) : plastique très
dur et opaque utilisé pour la fabrication des bouteilles de
192
CHAPITRE 12
• Les matériaux
+
•
En dehors des plastiques qui sont détaillés ci-après, le
recyclage des déchets organiques est facilité du fait qu’en
tant qu’éléments organiques, ils sont biodégradables et se
transforment plus rapidement.
Les matériaux issus du bois peuvent être revalorisés en papier
recyclé, panneau de bois mélaminés, isolants ou en combustible de chauffage, mais cela fonctionne uniquement
pour les bois non traités ou faiblement traités (traitement et
peinture en surface du bois). Les bois traités à cœur comme
les traverses de chemins de fer sont considérés comme des
déchets dangereux et doivent être traités spécifiquement.
•
Les textiles usagés qui sont rapportés dans les bennes
spécifiques sont triés, ceux qui ne peuvent plus être portés
sont notamment broyés et transformés en isolants thermiques et acoustiques pour la construction.
• Le cuir peut également être recyclé en étant broyé et
mélangé à des liants synthétiques.
Mise en forme des plastiques
•
Si les plastiques sont autant présents dans notre quotidien, c’est notamment car ils permettent d’obtenir des
objets de formes complexes pour un cout peu élevé, comparativement au métal. Pour les former, le plus souvent on
utilise leurs propriétés thermodurcissables : quand il est
chauffé, le plastique devient fluide et il durcit une fois refroidi. Il est à noter que ce procédé est irréversible, le plastique ne peut pas être chauffé une seconde fois.
•
Les procédés de mise en forme les plus courants sont :
– le moulage par injection : le plastique est injecté sous
forme de granulats fondus dans un moule. Une fois refroidi,
le plastique retrouve sa dureté et garde la forme prise dans
le moule.
2,3 tonnes de CO2 qui ne seront pas émises. Au total, 23 %
des emballages plastiques sont recyclés.
• Après le tri par les consommateurs et la collecte, les plas-
tiques sont séparés en trois catégories : PEHD (opaque), PET
clair et PET foncé. Ces plastiques sont alors mis en balle et
expédiés aux centres de régénération. Un tri supplémentaire
et un prélavage éliminent les éléments indésirables et séparent les matériaux suivant leur densité. Le plastique est
alors broyé en paillettes incorporées dans la fabrication de
nouveaux emballages ou encore de fibres polyesters (polaire) pour le PET ; et pour la fabrication d’objets comme des
arrosoirs, du mobilier d’extérieur, etc. pour le PEHD.
Doc 2. Moule utilisé pour former des bouteilles en plastique.
– l’extrusion : le plastique chaud est poussé à travers une
filière, à la manière des machines à pâtes à modeler. Une
fois refroidi, cela permet d’obtenir des objets de grandes
longueurs comme les tuyaux PVC.
– le thermoformage : une fine plaque de plastique est
chauffée et aspirée sur un moule pour en prendre la forme.
C’est le procédé utilisé notamment pour les emballages de
type blisters.
Cette animation, réalisée par l’université de Laval au Québec, permet d’expliquer de façon simplifiée les principaux
procédés de mise en forme et d’assemblage des plastiques
et d’autres matériaux :
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/previews/
procindus/
•
Revalorisation : la grande diversité de composition des
matériaux plastiques rend difficile son recyclage car les
procédés sont différents suivant les plastiques. Le recyclage du plastique reste donc compliqué actuellement : les
emballages plastiques sont traités selon deux processus
distincts, le recyclage de la matière première et la valorisation énergétique pour le reste.
Techniquement, tous les plastiques pourraient être recyclés mais le cout énergétique de ce processus est souvent
trop élevé. En effet, le nettoyage des plastiques souillés
consommerait par exemple énormément d’eau et d’énergie. Le rapport entre le gain induit par le recyclage de ce matériau et les divers couts (consommation énergétique, main
d’œuvre) nécessaires à cette transformation est à l’heure
actuelle inintéressant. Pour ces plastiques, l’incinération
reste le processus le plus rentable. Le problème de l’incinération des plastiques, produits à base d’hydrocarbures
fossiles, est l’émission de CO2 et de fumées polluantes, qui
doivent à leur tour faire l’objet d’un retraitement.
•
En ce qui concerne le recyclage, seulement deux types
de plastique sont actuellement recyclés : les PET (polytéréphtalate d’éthylène), c’est-à-dire les plastiques transparents (bouteille d’eau plastique) et les PEHD (polyéthylène
haute densité), qui sont généralement opaques (bidon de
lessive).
Une tonne de PET recyclé permet d’économiser 0,61 tonne
de pétrole brut, 0,2 tonne de gaz naturel et 10,96 MWh
d’énergie électrique. Cela représente l’équivalent de
Éléments de didactique
1 Difficultés liées aux
représentations des élèves
•
La notion de matériau est présente dans l’esprit des élèves
au début du cycle 3, qui connaissent les sensations liées à
l’usage de ceux-ci. Le toucher et la vue permettent d’identifier facilement les différences entre les échantillons.
Proposer aux élèves des échantillons (bois, caoutchouc,
aluminium, acier, PET...) permet d’éveiller leurs sens pour
plus facilement aborder le sujet. Il est possible de réaliser
un rappel des cinq sens naturels (l’ouïe, le toucher, le gout,
l’odorat, la vue) et de questionner les élèves pour vérifier
qu’un sens permet ou non de comparer des matériaux. De
nombreuses propositions font alors surface. L’échantillon
brille ou il est mat, l’échantillon est froid ou alors tiède, il
est lourd ou il est léger, il se casse facilement ou est solide,
il résonne ou atténue le son... Quelques questions simples
pourront permettent à l’ensemble de la classe de proposer
des idées de classement des échantillons, du plus lourd au
plus léger par exemple. D’autres propriétés seront abordées dans ce chapitre.
•
Le lien entre environnement et matériaux n’est pas
évident pour les élèves. Ils connaissent dans l’ensemble
les différentes poubelles utilisées pour les tris des déchets
ménagers, mais imaginent difficilement les étapes de recyclage et de valorisation possibles après la poubelle. Les
connaissances et représentations des élèves sont finalement assez approximatives au sujet des matériaux.
L’enjeu de ce chapitre sera donc d’organiser et de structurer les connaissances des élèves pour leur permettre de
comprendre les choix effectués pour la conception et la
réalisation d’objets techniques.
2 Difficultés liées au vocabulaire
• Les élèves confondent souvent « matériels » et « ma-
tériaux ». Une expérimentation simple peut facilement
CHAPITRE 12
• Les matériaux
193
lever le voile sur cette ambiguïté. On peut proposer aux
élèves des échantillons de matériaux (bois, carton, métal,
plastique opaque et transparent, etc.) et des petits objets/
outils (pince, règle, pile, haut parleur, tournevis...). On demande aux élèves de trier l’ensemble : matériel d’un coté,
matériaux de l’autre. Il ne faut pas confondre le matériel
qui est un objet façonné ou fabriqué par l’homme, et les
matériaux qui servent à fabriquer cet objet.
•
De manière générale, le vocabulaire peut représenter
une difficulté. Ainsi, au cycle 3, il est impératif de simplifier les termes utilisés pour favoriser l’acquisition de compétences. Les élèves mélangent souvent familles et matériaux Pour eux, le métal est souvent un matériau alors
que c’est une famille, le problème se pose aussi avec les
plastiques. Cependant il est inutile dans un premier temps
d’ajouter un obstacle à la compréhension de cette orga-
nisation en cherchant à clarifier la distinction. À l’oral, on
peut demander aux élèves de nommer les matériaux qu’ils
connaissent, et le professeur écrira au tableau les propositions. Les élèves proposeront sûrement le métal, le bois et
peut-être le plastique.
Il est possible d’imaginer une première organisation des matériaux et de leurs familles sous la forme d’une carte mentale.
Cette étape collective permettra de donner du vocabulaire
dans le domaine des matériaux et de clarifier l’orthographe.
•
La famille des matériaux organiques peut être une source
de confusion ou de gêne pour les élèves. En effet, classer
dans une même famille le bois, le coton et les plastiques
n’est pas un raisonnement logique pour eux. Expliquer que
les plastiques sont fabriqués essentiellement à partir de
pétrole qui lui-même provient de la lente décomposition
des organismes peut être une piste pour une clarification.
Bibliographie / Webographie
• Recyclage du verre : http://www.verre-avenir.fr/
• Les plastiques : https://www.simplyscience.ch/archives-enfants/articles/du-plastique-mais-
pas-nimporte-lequel.html
•
Choix de matériaux en fonction de propriétés attendues : http://www.utc.fr/~special_m6_fr/
CHAPITRES.html
• Recherches en didactique des sciences et des technologies (RDST) : https://rdst.revues.org/
• P. Dommanget, O. Loiseau, Le recyclage des matériaux, Collection Que sais-je, PUF, 1998.
• M. Ashby, H. Shercliff, Matériaux : Ingénierie, science, procédé et conception, PPUR, 2013.
194
CHAPITRE 12
• Les matériaux
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 39
Les objets techniques sont constitués de matériaux.
Quelques matériaux.
Familles de matériaux.
Mission 40
Le choix d’un matériau se fait en fonction
des propriétés souhaitées.
Le choix d’un matériau doit prendre en compte
l’environnement.
Aperçu général des missions
Question
technologique
Expérimentation d’une propriété.
Mise en forme des matériaux.
Choix d’un matériau pour ses propriétés.
Mission 41
Impact négatif des matériaux sur l’environnement.
Solutions existantes pour diminuer l’impact.
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 39
Quels sont les
matériaux utilisés
pour fabriquer les
objets ?
• Matériau.
• Famille de matériaux.
• Identifier les principales familles de matériaux.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour
répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
Mission 40
Comment choisir
les matériaux
d’un pneu de
vélo ?
• Propriétés
des matériaux.
• Choix et mise en
forme des matériaux.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Identifier les principales familles de matériaux.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les
informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre
à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
Mission 41
Quel est
l’impact
des matériaux
sur l’environnement ?
• Cycle de vie.
• Impact environnemental.
• Recyclage.
• Identifier les principales familles de matériaux.
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire
les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour
répondre à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d’environnement.
CHAPITRE 12
• Les matériaux
195
Mission 39 Les matériaux constituant les objets
p. 166-167
Objectif :
✔Identifier les familles des matériaux.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15– 16 – 23.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploi-
tation de la question 4, texte pour lecture différenciée, aide
pour la trace écrite.
Matériel Le matériel présenté est optionnel et peut
être utilisé si l’enseignant-e veut prolonger la mission en
réalisant les tests en classe. Ampoule, pile et câbles (pour
les tests de conductivité), marteau, quelques objets de
la classe (cartable, stylo, des lunettes, une règle en aluminium, cahier à spirales), quelques outils (tournevis, clé,
pince, etc.), quelques échantillons de matériaux (bois,
acier, aluminium, textile, plastique PVC, caoutchouc, etc.)
JE M'INTERROGE
p. 164
Matériaux de construction
Quels matériaux ont permis
la construction de cet hôtel ?
IN FO
+
Cet hôtel, achevé en 2006 par l’architecte Frank Owen Gehry
au cœur du pays basque espagnol avec ses 43 chambres
luxueuses, est un véritable chef-d’œuvre. La pierre, le verre
et le titane, les matériaux à l'honneur dans cet ouvrage,
dessinent une structure futuriste qui intègre cette construction extraordinaire au paysage et à la tradition vinicole. La
structure est classiquement en béton armé mais la partie
centrale de l'hôtel est entourée par des auvents.
➡ Après avoir examiné la photo de la situation déclenchante, les élèves auront sûrement identifié la pierre des
murs, le bois autour des fenêtres, le métal des auvents et
le verre des fenêtres.
➡ Relance possible : Il est possible d’étendre la recherche
en faisant réfléchir les élèves sur les matériaux qui les entourent dans leur vie quotidienne. « Quels matériaux peuxtu trouver dans la classe ? Dans la cour ? À la maison ? »
➡ Les objets de la classe, de la cour de récréation, de sa
chambre, ses jouets peuvent permettre aux élèves d’en196
CHAPITRE 12
• Les matériaux
richir une liste de matériaux qu’ils connaissent. Cette diversité des matériaux permet de formaliser la question
technologique :
Question scientifique Quels sont les matériaux
utilisés pour fabriquer les objets ?
➜ Aller à la mission 39.
La mission se déroule en deux temps. Dans un premier
temps, les élèves doivent établir une liste des matériaux en
se basant sur les photographies présentes dans le manuel.
L’enseignant-e propose des pistes pour élargir cette liste,
en proposant d’autres objets. Dans un second temps, il faut
utiliser la clé d'identification du document 7 pour identifier
les familles des matériaux proposés par les élèves. L’enseignant-e peut demander à ses élèves de réaliser des tests de
détermination avec le matériel listé au début de cette page.
J’OBSERVE
pour identifier des matériaux
➡ Les objets présents dans les documents 1 à 6 occupent
le quotidien des élèves, ils-elles les manipulent couramment. La notion de famille de matériaux est alors introduite grâce à des objets que les élèves peuvent manipuler,
et grâce aux connaissances scientifiques qui ont pu être
acquises par le passé.
Réponses aux activités
1 On peut s’attendre à ce que les élèves citent le textile,
le cuir, l’acier, les matières plastiques, le verre, l’aluminium,
le papier, le carton et bois.
2 Les élèves peuvent citer de nombreux autres matériaux
qui ne sont pas présents sur les objets : caoutchouc, liège,
coton, cuivre, or, argent.
Pour reconnaitre les matériaux, il faut utiliser un de ses cinq
sens : la vue (forme, couleur), le toucher (aspect, masse),
l’ouïe...
3 L’élève peut répondre qu’on retrouve la famille des
plastiques sur tous ces objets : coins plastifiés du cartable,
pièces du stylo, montures des lunettes, poignée de la règle,
couverture des carnets et articulation du compas. Cette
question permet de mettre en évidence l’omniprésence des
plastiques dans notre quotidien. L’élève peut également
remarquer qu’on retrouve du métal sur tous les objets.
JE COMPRENDS
comment différencier
des matériaux
➡ Le classement en famille de matériaux, aussi appelé
classe de matériaux, permet aux élèves d’aborder les notions de propriétés car celles-ci aident à déterminer l’appartenance d’un matériau à une famille.
➡ L’utilisation d’une clé d’identification (document 7) est
une méthode simple de résolution de problème, souvent
utilisée par les disciplines scientifiques. En effet, elle permet d’établir un modèle de résolution rapide pour des situations diverses, ici le tri des matériaux.
➡ Il s’agit de définir la famille des matériaux en trois questions :
1 L'échantillon est-il composé d’un ou plusieurs
matériaux ?
On examine l’échantillon par la vue et le toucher, et on définit s’il est homogène (un seul matériau) ou hétérogène
(plusieurs matériaux).
2 L'échantillon est-il conducteur de l’électricité ?
On réalise un test avec une pile et une ampoule. On relie
l’ampoule et la pile grâce à un fil électrique, et on insère
l’échantillon qu’on veut tester en le reliant d’un côté à
l’ampoule et de l’autre côté à la pile. Une fois que le circuit en série est ainsi fermé, si l’ampoule s’allume alors
l’échantillon est conducteur, sinon il est isolant.
3 Peut-on casser l’échantillon avec un marteau ?
On peut réaliser un test avec un marteau et plusieurs
échantillons. Il n’est souvent pas obligatoire de réaliser
le test, par intuition et expérience personnelle, les élèves
savent déjà ce qui casse et ne casse pas.
Pour suivre la clé d'identification, il faut inciter les élèves à
poser le doigt sur le bulle de début puis à suivre les flèches
bleues pour identifier la famille de l’échantillon.
Réponses aux activités
4 Exemple de phrase possible : « Dans le cartable on
retrouve la famille des matériaux organiques et des
matériaux métalliques », etc.
Exemple de tableau à double entrée possible ci-contre.
Différenciation : pour faire de la différenciation, on peut
envisager trois niveaux :
- 1er niveau : l’élève doit construire le tableau ;
- 2e niveau : on fournit le tableau vide, l’élève doit le compléter entièrement ;
- 3e niveau : on fournit le tableau avec l’en-tête pré-rempli.
Bâtiment, kayak ...
Métaux
Organiques
Cartable
x
x
Stylo
x
x
Lunettes
x
x
Règle
x
x
Carnets
de notes
x
x
Compas
x
x
Céramiques
Composites
x
5 Il est possible de fabriquer du plastique à partir de pétrole ou bien à partir de végétaux (amidon de maïs, fécule
de pomme de terre). Il est possible de présenter aux élèves
en difficulté une version différenciée du texte du document 8, avec les éléments essentiels surlignés.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les principales familles de
matériaux (sous-compétence : famille de matériaux).
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Reconnaitre les matériaux et les familles des matériaux sur
des objets courants. ➜ Ici les différents matériaux des objets
des documents 1 à 6 page 166.
● Savoir identifier la famille à laquelle appartient un matériau.
➜ Ici en utilisant la clé d'identification du document 7.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à reconnaitre quelques matériaux. ➜ Débutant.
● L’élève connait quelques matériaux et des familles de
matériaux. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à classer quelques matériaux dans leurs
familles. ➜ Confirmé.
● L’élève sait classer les matériaux dans leurs familles en le
justifiant. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Exemple ci-dessous.
JE FAIS LE BILAN
p. 172
Ressources complémentaires Bilan de la mission 39 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Matériaux, familles, métaux, céramiques, organiques,
composites
Les composites
Les métalliques
(bois, laine,
plastiques, ...)
(aluminium, cuivre,
fer, acier, ...)
Clé, pièces de moteur,
casserolle...
Les matériaux
Meuble, vêtement,
bouteille d’eau...
Les organiques
(béton armé,
fibre de verre, ...)
Les céramiques
(argile, faïence,
verre, ...)
CHAPITRE 12
Vase, vaisselle,
carrelage...
• Les matériaux
197
Mission 40 Les propriétés des matériaux
p. 168-169
Objectifs :
✔Découvrir quelques propriétés des matériaux.
✔Comprendre que ces propriétés influencent le choix d’un
matériau pour la fabrication d’un objet technique.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 14 – 25.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par groupe d’élèves : une
plaque support, des échantillons de matériaux (sur l’illustration dans l’ordre : bois, caoutchouc, cuivre, PVC, acier et
Plexiglas).
Commentaire. Un kit complet pour tester l'adhérence est
disponible ici :
https://www.technologieservices.fr/produits/technologiecollege/sciences-et-technologie/etudes-des-materiaux/
mallette-pedagogique-adherence-600917.html
Pour les plus petits budgets, il est possible de ne prendre que le
lot d’échantillons de matériaux :
https://www.technologieservices.fr/produits/technologiecollege/sciences-et-technologie/etudes-des-materiaux/lotde-11-plaques-de-rechange-189418.html
JE M'INTERROGE
p. 165
Dérapage contrôlé !
« J’espère qu’il a de bons
pneus ! » En quoi un pneu peutil aider au freinage ?
➡ Ce vététiste va-t-il tomber ? Les propositions de réponses
peuvent être très variées mais vont souvent se rapporter à
l’élément déterminant dans cette situation : le pneu. On observe ici un pneu à structure crampon, large et bombé.
➡ Relance possible : L’enseignant-e demande aux élèves
d’imaginer différentes situations dans lesquelles un cycliste pourrait être amené à freiner et tourner : « Sur quels
types de terrains est-ce le plus difficile de freiner ? Comment
le pneu nous permet-il de mieux freiner ? »
Les élèves peuvent alors proposer des paramètres qui varient comme le matériau du sol, la forme du pneu (lisse,
avec crampons, avec clous), le matériau du pneu (bois,
métal, caoutchouc...).
Le but de cette réflexion orale est d’amener l’élève à dire
que le matériau d’un pneu est un élément essentiel qui
198
CHAPITRE 12
détermine son efficacité dans une situation donnée. Le
but de la mission est de faire découvrir les propriétés d’un
matériau, en se concentrant ici sur la notion d’adhérence.
• Les matériaux
Question technologique Comment choisir les
matériaux d’un pneu de vélo ? ➜ Aller à la mission 40.
Cette mission permet d’aborder progressivement la notion
de propriété des matériaux et principalement le lien fort
qui unit matériaux et objet technique. L’élève devra ici apprendre à justifier le choix d’un matériau pour réaliser une
pièce d’un objet en fonction des contraintes identifiées.
J'EXPÉRIMENTE
pour choisir le matériau
adapté
➡ Dans un premier temps, les élèves vont identifier sur la
vue 3D du pneu de vélo les éléments et le vocabulaire qui
sera utilisé pour les réponses aux questions. Le document 2,
plus difficile à aborder, propose une explication de l’adhérence. À travers l’étude du texte et du tableau, l’élève peut
observer que l’état de la route et du pneu influencent l’adhérence du pneu au sol. Il n’est pas nécessaire de réaliser
une analyse approfondie du document. Après avoir eu une
première approche théorique de l’adhérence, les élèves
vont proposer une expérience pour tester l’adhérence des
échantillons de matériaux fournis. Le document 3 propose
du matériel pour réaliser l’expérience.
Déroulé de l'expérience
1 Avant l’expérience
Hypothèses possibles :
• Il faut choisir le matériau le plus adhérent.
• Il faut comparer les matériaux pour choisir le meilleur.
2 L’expérience
Expérience attendue : on place les échantillons à la même
hauteur sur la plaque support et on l’incline doucement
jusqu’à ce que les matériaux commencent à glisser.
3 Résultats et interprétation
L’échantillon de gomme ou de caoutchouc est plus adhérent que les autres échantillons. Voici les résultats que
nous obtenons avec les échantillons présentés dans l’illustration (du moins adhérent au plus adhérent) : plexiglas
– cuivre – acier – PVC – bois – caoutchouc.
Réponses aux activités
1 Pour comprendre le terme « adhérer », l’élève doit lire
le texte du doc. 2 et comprendre que l’adhérence est liée
au contact du pneu sur la route. Le doc. 1 montre que la
bande de roulement est l’élément en contact direct avec la
route. Son matériau, l’épaisseur et la forme des crampons
joueront un rôle sur l’adhérence.
2
4 L’enseignant-e peut répartir sa classe en groupes et
assigner à chaque équipe une pièce du vélo aux élèves.
Le plus aisé est de reprendre la pédale, le rétroviseur et le
pneu. La pédale est en plastique, il faut qu’elle soit résistante (solide) car on appuie dessus avec beaucoup de force.
Elle est fabriquée en moulage, cela permet d’obtenir une
forme complexe. Le rétroviseur est en métal, c’est un matériau solide et esthétique par son côté brillant. La forme
du rétroviseur est obtenue par pliage du métal. Le pneu
est principalement en caoutchouc, il doit être adhérent à
la route, on le fabrique par moulage car c’est une forme
complexe.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les principales familles de
matériaux (sous-compétence : identifier leurs caractéristiques
et propriétés).
JE COMPRENDS
les propriétés
des matériaux du vélo
➡ Les images du document 4 sont des résultats de simulations de chocs sur un vélo. Les couleurs froides (bleu, violet)
représentent une déformation nulle ou faible, les couleurs
chaudes (rouge, orange) montrent les déformations importantes. Ici, le vélo a subi un choc fort sur la roue avant
(atterrissage après un saut).
➡ Le document 5 présente ici un test de crevaison en laboratoire. Le rôle du test est de valider les choix effectués
durant la conception, de comparer plusieurs solutions et
éventuellement d’apporter des modifications.
➡ Le document 6 expose le choix des matériaux pour
leurs propriétés sur d’autres parties du vélo. Les élèves diront peut-être que d’autres matériaux sont possibles (le
cadre peut être en carbone ou en acier, la selle en mousse
plastique, etc.). Il est alors intéressant de souligner que
plusieurs matériaux peuvent convenir mais que les critères
économiques sont aussi importants.
➡ Enfin, le document 7 aborde la notion de procédés de
mise en forme des matériaux en restant concentré sur
l’exemple du vélo. Trois procédés couramment utilisés
sont présentés, le perçage, le moulage et le pliage. L’intérêt de ce document est d’aborder la notion du choix d’un
matériau pour ses propriétés de mise en forme et de savoir
reconnaitre quelques procédés de mise en forme courants.
L’enseignant-e peut demander aux élèves s’ils voient
d’autres objets percés, moulés ou pliés dans la classe.
Réponses aux activités
3 La question est volontairement très ouverte, il y a de
nombreux exemples dans la partie « Connaissances scientifiques » de ce chapitre pour chacune des familles de matériaux. Il faut insister ici sur le fait qu’un matériau est choisi
pour ses propriétés, dont les propriétés de mise en forme.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier quelques propriétés des matériaux. ➜ Ici l’adhé­
rence, la résistance à la crevaison, la résistance aux chocs, la
formabilité.
● Justifier le choix d’une famille de matériaux pour réaliser une
pièce en fonction des contraintes identifiées. ➜ Ici la selle, le
cadre, les câbles et les pneus.
● Identifier quelques procédés de mise en forme ➜ Ici perçage,
moulage, pliage.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à décrire un matériau en utilisant ses
caractéristiques mais ne maitrise pas la notion de propriété.
➜ Débutant.
● L’élève parvient à citer une propriété pour un matériau
courant, il a compris la notion de propriété. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à faire le lien entre le choix d’un matériau et
ses propriétés. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à faire le lien entre le choix d’un matériau, ses
propriétés et son aptitude au façonnage. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Lorsque l’on veut fabriquer un objet, les choix des
matériaux que l’on va utiliser se font en fonction de ce
que l’on attend de l’objet final. Pour un pneu de VTT, on
attend que celui-ci soit résistant aux crevaisons, étanche
et qu’il adhère fortement à la route. Pour choisir un
matériau, on peut faire des tests comparatifs. La capacité
de mise en forme d’un matériau est également un critère
important dans le choix, car on ne pas fabriquer toutes
les formes que l’on veut avec n’importe quel matériau.
JE FAIS LE BILAN
p. 172
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 40 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Propriétés, adhérence, mise en forme des matériaux.
CHAPITRE 12
• Les matériaux
199
Mission 41 L’impact des matériaux sur l’environnement
Objectifs :
p. 170-171
✔Comprendre l’impact environnemental des matériaux
constituant un objet technique.
Travail
en
équipes
✔Identifier des solutions pour diminuer ces impacts.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
24 – 26.
Ressources complémentaires Fiche de travail guidé,
exemples d’affiches, aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p. 165
« Les déchets peuvent être
recyclés. Pas la nature. »
Quels sont les impacts de nos
objets sur la nature ? Comment
réduire ces impacts ?
IN FO
Question technologique Quel est l’impact des
matériaux sur l’environnement ? ➜ Aller à la mission 41.
+
Cette affiche provient d’une campagne publicitaire de
l’association WWF en 2015. L’association WWF est une des
plus importantes ONG environnementalistes du monde avec
plus de 5 millions de soutiens à travers le monde, travaillant
dans plus de 100 pays, et supportant environ 1 300 projets
environnementaux.
➡ Sur cette affiche, les élèves aperçoivent dans un premier
temps un grand cerf sur une montagne. Si ce n'est pas fait
naturellement, l’enseignant-e les incite alors à regarder
de plus près : cet animal est constitué d'objets de récupération et se tient sur une montagne de déchets. Les élèves
peuvent être perturbés par la phrase en anglais figurant au
bas de l’affiche, mais la traduction a été donnée dans le titre
du document : « Les déchets peuvent être recyclés. Pas la
nature. » Cette affiche est assez parlante pour les élèves,
qui identifient rapidement les déchets et comprennent
les conséquences que ceux-ci peuvent infliger à la nature.
L’environnement n’est pas une poubelle, la mauvaise gestion des déchets peut entrainer une pollution importante
de l’environnement, de la flore, ici représentée par la montagne, et de la faune représentée par le cerf. Le but est de
montrer à quel point trier, récupérer et recycler ses déchets
est un enjeu clé pour le maintien de l’écosystème et de son
équilibre.
➡ Relance possible : « Qu’est ce que le recyclage ? »
200
CHAPITRE 12
Les élèves vont peut-être confondre la récupération, le tri
et le recyclage, et pourront alors proposer que trier c’est
recycler. Ils pourront avoir quelques difficultés à se demander ce que le déchet va devenir. L’enseignant-e devra
alors aider les élèves à imaginer le futur du déchet : le déchet peut être détruit (brulé), il peut être réutilisé et ses
matériaux pourront servir à fabriquer de nouveaux objets.
La réflexion est construite sur l’impact que l’utilisation
d’objets techniques et de matériaux a sur l’environnement, et quelles sont les solutions existantes pour réduire
ces impacts. Il s’agit pour les élèves d’aborder des notions
essentielles à leur vie de futurs consommateurs et de comprendre que ces effets néfastes peuvent être diminués par
des choix de consommation, mais aussi plus en amont par
une démarche de conception des objets plus écologique et
respectueuse de l’environnement.
• Les matériaux
Les élèves maitrisent mal la question environnementale, ils
connaissent par leurs pratiques le tri sélectif mais imaginent
difficilement le devenir des objets après la poubelle. Lorsque
la question de l’impact des matériaux sur l’environnement
sera soulevée, ils se focaliseront sûrement sur les pollutions
liées à l’usage des objets (pollution des voitures) et à la fin de
vie des objets (jeter ses déchets dans la nature). Il s’agit alors
pour l'enseignant-e d’élargir le champ de réflexion en s’appuyant sur le schéma du cycle de vie d'un objet par exemple.
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. L’impact des matériaux
➡ La première équipe travaille principalement sur les impacts liés à la consommation de matières premières, sa
transformation en objets techniques et l’usage de ces objets.
➡ Le document 1 montre une culture d’hévéas. On peut relever et expliquer l’expression « culture intensive » utilisée
en légende de la photo et demander ce que cette expression évoque à l’élève.
➡ Les machines que l’on peut voir dans l’usine du document 2 permettent de sensibiliser les élèves à la consommation d’énergie que peut demander la production d’un
objet. Dans le cas des pneus, le procédé de vulcanisation
(cuisson du caoutchouc) consomme beaucoup d’énergie,
jusqu’à 17 000 kilowattheures annuels, soit la consommation annuelle de presque 8 000 personnes.
➡ Le document 3 permet de sensibiliser les élèves à la pollution liée à l’usage (ou à l’utilisation) des objets. Les élèves
peuvent dire que ce sont les gaz d’échappement qui sont
responsables de cette pollution, à cause de la fumée ambiante. Il serait intéressant d’évoquer ici le rôle des particules
fines, car c’est un sujet régulièrement abordé dans l’actualité.
ÉQUIPE 2. Réduire l’impact des matériaux
➡ La deuxième équipe se concentre sur la fin de vie des objets. Ils vont identifier ce que deviennent les objets lorsque
l’on n’en a plus besoin et découvrir plusieurs solutions de
valorisation/réutilisation à travers l’exemple du pneu.
➡ Le document 4 permet de montrer ce que sont les
décharges sauvages et le caractère polluant de cette solution pour la fin de vie des objets. En France, les incinérateurs ont peu à peu remplacé ces décharges à ciel ouvert,
mais la question de la pollution de l’air par les fumées de
ces énormes fours reste tout de même d’actualité.
➡ La valorisation énergétique des pneus (doc. 5), et plus
largement la valorisation des déchets, est utilisée lorsque
les matériaux ne sont pas recyclables. La chaleur produite
par ce combustible est alors transformée en électricité ou
utilisée pour le chauffage urbain. Cette nouvelle méthode
qui transforme les déchets en énergie est intéressante car
elle permet de ne pas utiliser de ressources fossiles comme
le gaz, le charbon ou le pétrole, et évite de produire des
déchets toxiques comme ceux du nucléaire.
➡ Le document 6 traite de la valorisation des matériaux et
donc du recyclage du pneu. Ici, le caoutchouc des pneus
est broyé en granulats pour fabriquer des sols d’aires de
jeux ou le gazon synthétique des terrains de sport. D’autres
utilisations de ces granulats peuvent être présentées : pour
le secteur agricole (soutien des bâches d’ensilage), murs de
pneus anti-avalanches/chute de pierre, sous-couches de
routes, objets moulés (ex. : roues de caddies).
➡ Le rechapage des pneus, lorsqu’il est possible, est une
bonne solution car il limite la consommation de matière première en réutilisant une partie du pneu. C’est une technique
qui consiste à remplacer la bande de roulement d’un pneu
usagé par une nouvelle bande. Après examen des pneus
usagés, ceux considérés comme réutilisables subissent un
traitement de raclage et de brossage pour éliminer l’ancienne bande de roulement. Ensuite, le gommage remplace
les éléments supprimés par une nouvelle bande de gomme.
Cet exemple permet d’aborder la question de la réutilisation et de la répartition de nos objets en fin de vie.
Mise en commun
Une mise en commun est effectuée à l’oral afin que l’ensemble de la classe puisse aborder l’ensemble du cycle de
vie de l’objet et identifier quelques impacts liés aux diffé-
rentes phases de vie d’un produit.
Il ne s’agit pas de connaitre et de maitriser plusieurs
exemples de façon précise mais d’admettre ici que l’utilisation d’objet n’est pas sans conséquences et donc que le
consommateur au même titre que le fabricant (et vendeur)
ont une responsabilité dans leurs choix et leurs pratiques.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Identifier les principales familles de
matériaux (sous-compétence : identifier l’impact environne­
mental).
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Savoir que l’utilisation des matériaux a des impacts
environnementaux. ➜ Pollution à l’extraction des matières
premières, à la transformation, à l’utilisation.
● Proposer quelques solutions pour limiter ces impacts
➜ valorisation, recyclage et réutilisation.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève sait que les matériaux peuvent avoir des impacts sur
l’environnement mais ne sait pas expliquer lesquels. Il-elle
n’imagine pas de solution pour les éviter. ➜ Débutant.
● L’élève connait quelques impacts environnementaux mais
ne connait pas les solutions pour les éviter ou inversement.
➜ Apprenti.
● L’élève connait quelques impacts environnementaux et
propose des solutions permettant de réduire ces impacts.
➜ Confirmé.
● L’élève est capable pour un objet donné de déterminer les
impacts et de proposer des solutions pour les limiter. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Extraction
des matières
premières
Utilisation
de certains
objets
Fabrication
d’objets
Impacts environnementaux :
pollution, déforestation, ...
Solution pour réduire
ces impacts
Valorisation
JE FAIS LE BILAN
Recyclage
Réutilisation
p. 172
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 41 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Recyclage, réutilisation, valorisation, déchets, cycle de vie.
CHAPITRE 12
• Les matériaux
201
les sciences autrement
sciences & Sport
a course à la performance
L
Cette activité est liée aux missions 39 et 40 sur les matériaux
en général et le choix d’un matériau pour ses propriétés.
Les matériaux et la technologie influencent énormément
les pratiques et les performances sportives. L’exemple de
la combinaison des nageurs permet d’aborder le biomimétisme, c’est-à-dire le fait de s’inspirer de la nature dans la
recherche de solutions techniques.
Activités pour la classe
● Après lecture du document, il est possible de se demander dans quels autres domaines l’être humain a mimé les
caractéristiques de la nature. Pour exploiter les documents
présentés, on peut rester dans le domaine du sport en demandant à l’élève de retrouver de la peau de quel animal
s’inspire la combinaison de natation.
● Dans un second temps, pour élargir les applications du
biomimétisme, un exercice rapide et illustré est disponible
sur le site compagnon
. Les élèves doivent y associer
les sources d’inspirations naturelles aux objets inspirés (par
exemple : carton alvéolaire inspiré de la structure du nid
d’abeille).
sciences & Informatique
Algodoo Les sciences interactives !
Cette activité est liée à la mission 40 sur les propriétés
des matériaux, elle permet de donner un aperçu de ce que
peut être la simulation logicielle très utilisée de nos jours,
principalement pour des raisons économiques et de gain
de temps pour effectuer des choix de conception.
●
Algodoo est un logiciel de simulation physique très impressionnant, c’est la version ludique, gratuite et allégée
d’un logiciel de simulation professionnel utilisé par les ingénieurs et concepteurs d'objets ou systèmes complexes.
●
Le site http://www.algodoo.com propose également « algobox », une bibliothéque de scènes créées sur algodoo et
partagée par les utilisateurs du monde entier. On y trouve
par exemple des jeux, des simulations de grands 8, de
crash-tests ou encore de chasse d’eau de WC !
p. 174-175
Activités pour la classe
● Les fichiers permettant de simuler l’ascension d’une côte
avec une voiture équipée de roues en bois, en caoutchouc
ou encore en acier peuvent être trouvés sur le site compagnon
. On peut lancer la simulation et tracer une ligne
à l’endroit le plus haut que la voiture a atteint et recommencer l'expérience avec un autre matériau. Ainsi, il sera
facile pour l’élève de comparer les hauteurs atteintes et de
trouver le matériau le plus approprié pour l’adhérence des
pneus dans une montée.
Un tutoriel simple permettant de vous familiariser avec
l’interface du logiciel Algodoo est également présent sur
le site compagnon de cet ouvrage
.
●
● Cette activité est idéale pour travailler la compétence
« Utiliser des outils numériques pour simuler des phénomènes ».
Suivi d'acquisition des compétences
Mobiliser des outils numériques ● Utiliser des outils
numériques pour simuler des phénomènes.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Lancer et stopper la simulation. ➜ Ici, l’élève peut simuler
l’adhérence d’un pneu sur une pente.
● Changer les conditions de simulation en modifiant le modèle.
➜ Ici, changer les matériaux du pneu, et relancer la simulation
afin d’observer les différences.
● Choisir un matériau pour le pneu en le justifiant. ➜ Ici, mettre
en lien les résultats de la simulation avec le choix d’un matériau.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève parvient à changer le matériau des pneus de la
voiture mais a besoin d’aide pour lancer et interpréter la
simulation. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à changer le matériau des pneus de la
voiture. Il-elle propose un matériau adapté (le caoutchouc).
●
➜ Confirmé.
L’élève parvient à changer le matériau des pneus de
la voiture et relève les résultats de la simulation. Il-elle
propose un matériau adapté (le caoutchouc). ➜ Expert.
●
●
● On peut également utiliser ce logiciel pour la compréhension de systèmes à engrenages, de poulies, de circulation
de fluides, on trouve facilement des activités didactisées
sur Internet et dans les exemples fournis avec le logiciel.
202
CHAPITRE 12
• Les matériaux
ATELIER
des
sciences
Du plastique...fait maison !
On peut rapprocher cette activité des missions 39 et 41
permettant d’aborder les bioplastiques et l’impact environnemental. En effet, cette expérience ludique permet de
montrer concrètement qu’il y a des moyens autres que le
pétrole pour créer du plastique.
Principe chimique
● La matière principale de ce « plastique » est une protéine,
la caséine, qui constitue la plupart des protéines du lait.
C'est une très longue molécule insoluble dans l'eau. Cependant plusieurs s'assemblent en pelote, appelées micelles,
pour former un mélange stable et homogène dans le lait.
L’ajout d’une substance acide comme le vinaigre bouscule
cet équilibre jusqu’à faire précipiter les molécules en petits
tas blancs au fond du récipient.
Pourquoi ? Bien qu'insoluble, la caséine est stabilisée
dans l'eau contenue dans le lait, notamment parce que
ses charges électriques négatives s'associent avec les ions
calcium positifs du lait. En ajoutant du vinaigre, donc des
charges positives, des parties de la protéine se chargent positivement. L'équilibre précédent est rompu et le bel édifice
stable se désagrège et devient tout à fait insoluble. La caséine
« tombe » en grumeaux blancs. Une fois filtrée et séchée, les
molécules se lient entre elles via leurs parties hydrophobes,
comme des scratchs, ce qui crée un objet très dur.
(source : Sciences & Avenir)
●
à la réaction chimique du vinaigre avec le lait. Il est conseillé de laisser sécher le plastique au soleil plutôt que de le
mettre au micro-ondes comme on peut parfois trouver sur
Internet. Une fois séché et durci, les élèves peuvent alors
peindre ou colorier les pièces ainsi créées.
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 39 – Rébus
Céramique (C-rat-mie-queue).
Mission 40 – Charade
Matériau (Mat-thé-Rio).
Mission 41 – Cherche l’intrus
1re série : « perte » est l’intrus, les autres mots sont des
étapes du cycle de vie.
2e série : « abandonner » est l’intrus, les autres mots sont
des solutions pour réduire l’impact environnemental d’un
objet ou d’un matériau en fin de vie.
Activités pour la classe
L’expérience fonctionne bien et peut se révéler très ludique,
mais il faut s’attendre tout de même à une forte odeur due
CHAPITRE 12
• Les matériaux
203
CHAPITRE
13
La conception et la réalisation
d'un objet technique
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire
une solution technologique répondant à un besoin
Connaissances et compétences associées
Notion de contrainte.
Recherche d’idées (schémas, croquis...).
Modélisation du réel (maquette, modèles géométrique
et numérique), représentation en conception assistée par
ordinateur.
Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation
(outils, machines).
Choix de matériaux.
Maquette, prototype.
Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement).
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
En groupe, les élèves sont amenés à résoudre un problème
technique, imaginer et réaliser des solutions techniques en
effectuant des choix de matériaux et des moyens de réalisation.
Les élèves traduisent leur solution par une réalisation matérielle
(maquette ou prototype).
Ils utilisent des moyens de prototypage, de réalisation, de
modélisation. Cette solution peut être modélisée virtuellement à
travers des applications programmables permettant de visualiser
un comportement. Ils collectent l’information, la mettent en
commun, réalisent une production unique.
Repères de progressivité
En CM1 et CM2, l’investigation, l’expérimentation, l’observation du fonctionnement, la recherche de résolution de problème
sont à pratiquer afin de solliciter l’analyse, la recherche, et la créativité des élèves pour répondre à un problème posé. Leur
solution doit aboutir la plupart du temps à une réalisation concrète favorisant la manipulation sur des matériels et l’activité
pratique. L’usage des outils numériques est recommandé pour favoriser la communication et la représentation des objets
techniques.
Introduction pour l'enseignant-e
Par l’observation du réel, les sciences et la technologie
suscitent les questionnements des élèves et la recherche
de réponses. Par le recours à la démarche d’investigation,
les sciences et la technologie apprennent aux élèves à observer et à décrire, à déterminer les étapes d’une investigation, à établir des relations de cause à effet et à utiliser
différentes ressources. Les élèves apprennent à utiliser
leurs connaissances et savoir-faire scientifiques et technologiques pour concevoir et pour produire. Ils apprennent
également à adopter un comportement éthique et responsable et à utiliser leurs connaissances pour expliquer
des impacts de l’activité humaine sur la santé et l’environnement.
Connaissances scientifiques
Avant de produire un objet technique, les phases d’analyse
et de conception permettent de formaliser les étapes pré204
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
liminaires du développement d’un objet technique afin de
rendre ce développement fidèle au besoin initial. La phase
d’analyse permet de lister les résultats attendus en termes
de fonctionnalités, de performance, de robustesse, de
maintenance, de sécurité... La phase de conception permet de décrire de manière non ambigüe, le plus souvent
en utilisant la modélisation numérique, le fonctionnement
futur de l’objet technique, afin d’en faciliter la réalisation.
Lors de la phase de production d’un objet technique, des
procédés de fabrication sont employés. Ce sont les techniques visant l’obtention d’une pièce ou d’un objet par
transformation de matière brute. Obtenir la pièce désirée
nécessite parfois l’utilisation successive de différents procédés de fabrication.
Les techniques d’assemblage ne font pas partie des procédés de fabrication. Elles interviennent une fois que les
différentes pièces ont été fabriquées.
d’un objet technique
employés sont, la plupart du temps, le plastique, le papier,
le carton et le bois. Les procédés de fabrication correspondants sont principalement le découpage et le pliage.
Notion de contrainte
• Une fois les pièces obtenues, il faut les assembler.
1 Les étapes de la réalisation
• Pour répondre à un besoin, un objet technique ne doit pas
Vis
seulement assurer des fonctions. Il doit aussi respecter des
contraintes. Celles-ci peuvent être :
- liées au fonctionnement (ex : assurer les fonctions techniques attendues) ;
- liées au développement durable (ex : être constitué de
matériaux recyclables) ;
- liées à la sécurité (ex : respecter des normes de sécurité) ;
- liées à l’esthétique (ex : avoir des formes modernes) ;
- liées à l’ergonomie (ex : servir à un droitier comme à un
gaucher pour des ciseaux pour personnes ambidextres) ;
- économiques (ex : avoir un cout de revient inférieur à x €).
Vis
Rondelle
Écrou
Rondelle
Vissage (démontable)
Boulonnage (démontable)
Réalisé à l’aide de vis
choisies en fonction des
matériaux à assembler.
Une vis et un écrou que
l’on vient serrer.
•
Ces contraintes limitent les solutions techniques possibles. Elles figurent dans le cahier des charges de l’objet
technique à concevoir.
Colle
Recherche d’idées (schémas, croquis ...)
• Après avoir bien identifié les contraintes, les concepteurs
cherchent des solutions permettant d’y répondre :
- recherche d’idées de formes, de solutions techniques ;
- représentation du projet à l’aide de croquis, de schémas,
de dessins cotés, de maquettes réelles ou virtuelles (maquettes numériques en 3D) ;
- choix des matériaux et des moyens de réalisations (ex :
découpage aux ciseaux).
La solution retenue est celle qui permettra de répondre
au mieux aux différentes contraintes.
•
Collage (indémontable)
Un liant permet de fixer
deux pièces entre elles.
Doc 1. Principaux procédés d’assemblage pouvant être employés à l’école.
•
À ces procédés, on peut rajouter le rivetage : assemblage
de deux pièces à l’aide d’un rivet déformé à l’aide d’une
pince à rivets (indémontable).
Rivet
Processus, planning, protocoles, procédés
de réalisation (outils, machines)
•
La modélisation n’est qu’une première étape. Il faut ensuite prévoir un processus de réalisation pour définir les
opérations de fabrication des pièces, organiser leur fabrication, puis leur assemblage.
Pour chaque pièce, il faut définir les outils, les machines
nécessaires et répartir les tâches au sein des équipes. Une
planification dans le temps (planning) des étapes de réalisation est alors effectuée.
2 Les techniques
• Un procédé de fabrication est un ensemble de tech-
niques visant l’obtention d’une pièce ou d’un objet par
transformation de matière brute. Obtenir la pièce désirée nécessite parfois l’utilisation successive de différents
procédés de fabrication.
•
Dans l’industrie, il existe une multitude de procédés
(perçage, découpage, pliage, ...) en fonction de la forme recherchée et du matériau employé. À l’école, Les matériaux
Doc 2. Principe du rivetage.
3 Le choix des matériaux
•
Pour réaliser un objet technique, on doit choisir le matériau qui conviendra le mieux. Il est nécessaire de faire la
liste des caractéristiques de chaque matériau possible. On
détermine ainsi lequel représente le meilleur compromis.
Matériau
Bois
Carton
Découpage
Pliage
Collage
Cout
Recyclage
Facile
Difficile
Oui
Moyen
Oui
Très facile
Très
facile
Oui
Faible
Oui
Aluminium
Assez facile Facile
Non
Important Oui
Mousse
Très facile
Difficile
Non
Faible
Non
PVC
expansé
Facile
Facile
Oui
Faible
Non
Doc 3. Caractéristiques des matériaux principalement utilisés.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
205
•
D’autres propriétés physiques du matériau vont être
prises en compte comme la densité, la dureté, la conductibilité thermique et électrique.
4 Maquette et prototype
• Une maquette est une représentation partielle ou complète d’un système ou d’un objet (existant ou en projet)
afin d’en tester et valider certains aspects et/ou le comportement (maquette fonctionnelle).
La maquette peut être réalisée en deux ou trois dimensions,
à une échelle donnée, pour en faciliter la visualisation.
• Une maquette numérique est une maquette virtuelle ob-
tenue avec un logiciel de C.A.O. Cette modélisation permet :
- de visualiser l’objet en volume ;
- d’analyser le fonctionnement d’un mécanisme ;
- d’effectuer des simulations (notamment sur la résistance
des matériaux) afin d’anticiper d’éventuels problèmes ;
- de réaliser des plans ;
- de gérer de grands assemblages de pièces.
On peut ainsi valider les solutions techniques.
Après avoir modélisé l’objet sur un logiciel de C.A.O., on
peut exporter le fichier obtenu dans un logiciel destiné
au pilotage d’une imprimante 3D par exemple. On obtient
ainsi rapidement un prototype.
La maquette numérique est aujourd’hui très employée
dans l’industrie car elle permet bien souvent des économies de temps et d’argent.
•
La réalisation d’un prototype est une des phases de la
conception d’un objet, d’un produit. Il suit une première
phase d’études conclue par la maquette.
Il est le premier exemplaire réalisé d’un objet technique
pour tester sa conformité et son bon fonctionnement.
Il peut être réalisé en un ou plusieurs exemplaires afin de
permettre des tests pour :
- valider les choix faits lors de la conception de l’ensemble ;
- échanger ou acquérir de l’expérience sur un produit ;
- préparer des données de retour d’expériences utiles pour
valider des hypothèses ;
- élaborer de nouvelles formules de produits ;
- tester les réactions de futurs utilisateurs ou consommateurs.
Commentaire. Les objectifs de la maquette et du prototype
sont donc différents. La maquette sert à représenter l’objet
alors que le prototype sert à effectuer des tests. La maquette
ne respecte pas les dimensions définitives et peut être réalisée
dans n’importe quel matériau. Le prototype est à l’échelle et fait
dans le matériau retenu lors de la recherche de solutions pour
être mis en condition de tests.
5 Vérification et contrôles
(dimensions, fonctionnement)
• Le prototype va permettre d’effectuer différentes vérifi-
cations sur l’objet pour vérifier qu’il répond bien au besoin
et exigences identifiés au départ du projet.
206
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
•
Dans l’industrie, le contrôle est une opération destinée
à déterminer, avec des moyens appropriés, si le produit
contrôlé est conforme ou non à ses spécifications ou exigences préétablies et incluant une décision d’acceptation,
de rejet ou de retouche.
•
Il existe des contrôles non destructifs (mesures dimensionnelles, contrôles électriques ou de couleurs...) et des contrôles
destructifs. Dans ce cas, il n’est pas possible de contrôler une
caractéristique sans détruire le produit à contrôler.
Exemple de tests non destructifs : test de vérification du
bon fonctionnement de l’objet, test de résistance en le
soumettant à des efforts répétés.
Exemples de tests destructifs : crash-test automobile pour
observer la déformabilité de la voiture et sa capacité d’absorption des chocs ; tests de passage au feu pour un jouet
pour mesurer la rapidité de la propagation de la flamme. Si
le jouet prend feu trop rapidement, il ne sera pas conforme
à la règlementation européenne (norme CE) et ne sera pas
commercialisé.
•
À l’école, on va réaliser quelques tests de fonctionnement et de conformité au cahier des charges. On réalise
ainsi une « réplique », en plus simple, des processus industriels. On procèdera par exemple à un contrôle visuel de
l’aspect de l’objet réalisé. On vérifiera aussi le bon fonctionnement de l’objet. On réalisera des contrôles dimensionnels à l’aide d’outils adaptés tel qu’un mètre-ruban,
un réglet, un rapporteur pour mesurer un angle ou bien un
pied à coulisse pour une mesure plus précise.
Éléments de didactique
La production d’objets techniques, si elle est faite à partir
de fiches guides trop fermées, est de l’ordre de l’activité
« occupationnelle ». La réalisation d’objets en laissant le tâtonnement possible aux élèves dans le choix des solutions
techniques se rapproche plus du travail de l’ingénieur-e
concepteur et ouvre surement davantage l’esprit des enfants sur le monde des objets dans lequel ils vivent. C’est
pourquoi, il est essentiel d’entreprendre une démarche de
conception avant la production de l’objet technique.
1 Difficultés liées à l’étape
de conception d’un objet technique
•
Lors des phases d’analyse et de conception, il est essentiel pour l’élève de bien définir le besoin et relever les
contraintes liées au projet de réalisation, sans quoi l’élève
peut imaginer une production très ingénieuse mais qui ne
répond pas du tout ou que partiellement au besoin initial. Il faut donc s’assurer que l’élève connait le cahier des
charges du projet que ce soit en termes de fonctionnalités
de l’objet, de performances, de cout de réalisation, d’aptitude au recyclage, de sécurité...
• Le besoin et les contraintes doivent figurer dans un ca-
hier des charges qui peut être donné à l’élève, ou être rédigé conjointement avec l’élève comme ce peut être le cas
entre un demandeur et le concepteur.
tériaux, trop complexes à mettre en forme, ne pourront pas
être utilisés. Le choix des matériaux se fera en fonction de
ses bonnes aptitudes à être découpé, plié, collé, recyclé,
mais aussi de son cout ...
• Très souvent, l’élève néglige cette étape d’analyse et
de conception pour passer rapidement à l’étape suivante :
la production de l’objet technique. Il est pourtant essentiel que l’élève, une fois s’être bien approprié le cahier des
charges, se lance dans une phase de recherches de solutions techniques. L’élève devra notamment comprendre
qu’il n’y a pas une unique solution technique mais qu’il en
existe plusieurs. Il s’agit bien alors de comparer ces solutions, de lister les avantages et inconvénients de chacune, de voir celle qui répond au mieux au besoin et aux
contraintes notifiés dans le cahier des charges. C’est seulement ainsi qu’il-elle pourra justifier ses choix.
•
Une autre difficulté rencontrée par l’élève va être de représenter ses idées lors de la phase de recherches. Pour
cela, différentes représentations peuvent être utilisées en
fonction des gouts et aptitudes de chacun : le croquis, le
schéma, la maquette. Très souvent, les élèves confondent
le croquis (dessin à main levée sans recherche de détails)
et le schéma (dessin simplifié). Il est donc nécessaire de
bien redéfinir les différences entre ces deux représentations avec l’élève. On peut aussi présenter ses idées à
l’aide d’une carte mentale qui permet aux membres d’une
équipe de partager et d’ordonner les différentes idées.
•
Enfin, lors de la phase de conception, l’élève va devoir
choisir des matériaux et des procédés de fabrication. Il est
essentiel de ne pas le ou la limiter dans sa recherche d’idées
mais de lui expliquer que, à l’école, nous ne disposons pas
de tous les procédés de fabrication existants. Certains ma-
2 Difficultés liées à l’étape
de production d’un objet technique
• Très souvent, l’élève confond la maquette et le proto-
type. Il est essentiel de lui dire qu’une maquette est une
représentation souvent partielle de l’objet, la plupart du
temps à échelle réduite (mais parfois agrandie pour faciliter la visualisation de détails) et que le matériau employé
n’est souvent pas celui utilisé pour la réalisation finale. Le
prototype en revanche est le premier exemplaire de l’objet
technique à la bonne échelle, avec le matériau choisi, afin
de tester la conformité de l’objet au cahier des charges et
d’analyser son fonctionnement.
• Une des difficultés va être de définir un processus de
fabrication pour l’objet. Pour cela, l’élève peut réaliser un
planning de réalisation qui ordonne les étapes de fabrication des pièces et d’assemblage.
•
Une autre difficulté va être de respecter des règles de
sécurité. Il faudra donc les rappeler avant toute opération
manipulatoire d’outils ou de machines potentiellement
dangereux.
• Lors de la phase de vérification et de contrôle, les dif-
ficultés vont être lors de la prise de mesures. Il peut donc
être bon de réexpliquer la graduation d’un outil de mesure.
Par exemple, un mètre ruban permet des mesures avec 1 à
2 mm de précision, tandis qu’un pied à coulisse permet des
mesures avec 0,01 à 0,02 mm de précision.
Bibliographie / Webographie
•
• R. Thompson, Design, les procédés de fabrication, Vial éditeur, 2012.
• Ressources Eduscol - Sciences et technologie Cycle 3, Approfondir ses connaissances
C. Lefteri, Procédés de fabrication & design produit, Dunod, 2014.
– « Relations formes, fonctions et procédés »
https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Materiaux_et_objets_techniques/53/5/01RA16_C3_SCTE_3_relations_formes_fonctions_procedes_618535.pdf
– « Aptitude au façonnage, valorisation »
https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Materiaux_et_objets_techniques/54/5/06-RA
16_C3_SCTE_3_aptitude_faconnage_valorisation_618545.pdf
– « Représentation en conception assistée par ordinateur, modélisation du réel »
https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Materiaux_et_objets_techniques/53/7/02RA16_C3_SCTE_3_representation_modelisation_reel_618537.pdf
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
207
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Mission 42
Notion de contrainte.
Créer un objet répondant
à un cahier des charges.
Comprendre le fonctionnement
d’un objet.
Créer une structure de pont
résistante.
Réaliser un prototype : choix des
matériaux, respect du planning.
Réaliser des tests
de fonctionnement.
Mission 43
Réaliser un char à voile.
Mission 44
Réaliser une maquette
du changement de vitesse du vélo,
faire des tests de fonctionnement.
Commentaire. Le choix des réalisations a
été fait en fonction de critères tels que :
- l’intérêt pour les élèves ;
- la faisabilité avec les moyens disponibles
à l’école primaire ;
- le faible cout du matériel nécessaire ;
- la possibilité de réutiliser le matériel
déjà disponible dans les établissements
du primaire ;
- la possibilité de réutiliser le matériel
d’une année à l’autre ;
- la diversité des thèmes : architecture,
véhicules roulants.
Réaliser un test de conformité.
Mission 45
Réaliser des tests sur le char à voile.
Aperçu général des missions
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Question
technologique
Contenus
Compétences travaillées
Mission 42
Comment
concevoir
et réaliser
une structure
résistante ?
• Notion de contrainte.
• Recherche d’idées
(schémas, croquis...).
• Maquette, prototype.
• Vérification et contrôles.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant à un besoin.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer une mesure,
réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences réalisées.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un
vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique, tableau,
algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis, tableau,
graphique, texte).
Mission 43
Comment
réaliser
le système
de propulsion
d’un char
à voile ?
• Processus, planning,
protocoles, procédés
de réalisation (outils,
machines).
• Choix de matériaux.
• Maquette, prototype.
• Vérification et contrôles.
• Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant à un besoin.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer une mesure,
réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un
vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique, tableau,
algorithme simple).
• Utiliser des outils numériques pour communiquer des résultats.
Mission 44
Comment
fonctionne
le système
de changement
de vitesse ?
• Modélisation du réel
(maquette).
• Maquette, prototype.
• Vérification et contrôles.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs composants.
• Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant à un besoin.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer une mesure,
réaliser une expérience ou une production.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences
réalisées.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un
vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique, tableau,
algorithme simple).
Mission 45
Comment s’assurer de la conformité d’un objet
technique ?
• Vérification et contrôles
(dimensions,
fonctionnement).
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer une mesure,
réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un
vocabulaire précis.
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé, de
sécurité et d'environnement.
208
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
Mission 42 La conception d’un objet technique
p. 178-179
Objectifs :
✔Concevoir et réaliser une structure de pont résistante.
✔Comparer différentes solutions techniques.
✔Choisir celle qui répond au mieux à un cahier des charges.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
3 - 13 - 14 – 15 - 17.
Ressources complémentaires fiche ressource « Pont »
(schémas détaillés de ponts), document ressource « assemblage maquette pont », aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par groupe d’élèves (3 ou 4
élèves) : deux boites (exemple : boite à chaussures), des
pailles, des connecteurs, un mètre ruban, des ciseaux, du fil.
Commentaire. Le matériel utilisé (pailles, connecteurs) provient
de l’entreprise A4 technologie disponible aux liens suivants :
http://www.a4.fr/paquet-de-100-pailles-rouges-longueur200-mm.html
http://www.a4.fr/panoplie-de-70-connecteurs-blanc-pourstructure-paille.html
Ce matériel présente l’intérêt d’être bon marché (cout de
revient d’une maquette estimé à 10 €), très simple à assembler,
sans danger, très modulable. Par ailleurs, les maquettes
sont démontables et le matériel est ainsi réutilisable l’année
suivante. L’utilisation de planchette de bois (Kapla) peut aussi
être envisagée. Cette solution est néanmoins plus couteuse.
➡ L’enseignant-e veillera à préparer les différentes suggestions d’assemblages du document 1 page 178. Chaque
groupe disposera sur sa table des trois structures de base
nécessaires pour relever le défi. Les élèves pourront ainsi
bien les observer et les manipuler. Ils-elles seront autorisé-e-s à utiliser les structures mises à leur disposition pour
réaliser leur maquette.
Commentaire. L’enseignant-e demandera à ses élèves, à la
fin de ce travail, de désassembler leur maquette en laissant
assemblées les trois structures de base. Celles-ci seront ainsi
prêtes pour l’année suivante.
➡ On recueille les réponses des élèves. L’objectif est de
mettre en avant le fait qu’il est nécessaire de rechercher
des solutions techniques pour rigidifier une structure. Cela
passe par le choix du type de structure en fonction de différentes contraintes.
➡ Relance possible : « Selon vous, qu’est-ce qui l’a rendu
résistant ? » La réponse attendue des élèves est la suivante :
des matériaux solides, une structure métallique, des câbles
métalliques.
➡ Relance possible : « Est-ce que tous les ponts ressemblent à celui-ci ? ». La plupart des élèves vont répondre
« Non ». Ce qui permet d’interroger sur les différences
entre les ponts : « Qu’ont-ils de différents ? »
Les élèves devraient avoir vu des ponts assez divers : « Celui
que je connais est en bois », « Le pont que je connais est en
pierre », « Celui que je connais a des arches », « Sur celui que
je connais, il y a une autoroute qui y passe »...
➡ Relance possible : « Comment explique-t-on qu’il existe
autant de ponts différents ? »
Les réponses attendues sont : cela dépend de l’époque, de
la hauteur et de la largeur de l’obstacle à franchir, de la
charge à supporter
L’enseignant-e pourra alors conclure : « Il existe différents
types de ponts. Pour être résistants, différentes structures
et matériaux sont utilisés. Cela dépend de l’époque, de la
taille de l’obstacle à franchir et de la charge à supporter ».
Et déboucher sur la question :
Question technologique Comment concevoir et réaliser une structure résistante ? ➜ Aller à la mission 42.
J'EXPÉRIMENTE
JE M'INTERROGE
p. 176
Terrifiante passerelle en verre
« Avant son ouverture aux piétons, une voiture a roulé sur ce pont
suspendu pour prouver la solidité de
sa structure. » Mais comment être
certain qu’un pont est résistant ?
la construction
d’une maquette de pont
Commentaire. Il s’agit bien ici d’une maquette car cette
réalisation est à échelle réduite et le matériau utilisé (exemple :
des pailles en plastique) n’est pas celui que l’on choisirait pour
la réalisation d’un pont. Cependant, l’objectif de cette maquette
est de réaliser des tests de résistance. Ceci n’est pas le rôle d’une
maquette mais plutôt d’un prototype (rappel : le prototype
permet de réaliser des tests pour valider les choix faits lors de
la conception). Il est évident que, dans le cadre scolaire, un
prototype de pont avec une structure métallique ou en béton
armé ne pourrait être réalisé pour effectuer des tests.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
209
Déroulé de l'expérience
Quelques exemples de réalisation possibles sont présentés
ici.
1 Avant de réaliser la maquette
3 Résultats et interprétation
L’enseignant-e pourra projeter ou mettre à disposition les
deux schémas de ponts fournis dans le fiche ressource
« Pont » (pont à arc et pont à haubans). Ils permettent de se
familiariser avec le vocabulaire assez technique liés aux ponts.
L’enseignant-e incitera les élèves à observer et manipuler les
suggestions d’assemblages en réalisant des tests de rigidité.
On pourra au préalable questionner les élèves sur ce qu’est la
rigidité et sur les tests qui peuvent être pratiqués (réponses attendues : observer les déformations des structures lorsqu’on
lui applique une charge, avec la main par exemple). Les élèves
devraient s’apercevoir que la suggestion 1 (plate) se déforme
très facilement. La suggestion 2 (cubique) est plus rigide mais
se déforme lorsqu’on lui applique un effort de compression
avec la main. La suggestion 3 (triangulaire) est la plus résistante aux efforts de compression.
En observant la maquette réalisée par Yanis et Emma, on
se rend compte que le pont a été réalisé avec une forme
plate qui représente le tablier du pont. Rien n’a été prévu
pour rigidifier la structure. Il va falloir prévoir des piles pour
supporter la charge de 1 kg. Ces piles peuvent être réalisées
avec l’assemblage 3 (forme triangulaire) qui est celui qui
résiste le mieux aux efforts de compression.
Les trois réalisations précédentes permettent de relever le
défi. Cependant, la solution 1 est, sans aucun doute, la plus
simple à réaliser. Il est donc vivement conseillé de diriger les
élèves en difficulté, ne trouvant pas de solution, vers celleci. L’utilisation de fils pour réaliser les haubans complique la
maquette. La solution 3 est complexe à réaliser et demande
beaucoup plus de temps pour l’assemblage de l’arche.
2 Test de résistance de la structure
Après avoir assemblé sa maquette, l’élève va la soumettre
à la charge d’une bouteille d’un litre et observer son comportement.
Exemple 1 : pont à deux piles avec tablier renforcé.
Commentaires. 1. Il peut être intéressant de demander aux
élèves de comparer le temps passé pour réaliser la maquette,
le matériel utilisé et le résultat obtenu (défi relevé ou pas). Pour
cela un tableau peut être réalisé (voir tableau de la réponse 3).
2. Si aucun groupe n’a obtenu une structure résistante, on peut
suggérer aux élèves d’observer des images de structures treillis
telles que celle de la Tour Eiffel ou celle d’une grue.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Réaliser en équipe tout ou une
partie d’un objet technique répondant à un besoin.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Être capable de s’approprier un cahier des charges. ➜
Ici, relever dans le document 1 le besoin à satisfaire et les
différentes contraintes à respecter.
● Proposer une solution technique, réaliser un croquis. ➜ Ici,
proposer un mode d’assemblage avec les pailles et faire un
croquis de la maquette à réaliser.
● Choisir la solution qui répond le mieux au besoin et au cahier
des charges. ➜ Ici, vérifier que la solution technique envisagée
répond à chacune des contraintes du cahier des charges.
Exemple 2 : pont à haubans.
Exemple 3 : pont à arche.
210
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
● Réaliser une maquette et la tester. ➜ Ici, réaliser la
construction correspondante de la solution technique choisie
et faire le test de résistance avec une charge de 1 kg.
● Interpréter les résultats. ➜ Ici, je note le résultat obtenu et
j’en tire une conclusion sur la résistance de la maquette.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a besoin d’aide pour proposer une solution technique
et réaliser un croquis. Il-elle n’arrive pas à réaliser la maquette
correspondante et/ou la maquette ne répond pas au besoin et/
ou ne respecte pas le cahier des charges. ➜ Débutant.
● L’élève propose une solution technique et réalise un croquis.
Il-elle arrive à réaliser la maquette. La maquette ne répond
pas au besoin et/ou ne respecte pas le cahier des charges. ➜
Apprenti.
● L’élève propose une solution technique et réalise un croquis.
Il-elle réalise la maquette correspondante. Il-elle a besoin
d’aide pour réaliser les tests et/ou interpréter des résultats
d’expériences afin de vérifier qu’elle répond au cahier des
charges. ➜ Confirmé.
● L’élève propose une solution technique et réalise un croquis.
Il réalise la maquette correspondante. Il est capable d’effectuer
les tests et d’interpréter des résultats d’expériences afin de
s’assurer qu’elle répond au cahier des charges. Il-elle est
capable de proposer une autre solution technique si la première
ne répond pas au cahier des charges. ➜ Expert.
Réponses aux activités
1 Éléments respectés : faire la jonction entre deux boites
espacées de 70 cm, être faite de pailles en plastique (100
maximum) et de connecteurs (100 maximum), être démontable.
Élément non respecté : résister à une charge de 1 kg.
À noter : le temps mis par Yanis et Emma pour réaliser la
maquette n’est pas précisé. On ne peut donc pas savoir si
cet élément est respecté.
2 Les élèves doivent ici répertorier les solutions des autres
groupes qui répondent au cahier des charges. Ils doivent
réaliser un croquis de chaque solution ayant relevé le défi.
3 Les élèves comparent le temps passé et la quantité de
matériel utilisé.
La solution technique la plus économique en temps et en
matériel est l’exemple 1. Ils peuvent réaliser un tableau
comparatif reprenant les réponses aux questions 2 et 3.
Exemple :
Maquette de ...
Lola et Mohamed
Imène et Noé
Léa et Moussa
Croquis
parmi plusieurs solutions
techniques
➡ Le document 3 a pour but de présenter le cahier des
charges d’un projet de construction de pont. Le document
4 montre trois types d’édifice pouvant correspondre au
cahier des charges. Le choix va se faire en fonction des caractéristiques de chacun : portée, temps de construction,
résistance au vent, matériaux recyclables, garantie.
Commentaire. Il s’agit du cahier des charges du viaduc de Millau.
Lors de la correction de cette question 4, le professeur peut donc
montrer la solution technique retenue par les responsables du
projet à partir d’une image de ce pont à haubans mis en service
en décembre 2004.
Réponses aux activités
4 La solution technique retenue ne peut pas être le pont
à voutes en pierres car sa portée est très insuffisante (inférieure à 300 m).
Les deux autres types d’édifices peuvent répondre au cahier des charges. C’est le critère « résistance au vent » qui
va faire la différence. Ce critère est noté « excellent » pour
le viaduc en béton armé à haubans. C’est donc la solution
technique retenue.
LA TRACE ÉCRITE
• Pour concevoir et réaliser un objet technique, il faut
rechercher les solutions techniques qui répondent au
mieux à un cahier des charges.
• Plusieurs solutions techniques existent. Elles peuvent
être représentées par des croquis ou des maquettes.
• Pour réaliser une structure de pont résistante, on a choisi une structure en treillis (assemblages triangulaires),
éventuellement renforcée par des haubans (câbles).
JE FAIS LE BILAN
p. 186
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 42
à imprimer.
Temps passé
Quantité de
matériel utilisé
Défi relevé
JE CHOISIS
Oui
Oui
Non
Mots à savoir utiliser en contexte
Besoin, cahier des charges, concevoir, contrainte, solution
technique.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
211
Mission 43 La réalisation d’un prototype
p. 180-181
Objectifs :
✔Réaliser le système de propulsion d’un char à voile
pouvant être testé dans la mission 45.
✔Choisir des matériaux et des procédés de réalisations.
✔Respecter un planning de réalisation.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
13 - 17.
document ressource
« assemblage char », document ressource « assemblage
propulsion char », aide pour la trace écrite.
Ressources complémentaires
Manipulation Matériel par groupe d’élèves :
- du matériel de construction pour réaliser le char ;
- des matériaux : tissu, papier, film plastique (pour couvrir
les livres par exemple) ;
- du matériel de découpage : ciseaux, cutter (si vous disposez de gants anti-coupure) ;
- du matériel d’assemblage : ruban adhésif, fil, agrafeuse,
collier de serrage, pistolet à colle (si vous disposez de gants
de protection anti-brulure, pince à rivets...)
- un ventilateur ;
- un appareil pour prendre les photos nécessaires pour réaliser une affiche ou un diaporama.
Commentaire. Le matériel utilisé pour réaliser le char est
fourni par l’entreprise Asco&Celda, disponible au lien : http://
www.celda.fr/sciences-technologie/le-monde-des-objets/
technologie/le-materiel-cycle-3-au-detail.html
Il est aussi possible d’utiliser du polystyrène, des tiges en
plastique ou en bois (exemple tuteur de plantes), collées ou
vissées, pour réaliser la structure du char, du mat et de la bôme.
On peut solliciter les élèves pour récupérer des roues de jouets
hors d’usage. On peut aussi utiliser une tige filetée métallique
fixée à l’aide de deux écrous au char pour réaliser le mat et la
bôme. Ceci nécessite du matériel pour découper le métal : une
scie à métaux (découpes relativement dangereuses pour les
élèves donc elles doivent être préparées par l’enseignant).
Exemple de réalisations possibles sans le matériel Asco&Celda :
JE M'INTERROGE
p. 176
Faut pas pousser !
Comment faire avancer ce véhicule à quatre roues sans le pousser ?
➡ Les élèves observent l’image de la maquette et doivent
se rendre compte qu’aucun système de propulsion n’a été
212
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
prévu sur le char. L’objectif est que les élèves abordent la
notion d’énergie qui doit être transmise à l’objet par un système technique pour le faire avancer.
➡ Les élèves vont répondre à la question en s’appuyant sur
des systèmes qu’ils ou elles connaissent : « Il faut des pédales et une chaine comme sur un vélo » ou bien « Il faut
un moteur ».
➡ Relance possible de l’enseignant-e : « C’est un véhicule
destiné à être utilisé sur une plage. Quelles sources d’énergie sont disponibles sur une plage ? » Réponse attendue :
le soleil et le vent. Relance : « Peut-on utiliser ces sources
d’énergies pour faire avancer ce véhicule ? »
➡ Les élèves peuvent évoquer l’énergie solaire et éolienne,
et ainsi proposer l’installation d’un moteur électrique alimenté par des panneaux solaires.
➡ Ils peuvent aussi faire référence aux différents objets
techniques qui utilisent l’énergie du vent : cerf-volant,
planche à voile, bateau à voile, kitesurf. Ceci doit faire penser à la solution technique présente sur un char à voile.
Question technologique Comment réaliser le système de propulsion d’un char à voile ?
➜ Aller à la mission 43.
Après avoir choisi cette solution technique (voile pour
transmettre l’énergie du vent), l’objectif va être d’amener
les élèves à réfléchir aux matériaux et matériels nécessaires pour réaliser cette propulsion par voile.
JE CHOISIS
le matériau et le procédé
de fabrication de la voile
➡ Le document 1 détaille le vocabulaire technique (voile,
mat et bôme) et explique comment ces éléments sont
organisés entre eux. Il précise également que le système
de propulsion est endommagé si la voile est déchirée. Il
va donc falloir en tenir compte lors du choix du matériau
et opter pour un matériau ayant une bonne résistance à la
déchirure.
➡ Le document 2 est un tableau à double entrée présentant les caractéristiques de trois matériaux pouvant convenir pour la réalisation d’une voile : le tissu, le papier et le film
plastique polypropylène.
➡ Les documents 3 et 4 font la liste des matériels de découpage et d’assemblage dont on peut avoir besoin.
Suivi d'acquisition des compétences
S’approprier des outils et des méthodes. ● Choisir ou utiliser le
matériel adapté pour réaliser une production.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Être capable de choisir un matériau et de justifier ce choix.
➜ Ici, relever dans le document 2 le matériau le plus approprié
à la réalisation d’une voile
● Être capable d’utiliser ce matériel. ➜ Ici, choisir dans les
documents 3 et 4 les matériels pour découper et assembler les
éléments de la voile.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève choisit un matériau et un matériel mais son choix n’est
pas le meilleur. ➜ Débutant.
● L’élève choisit un matériau et un matériel. Il-elle fait le
meilleur choix mais sans pouvoir correctement le justifier. Ilelle montre des difficultés à utiliser correctement le matériel.
➜ Apprenti.
● L’élève choisit un matériau et un matériel. Il-elle fait le
meilleur choix en étant capable de le justifier. Il-elle est capable
d’utiliser correctement ce matériel. ➜ Confirmé.
● L’élève choisit un matériau et un matériel. Il-elle fait le
meilleur choix et est capable de le justifier sans aucune
difficulté. Il-elle sait utiliser de manière optimale ce matériel.
➜ Expert.
Réponses aux activités
1 Le matériau le plus approprié à la réalisation d’une voile
est le film plastique polypropylène. Il a la meilleure résistance à la déchirure. Il se découpe très facilement. Il a une
bonne résistance au soleil et une très bonne résistance à
l’eau. Enfin, c’est le matériau le moins cher.
2 Procédé de découpage : le film plastique se découpe
très facilement avec des ciseaux. Cette opération peut
aussi être faite avec un cutter mais nécessite plus de surveillance (manipulation assez dangereuse). Le port de gant
est obligatoire et un support pour éviter de rayer une table
est nécessaire. Il est donc conseillé d’orienter les élèves
vers l’utilisation de ciseaux.
Procédé d’assemblage. Plusieurs solutions sont possibles
pour assembler la voile au mat et à la bôme. L’élève est libre
de tester la solution qu’il souhaite. On peut lui demander
de justifier son choix.
- Utiliser la pince à œillets pour fixer des œillets sur la voile
le long du mat et de la bôme puis utiliser le fil ou des colliers
de serrage en plastique pour assembler le tout.
- Utiliser l’agrafeuse, plier la voile le long du mat et de
la bôme, mettre des agrafes afin que le mât et la bôme
puissent s’enfiler à l’intérieur de la boucle formée.
- Utiliser le pistolet à colle pour réaliser la même opération.
Commentaire. Le pistolet à colle peut causer des brulures. Le
port de gants est donc obligatoire.
JE RÉALISE
le char et son système
de propulsion
➡ Le document 5 (le planning de réalisation) montre la succession des étapes de réalisation et de contrôle du char à
voile. Une case correspond à 5 minutes. Par exemple, le
temps consacré au découpage de la voile est de 2  5 =
10 minutes.
➡ Le document 6 montre en images les différentes étapes,
dans le désordre, de la réalisation et du contrôle du char.
Image a : la mesure de la voile.
Image b : le tracé de la voile.
Image c : la réalisation de croquis pour l’étape de recherche
de solutions techniques, de formes.
Image d : l’assemblage du char en suivant le document
ressource.
Image e : la réalisation des commandes de la voile.
Image f : l’assemblage de la voile au mat et à la bôme avec
du fil et des œillets.
Image g : le découpage de la voile.
Image h : la vérification du fonctionnement.
Réponses aux activités
3 Une case correspond à 5 minutes. 3 cases sont prévues
pour l’assemblage du char. 3  5 = 15 minutes. Le temps
consacré à l’assemblage du char est donc de 15 minutes.
4 d, c, a, b, g, f, e, h.
LA TRACE ÉCRITE
Pour la réalisation du prototype, il est nécessaire de choisir le matériau et le procédé de fabrication adéquat. Ces
choix se font en fonction des propriétés des matériaux
(résistance, découpage facile...).
Il faut ensuite définir un planning pour organiser le processus de réalisation. Il faut enfin réaliser les différentes
pièces, les assembler et vérifier le fonctionnement de
l’ensemble.
JE FAIS LE BILAN
p. 186
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 43
à imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Protoype, planning, processus.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
213
Mission 44 Les tests de fonctionnement
p. 182-183
Objectifs :
✔Réaliser une première maquette pour tester le
fonctionnement du système de transmission du vélo.
✔Réaliser une seconde maquette pour tester le système
de changement de vitesse du vélo.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
4 - 21.
document ressource
« assemblage maquette propulsion vélo », fiches d'expérience, vidéos d'expérience, aide pour la trace écrite.
Ressources complémentaires
Matériel par groupe d’élèves : 2 roues
dentées de 30 dents ; 1 roue dentée de 20 dents ; 1 roue
dentée de 10 dents ; 1 chaine ; 2 manivelles ; 2 axes de
100 mm de longueur ; des plaques, des barres de constructions et des connecteurs.
Expérience
Commentaire. Le matériel utilisé est fourni par l’entreprise
Asco&Celda :
http://www.celda.fr/sciences-technologie/le-monde-desobjets/technologie/le-materiel-cycle-3-au-detail.html
vide et ne fournira aucun effort. Il ne pourra pas atteindre
la vitesse souhaitée.
Question technologique Comment fonctionne le sys-
tème de changement de vitesse ? ➜ Aller à la mission 44.
J'EXPÉRIMENTE
pour tester le système
de transmission
➡ À l’aide du document 1, les élèves se familiarisent avec
le vocabulaire technique lié au système de transmission du
vélo (manivelle, plateaux, pignons, dérailleurs...). L’enseignant-e pourra détailler ce document avec ses élèves.
Déroulé de l'expérience
1 Avant l’expérience
JE M'INTERROGE
p. 177
Ça grimpe dur !
« Regarde, ce cycliste vient de
changer de vitesse. / Il semble
monter sans trop d’efforts ! » À
ton avis, à quoi sert de changer
de vitesse ?
➡ Les élèves ayant déjà utilisé un vélo à vitesse vont pouvoir parler de leur expérience. Ils vont faire émerger que
lorsque l’on change de vitesse, cela a des répercussions sur
la vitesse et sur l’effort ressenti. Ils peuvent expliquer que
la vitesse choisie dépend de l’inclinaison de la route, si on
est sur une montée, sur du plat ou bien en descente.
➡ Relance possible : « Le cycliste est actuellement en train
de gravir un col. Il est donc en montée. Que doit-il faire lorsqu’il aura atteint le sommet et devra commencer la descente ? Doit-il encore changer de vitesse et pourquoi ? »
➡ Les élèves vont à nouveau faire appel à leur expérience.
Lorsqu’on passe d’une montée à une descente, on doit à
nouveau changer de vitesse car le braquet utilisé en montée n’est pas adapté pour la descente. S’il ne change pas
de braquet, le cycliste aura l’impression de pédaler dans le
214
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
Les élèves notent la question posée. Puis ils observent le
document 2 et vérifient s’ils disposent de tout le matériel
nécessaire pour réaliser la maquette.
2 Expérience n° 1
L’enseignant-e peut laisser libres ses élèves qui construisent
la maquette à partir de l’image du document 2. Il-elle peut
guider les élèves en difficulté en leur fournissant le document ressource « assemblage maquette propulsion vélo ».
Les élèves réalisent les trois essais en changeant seulement un paramètre : la taille du pignon. Pour l’essai 1, ils
utilisent le pignon de 30 dents, pour le 2, celui de 20 dents,
et enfin pour l’essai 3, celui de 10 dents.
Ils vont se rendre compte qu’en réduisant la taille du pignon, le nombre de tours de roue augmente.
3 Résultats et interprétation
Taille du pignon
Nombre de tours de la roue pour
un tour complet de pédalier
Essai 1 : 30 dents
1 tour
Essai 2 : 20 dents
1 tour et demi
Essai 3 : 10 dents
3 tours
Les élèves peuvent conclure que lorsqu’on diminue la taille
du pignon, on augmente le nombre de tours de roue pour
un tour de pédalier. On roule donc plus rapidement.
Réponses aux activités
1 L'organe qui transmet le mouvement du plateau au pignon est la chaine.
2 En réduisant la taille du pignon, on augmente le nombre
de tours effectué par la roue pour un tour de pédalier complet. Donc la vitesse de rotation de la roue augmente. On
roule plus vite.
Dans le cas de l’essai 3, la roue arrière effectue 3 tours pour
un tour complet de pédalier, la vitesse de rotation est donc
plus forte.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Décrire le fonc­tion­nement d’objets
techniques, leurs fonctions et leurs composants.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Être capable de décrire le fonctionnement du système de
transmission du vélo. ➜ Ici, relever dans les documents 1 et 2 le
principe de fonctionnement d’un vélo.
● Être capable d’identifier les composants qui réalisent la
fonction « propulsion » du vélo. ➜ Ici, relever dans les documents
1 et 2 les éléments nécessaires à la transmission du mouvement.
● Être capable de décrire le fonctionnement de la maquette
lorsqu’on modifie la taille du pignon ou du plateau. ➜ Ici,
associer à chaque type de pignon le nombre de tours de la roue
et donc la vitesse acquise par le vélo.
● Être capable de choisir un pignon en fonction de la pente
de la route et donc de sa difficulté à la gravir. ➜ Ici, associer la
difficulté de la pente à gravir à un choix de pignon permettant
de diminuer la difficulté et donc l’effort à fournir en pédalant.
●
J'EXPÉRIMENTE
pour tester le changement
de vitesse
➡ Cette étape est destinée à faire comprendre l’intérêt de
changer de vitesse.
➡ Doc. 3 Les élèves observent la position de la chaine sur
deux pignons de tailles différentes : le plus petit et le plus
grand pignon.
➡ Doc. 4 Ce tableau détaille l’incidence de la taille du pignon sur la vitesse maximale atteignable et sur l’effort ressenti en pédalant. Par exemple, avec le plus grand pignon,
celui qui a le plus grand nombre de dents, la vitesse maximale atteignable est faible mais l’effort ressenti l’est aussi.
Déroulé de l'expérience
4 Expérience n°2
À nouveau, l’enseignant-e laisse libre ses élèves qui
construisent cette seconde maquette à partir de la première et de l’image du document 5. Il-elle peut guider les
élèves en difficulté en leur fournissant le document ressource « assemblage maquette propulsion vélo ».
Les élèves construisent la maquette de la transmission
complète.
La cassette de pignon est composée de trois pignons de
petite, moyenne et grande tailles. Le pignon de grande
taille est positionné contre la roue, viennent ensuite le pignon de taille moyenne et enfin celui de petite taille.
Le pédalier est lui aussi composé de trois plateaux de petite, moyenne et grande tailles. Attention, pour le pédalier,
c’est la petite roue dentée qui se trouve du côté de la roue,
viennent ensuite le pignon de taille moyenne et enfin celui
de grande taille. La disposition des roues dentées sur le pédalier est donc inversée par rapport à la cassette de pignons.
5 Résultats et interprétation
Taille du pignon
(coté roue)
Taille du plateau
(coté pédalier)
Nombre de tours
de roue pour un
tour complet de
pédalier
Essai 1
30 dents
10 dents
1/3 de tour
Essai 2
20 dents
20 dents
1 tour
Essai 3
10 dents
30 dents
3 tours
Dans le cas de l’essai 1, la roue arrière effectue 1/3 de tour
pour un tour complet de pédalier, la vitesse de rotation de
la roue est donc faible.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● La description de l’élève est incomplète. Il-elle n’est pas
capable de décrire le changement de comportement de la
maquette lorsqu’on modifie la taille du pignon. ➜ Apprenti.
● La description de l’élève est correcte. Il-elle peut décrire
le changement de comportement de la maquette lorsqu’on
modifie la taille du pignon. ➜ Confirmé.
● La description de l’élève est correcte. Il-elle peut décrire
le changement de comportement de la maquette lorsqu’on
modifie la taille du pignon. Il-elle est capable de choisir les
composants adéquats (pignon et plateau) en fonction du relief
du terrain (en montée/en descente). ➜ Expert.
Réponses aux activités
3 En côte forte, on choisit le grand pignon car l’effort ressenti est plus faible. La vitesse du vélo est aussi plus faible.
4 Sur un chemin plat, pour accélérer afin de rattraper une
autre camarade à vélo, on doit utiliser le petit pignon et le
grand plateau. C’est ainsi que la vitesse de rotation de la
roue arrière est maximale.
LA TRACE ÉCRITE
La maquette permet d’observer et d’analyser le fonctionnement d’un système. Elle a permis de mettre en
évidence que la roue arrière tourne plus ou moins vite
lorsqu’on change de pignon ou de plateau.
JE FAIS LE BILAN
p. 186
Ressources complémentaires Bilan de la mission 44 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Maquette, tester.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
215
Mission 45 Les tests de conformité
p. 184-185
Objectifs :
✔Tester la résistance de la voile.
✔Comprendre à quoi servent les tests
de conformité réalisés sur un objet
technique.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
4 - 11 - 15.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
Voir l’article suivant du site « La revue du jouet » :
https://www.larevuedujouet.fr/article/les-jouetspassent-au-crash-test.51138
Réponse attendue : « Elle peut être commercialisée. »
On peut alors expliquer aux élèves qu’une voiture qui a
réussi le test est déclarée « conforme » à une règlementation. Elle respecte, elle est en accord avec cette règlementation. On débouchera sur la question de la mission :
Question technologique Comment s’assurer de la
conformité d’un objet technique ? ➜ Aller à la mission 45.
Manipulation Matériel par groupe d’élèves : la ma-
quette du char à voile réalisée à la mission 43 ; un ventilateur.
JE M'INTERROGE
p. 177
En plein dans le mur !
Pourquoi accidente-t-on volontairement cette voiture ?
➡ L’image représente un crashtest. L’objectif de ces tests est de vérifier le comportement
des véhicules en cas de choc ou de collision. Dans ce cas,
le véhicule testé est projeté à une vitesse donnée sur un
obstacle massif, immobile. Il permet de mesurer les déformations de la structure du véhicule et les dommages
résultants pour les passagers. Ceux-ci sont souvent représentés par des mannequins. Ces essais, destructeurs
par définition, sont relativement couteux et doivent être
soumis à un protocole rigoureux pour en tirer le maximum d’enseignement. Les simulations numériques, moins
fiables, sont aussi réalisées.
➡ La plupart des élèves devraient répondre : « pour voir si
elle est solide », « pour voir si elle protège les passagers ». À
partir de cette réponse, il s’agit de déboucher sur la notion
de test de conformité.
Relance possible : « Que fait-on une fois le test terminé ? »
Réponses possibles : « On jette la voiture », « On observe les
déformations », « On observe l’état du mannequin », « On
prend des mesures ».
➡ L’enseignant-e pourra alors mener la discussion vers la
réussite au test : « Des mesures sont réalisées sur le véhicule
accidenté. À quoi servent-elles ? », « Et si la voiture a réussi le
test, que se passe-t-il ? »
216
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
J'OBSERVE
le test de la réalisation
du char à voile
Documents 1 et 2 : les élèves effectuent deux tests : l’efficacité et la résistance de la voile. Ils-elles vérifient l’efficacité de leur voile dans la cour en s’assurant que le char
prend de la vitesse lorsque le vent le pousse. En cas d’absence de vent, le ventilateur peut être employé. Pour le
test de la résistance de la voile, les élèves doivent suivre
le protocole expérimental « Je manipule ». Si le résultat du
test n’est pas conforme aux exigences du départ, cela peut
venir du choix du matériau de la voile ou bien du système
de fixation de la voile sur le mât et la bôme. Les élèves
doivent alors rechercher d’autres solutions techniques et
les tester jusqu’à obtenir le résultat voulu.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques ●
Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Être capable de réaliser un test pour s’assurer de la conformité
d’un objet technique. ➜ Ici, suivre le protocole indiqué dans le
document 1 pour mener à bien le test.
● Être capable d’interpréter un résultat. ➜ Ici, savoir interpréter
le fait que la voile résiste ou bien se déchire lors du test.
● Être capable d’en tirer une conclusion. ➜ Ici, savoir valider le
test de conformité ou bien réfléchir sur ce qui nécessite d’être
modifié dans la maquette en vue d’un nouveau test
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne parient pas à réaliser un test qui permet de vérifier
la conformité d’un objet technique. Il-elle n’est pas capable
d’interpréter le résultat d’un test de conformité. ➜ Débutant.
● L’élève réalise un test qui permet de vérifier la conformité
d’un objet technique. Il-elle n’est pas capable d’interpréter
correctement le résultat. ➜ Apprenti.
● L’élève réalise le test adapté. Il-elle est capable d’interpréter
correctement le résultat du test mais a des difficultés à en tirer
une conclusion. ➜ Confirmé.
L’élève réalise le test qu’il faut. Il-elle est capable d’interpréter
le résultat du test et d’en tirer une conclusion. ➜ Expert.
●
Réponses aux activités
1 On doit rechercher de nouvelles solutions techniques
et effectuer de nouveaux tests.
2 On peut exercer un effort au centre de la voile, avec
la main, pour observer si elle se déchire ou si les fixations
lâchent. On peut éventuellement accrocher un poids à une
extrémité de la voile et observer son comportement. On
peut aussi tester sa résistance au soleil et à l’eau.
JE COMPRENDS
à quoi servent les tests
de conformité
➡ Doc 3. On peut observer deux instruments de mesure :
le mètre ruban et le pied à coulisse.
Sur l’image de droite, on mesure avec un pied à coulisse le
diamètre extérieur d’un objet cylindrique (un roulement à
billes).
➡ Doc 4. Ce banc d’essais simule l’assise puis la levée d’un
homme de 100 kg toutes les 5 secondes. Ces tests sont répétés un certain nombre de fois pour vérifier la résistance
à l’usure de l’objet technique. Des tests similaires sont effectués sur les mécanismes de fermeture de portières, les
amortisseurs ou les freins d’automobiles, par exemple.
➡ Doc 5. Les élèves observent un test de sécurité (la vitesse de propagation des flammes sur une peluche d’enfant). D’autres tests de conformité aux normes de sécurité existent (résistance mécanique du jouet, composition
chimique des matériaux, etc.).
Réponses aux activités
3 Le test se fait sans destruction pour :
- la mesure du diamètre de l’objet en métal (doc 3) ;
- la résistance du fauteuil sur un banc d’essais (doc 4).
(L’état d’usure du fauteuil est tout de même bien avancé.)
4 Parmi ces tests, on peut penser à des essais portant
sur le comportement du feu, la résistance à la traction, à
la torsion et à la compression (pour évaluer, notamment,
la dispersion de petites parties pouvant être ingérées par
les enfants), la résistance des coutures (pour éviter que
l’enfant ne s’étouffe avec le rembourrage), la présence
de substances chimiques nocives (dangereuses en cas
d’ingestion ou de contact avec la peau).
LA TRACE ÉCRITE
On s’assure de la conformité d’un objet technique pour
être certain que celui-ci répond aux exigences du cahier
des charges initial et aux normes.
Pour cela, on effectue une série de tests (dimensions, efficacité, résistance, recyclage, sécurité...).
JE FAIS LE BILAN
p. 186
Ressources complémentaires Bilan de la mission 45 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Norme, test.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
217
les sciences autrement
sciences & Architecture
a folie des hauteurs
L
Nous avons choisi de mettre en lumière différents projets
architecturaux dont les dimensions sont impressionnantes.
Les architectes doivent rechercher de nouvelles solutions de
construction et de nouveaux matériaux pour relever ces défis.
Activités pour la classe
● On peut envisager, à partir du texte et de recherches
complémentaires réalisées sur Internet, de faire construire
aux élèves un tableau ou une frise chronologique. L’objectif serait de comparer différentes réalisations architecturales. L’élève devra présenter les dimensions, les solutions
techniques retenues et les matériaux choisis pour ces
différents ouvrages.
On pourra, si on le souhaite, approfondir encore la recherche
et inciter les élèves à relever des informations concernant le
contexte historique, géographique, économique (
fiche
élève guidée). Dans ce cadre, on pourra mettre en place le
suivi d’acquisition des compétences ci-dessous.
●
Suivi d'acquisition des compétences
Se situer dans l’espace et le temps ● Replacer des évolutions
scientifiques et technologiques dans un contexte historique,
géographique, économique et culturel.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Être capable de replacer sur une frise chronologique ces
réalisations architecturales. ➜ Ici, tracer une échelle de temps
horizontale et y placer les dates des différentes réalisations
architecturales.
●
p. 188-189
● Être capable d’émettre des hypothèses sur les évolutions
scientifiques et technologiques qui ont permis d’améliorer sans
cesse ces réalisations et de battre les records. ➜ Ici, rechercher
des informations relatives aux nouvelles connaissances
scientifiques et technologiques, aux nouveaux procédés de
fabrication et aux nouveaux matériaux qui permettent de
relever de nouveaux défis.
● Être capable de replacer ces réalisations dans un contexte
historique et économique. ➜ Ici, mettre en relation les grandes
dates historiques (célébrations et grands manifestations
nationales) et l’évolution économique des pays avec les dates
des réalisations architectuales.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève réalise une frise où il-elle place correctement ces
différentes réalisations architecturales. Il-elle n’est cependant
pas capable d’émettre des hypothèses sur ce qui a permis de
battre ces records. Il-elle ne peut pas, non plus, les replacer
dans un contexte historique et économique. ➜ Apprenti.
● L’élève réalise une frise où il-elle place correctement ces
différentes réalisations architecturales. Il-elle émet des
hypothèses sur ce qui a permis de battre ces records (nouvelles
connaissances scientifiques et technologiques, nouveaux
procédés de fabrication, nouveaux matériaux...). Cependant,
il-elle ne peut pas les replacer dans un contexte historique et
économique. ➜ Confirmé.
● L’élève réalise une frise où il-elle place correctement ces
différentes réalisations architecturales. Il-elle émet des
hypothèses sur ce qui a permis de battre ces records (nouvelles
connaissances scientifiques et technologiques, nouveaux
procédés de fabrication, nouveaux matériaux...). Enfin, ilelle est capable de les replacer dans un contexte historique
(tour Eiffel construite pour l’Exposition universelle de Paris, le
centenaire de la Révolution française) et économique (la Chine,
Dubaï et l’Arabie Saoudite connaissent actuellement une
croissance économique rapide). ➜ Expert.
Le filament est dirigé vers l’extrudeur.
L’extrudeur possède un moteur pas-à-pas
et une poulie crantée pour faire avancer ou
reculer le filament. Cela permet de gérer
de manière précise la quantité de matière
à utiliser.
Bobine de filament
(ABS, PLA, Nylon...)
L’élément chauffant permet
de fondre le filament.
Guide-filament
Le filament fondu est poussé à travers
un nez chauffé doté d’un trou de petit diamètre
(souvent de 0,3 ou 0,5 mm).
Le matériel extrudé est déposé
en fines couches à l’endroit voulu.
Z
Y
X
La tête d’impression et/ou le lit se déplacent selon des axes
X, Y et Z afin que la matière se dépose à l’endroit voulu.
218
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
Le lit souvent chauffé
(pour améliorer l’adhésion de
la pièce imprimée), sur lequel
la pièce est imprimée.
Fonctionnement
d'une imprimante 3D.
sciences & Société
un métier
L’impression 3D, nouvelle révolution industrielle
Je suis... dessinateur/trice en construction
mécanique
L’impression 3D consiste à superposer des couches de matières selon les coordonnées transmises par un fichier 3D.
Un schéma explicatif est proposé ci-contre.
Pour concevoir et réaliser un objet avec une imprimante 3D,
il faut suivre la démarche suivante :
- réaliser un croquis ;
- modéliser en 3D l’objet à l’aide d’un logiciel de CAO
(Conception Assistée par Ordinateur) ;
- importer le fichier de l’objet en 3D dans le logiciel de pilotage de l’imprimante ;
- configurer l’imprimante (choix du matériau, précision
d’impression...) ;
- imprimer l’objet.
Un croquis est réalisé à la main
sans dimensions précises.
1
Avec un logiciel de CAO
(Conception Assistée par Ordinateur),
on réalise un fichier 3D et un plan.
2
Le fichier de l’objet en 3D est exporté
du logiciel CAO, puis importé
dans le logiciel de pilotage
de l’imprimante 3D.
de
Activités pour la classe
Le professeur peut exploiter le document en posant les
questions suivantes :
Quel document sert au dessinateur/trice en construction
mécanique pour rechercher des solutions techniques ?
Réponse attendue : le cahier des charges.
Pour que le véhicule soit conforme, que doit respecter ?
Réponse attendue : le cahier des charges et les normes en
vigueur.
Pourquoi utilise-t-on un logiciel de CAO ?
Réponse attendue : Il permet de créer une image en 3D de
chacune des pièces et de les assembler virtuellement. On
peut ensuite effectuer une série de tests.
sciences en
3
Technologie
jeux
Corrigés
Mission 42 – Qui suis-je ?
➡ Le cahier des charges.
➡ Le croquis.
Mission 43 – Cherche l’intrus
1re série : bois (c’est un matériau, pas un matériel).
2e série : tournevis (ce n’est pas un matériel utilisé pour réaliser une mesure).
Mission 44 – Phrase mystère
Un prototype permet de tester l’objet pour valider certains choix faits lors de la conception.
L’objet est imprimé en 3D.
4
Démarche à suivre pour la conception et la réalisation
d'une tasse en 3D.
Mission 45 – Charade
Prototype (pro-tôt-type).
À découvrir
UN FILM
Machines simples mais astucieuses !
http://www.cite-sciences.fr/ressources-en-ligne/juniors/
machines-simples/experiences-ludiques/film-animation/index.html
Ce film d’animation de quatre minutes présente les machines simples (roue, leviers, poulies, engrenages...) de
manière ludique et permet de comprendre les bases de la
physique.
●
Activités pour la classe
On peut demander aux élèves d’effectuer des recherches
montrant les différentes étapes nécessaires avant d’obtenir un objet imprimé. Les élèves peuvent aussi réaliser
une liste plus exhaustive des domaines concernés et des
réalisations possibles avec une imprimante 3D : prothèse
dans le domaine médical, mur en béton dans le domaine
du bâtiment, etc.
CHAPITRE 13
• La conception et la réalisation d'un objet technique
219
CHAPITRE
14
La gestion de l’information
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information
Connaissances et compétences associées
Environnement numérique de travail.
Le stockage des données, notions d’algorithmes, les objets
programmables.
Usage des moyens numériques dans un réseau.
Usage de logiciels usuels.
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Les élèves apprennent à connaitre l’organisation d’un
environnement numérique. Ils décrivent un système technique
par ses composants et leurs relations. Les élèves découvrent
l’algorithme en utilisant des logiciels d’applications visuelles et
ludiques.
Ils exploitent les moyens informatiques en pratiquant le travail
collaboratif. Les élèves maitrisent le fonctionnement de logiciels
usuels et s’approprient leur fonctionnement.
Repères de progressivité
• Tout au long du cycle, l’appropriation des objets techniques abordés est toujours mise en relation avec les besoins de
l’homme dans son environnement.
• En CM1 et CM2, l’objet technique est à aborder en termes de description, de fonctions, de constitution afin de répondre aux
questions : à quoi cela sert-il ? De quoi est-ce constitué ? Comment cela fonctionne-t-il ? Dans ces classes, l’investigation,
l’expérimentation, l’observation du fonctionnement, la recherche de résolution de problème sont à pratiquer afin de solliciter
l’analyse, la recherche, et la créativité des élèves pour répondre à un problème posé. Leur solution doit aboutir la plupart du
temps à une réalisation concrète favorisant la manipulation sur des matériels et l’activité pratique. L’usage des outils numériques est recommandé pour favoriser la communication et la représentation des objets techniques.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 L’informatique et les réseaux :
repères historiques
L’informatique est née d’un besoin, celui d’automatiser ou
de rendre plus rapide certaines tâches réalisées à la main.
Son histoire est relativement récente mais son évolution
est extrêmement rapide, notamment depuis l’avènement
du transistor et de l’électronique moderne.
Les machines à calculer mécaniques
•
Avant l’invention de l’ordinateur tel que nous le connaissons, les premières tâches à avoir été automatisées par des
machines mécaniques sont le calcul, notamment pour la
collecte des impôts et le tissage sur métiers à tisser. Voici
quelques inventions majeures de ces prémices de l’informatique :
220
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
- 1644 : la Pascaline est la première machine à calculer
dont la description ait été rendue publique en son temps.
Inventée par le mathématicien Blaise Pascal pour aider son
père collecteur d’impôts, elle pouvait effectuer additions,
soustractions, multiplications et divisions.
- 1801 : le métier Jacquard est la première machine programmable à grande diffusion. Jacquard a synthétisé et
amélioré le travail de ses prédécesseurs, sa machine utilisait des rubans perforés sur lesquels étaient codés les
motifs à réaliser.
IN FO
+
Les rubans perforés sont considérés comme les premiers
organes d’entrées/sorties (bien avant nos claviers et nos
imprimantes) et de mémoire de masse des ordinateurs.
- 1822 : la première machine à calculer automatique de
Charles Babbage garde en mémoire et peut réutiliser les
résultats de l’opération précédente dans le calcul suivant.
- 1842 : Ada Lovelace écrit un algorithme pour calculer
les nombres de Bernoulli sur la future machine analytique
de Babbage (qui ne sera jamais achevée). Cette transcription d’un algorithme compréhensible par une machine est
considérée par beaucoup comme le premier programme
informatique de l’histoire.
Entrée dans le XXIe siècle : le Web 2.0,
l’informatique mobile et le cloud computing
•
•
Depuis les années 2000, la tendance de l’informatique
est à la mobilité, au multimédia, aux réseaux sociaux et
à la collaboration. Le nombre de personnes et d’objets
connectés à Internet augmente très rapidement.
- 2004 : développement du Web 2.0. Les interactions entre
les sites Internet et les utilisateurs se font plus fortes (forums, commentaires, fils d’actualités...), les réseaux sociaux se développent, Internet devient collaboratif (création de Wikipédia en 2001).
- 2010 : début du cloud computing. Les données ne sont
plus stockées sur des serveurs locaux ou nos disques durs
mais dans de grands bâtiments distants appelés « fermes
de serveurs » ou data centers.
- 2013 : le nombre d’utilisateurs connectés à Internet depuis
un smartphone dépasse celui des utilisateurs connectés
depuis un PC.
- 2016 : développement de l’Internet des objets connectés : 5,5 millions de nouveaux objets se connectent au réseau chaque jour.
- 2016 : Alpha Go, le programme de Google, bat le champion du monde de jeu de Go. Les chercheurs ne prédisaient
pas une telle victoire avant plusieurs années. Même s’il
reste beaucoup de chemin à parcourir, cet événement démontre la progression rapide de l’intelligence artificielle et
laisse présager des avancées majeures dans ce domaine
dans les prochaines années.
- 2017 : DeepMind, filiale de Google, a fait une nouvelle
démonstration des performances de son programme d’intelligence artificielle. AlphaZero, une variante d’AlphaGo
qui pratique l’apprentissage par renforcement, n’a mis que
quatre heures en partant des règles de base pour vaincre le
meilleur programme de jeux d’échecs actuel.
•
Évolutions possibles de l’informatique
Première génération d’ordinateurs :
électricité, relais et lampes
• Première moitié du XX
siècle : plusieurs pays et entreprises développent leurs propres calculateurs électromécaniques (BULL en France, IBM aux États-Unis...). Ils sont
utilisés pour le calcul scientifique, la finance, le cryptage
des communications, les statistiques, les calculs de trajectoires de missiles, etc. Les calculateurs sont très onéreux,
volumineux (ils occupent plusieurs centaines de mètres
carrés) et relativement lents : cela peut prendre plusieurs
secondes pour réaliser une division et plusieurs minutes
pour calculer un logarithme.
e
• 1942 : décryptage de l’Enigma, machine de cryptage des
transmissions allemandes, par les équipes d’Alan Turing. Ils
mettent au point « la bombe », machine électromécanique
capable de tester des milliers de possibilités de cryptage en
un temps réduit.
IN FO
+
Le film Imitation game retrace l’histoire d’Alan Turing,
qui a changé le cours de la Seconde Guerre mondiale.
Seconde moitié du XXe siècle : la micro
informatique et les débuts de l’Internet
1947 : invention du transistor qui remplacera les tubes à
vides et donnera naissance à l’informatique moderne.
1954 : apparition du Fortran (pour FORmula TRANslator),
premier langage informatique dit de « haut niveau ». Les
langages de haut niveau qui utilisent des mots usuels du
langage courant, le plus souvent en anglais (do, while, if,
then...) ainsi que des opérateurs mathématiques (+,-,*,<,>...)
sont depuis devenus légion en programmation. Ils sont en
effet beaucoup plus conviviaux que les langages comme
l’Assembleur utilisés jusqu’alors (Exemple d’instruction en
Assembleur : movb $0x61,%al).
- 1969 : création d’ARPANET par l’armée américaine.
Cet ancêtre d’Internet connectera à ses débuts 4 nœuds
(ou machines) situés à différents endroits des États-Unis
(grandes universités et bases militaires).
- 1984: 1 000 ordinateurs sont connectés à l’ancien réseau
Arpanet renommé Internet.
- 1985 : sortie de Windows 1.0, premier système d’exploitation de la société Microsoft.
- 1989 : 100 000 ordinateurs connectés à Internet, c’est le
début de l’Internet grand public.
- 1997 : première victoire d’un programme informatique
(Deep blue) contre un grand maitre d’échec (Garry Kasparov).
Les évolutions technologiques à venir dans le domaine de
l’informatique devraient se concentrer sur les nouveaux besoins et usages. Voici par domaines les évolutions auxquelles
on peut s’attendre au niveau des nouvelles technologies de
l’information, elles ne sont pas toutes rassurantes et présagent une évolution radicale de notre société et de nombreuses questions éthiques auxquelles il faudra répondre.
- La mobilité : amélioration de la capacité des batteries,
augmentation des débits Internet mobile (4G, 5G, etc.),
miniaturisation des composants (mémoires, caméras...).
- Les nouveaux matériaux et matériels : écran flexibles,
textiles intelligents, projecteurs holographiques.
- Intelligence artificielle : collaboration entre les machines,
auto-apprentissage.
- Évolution des interfaces être humain/machine : reconnaissance vocale, faciale, gestuelle, etc.
- Démocratisation de la programmation : langages de
programmations simplifiés, plus visuels et moins réservés
aux spécialistes.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
221
- Multiplication des objets connectés : surveillance de
l’état de santé, de l’habitat, des plantes, meilleure gestion
des consommations et flux d’énergies (smart-grid), etc.
- Réalité virtuelle et augmentée : nombreuses applications
dans le domaine des jeux vidéo, des opérations chirurgicales,
de l’éducation, de l’industrie.
- Automatisation de nombreux emplois : transport routier,
métiers de l’industrie, assistance technique, assistance à la
personne, comptabilité, journalisme...
et ce seront peut être des robots de surveillance, des assistants personnels équipés de synthèse et de reconnaissance vocale qui se joindront à eux, sans oublier bien sur la
conduite de nos voitures qui risque fortement de s’autonomiser dans les prochaines décennies.
3 Les réseaux informatiques
Généralités
2 La robotique et ses applications
•
Cet ouvrage aborde la programmation informatique via
le champ de la robotique, comme c’est souvent le cas pour
l’enseignement de l’informatique au primaire. La robotique
pédagogique présente l’avantage de permettre aux élèves
de programmer un objet et de constater physiquement les
conséquences de la modification d’un programme. Cependant la robotique ne se limite pas à la robotique pédagogique. Les domaines d’applications de la robotique
aujourd’hui et dans les années à venir sont donc présentés
ici.
•
C’est dans l’industrie, notamment automobile, que la robotique s’est tout d’abord implantée. Aujourd’hui les bras
robotisés équipent de nombreuses chaines de montage, de
peinture, de manipulation, leur rapidité et leur grande précision permettent d’importants gains de temps et de main
d’œuvre.
•
Les véhicules autonomes de transport de marchandises
sont également utilisés dans de nombreuses industries,
notamment pour le transport de produits toxiques ou dans
les zones inaccessibles à l’homme (radioactivité, températures extrêmes, etc.). Quelques grands ports de marchandises utilisent également ce type de robots pour déplacer
les containers.
• Le domaine dans lequel on retrouve le plus de robots de
nos jours est le domaine militaire. Les drones, les tourelles
automatiques et les robots démineurs sont notamment
utilisés depuis plusieurs années.
• La recherche scientifique utilise également les robots
depuis plusieurs années, les robots d’exploration spatiale
ou sous-marine sont les éclaireurs dans les lieux où l’être
humain ne peut pas se rendre pour le moment.
• Les robots d’assistance à la personne et de relation pu-
blique ne sont pas encore très nombreux mais de nombreux pays (notamment le Japon) dont la population vieillit
rapidement se concentrent sur cette problématique. Il est
fort probable que dans les prochaines années, des robots
d’assistance vont apparaitre dans les maisons de retraite,
dans les gares, les aéroports, etc. Ces robots sont souvent
de forme humanoïde de manière à rassurer le public.
•
Pour ce qui est de notre quotidien, les robots aspirateurs
sont les premiers à avoir investi notre domicile, il est probable que leur développement se poursuivra dans le futur
222
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
Un réseau informatique est un ensemble d’ordinateurs ou
de terminaux (imprimantes, téléphones, objets connectés,
etc.) reliés entre eux et capable de communiquer. Internet
est le plus grand réseau informatique du monde. Grâce à
l’interconnexion de milliers de réseaux, Internet connecte
des milliards d’ordinateurs et de terminaux et rend possible les échanges d’informations numériques à travers le
monde en quelques dixièmes de secondes. Un réseau LAN
(Local Area Network) est un réseau privé (entreprise, collège, domicile...), qui peut cependant être relié à Internet
par l’intermédiaire d’une passerelle.
Matériel et moyens de connexions
• Pour connecter les ordinateurs d’un réseau, on peut uti-
liser des moyens câblés ou filaires. Les moyens les plus
utilisés sont le câble Ethernet, la fibre optique ou le réseau
téléphonique fixe. Bien qu’ils soient moins utilisés à domicile, où le Wifi a tendance à prendre le dessus, les réseaux
câblés sont largement préférés dans les entreprises et établissements disposant de nombreux postes informatiques.
En effet les réseaux câblés restent beaucoup plus rapides,
moins sensibles aux parasites et plus sécurisés : le réseau
Wifi peut être visible depuis l’extérieur des bâtiments
même si on ne le souhaite pas.
•
Parmi les moyens de connexion sans fil, les moyens les
plus utilisés sont le Wifi, le réseau téléphonique mobile
(GSM, 3G, 4G...) ou encore la liaison satellite. Toutes ces
technologies sans fil utilisent les ondes radiophoniques
comme support de l’information. La cohabitation de ces
technologies est rendu possible par le fait que chaque
technologie utilise des fréquences différentes.
Serveurs de données et cloud computing
•
Les serveurs informatiques occupent aujourd’hui une
place très importante dans le réseau Internet. On appelle
serveur une machine capable de fournir un service à des
machines clientes à travers le réseau (stockage de fichiers,
diffusion de vidéos, site Internet, etc.).
• Le cloud computing (ou infonuagique), devenu très po-
pulaire ces dernières années, consiste à utiliser des serveurs distants pour stocker des données ou fournir des
services. Les données ne sont donc plus stockées sur des
serveurs locaux ou des disques durs mais dans de gigan-
tesques « fermes de serveurs » (ou data centers) gérées par
les géants du Web (Google, Microsoft, DropBox, Apple) ou
par des entreprises spécialisées dans la location de ces serveurs informatiques.
•
La consommation énergétique des serveurs informatiques est devenue une réelle problématique environnementale. On estime que les data centers consomment 1,5 %
de l’électricité mondiale. À titre d’illustration, si l’ensemble
des centres de données d’informatique constituaient un
pays, celui-ci viendrait au quatrième rang mondial des plus
grands consommateurs d’énergie !
Éléments de didactique
1 L’informatique dans
les programmes scolaires
Importance de l’enseignement
de l’informatique à l’école
•
Le monde dans lequel nous vivons est ultra-technologique et l’informatique y est de plus en plus présente
(communication, méthodes de travail en entreprise, médecine, loisirs, interactions sociales...). Le rôle de l’enseignement de l’informatique est de préparer les enfants à se
confronter à ce monde numérique, à le comprendre, et à
en devenir des acteurs responsables.
Il est important de faire prendre conscience aux enfants
des enjeux de l’informatique, des possibilités énormes
que portent ces technologies (création d’emploi, conforts,
allégement des tâches pénibles) mais aussi des questions
éthiques (addictions, respect de la vie privée, disparition
d’emplois...) qui se posent et continueront de se poser dans
les prochaines années.
L’introduction de l’informatique à l’école primaire est la
suite logique d’une mutation amorcée depuis plusieurs années au sein de l’Éducation nationale qui a pris conscience
du retard pris par la France dans l’enseignement de l’informatique et des enjeux croissants de ces enseignements.
À l’école primaire
•
Dans leur quotidien les enfants sont très rapidement plongés dans le monde numérique (tablettes et smartphones
des parents), l’école doit alors jouer un rôle important dans
l’apprentissage d’une utilisation raisonnée de ces outils.
•
En cycle 1, le support numérique (ordinateurs, tablettes) peut être utilisé comme tout autre support dans
le cadre d’activités d’apprentissage. Les élèves peuvent par
exemple l’utiliser pour les arts graphiques, les arts numériques ce qui leur permettra d’appréhender la manipulation
de la souris et du clavier et d’autres outils numériques (appareil photo, webcam).
•
En cycle 2, les élèves découvrent l’utilisation de logiciels usuels (traitement de texte, navigateurs internet) et
la consultation de fichiers multimédias (vidéos, sons).
Ils découvrent aussi l’informatique comme un langage de
programmation par l’écriture de programmes simples et
séquentiels, le plus souvent à l’aide de robots pédagogiques ou de logiciels spécialisés. L’élève est également
sensibilisé à un usage responsable du numérique.
• En cycle 3, les élèves approfondissent leurs connais-
sances de la programmation informatique et découvrent
la notion de test et de boucle (Si... alors ; Faire... tant que ;
Faire X fois). Ils utilisent aussi les réseaux pour échanger
des données, communiquer, se documenter et travailler
en collaboration. C’est également au cycle 3 que l’élève
se familiarise avec l’environnement numérique et doit
apprendre à le décrire plus concrètement, de façon matérielle (serveurs, matériels d’interconnexion, périphériques...) et logicielle (navigateur, logiciels, fichier, dossier,
arborescence, etc.).
Un des objectifs de la découverte des notions de langage
informatique et d’information numérique est bien entendu la préparation d’un enseignement d’informatique plus
avancé au collège et au lycée, ce qui fait de cette découverte la première pierre d’un enseignement qui s’étale sur
toute la scolarité d’un élève.
2 Difficultés liées à la
programmation à l’école primaire
• Au primaire et au collège, les programmes préconisent
d’utiliser les langages de programmation graphiques pour
initier les enfants à la programmation. Il existe plusieurs
langages graphiques (snap, kodu, VPL, tangara) mais la
tendance qui se démarque fortement ces dernières années
est la programmation par blocs avec des langages comme
Scratch ou Blockly. Une des difficultés est donc de choisir
le programme à utiliser.
•
Scratch a initialement été développé par les chercheurs
du MIT pour apprendre la programmation aux enfants, il
est accessible dès 4 ans ! Il existe de nombreuses variantes
et modules permettant de programmer des applications
pour mobile (Google App Inventor) ou des robots (Blockly
for Thymio, Arduiblock...).
•
Blockly est très proche de Scratch mais ne nécessite pas
d’utiliser « Flash Player » qui est une plateforme propriétaire de Adobe, ce qui peut être intéressant. Blockly a été
développé par Google mais est cependant sous licence
Apache, c’est-à-dire libre et open source (code utilisable,
modifiable et distribuable gratuitement).
Un autre avantage des langages de programmation par
blocs est que vous trouverez très facilement de nombreuses ressources pour vous initier à leur utilisation, notamment sur les sites 1, 2, 3... Codez proposé par la fondation « La main à la pate » ou studio.code.org.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
223
3 Difficultés liées à la
compréhension de la structure
matérielle des systèmes
numériques
• La difficulté réside principalement dans le nouveau
vocabulaire utilisé pour définir les différents éléments
(capteurs, actionneurs). Ce vocabulaire est nouveau mais
les élèves le retrouveront tout au long du collège voire
du lycée pour ceux qui poursuivent des études technologiques.
• Il est parfois difficile de comprendre ce que fait une carte
programmable. Comparer un système numérique au corps
humain peut être une aide à la compréhension. La carte
programmable est l’équivalent du cerveau humain. Notre
cerveau reçoit des informations de nos sens (capteurs) et
envoie des ordres à nos muscles (actionneurs).
4 Difficultés liées à la
programmation informatique
•
Une des difficultés peut être l’hétérogénéité d’aisance
et de maitrise de l’outil informatique des élèves. Avant de
commencer une activité de programmation avec les élèves,
il faut s’assurer que ceux-ci maitrisent bien quelques compétences de bases en informatique :
- lancer une application en double-cliquant ;
- utiliser le clavier et la souris (notamment le cliquer/glisser/déposer très utilisé dans la programmation par blocs) ;
- savoir enregistrer son travail dans une arborescence et le
retrouver au moment voulu.
•
Une autre difficulté est la personnification des robots par
les enfants (et parfois les adultes). Il est important de faire
comprendre aux élèves que, bien qu'on parle d'intelligence
artificielle (IA), un robot n’est pas intelligent au sens où on
l'entend chez l'être humain. Il ne fait qu’exécuter des instructions programmées par un être humain.
5 Difficultés liées aux notions
de réseaux et Internet
Les élèves utilisant pour beaucoup déjà Internet, il faut
souvent déconstruire une vision erronée qu’ils peuvent
avoir d’Internet. Pour beaucoup d’enfants, « Internet, c’est
Google », c’est à dire qu’ils associent uniquement Internet
au Web, qui n’est qu’une des applications d’Internet. Il est
très important de leur faire comprendre qu’Internet est un
réseau mondial d’ordinateurs.
• Les élèves confondent aussi souvent « navigateur » et
« moteur de recherche ». Le navigateur est le logiciel utilisé
pour afficher des pages Web (par exemple Google Chrome,
Firefox, Safari, Internet Explorer). Un moteur de recherche
est un site Web qui référence des milliards de sites et permet
de rechercher des informations dans ces sites (Google, Bing,
Yahoo search, Duck duck Go, QWant, etc.).
Bibliographie / Webographie
• Des ressources sur l’informatique et son histoire : http ://www. sitetechno. info/ressources/inforHIST. html#Lordinateur, http://www.histoire-informatique.org/
•
Rapport de l’académie des sciences, L’enseignement de l’informatique en France – Il est urgent
de ne plus attendre, http://www.academie-sciences.fr/pdf/rapport/rads_0513.pdf, 2013.
•
Automatisation du port de Rotterdam, http://www.logtrans-services.fr/la-societe/blog-logtrans/le-futur-est-deja-la-avec-le-port-automatise-de-rotterdam.html
• Robots
d’assistance à la personne, http://www.futura-sciences.com/tech/dossiers/robotique-robots-humanoides-notre-service-283/page/3/
•
Programmation graphique : Blocly4Thymio, http://www.blockly4thymio.net/ ou https://www.
thymio.org/fr:blockly4thymio
224
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Comprendre l’architecture matérielle
des objets programmables.
Mission 46
Les robots
Capteurs, cartes programmables, actionneurs
Mission 47
Découverte de la programmation informatique.
Appréhender les réseaux informatiques
et les échanges d’informations numériques.
Aperçu général des missions
Question
technologique
Algorithmes, programmation simple, programmation
conditionnelle
Mission 48
Utilisation des logiciels usuels et des réseaux
pour communiquer, stockage des données
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
Mission 46
Quels sont
les usages
des robots ?
Comment
fonctionnent-ils ?
• Les objets
programmables.
• Le stockage
des données.
• Décrire le fonctionnement d'objets techniques, leurs fonctions
et leurs composants.
• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
Mission 47
Comment
programmer
un objet ?
• La notion d’algorithmes.
• Décrire le fonctionnement d'objets techniques, leurs fonctions
et leurs composants.
• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
Mission 48
Comment les
réseaux nous
permettent-ils
d’échanger des
informations ?
• Usage de logiciels
usuels.
• Environnement
numérique de travail.
• Usage des moyens
numériques dans
un réseau.
• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations
et des expériences réalisées.
• Utiliser des outils numériques pour communiquer des résultats.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
225
Mission 46 Les robots dans notre quotidien
p. 192-193
Objectif :
✔Découvrir les robots et objets programmables
et leurs fonctionnements :
– Les usages des robots d’aujourd’hui.
– Le fonctionnement des robots et objets programmables.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
J'OBSERVE
15 – 24 – 25.
Ressources complémentaires
Défi « Pour aller plus
loin », aide pour la trace écrite.
Expérience
Matériel Un (ou plusieurs) robot(s) Thy-
mio.
JE M'INTERROGE
p. 190
Vous avez dit « robot » ?
« Voici deux des robots les plus célèbres de la série Star Wars : R2-D2 et
C-3PO. / “Des robots” ? Pourtant ils ne
se ressemblent pas du tout ! » À ton
avis, c’est quoi exactement un robot ?
Dans un premier temps, il est nécessaire d’analyser cette
photographie issue de l’épisode IV de Star Wars, Un nouvel
espoir. Ces deux robots sont donc des personnages du film
et par conséquent n’existent pas réellement, ils étaient des
costumes sous lesquels se trouvaient des acteurs pour initier les mouvements. Dans la saga, R2-D2 est un petit robot
de forme ovoïde (forme d’œuf) de petite taille qui s’exprime dans un langage sonore électronique ressemblant
à des sifflements. Il se déplace, tient des objets, crache de
l’huile, éteint des feux, etc. Il est accompagné de C-3PO, un
droïde (diminutif d’androïde), qui est un robot humanoïde
construit à l’image d’un être humain. Le but de cette réflexion initiale est de montrer que les robots peuvent avoir
des formes très différentes.
➡ Relance possible : « Qu’est ce qu’un robot ? », « à quoi
peut-il servir ? », « est-ce que vous en utilisez au quotidien ? »
Les élèves doivent donc se demander ce qui caractérise un
robot, quelles tâches ils sont capables d’effectuer, comment ils fonctionnent, etc. Le but n’est pas d’apporter des
réponses précises, qui seront vues dans la mission 46, mais
plutôt d’ouvrir la réflexion sur les robots.
Question technologique Quels sont les usages
des robots ? Comment fonctionnent-ils ?
➜ Aller à la mission 46.
226
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
quelques usages des robots
Cette page devrait permettre aux élèves d’appréhender le
chapitre à travers l’exemple de la robotique. Elle montre
plusieurs situations dans lesquelles les robots sont utilisés.
➡ Le document 1 définit le mot « robot » et montre indirectement que la robotique s’appuie sur plusieurs disciplines
technologiques comme l’informatique, l’électronique ou
encore la mécanique pour se développer.
➡ Les documents 2 à 5 proposent un éventail d’usage de
robots dans des domaines différents : l’enseignement,
l’aide à la personne, l’industrie ou encore l’exploration extraterrestre. Il s’agit ici d’attirer l’attention des élèves sur le
fait qu’un robot (comme tout objet technique) est conçu
et fabriqué pour répondre à un usage. Ses caractéristiques
physiques et fonctionnelles dépendent alors des tâches à
effectuer.
Réponses aux activités
1 Pour les domaines d’utilisations des robots, il est possible de se référer à l’introduction de ce chapitre, section
« La robotique et ses applications ».
Les élèves ont peut-être côtoyé le robot aspirateur, qui
est assez courant aujourd’hui. Il permet d’aspirer les poussières du sol de la maison, il se déplace de manière autonome et évite les obstacles. Il est également capable de se
rendre sur sa base pour se recharger. Les élèves peuvent
aussi citer les robots ménagers de cuisine. En effet certains
robots sont aujourd’hui capables de peser des ingrédients,
de chauffer la préparation et de réaliser des recettes complexes en suivant un programme.
Les exemples cités peuvent être très variés. Pour valider
que l’on parle bien de robot, il faut identifier sur ces objets des capteurs, actionneurs et que le tout soit piloté par
un programme le rendant plus ou moins autonome. Ainsi,
nous pouvons élargir la liste avec le métro sans conducteur,
la station de lavage, le robot pour traire les vaches, etc.
2 Doc 2. Le robot Nao est un robot éducatif qui permet d’apprendre la programmation de manière ludique à
l’école, au lycée mais aussi à l’université. Ainsi programmé, il peut effectuer de nombreuses tâches comme parler,
danser, effectuer des gestes et imiter les utilisateurs...
IN FO
+
Cette vidéo en anglais, mais au vocabulaire simple et
bien illustré, permet d’appréhender avec les élèves les
fonctions de la dernière génération du robot Nao, tout en
travaillant la langue vivante : https://www.youtube.com/
watch?v=nNbj2G3GmAo
Doc 3. Le robot Roméo est un robot d’assistance à la personne, il est capable de se déplacer, de servir un plateau
repas, de prendre quelques objets. Il est aussi en mesure
de reconnaitre des visages.
Doc 4. Les robots sont utilisés dans l’industrie, ils sont souvent constitués d’un seul bras, découpent, manipulent,
soudent, déplacent, assemblent, peignent les différentes
pièces détachées qui entrent dans la constitution d’un
objet technique comme une voiture.
Doc 5. Arrivé sur Mars en août 2012, Curiosity est un rover
(véhicule d’exploration spatiale) rempli d’instruments
scientifiques permettant de déceler la présence de vie sur
le sol martien. Il peut, entre autres, analyser la composition minéralogique du sol, étudier la géologie et collecter
des données sur la météorologie et les radiations qui atteignent le sol de la planète.
JE COMPRENDS
comment fonctionne
un robot
L’analyse croisée de ces deux documents peut permettre
aux élèves d’appréhender l’architecture fonctionnelle d’un
robot aux organes plutôt classiques (capteurs, carte programmable, actionneurs).
En effet, ils pourront facilement distinguer par le texte du
doc. 6 puis grâce au schéma du doc. 7 les groupes d’organes
et leurs fonctions.
Il faudra rappeler aux élèves que l’utilisation d’une alimentation électrique est nécessaire pour faire fonctionner ce
robot. Une batterie ou des piles feront office d’organe de
stockage d’énergie.
Dans un second temps, les élèves devront essayer d’identifier les capteurs et les actionneurs nécessaires au fonctionnement du robot Thymio en mode « Suiveur de ligne ».
Ils pourront ainsi comprendre que seulement certains organes sont utilisés lors de l’exécution de ce mode.
➡ Idée ludique : Si vous avez la possibilité d’activer votre
robot en mode « Suiveur de ligne » (bleu ciel), vous pouvez
faire une démonstration aux élèves, ceci devrait solliciter
leur intérêt pour l’activité et permettrait d’aider à la réalisation de la question 4. Ressources Thymio suiveur de ligne :
https://www.thymio.org/fr:thymiobehaviourinvestigator
Capteurs
Actionneurs
1 bouton de commande
Capteurs de distance
Capteurs de lignes
1 microphone
2 roues + 2 moteurs
39 LED (ou DEL) pour diode
électroluminescente
1 haut-parleur
1 indicateur de charge
batterie
4 Pour le mode suiveur de ligne, Thymio utilise des capteurs de lignes et des actionneurs roues et moteur. Les LED
qui l'éclairent en bleu ciel sont aussi des actionneurs.
5 Les élèves pourront supposer à l’oral que les robots seront de plus en plus présents dans notre quotidien, et développés aussi dans les domaines professionnels et industriels.
Ils pourront nous soulager des tâches difficiles et répétitives,
travailler dans des milieux hostiles et combler le manque de
personnels dans certains domaines d’activités.
Suivi d'acquisition des compétences
Concevoir, créer, réaliser ● Décrire le fonctionnement d’objets
techniques, leurs fonctions et leurs composants.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Exprimer les fonctions des objets techniques. ➜ Ici, être
capable d’identifier les différents usages des robots.
● Décrire le fonctionnement d’objets techniques et leurs
composants. ➜ Ici, être capable de décrire le fonctionnement
d’un robot comme Thymio.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à exprimer la fonction d’usage (principale)
d’un objet programmable (robot) à partir d’un texte descriptif
et/ou d’une illustration ➜ Débutant.
● En plus du niveau Débutant, l’élève est capable de nommer
quelques composants d’un objet programmable. ➜ Apprenti.
● En plus du niveau Apprenti, l’élève parvient à associer certains
composants à leurs fonctions techniques. ➜ Confirmé.
● En plus du niveau Confirmé, l’élève est capable de classer les
composants d’un objet programmable selon les catégories du
doc. 6 (capteurs, carte programmable, actionneurs) ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Un robot est un objet technique automatisé qui fonctionne grâce à des capteurs, des actionneurs et un
programme informatique. Il peut effectuer des tâches
dangereuses ou pénibles pour un être humain, voire
impossibles comme l’exploration spatiale. Le robot
peut aussi avoir des fonctions plus ludiques ou sociales,
comme l’assistance à des personnes.
JE FAIS LE BILAN
p.198
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 46
Réponses aux activités
à imprimer.
3 Les principaux capteurs et actionneurs du robot Thymio
sont listés dans le tableau ci-dessous :
Mots à savoir utiliser en contexte
Robot, actionneur, capteur, programme, mémoire.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
227
Mission 47 Le fonctionnement d’un robot
p. 194-195
Objectif :
✔Découvrir la notion d’algorithme et d’objet programmable.
- Programmer un robot pour effectuer une tâche.
- Observer le fonctionnement d’une voiture autonome.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 3 – 4 – 9 – 25.
Ressources complémentaires Vidéo de l’expérience,
fiche d'expérience, aide à la mise en œuvre de Blockly4Thymio, défi « Pour aller plus loin », aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par groupe d’élèves : 1 robot
Thymio, 1 câble USB, 1 ordinateur, 1 objet pour faire un obstacle (briques encastrables, boite à chaussures...), papier
auto-adhésif amovible pour matérialiser le départ et l’arrivée. Point vigilance : s’assurer que les batteries des robots
sont chargées.
IN FO
Question technologique Comment programmer
un objet ? ➜ Aller à la mission 47.
+
L’atelier Canopé de votre secteur possède peut-être des
robots Thymio disponibles pour le prêt, n’hésitez pas à les
contacter : https://www.reseau-canope.fr/nous-trouver.html
Pour préparer la mission, l’enseignant peut demander aux
élèves de regarder cette vidéo de présentation d’un prototype de voiture sans chauffeur :
https://www.youtube.com/watch?v=pGYv_7VSCZce
JE M'INTERROGE
p. 191
La conduite du futur ?
« Aujourd’hui, des voitures sans
conducteur ont le droit de rouler
sous certaines conditions. » Comment une voiture sans conducteur peut-elle rouler ?
Sur cette photographie, nous pouvons observer une jeune
femme qui lit tranquillement une revue alors qu’elle se déplace en voiture. Il s’agit donc d’une voiture qui peut rouler
sans l’aide d’un conducteur. Celui-ci indique à la voiture sa
destination et l’ordinateur du bord calcule l’itinéraire et fait
rouler la voiture en toute sécurité.
➡ Relance possible : « Qu’est-ce qui fait fonctionner cette
voiture ? »
Pour élargir cette analyse, il est possible de rappeler aux
élèves les notions abordées par la mission précédente. Ils
pourront alors émettre des hypothèses sur la présence de
228
capteurs et d’actionneurs pouvant faire fonctionner cette
voiture. L’organisation fonctionnelle de cet objet peut être
représentée simplement en 3 ensembles. Les actionneurs
permettent le déplacement de la voiture (moteur, transmission et roues). Les capteurs vont cartographier l’environnement de la voiture (obstacles, dangers, position sur
la route). La carte programmable (l’ordinateur de bord) va
exécuter un programme informatique pour traiter les informations en provenance des capteurs et commander les
actionneurs. Cette notion de programme permet de faire la
transition avec la question technologique.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
J'EXPÉRIMENTE
la programmation du robot
Thymio
Pour faciliter la compréhension et la réalisation de l’expérience, les trois premiers documents permettent d’appréhender le vocabulaire et les outils spécifiques à nos objectifs : algorithme, parcours, Blockly4Thymio.
Le document 1 montre un exemple de parcours d’évitement d’obstacle qu’il est possible de réaliser avec des
briques encastrables. Il faut éviter les parcours trop compliqués pour simplifier la programmation du robot.
Le document 2 et le document 3 montrent deux algorithmes aux présentations différentes, l’une par ligne de
texte et l’autre par bloc avec le logiciel Blockly4Thymio.
Déroulé de l'expérience
1 Avant l’expérience
Découvrir le robot en mode obéissant :
- Allumer le robot.
- Sélectionner le mode obéissant (Violet).
- Utiliser les flèches situées sur Thymio pour le diriger.
2 L’expérience
Réaliser le parcours : Lorsque le parcours est défini, les
élèves doivent réaliser un plan pour éviter l’obstacle.
Cette tâche est assez difficile mais l’enseignante-e peut
guider les élèves pour les aider à trouver une méthodologie soit en proposant un exemple de plan au tableau, soit
20 cm
10 cm
5 cm
Obstacle
Départ
30 cm
15 cm
Arrivée
en aidant les élèves à débuter le leur. Voici un exemple de
plan réalisable par les élèves :
Écrire les instructions : Il faut retranscrire les
mouvements (déplacements, rotations) sous forme de
liste en respectant l’ordre des opérations, du départ vers
l’arrivée. Dans l’exemple ci-dessus, il y aurait 9 instructions
donc 9 lignes : avancer de 10 cm, tourner à gauche de 90°.
Enregistrer les instructions dans le logiciel : Pour la mise
en œuvre du logiciel Blockly4Thymio, se reporter à la
ressource complémentaire sur le site compagnon.
Écrire le programme sur l’interface Web Blockly4Thymio,
puis transférer le programme avec le bouton « Envoyer le
programme à Thymio » en bas à gauche de l’interface.
3 Résultats
Si le programme fonctionne, les élèves peuvent le tester
plusieurs fois et ainsi vérifier plus rigoureusement que la
programmation du robot est correcte. L’utilité d’un programme pour exécuter une tâche répétitive est alors évidente. Le robot ne commet pas d’erreur, le parcours est
strictement identique à chaque exécution du programme.
Réponses aux activités
1 On attend de l’élève qu’il note les instructions de la
même manière que dans le document 2, en distinguant
bien toutes les opérations.
2 La programmation du robot nécessitera surement
plusieurs ajustements de la part des élèves à la suite des
premières exécutions sur le parcours (ajustement des distances et sens de rotation). Cette phase de tâtonnement
est tout à fait normale et instructive. Il faut donc prévoir
une séance suffisamment longue qui laisse le temps pour
cette expérimentation.
Si un élève n’a pas réussi à réaliser son parcours d’évitement, il faut lui demander de trouver la raison qui a fait
que ça n’a pas marché. Si le parcours a été réussi, on pourrait demander à l’élève si c’était la façon la plus facile, s’il
trouve que d’autres groupes ont été plus efficaces.
Suivi d'acquisition des compétences
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à lancer l’exécution d’un programme et
verbalise la tâche réalisée. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à modifier le programme du robot. ➜
Apprenti.
● L’élève parvient à adapter le programme à la situation
problème (contournement d’obstacle). ➜ Confirmé.
● L’élève est capable d’ajouter une ou plusieurs fonctionnalité(s)
supplémentaire(s) au programme (commande des LED, du
haut-parleur). ➜ Expert.
JE COMPRENDS
comment fonctionne
une voiture autonome
Le doc. 4 présente une voiture autonome par deux aspects :
son apparence physique et son architecture matérielle. Sur
la photo on peut voir un capteur placé sur le toit, le texte
apportant des éléments d’informations.
Les documents 5 et 6 proposent des réponses algorithmiques à des situations auxquelles ces véhicules peuvent
être confrontés : suivre une trajectoire et respecter une distance de sécurité.
Le document 6 permet d’aborder la notion de programmation conditionnelle, Si... alors... sinon... Cette notion fait
partie des bases de la programmation informatique, mais
sera davantage abordée en classe de 6e et au cycle 4.
Réponses aux activités
3 La voiture évite les obstacles grâce à un capteur laser
placé sur le toit qui lui permet de faire une sorte de carte
de son environnement.
4 Le parcours de la voiture rouge correspond au programme du doc 5.
5 Cet algorithme permet à la voiture autonome de freiner si la distance avec la voiture précédente est inférieure à
50 m. Si cette distance est plus grande, la voiture maintient
sa vitesse.
LA TRACE ÉCRITE
Cette voiture autonome, comme un robot, utilise des
capteurs et des actionneurs commandés par une carte
programmable qui contient un programme informatique
dans sa mémoire. Elle peut alors effectuer un parcours en
suivant la route et en évitant les obstacles.
Concevoir, créer, réaliser ● Repérer et comprendre la
communication et la gestion de l’information.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Utiliser un programme simple pour piloter un robot. ➜ Être
capable de programmer le robot Thymio avec le programme
Blockly4Thymio.
● Comprendre le rôle des algorithmes dans les objets
programmables. ➜ Être capable de comprendre comment
fonctionne le programme d’évitement d’obstacle du robot.
JE FAIS LE BILAN
p.198
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 47
à impimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Algorithme, parcours, programme.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
229
Mission 48 Des réseaux pour communiquer
Objectif :
p. 196-197
Travail
en
équipes
✔Comprendre la gestion et l’échange des informations
dans les réseaux :
- Le stockage de données informatiques.
- La circulation et l’échange des données informatiques.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
24 – 25 – 26 – 28 – 29 – 30.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
exemple de page de couverture du magazine, aide pour la
trace écrite.
Matériel par groupe d’élèves : un appareil
photo ou une caméra, un ordinateur, un logiciel de montage vidéo ou un logiciel de traitement d’image, un logiciel
de traitement de texte.
Matériel
En guise de travail préparatoire, il est possible de demander aux élèves de réfléchir au contenu de leurs reportages.
Que veulent-ils dire ? Combien de photos, de plans vidéo
souhaitent-ils proposer ? Pour l’équipe 1, il faut définir le
nombre de pages du magazine et son plan. Pour l’équipe 2,
il faut définir la durée de la vidéo et son plan.
JE M'INTERROGE
p. 191
À distance...
Comment ce reporter peut-il
envoyer ses photographies à la
rédaction de son journal ?
Les élèves proposent des solutions pour le reporter. Plusieurs idées sont alors envisageables. Ce reporter peut se
connecter au réseau Internet avec son ordinateur et transférer les photos via ce réseau. Il devra, dans un premier
temps, copier les photos stockées dans la carte mémoire
de l’appareil photo sur un disque dur. Ainsi, il pourra effectuer une sélection des meilleures photos et les transmettre, par exemple en pièce jointe d’un email ou par un
espace de stockage en ligne (cloud).
➡ Relance possible : L’image nous montre que le reporter utilise un ordinateur. « Pourquoi doit-il se dépêcher pour
transmettre ses photographies ? » « Comment les photos
sont-elles stockées dans l’appareil photo ? » « Peut-il sauvegarder les photos sur son ordinateur ? »
Le reporter doit envoyer ses photos au plus vite à la rédaction du journal. Elles pourront ainsi être retravaillées et re230
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
touchées pour être insérées dans des articles de presse ou
sur des sites Internet. Les rédactions cherchent l’exclusivité,
ce transfert de données doit donc être rapide ou quasiment
instantané. Les photos sont transmises en haute qualité
pour garder la possibilité de recadrer l’image, des modifier les couleurs, etc. Suivant leurs utilisations, elles seront
compressées afin de pouvoir les stocker en limitant l’espace
mémoire occupé et pour les transmettre plus rapidement.
Dans un premier temps, elles sont donc enregistrées en
haute qualité dans la mémoire de l’appareil photo. Cette
mémoire se présente généralement sous la forme de petite carte de type carte SD ou Compact Flash. Il faut ensuite
transférer les images avec un câble USB ou en utilisant le
lecteur de carte mémoire de l’ordinateur. Certains appareils
photo peuvent également se connecter à des réseaux sans
fils pour le transfert de données. Les photos pourront par
la suite être retravaillées au format désiré et/ou transmises
par Internet.
Cette situation déclenchante montre donc que les informations, les données numériques (images, vidéos, textes...)
peuvent être stockées et transmises par des réseaux informatiques. Cette mission doit alors permettre aux élèves
d’aborder les notions de transmission et de stockage de
l’information numérique.
Question technologique Comment les réseaux
nous permettent-ils d’échanger des informations ?
➜ Aller à la mission 48.
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. La création d’un magazine
Les quatre documents permettent d’aborder la chaine de
création d’un magazine photo, de la prise de vue du reporter jusqu’à l’impression papier du magazine. L’outil informatique est présent à chaque étape de la création, les
fichiers sont transférés d’un professionnel à l’autre par
différentes solutions de stockage et par différents réseaux
(Internet et réseaux locaux).
On retrouve donc généralement les étapes suivantes :
- la création de contenu : prise de photos, écriture de texte,
réalisation d’infographies... Cette étape est à réaliser en petits groupes.
- le stockage des contenus dans un dossier (rassembler les
données sur un seul ordinateur) ;
- la mise en page du document (avec LibreOffice ou Word
par exemple) ;
- l’impression.
ÉQUIPE 2. Une chaine vidéo sur Internet
Ces quatre documents permettent d’explorer les différentes étapes de la création d’une chaine vidéo sur Internet. De la prise de vue en passant par la mise en ligne, puis
le téléchargement des données sur un réseau local, les
données informatiques parcourent un long chemin pour
arriver jusqu’à l’application finale qui permet de visionner
le contenu de la chaine vidéo.
Pour plus d’information sur le stockage de vidéos sur Internet, il est possible de se reporter à l’introduction du
chapitre.
On retrouve donc généralement les étapes suivantes :
- la création de contenu : prises de vue, entretiens, témoignages, etc. ;
- le stockage des contenus dans un dossier (rassembler les
données sur un seul ordinateur) ;
- le montage de la vidéo (avec Windows Movie Maker ou
Final Cut par exemple) ;
- la mise en ligne de la vidéo (avec un compte Vimeo ou
Youtube).
Commentaire. La création multimédia utilise les réseaux
informatiques pour échanger les données.
Mise en commun
ÉQUIPE 1 : pour la création d’un magazine, il est possible
d’utiliser le site internet https://madmagz.com/fr
C’est un outil très performant pour l’édition d’un magazine,
il faut savoir cependant que certaines fonctionnalités sont
payantes.
Voici un exemple de page
d’une couverture d’un magazine réalisable par les élèves :
ÉQUIPE 2 : pour la création
d’une vidéo, plusieurs solutions
sont envisageables. Pour simplifier la création de la vidéo, il
est conseillé de la réaliser dans
l’ordre chronologique, ainsi il
n’y aura pas de montage, les
plans sélectionnés seront mis
bout à bout.
➡ Mise en commun à l’oral : les différentes équipes présentent leurs travaux à la classe. Ils montrent les étapes de
création des productions. Il est nécessaire d’axer cette présentation sur les notions de stockage et de circulation de
l’information, en s’appuyant le vocabulaire de la mission.
Suivi d'acquisition des compétences
Mobiliser des outils numériques ● Utiliser des outils
numériques pour communiquer des résultats.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Aborder la notion de circulation et de stockage de l’information
numérique. ➜ Ici, être capable de suivre le cheminement de
l’information depuis le terrain jusque dans la réalisation du
magazine.
● Utiliser des logiciels usuels pour produire et communiquer des
contenus. ➜ Ici, être capable de mettre en œuvre les logiciels à
l’aide des fiches équipes.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à ouvrir et sauvegarder un fichier dans un
espace de stockage défini. ➜ Débutant.
● L’élève parvient à produire et/ou modifier un fichier (insérer
de texte, image, son, vidéo). ➜ Apprenti.
● L’élève est capable de diffuser sa production (impression,
diffusion sur internet ou envoi par mail). ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à expliquer le parcours de l’information
numérique (création, stockage, réseau) lors de la création d’un
contenu. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Les données informatiques contiennent des informations (texte, image, vidéo...) stockées sous forme de fichiers informatiques.
Ces fichiers peuvent être enregistrés dans une mémoire
(disque dur, carte mémoire, clé USB, serveur...).
Ces données peuvent être transférées par des réseaux
pour être échangées entre plusieurs personnes. Avec les
performances actuelles de ces réseaux, une vidéo mise
en ligne en Argentine pourra ainsi être visionnée en Chine
quelques instants plus tard.
JE FAIS LE BILAN
p.198
Ressources complémentaires
Bilan de la mission 48
à imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Donnée informatique, mémoire, réseau.
POUR ALLER PLUS LOIN
➡ Défi
Le travail demandé est déjà très conséquent. Les élèves les
plus impliqué-e-s pourront développer la mise en page du
magazine et le contenu de la vidéo.
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
231
les sciences autrement
sciences & Communication
L’email, la révolution du « courrier »
Cet article est lié à la mission 48. En plus des documents fournis dans le manuel, il est possible de projeter
cette courte vidéo retraçant les chiffres-clés de l’histoire de l’email : http://www.lemonde.fr/les-decodeurs/
video/2016/03/07/l-e-mail-en-chiffres-en-1-minute_
4878045_4355770.html
Activités pour la classe
Questions/réponses
À partir des documents et des connaissances des élèves,
on peut poser quelques questions aux élèves : « Depuis
combien d’années existe l’email ? Pourquoi est-ce que le
courrier électronique remplace de plus en plus le courrier
papier ? Qu’est ce qu’un smiley et à quoi sert-il ? »
Voici quelques éléments de réponse :
Le courrier électronique remplace le courrier papier car
cela permet de gagner beaucoup de temps : un email parcourt le trajet émetteur/destinataire en quelques secondes
à peine. Un courrier papier peut prendre plusieurs jours
voire semaines.
Le mot « smiley » provient du mot sourire en anglais (smile).
C’est une image ou une représentation d’un visage avec des
caractères typographiques (par exemple :-)). Initialement
le mot smiley ne désignait que le visage souriant mais on
utilise maintenant le mot pour désigner l’ensemble des
émoticônes. Ils servent à exprimer des émotions par écrit
lorsque l’on envoie un email ou un message écrit.
Activité pratique
L’idéal, si vous disposez des moyens techniques nécessaires, est de faire envoyer un email à vos élèves. En effet,
on constate souvent qu’à l’entrée au collège certains
élèves confondent encore les champs expéditeur, copie,
copie caché, ne mettent pas d’objet à leur mail ou peinent
à utiliser les fonctionnalités de carnet d’adresse et d’insertion de pièce jointe.
Si vous ne disposez pas d’un ENT ou d’un serveur de mail
local, le portail de la poste http://www.education.laposte.
net/ propose de créer une boite mail pour votre classe. Les
élèves pourront alors utiliser cette boite mail pour envoyer
des messages à un autre destinataire.
Sachez tout de même que si vous souhaitez faire ouvrir un
compte mail individuel à vos élèves, la CNIL vous oblige à
demander préalablement l’autorisation des tuteurs légaux.
Suivi d'acquisition des compétences
Mobiliser des outils numériques
numériques pour communiquer.
232
CHAPITRE 14
●
Utiliser des outils
• La gestion de l'information
p. 200-201
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Envoyer un message électronique.
● Utiliser un carnet d’adresse pour envoyer un message
électronique.
● Insérer une pièce jointe dans un courrier électronique.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève sait se connecter sur l’interface de la messagerie avec
un identifiant et un mot de passe. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à envoyer l’email à l’adresse du destinataire en
utilisant le carnet d’adresse de la messagerie (enregistrement
de l’adresse ou récupération de l’adresse). ➜ Débutant.
● L’élève parvient à insérer une pièce jointe dans le message et
à l’envoyer au bon destinataire. ➜ Confirmé.
● L’élève maitrise la mise en forme de l’email (objet du message,
courte phrase expliquant le motif de l’email, signature en fin de
message). ➜ Expert.
sciences &
Nao monte sur scène
Cet article se rapporte aux missions 46 et 47 du chapitre. La
mission 46 présente davantage d’informations sur le robot
Nao (que l’on retrouve aussi en couverture du manuel). La
vidéo proposée dans cet article explique d’ailleurs la manière dont on peut apprendre les mouvements de danse à
Nao en le mettant manuellement dans les positions souhaitées.
Activités pour la classe
Questions/réponses
« Comment font ces robots pour danser ? Comment font les
robots Nao pour être complètement synchronisés lorsqu’ils
dansent ? »
Les robots exécutent des mouvements qui ont été enregistrés par les chorégraphes. Comme d’habitude, les robots
ne font que suivre ce que leur indiquent leurs programmes.
Ils sont synchronisés grâce à leurs programmes. Tous les
programmes à l’intérieur de chacun des robots sont similaires. Il suffit donc de les lancer simultanément (à l’aide
d’une télécommande par exemple) pour que les robots
soient synchronisés.
Aspects artistiques
Si vous voulez vous lancer dans l’art robotique et que vous
disposez d’un robot Thymio, sachez qu’il est possible de le
faire dessiner. Il suffit pour cela de placer un stylo (feutre
par exemple) dans l’orifice prévu à cet effet au dessus du
robot. Lorsqu’il se déplacera, le robot tracera sa trajectoire.
Vous pouvez donc faire tracer des formes géométriques ou
demander à vos élèves d’écrire des programmes simples
permettant de faire dessiner le robot.
Il est également possible de faire jouer des notes de musique à Thymio, vos élèves peuvent alors composer des
mélodies de façon très simples et ludiques. De nombreux
exemples sont disponibles ici :
http://www.blockly4thymio.net/les-exercices.html
Vous pouvez également prendre plusieurs Thymio et les
faire danser de manière synchronisée en y insérant le même
programme que vous lancez simultanément.
un métier de Technologie
Je suis... Développeur-se informatique
Cette rubrique est liée plus spécifiquement à la mission 47.
Elle explique le métier de développeur-se, parfois aussi
appelé codeur-se.
Activités pour la classe
Questions/réponses
« À quel besoin Audrey Sovignet, la développeuse informatique présentée dans cet article, a-t-elle répondu ? Quelle
solution a-t-elle proposé pour répondre à ce besoin ? »
Le besoin était de cartographier (lister géographiquement)
les lieux et événements accessibles aux personnes en
fauteuil roulant. Elle a donc créé une application appelée I Wheel Share (jeu de mot avec le modal « will » et la
roue « wheel » en anglais), grâce à laquelle les utilisateurs
peuvent échanger.
« À quoi servent les mises à jour dans les applications et programmes ? »
Elles servent à appliquer des correctifs (des pansements)
pour corriger les bugs ou apporter de nouvelles fonctionnalités.
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 46 – Cherche l’intrus
1re série : l’intrus est « moteur », c’est le seul actionneur, les
autres sont des capteurs.
2e série : l’intrus est « microphone », c’est le seul capteur,
les autres sont des actionneurs.
Mission 47 – Mot caché
CAPTEUR
ROBOT
ALGORITHME
EMAIL
IMPRIMANTE
Le mot caché est donc PROGRAMME.
Mission 48 – Rébus
Internet (Un-Terre-Net).
CHAPITRE 14
• La gestion de l'information
233
La planète Terre. Les êtres
vivants dans leur environnement
Choix pédagogiques : découpage et progression
• Au cours des trois années du cycle 2, les élèves appren-
nent à passer d’un espace autocentré à un espace géographique et cosmique. Cette capacité de décentration
leur permet de comprendre d’abord l’évolution des modes
de vie à l’échelle de deux ou trois générations, de comprendre les interactions entre l’espace et les activités humaines,
et de comparer des espaces géographiques simples.
Progressivement, ils développent des savoir-faire et des
connaissances leur permettant de comprendre qu’ils font
partie d’une société organisée qui évolue dans un temps
et un espace donnés. Cette compétence de repérage dans
le temps est travaillée depuis le cycle 1, avec de nombreux
rituels permettant de repérer cette organisation du temps.
Au cours du cycle 2, la construction d’outils, comme les
calendriers et la capacité à mesurer le temps, permettent
aux élèves de comprendre que si le temps est cyclique
(alternance de la journée et de la nuit, des saisons...), il
est aussi irréversible. Cette prise de conscience progressive permet d’une part de s’inscrire dans le temps long, et
d’autre part de comprendre, à l’appui de l’observation des
phénomènes naturels, que le temps qui organise la société
est cyclique (jours, nuits, mois, saisons).
• Au cycle 3, les élèves vont pousser plus loin leurs ob-
servations et généraliser les notions mises en place. Ce
thème ambitieux par ses objectifs s’appuiera largement sur
les connaissances construites dans les trois thèmes précédents : après avoir décrit les différents types de matières
ainsi que les différentes formes d’énergie (en relation avec
le réchauffement climatique), après avoir identifié les besoins des êtres vivants notamment ceux de l’espèce humaine, après avoir mis en évidence les besoins pour l’être
humain en matériaux et objets techniques, il est temps de
rassembler toutes ces informations afin de comprendre
les enjeux liés à l’environnement, notamment en terme
d’impact de l’être humain sur son environnement.
L’étude de la Terre se fera à l’échelle planétaire, à l’échelle
de la Terre au travers de son activité et de l’évolution des
paysages, à l’échelle des activités des êtres humains et
leurs répercussions sur le fonctionnement de la planète.
234
La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement
Ce thème participe aussi à la construction d’une conscience citoyenne et responsable et leurs enjeux seront
largement présentés.
•
Nous avons distingué ainsi trois chapitres pour découper
ce thème.
La Terre dans le Système solaire constitue le chapitre 15.
Développant les observations et constats posés à la fin du
cycle 2, les élèves sauront « comment situer la Terre dans
le Système solaire et comment caractériser les conditions
de l’apparition de la vie ». La construction d’une maquette permettra de comprendre la dimension et la notion
d’échelle de grandeur de notre Système solaire. L’étude
de l’apparition de la vie met en évidence le caractère indispensable de l’eau liquide. Puis les élèves expliqueront
les phénomènes observés au cycle 2 (alternance de la
journée et de la nuit, des saisons) à l’aide des mouvements
de la Terre.
L’activité de la Terre, objet du chapitre 16, sera étudiée
par les élèves au travers de ses manifestations tant internes qu’externes et de ses incidences sur la vie des êtres
humains. La notion de risque est au centre de ce chapitre
(risques météorologique, sismique et volcanique). Conformément au programme 2016, les mécanismes explicatifs de cette activité feront l’objet de développements
ultérieurs en cycle 4. Il ne s’agit pas, en fait, d’étudier la
géologie de la Terre mais plutôt la relation Terre - êtres
humains.
Les enjeux liés à l’environnement concluront l’étude
du thème avec le chapitre 17. Les élèves vont construire
des concepts importants tels que ceux de biodiversité et
d’écosystème pour comprendre les relations qui lient les
êtres vivants. Ces relations évoluent au cours des saisons,
ou selon l’aménagement du territoire réalisé par l’être
humain. Enfin, la mise en relation entre l’exploitation de
quelques ressources, les utilisations et les impacts, permettra de conclure sur l’évolution de notre planète, en
fonction des besoins de l’être humain.
Exploitation pédagogique du manuel
DOUBLE PAGE D’OUVERTURE
p. 202-203
classer la Terre comme un objet physique et non un objet
astronomique et ainsi à lui attribuer des présupposés appropriés pour des objets physiques en général (organisation haut-bas, stabilité, solidité...) (Merle, 2002)1.
➡ Peut être abordé avant les missions 51 et 52
L’objectif de ces missions est de faire le lien entre des
phénomènes cycliques (alternance journée/nuit et cycle
des saisons) et les mouvements de la terre.
Il est ainsi souhaitable de revoir avec les élèves ces deux notions. Il est par exemple possible de s’appuyer sur le document proposé ici afin de rappeler les quatre saisons et leurs
caractéristiques visibles pour un « observateur terrestre ».
Le document peut être exploité en complément de la
situation déclenchante « Je m’interroge » de la mission 49.
Questionnements possibles :
Qu’observez-vous ? (Une planète (la Terre), un satellite
(la Lune) et des étoiles. On pourra redéfinir les bons termes
si besoin (planète, étoile, satellite, astre).)
•
• Que voyez-vous à la surface de la Terre ? (Mers/océans
(d’où notre Terre tire sur surnom de « planète bleue »), les
nuages, et l’atmosphère visible au loin (couche blanche et
protectrice).)
CE QUE JE SAIS DÉJÀ
p. 204-205
Se repérer dans l’espace et le temps
➡ Peut être abordé avant le chapitre 15
Ces missions permettent d’expliquer des phénomènes visibles tels que l’alternance journée/nuit, la variation de la
durée de la journée au cours des saisons ou encore la variation de la température au cours des saisons par les mouvements de rotation et de révolution de la Terre. Pour cela,
il convient de laisser la possibilité aux élèves, avant même
de débuter ces missions, de s’exprimer sur la forme de la
Terre.
Les documents proposés dans le premier encart (une
représentation de planisphère et un globe terrestre) peuvent être un support intéressant pour cela. En effet, les
élèves doivent surmonter des difficultés liées à des contradictions apparentes entre leurs connaissances naïves
basées sur leur expérience propre, verbale et expérimentale, et les explications scientifiques. Par exemple,
la Terre semble être plate pour un observateur terrestre
alors qu’elle apparait sphérique observée de loin. Parlons
ici aussi de l’idée selon laquelle les gens « ne tombent pas
dans l’espace » dans l’hémisphère sud ce qui contredit l’expérience que les choses non soutenues tombent
(Kallery, 2011)1. Autrement dit, les élèves ont tendance à
Autour de notre planète
➡ Peut être abordé avant la mission 49
Le visuel permet aux élèves de repérer le Soleil et la Terre,
légendés tous les deux. Après avoir rappelé la définition
d’un astre, l’enseignant-e peut demander d’énumérer les
différents éléments présents dans le Système solaire. Puis
il/elle peut proposer aux élèves de trier ces éléments, les
différentes catégories peuvent ensuite être nommées :
l’étoile, les planètes, les satellites naturels, les astéroïdes,
les comètes. C’est l’occasion de nommer les huit planètes
du Système solaire, un moyen mnémotechnique peut
alors être imaginé de façon collective puis individuelle.
Même si le visuel présenté n’est pas à l’échelle, les proportions globales des dimensions des planètes sont
représentatives. Au besoin, ce visuel pourra servir de support lors de la mise en commun de la mission 49.
Les ressources de notre planète
➡ Peut être abordé avant la mission 60
Les enjeux de l’exploitation des ressources naturelles sont
abordés dès cet encart. En effet, sont ici présentés des
éco-gestes individuels permettant au quotidien d’économiser les ressources naturelles : trier ses déchets afin de
favoriser leur recyclage ; préserver l’eau, ressource indispensable à la présence de vie ; éteindre les lumières afin
de limiter sa consommation en électricité dont la fabrication nécessite l’exploitation de ressources polluantes.
C’est d’ailleurs sur l’origine des besoins ici mis en relief
qu’il faudra interroger les élèves :
En quoi éteindre les lumières peut-il permettre de préserver les ressources ? Comment est produite l’électricité ?
Pourquoi ne pas gaspiller le papier ? Comment fabrique-t-on le papier ?
Pourquoi l’eau est-elle si précieuse ? D’où vient-elle ?
Que deviennent les déchets triés ? Comment sont-ils valorisés ?
•
•
•
•
1. Kallery, M. (2011), Astronomical Concepts and Events Awareness
for Young Children, International Journal of Science education, 33
2. Merle, H. (2002), Histoire des sciences et sphéricité de la Terre :
compte rendu d’innovation, Didaskalia n° 20 - pages 115 à 136
La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement
235
CHAPITRE
15
La Terre dans le Système solaire
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Situer la Terre dans le Système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre
Connaissances et compétences associées
Situer la Terre dans le Système solaire.
Caractériser les conditions de vie sur Terre (température,
présence d’eau liquide).
Le Soleil, les planètes.
Position de la Terre dans le Système solaire.
Histoire de la Terre et développement de la vie.
Décrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-même
et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons).
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Travailler à partir de l'observation et de démarches scientifiques
variées (modélisation, expérimentation...).
Faire – quand c'est possible – quelques observations
astronomiques directes (les constellations, éclipses, observation
de Vénus et Jupiter...).
Découvrir l'évolution des connaissances sur la Terre et les objets
célestes depuis l'Antiquité (notamment sur la forme de la Terre
et sa position dans l'univers) jusqu'à nos jours (cf. exploration
spatiale du Système solaire).
Les mouvements de la Terre sur elle-même et autour
du Soleil.
Représentations géométriques de l’espace et des astres
(cercle, sphère).
Repères de progressivité
La place, les mouvements et la nature de la Terre, parmi les planètes du Système solaire, sont détaillés tout au long du cycle
par l'observation et la modélisation. La description précise des mouvements est liée au thème 1 : CM2 et 6e.
Il faudra veiller à une cohérence avec la progression des outils mathématiques.
Commentaires
1. La description de la matière à grande échelle (Terre, planètes, Univers) présente dans le thème 1 du programme (Matière, mouvement,
énergie, information) est ici abordée dans le thème 4 (La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement).
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
1 Le Système solaire
La place du Système solaire dans l’Univers
•
Notre Univers contient des milliards de galaxies. Parmi
celles-ci, la Voie lactée est celle qui contient notre Système solaire. Celle-ci contient environ 200 milliards
d’étoiles (toutes les étoiles observables à l’œil nu dans le
ciel en particulier). Elle a la forme d’un disque renflé en son
centre. L’Univers est dit en expansion : les galaxies sont
regroupées en amas qui s’éloignent les uns des autres. La
distance entre le Soleil et l’étoile la plus proche, Proxima
du Centaure, est de 4,3 années-lumière (a.l.), c’est-à-dire
environ 4 × 1013 km, soit 40 000 milliards de kilomètres !
236
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
IN FO
+
Une année-lumière est une unité de distance utilisée en
astronomie. Elle correspond à la distance parcourue par la
lumière dans le vide en une année.
La formation du Système solaire
• Dans l’univers, il y a 4,6 milliards d’années, sous l’effet
de la gravité, un nuage constitué d’hydrogène et d’hélium
s’effondre sur lui-même et se fragmente en plusieurs
nuages de dimensions réduites. Un de ces nuages deviendra le Système solaire. Ce nuage de faible dimension, en
rotation permanente, se condense en un disque plat. Au
centre de ce disque, une étoile : le futur Soleil. Puis en se
contractant, la vitesse de rotation du disque augmente
alors, formant ainsi une série d’anneaux dans lesquels les
poussières s’agglutinent à l’origine de petits corps appelés
nébuleuse solaire
(il y a environ 4,6 milliards d’années)
formation du Soleil
formation
des planètes
des trajectoires elliptiques, ainsi que leurs satellites, des
comètes et des astéroïdes.
• Le Soleil est une étoile classique dont le diamètre avoi-
sine les 1 400 000 km, soit 100 plus grand que le diamètre
de la Terre. Les huit planètes forment deux groupes qui se
distinguent par leur diamètre, leur distance au Soleil et leur
composition chimique. D’un côté, les quatre planètes de
faible diamètre, denses et rocheuses regroupent Mercure,
Vénus, la Terre et Mars, ce sont les planètes telluriques.
Les quatre autres planètes, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, sont éloignées du Soleil, géantes, et composées essentiellement de gaz.
• La plupart des planètes ont des satellites, des corps qui
le système
solaire actuel
Doc 1. Les différentes étapes de la formation du Système solaire :
contraction d’un nuage d’hydrogène et d’hélium, aplatissement du
système, formation de planétésimaux, mise en route des réactions
nucléaires au centre, apparition du système sous sa forme actuelle.
planétésimaux. Par accrétion, les corps les plus gros absorbent les plus petits pour former des planétésimaux de
dimension plus grande : ce sont les proto-planètes.
• L’augmentation de température due à la contraction du
disque entraine une répartition thermique des minéraux.
Ainsi, les minéraux à point de fusion élevé se concentrent à
proximité du Soleil. Ce sont des éléments lourds comme le
fer et le silicium, ce qui explique la forte densité des planètes
proches du Soleil. Éloignés du Soleil, les éléments légers à
faible point de fusion, comme l’hydrogène, sont propulsés
en périphérie du disque et se regroupent autour d’un noyau
plus froid. Une enveloppe de gaz se forme et on aboutit à
une planète très volumineuse et massive, mais essentiellement constituée d’hydrogène et donc peu dense.
La structure du Système solaire
• Le Système solaire est composé d’une étoile centrale,
le Soleil, des huit planètes qui gravitent autour de lui sur
IN FO
+
Les comètes et les astéroïdes se distinguent par leur composition. En effet, tous les deux sont de petites tailles et
décrivant une orbite autour du Soleil, mais les astéroïdes
sont de nature rocheuse alors que les comètes sont constituées d’un noyau de glace et de poussière.
Lorsque les comètes s’approchent du Soleil, la glace est
vaporisée avec éjection d’un nuage de gaz et de poussière qui diffuse la lumière du Soleil, c’est la « queue » de la
comète visible depuis la Terre.
gravitent autour d’elles suivant des orbites à peu près circulaires. La Terre a un seul satellite naturel : la Lune. Certaines planètes géantes ont des anneaux faits de roches et
de glaces : les plus importants, visibles sans difficulté depuis la Terre dans une lunette ou un télescope, sont ceux
de Saturne (voir page de garde du manuel).
Un peu d’histoire
• Dès l’Antiquité, les astronomes ont essayé de prévoir les
déplacements des planètes, en choisissant un référentiel
dans lequel les trajectoires sont les plus simples possibles.
Pour Ptolémée (IIe siècle ap. J.-C.), la Terre sphérique occupe le centre du monde. Selon lui, le Soleil, les planètes
mais aussi les étoiles tournent autour de la Terre. On parle
de référentiel géocentrique. En 1543, Copernic (1473-1543)
publie un traité selon lequel le Soleil est le centre du monde.
Copernic est à l’origine d’une « révolution » privilégiant le
référentiel héliocentrique. Selon lui, les planètes tournent
autour du Soleil suivant des orbites circulaires, et la Terre
tourne sur elle-même. Il faut attendre les travaux de Kepler (1571-1630) pour avoir une description du mouvement
des planètes voisine de celle qui est aujourd’hui admise. Les
planètes décrivent des orbites elliptiques autour du Soleil
immobile.
• À la même époque que Kepler, Galilée (1564-1642) per-
fectionne la lunette astronomique. Ses nouvelles observations de la Lune, des autres planètes et du Soleil ouvrent de
nouvelles perspectives sur la compréhension du Système
solaire. Il argumente en faveur du système héliocentrique
mais n’apporte pas de preuve irréfutable. Grâce à sa lunette
astronomique, il remarque que Vénus présente les mêmes
phases que la Lune, ce qui est en accord avec la théorie
de Copernic : Vénus tourne autour du Soleil. L’expérience
du pendule de Foucault en 1851 apporte la preuve que la
Terre tourne sur elle-même. Plus tard, Newton (1642-1727)
énonce la loi de la gravitation, qui explique que deux corps
exercent l’un sur l’autre des forces d’attraction opposées de
même valeur. Il explique ainsi de nombreux phénomènes :
le mouvement de la Lune, l’existence des marées, la précession des équinoxes (c’est-à-dire le changement de direction de l’axe de la Terre), la formation des étoiles, etc.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
237
IN FO
+
Pôle Nord
géographique
Pôle magnétique
de l’hémisphère
Nord
Pour plus d’explications sur l’expérience du pendule de
Foucault, il est possible de se reporter à la vidéo suivante :
https://www.youtube.com/watch?v=3rz-Q8JLNJI
S
N
2 La Terre
Se repérer sur Terre
Pôle Sud géographique
Pour déterminer les coordonnées d’un lieu, on utilise la latitude et la longitude, qui ont été inventées par les marins
pour se repérer.
• Le méridien est le cercle imaginaire reliant le pôle Nord
et le pôle Sud. Le méridien zéro est celui qui passe par
Greenwich.
• La longitude d’un lieu est la distance angulaire entre le
plan du méridien de ce lieu et le plan du méridien zéro.
• Un parallèle est un cercle imaginaire parallèle à l’équateur.
• La latitude d’un lieu est la distance angulaire entre le
plan de l’équateur et la verticale du lieu le long du méridien
du lieu.
longitude ou
méridien
latitude ou
parallèle
N
90°
60°
équateur
40°
20°
O
120°
80°
40°
0°
40°
0° E
20°
40°
méridien
zéro
90°
60°
S
axe de rotation de la Terre
Doc 3. Pôles magnétiques et pôles géographiques.
Le mouvement de rotation de la Terre
sur elle-même
• Le modèle explicatif actuellement reconnu par la com-
munauté scientifique est celui du Soleil fixe et d’une Terre
en rotation sur elle-même autour de l’axe des pôles. La
Terre tourne également autour du Soleil. La Terre tourne
sur elle-même autour de l’axe des pôles en 23 h 56 min.
Les différents points de la Terre passent alors périodiquement de la zone éclairée par le Soleil à la zone d’ombre
(ombre propre de la Terre). Ce mouvement permet d’interpréter la succession des journées et des nuits.
• Il existe plusieurs définitions du jour.
Les astronomes utilisent le jour sidéral qui a une durée de
23 h 56 min et 4 s. Cette durée est indépendante du Soleil,
il s’agit simplement du temps que la Terre met pour faire un
tour complet autour de son axe de rotation.
Le jour solaire vrai est l’intervalle de temps compris entre
deux passages consécutifs du Soleil au même méridien.
Autrement dit, un jour solaire correspond au temps écoulé
entre deux moments consécutifs où le Soleil est au zénith.
La durée du jour solaire vrai varie entre 23 h 59 min 39 s et
24 h 0 mn 30 s.
Le jour solaire moyen a une durée égale à la moyenne
annuelle de la durée du jour solaire vrai. Cette durée a éte
fixée à 24 heures.
IN FO
Doc 2. Latitudes et longitudes.
• Le Nord géographique est sur l’axe de rotation de la Terre.
• Le centre de la Terre est équivalent à un « gros aimant »
légèrement décalé par rapport à l’axe Nord-Sud.
• Le pôle magnétique de l’hémisphère nord est la direction
indiquée par la boussole (le « nord » de l’aiguille). Il s’agit
dans la réalité du pôle sud magnétique, et il est un peu
décalé par rapport au pôle nord géographique. L’axe magnétique Nord-Sud ne coïncide pas exactement avec l’axe
de rotation de la Terre Nord-Sud dit axe géographique :
il faut faire des corrections données dans les cartes pour
connaitre le Nord exactement à partir de l’indication de la
boussole.
238
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
Pôle magnétique
de l’hémisphère Sud
+
Dans le langage courant, on confond jour et journée. La
journée est la période pendant laquelle « il fait jour », c’està-dire pendant laquelle le Soleil reste au-dessus de l’horizon. Le jour est constitué du couple journée-nuit.
• La Terre tourne autour de l’axe des pôles (axe nord-sud)
de l’ouest vers l’est. En tournant autour de cet axe, une
partie de la Terre est éclairée par le Soleil.
IN FO
+
L’axe des pôles est orienté vers l’étoile polaire (l’étoile alpha
de la constellation de la petite ourse), seule étoile qu’un terrien voit fixe car elle est située dans l’axe de rotation de la
Terre.
Le mouvement de la Terre autour du Soleil
• Les saisons sont rythmées par les dates des équinoxes
et des solstices. Au cours des saisons, on peut observer la
variation de la durée des journées ainsi que des caractéristiques du mouvement apparent du Soleil :
- la trajectoire apparente du Soleil ;
- la direction du lever et du coucher du Soleil ;
- la hauteur de culmination, c’est-à-dire la hauteur maximale du Soleil au cours de la journée.
jour du
solstice d’été
jour de
l’équinoxe
N-E
Est
Terre autour du Soleil. Il est en permanence orienté vers
l’étoile polaire. Il n’est pas perpendiculaire par rapport au
plan de l’écliptique mais est incliné par rapport à celui-ci,
d’environ 23°27. L’inclinaison de l’axe des pôles par rapport
au plan de l’écliptique permet d’expliquer l’existence de
saisons sur Terre et la variation de la durée des journées
au cours de celles-ci. La variation de température au cours
des saisons s’explique par la variation de l’inclinaison des
rayons du Soleil. En été, la même quantité d’énergie lumineuse et thermique reçue du Soleil se répartit sur une
surface plus petite qu’en hiver. La quantité d’énergie thermique reçue par une unité de surface est donc plus importante en été qu’en hiver.
rayons solaires
été
jour du
solstice
d’hiver
S-E
Nord
A
Sud
N-O
Ouest
rayons solaires
hiver
S-O
Doc 4. Variations de la trajectoire du Soleil.
B
• Pour un observateur situé dans l’hémisphère nord :
Doc 5. Variation de l’inclinaison des rayons du Soleil.
- au solstice d’hiver (21 ou 22 décembre), la trajectoire du
Soleil est la plus courte et le Soleil se lève au sud-est et se
couche au sud-ouest. Les rayons solaires arrivent perpendiculairement au sol au tropique du Capricorne.
- au solstice d’été (20 ou 21 juin), la trajectoire du Soleil est
la plus longue et le Soleil se lève au nord-est et se couche
au nord-ouest. Les rayons solaires arrivent perpendiculairement au sol au tropique du Cancer.
- aux équinoxes de printemps (20 ou 21 mars) et d’automne
(22 ou 23 septembre), la durée de la journée est égale à la
durée de la nuit et le Soleil se lève exactement à l’est et se
couche exactement à l’ouest. Les rayons solaires arrivent
perpendiculairement au sol à l’équateur.
Au cours des saisons, on peut également observer une variation de la température, de l’état de la végétation, etc.
• La Terre tourne autour du Soleil en décrivant une trajec-
toire elliptique (presque circulaire) de rayon 150 millions de
kilomètres en un an (365,25 jours). Le plan de ce cercle est
appelé écliptique. L’axe de rotation de la Terre garde une
direction quasiment fixe au cours de la révolution de la
3 L’atmosphère des planètes
• L’atmosphère désigne l’enveloppe gazeuse entourant
une planète. Cette couche contient des éléments de faible
densité. La présence d’une atmosphère autour d’une planète dépend de la masse de celle-ci (effet de la gravité) et
sa distance au Soleil (température et vent solaire).
• La température de surface d’une planète (voir colonne
« Température moyenne réelle mesurée » du doc. 6) est
liée à la distance à son étoile d’une part (colonne « Température moyenne théorique »), et d’autre part, à la présence
d’une atmosphère autour de cette planète.
De plus, l’épaisseur et la composition en gaz de l’atmosphère sont deux paramètres à l’origine de la pression atmosphérique. La composition en gaz de l’atmosphère des
planètes rocheuses n’est pas identique notamment en gaz
à effet de serre (GES). Ces GES jouent un rôle très important
sur la température de surface de la planète (voir doc. 6).
Caractéristiques de l’atmosphère
Température
moyenne réelle
mesurée (°C)
Température
moyenne
théorique (°C)
Épaisseur
atmosphérique (km)
Mercure
+ 180
quasi inexistante
-
0
+ 180
Vénus
+ 30
350
CO2 (96 %), H2O (0,002 %)
9 × 106
+ 460
Terre
-17
500
CO2 (0,04 %),H2O (2 à 7 %)
105
+ 15
Mars
- 60
>100
CO2 (95 %), H2O (0,03 %)
6 × 102
- 50
Planète
Composition en GES
de l’atmosphère
Pression
atmosphérique
moyenne (Pa)
Doc 6. Caractéridtiques des atmosphères des planètes telluriques.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
239
La température de surface de +15 °C à la surface de la Terre
permet le maintien de l’eau à l'état liquide, source de
l’apparition de la vie.
5 L’apparition de la vie sur Terre
Les premières formes de vie :
les stromatolithes
Les stromatolithes sont des
formations calcaires qui apparaissent dans les couches
géologiques il y a 3 milliards
d’années. Cette forme de vie
explose entre -2 et -1 milliard d’années. Ces structures
ont le plus souvent la forme
d’un chou-fleur de quelques
dizaines de centimètres à un
mètre. L’étude des rares stromatolithes se formant encore
Doc 8. Stromatolithe
actuellement (en Australie
dans la baie Shark, Australie
par exemple) a montré que
occidentale.
leur formation est liée à l’activité de cyanobactéries et de bactéries vivant à leur surface. L’activité photosynthétique des cyanobactéries, en
consommant du CO2, entraine la précipitation du carbonate de calcium (CaCO3) à partir du bicarbonate de calcium
(Ca(HCO3)2) en solution dans l’eau. La réaction ci-après est
déplacée vers la droite.
4 L’eau à la surface des planètes
La molécule d’eau
L’eau est une molécule composée d’un atome d’oxygène
O et de deux atomes d’hydrogène H.
Chaque atome possède un noyau constitué de protons,
chargés positivement, et de neutrons, qui sont neutres ; et
des électrons, chargés négativement, qui tournent autour
de ce noyau.
Cependant, certains atomes, comme l’oxygène, sont plus
avides d’électrons que d’autres et ils captent plus fortement les électrons que l’atome partenaire. Dans le cas de
la molécule d’eau, les atomes d’oxygène « tirent » plus les
électrons vers eux, ce qui les charge négativement. L’atome
d’hydrogène, peu avide, est lui chargé positivement.
Cette répartition confère une propriété remarquable à la
molécule d’eau : on dit qu’elle est polaire. Cette polarité
permet à l’eau d’être un bon solvant.
Les états physiques de l’eau
L’état de la matière dépend de deux facteurs : la température et la pression. L’eau ne déroge pas à cette règle.
En laboratoire, les scientifiques ont déterminé le domaine
de température dans lequel l’eau est à l’état solide, liquide
ou gazeux, dans les conditions des planètes rocheuses. Les
résultats sont exprimés sous forme d’un graphique où les
trois domaines sont délimités par des lignes qui indiquent
le passage d’un état à un autre : c’est le diagramme de
phase de l’eau. Sur le diagramme du doc. 7, on peut lire
par exemple que l’eau présente sur Vénus est uniquement
gazeuse, tandis que sur Mercure elle est présente à la fois
sous forme solide et gazeuse.
Pression (en Pa)
Vénus
107
106
Terre
105
solidification
Mars
Mercure
102
condensation
10
min :
– 183 °C
fusion
min :
446 °C
max :
35 °C
Gaz
sublimation
– 100
0
Doc 7. Diagramme de phase de l’eau pour les planètes telluriques.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
max :
490 °C
vaporisation
max :
56 °C
max :
427 °C
1
– 200
240
Doc 9. Croissance d’un stromatolithe.
Liquide
min :
– 93 °C
min :
– 143 °C
103
couches plus
anciennes
de calcaire
liquéfaction
Solide
104
couches de
cyanobactéries
vivantes
100
200
300
400
Température
(en °C)
{
CaCO3 + CO2 + H2O
{
Ca(HCO3)2
Bicarbonate
de calcium
(soluble)
Carbonate
de calcium
(insoluble)
Ce carbonate de calcium (ou calcaire) se dépose en couches
successives à la surface, ce qui assure sa croissance vers le haut.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées aux liens entre
le vocabulaire courant et scientifique
• Le fait de dire que le Soleil « se lève » et « se couche »
correspond à une conception anthropomorphique du
Soleil. Dans le langage courant, le mot « jour » signifie à
la fois clarté, jour de la semaine, durée de 24 heures, période pendant laquelle il « fait jour » (et pas nuit). Dans le
contexte astronomique, un jour correspond à la durée séparant, en un lieu donné, deux culminations successives
du Soleil. Cette durée varie un peu au cours de l’année, sa
valeur moyenne est de 24 heures. La période pendant laquelle le Soleil reste au-dessus de l’horizon, c’est-à-dire
pendant laquelle il « fait jour », est appelée journée.
• Dans le langage courant, le mot « hauteur » désigne une
longueur. En revanche, dans le contexte de l’astronomie, la
« hauteur » du Soleil (ou d’un autre astre) désigne l’angle
que font la direction dans laquelle on peut l’observer à un
instant donné d’une part, et le plan horizontal d’autre part.
Cela conduit à des expressions comme « le Soleil est haut
(ou bas) dans le ciel », dans lesquelles les termes « haut »
et « bas » ne désignent pas des longueurs mais des angles.
Si l’on n’y prend pas garde, les élèves peuvent assimiler, à
tort, « haut » à « loin » et « bas » à « proche ».
• Le mouvement observé du Soleil dans le ciel est qualifié
d’apparent, ce qui ne signifie pas qu’il s’agit d’une illusion,
mais juste que c’est le mouvement qui nous est visible. Il est
tout à fait correct, avec les élèves, d’employer des expressions
comme « mouvement du Soleil par rapport à l’horizon ».
• L’étude du mouvement apparent du Soleil nécessite une
certaine maitrise des points cardinaux et de leur repérage à
l’aide de la boussole, ainsi que des caractéristiques essentielles
de la formation d’une ombre. Cette étude est étroitement
liée au repérage dans le temps grâce au cadran solaire. Par
exemple, la hauteur du Soleil a une influence sur la longueur
de l’ombre ce qui est pris en compte dans les cadrans solaires
2 Difficultés liées au primat
de la perception
• Certains élèves expliquent le mouvement apparent du
Soleil et donc l’alternance journée/nuit suivant le modèle
géocentrique : pour eux, la Terre est immobile et le Soleil
(et éventuellement les étoiles) tournent autour de la Terre
en un jour. D’autres élèves ont abandonné le modèle géo­
centrique mais expliquent encore l’alternance journée/
nuit par la révolution de la Terre autour du Soleil et non
par la rotation de la Terre sur elle-même. Pour symboliser
le modèle héliocentrique et l’explication qu’il a sur l’alternance journée/nuit, il est possible de représenter très simplement ce modèle avec des sphères en polystyrène, pour
représenter les planètes, et une source d’éclairage pour le
Soleil.
• Concernant l’explication du phénomène des saisons,
certains élèves expliquent la variation de température par
le fait que la distance Terre-Soleil varie au cours des saisons. Pour eux, en hiver la Terre est plus loin du Soleil qu’en
été, or pour des habitants de l’hémisphère nord, c’est exactement le contraire. Pour aider les élèves avec ce concept,
il est possible de se reporter au document 3 page 214.
3 Difficultés liées à la démarche
de modélisation
• Pour expliquer les phénomènes observables liés à la ro-
tation et à la révolution de la Terre, les élèves peuvent être
amenés à mettre en œuvre une démarche de type investigation. Ainsi, après avoir fait émerger le problème scientifique à résoudre, l’enseignant-e pourra organiser le recueil
des hypothèses des élèves. Habituellement, à la suite de
cette phase de travail, les élèves élaborent et mettent en
œuvre un protocole expérimental de façon à tester leurs
hypothèses. Dans le cas de l’astronomie, les élèves auront
recours à la mise en œuvre d’un modèle (type maquette :
balles, lampes).
• À ce stade, l’enseignant-e doit être vigilant-e et doit
s’assurer que les élèves maitrisent les éléments théoriques
et les approximations nécessaires au bon fonctionnement
de la modélisation. En effet, des lacunes théoriques pourraient conduire les élèves à construire des modèles explicatifs erronés : les trajectoires des balles pourraient être
imprécises voire erronées, elles pourraient s’égarer hors
du faisceau de lumière émis par la source (diamètre de la
source lumineuse souvent trop petit par rapport au diamètre des balles, alors qu’il doit être plus grand).
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
241
Bibliographie / Webographie
• J.-M. Caron, et coll., Comprendre et enseigner la planète Terre, Edition Ophrys, 2003.
• J.-M. Rolando, Astronomie à l’école élémentaire : quelques réflexions sur la construction des
compétences..., Grand N, n° 74, pp. 99 à 107, 2004.
•
G. Boivin-Delpieu, K. Bécu-Robinault K., Influence des postures épistémologiques sur l’action
professorale : les phases de la Lune au cycle 3, RDST, 12, p25-58, 2015.
• Fiche connaissance n °20, Rotation de la Terre sur elle-même : http://www.fondation-lamap.org/
sites/default/files/upload/media/ressources/pedago/fiches_connaissances/394_fiche_20.pdf
• Fiche connaissance n °19, Mouvement apparent du Soleil : http://www.fondation-lamap.org/
sites/default/files/upload/media/ressources/pedago/fiches_connaissances/394_fiche_19.pdf
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Explorer les planètes du Système solaire.
Mission 49
Caractéristiques des planètes du Système solaire.
Mission 50
Mettre en relation les caractéristiques de la Terre
avec la présence de vie.
Vers la découverte des conséquences
des mouvements de la Terre dans le Système solaire.
La vie n’est possible qu’en présence d’eau liquide.
Une température moyenne à la surface de la Terre
permet la présence d’eau liquide.
Mission 51 et 52
Les mouvements de la Terre : rotation et révolution.
Mission 51
Alternance journée-nuit sur 24 h.
242
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
Mission 52
Cycle des saisons sur 365 jours.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Mission 49
Comment
est située
la Terre dans
le Système
solaire ?
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Contenus
Compétences travaillées
• La position des planètes
dans le Système solaire.
• Certaines caractéristiques des planètes.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation,
effectuer une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l’outil utilisés.
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Utiliser les outils mathématiques adaptés.
• Se situer dans l’environnement et maitriser les notions d’échelle.
Mission 50
Quelles sont
les conditions
favorables
à la vie sur Terre ?
• Composition riche en
eau des êtres vivants.
• L’eau liquide indispensable à la formation de
la vie.
• Température moyenne
de 15 °C à la surface de
la Terre
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
Mission 51
Comment expliquer l’alternance
journée-nuit en
un même lieu ?
• Le mouvement apparent du Soleil.
• Réalisation d’un héliokinescope.
• La rotation de la Terre.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 52
Comment expliquer la variation
des saisons ?
• Le mouvement apparent du Soleil.
• Variation de la durée
de la journée et de la
température selon les
saisons.
• Modélisations liées à
l’inclinaison de l’axe de
rotation de la Terre.
• Équinoxes et solstices.
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions
en utilisant un vocabulaire précis.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
243
Mission 49 La Terre, une planète du Système solaire
Travail
Objectifs :
en
p. 208-209
équipes
✔Réaliser une carte mentale du Système solaire, faisant apparaitre
les connaissances attendues de l’élève sur la place de notre planète
dans le Système solaire.
✔La Terre est une planète, éclairée par une étoile : le Soleil.
✔La Terre, comme les planètes proches et de petites tailles, est rocheuse.
Les autres planètes très éloignées et géantes sont gazeuses.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 10 – 17 – 20 – 26.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé
et suivi de compétences, cartes d’identité des planètes –
équipes 1 et 2, tableau de conversion, cartes d’identité des
planètes (synthèse), aide pour la trace écrite, activité pour
aller plus loin.
Matériel Matériel pour l’équipe 2 : un pied à coulisse et une toise pour mesurer le diamètre d’une sphère
pouvant aller jusqu’à 30 cm, un lot de billes de différentes
tailles (dont des billes de diamètre 2,5 cm et 1,35 cm environ), une grosse perle de 1 cm, au moins deux balles de jonglage de 10 cm, un ballon de basket, un ballon de plage de
diamètre 30 cm, plus d’autres objets sphériques avec des
diamètres différents (balle de tennis, balle de ping-pong,
ballon de foot, ballon de hand, etc.).
➡ Pendant les vacances ou le soir, demander aux élèves
d’observer le ciel étoilé
JE M'INTERROGE
p.206
Sous le ciel étoilé
Beaucoup d’étoiles
brillent dans la nuit.
Mais tout ce qui brille
est-il une étoile ?
➡ Les élèves listent ce qu’ils peuvent voir dans le ciel. Ils
voient des astres qui brillent, et savent qu’il y a des étoiles,
mais le doute subsiste en général quand il s’agit des autres
astres. Ainsi, on peut aussi attendre comme réponse : « planète, lune, satellite... » et un désaccord sur les planètes :
brillent-elles la nuit ? Les élèves peuvent avoir des avis
contradictoires sur le fait qu’une planète se voit et brille la
nuit, et ce qui fait briller une étoile dans le ciel ou non.
Un autre débat peut également être lancé sur la Lune que
l’on voit briller dans la nuit. On pourra, pour clarifier et aider
les élèves à échanger lors du débat, préciser comme voca244
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
bulaire le mot « astre » : un astre est un objet naturel que
l’on peut voir dans le ciel, depuis la Terre. On peut ainsi observer le Soleil, les étoiles, la Lune, des planètes,...
On peut donc lister au tableau ce que les élèves pensent
voir briller la nuit dans le ciel étoilé.
IN FO
+
Sur la photo, on peut observer : un astre très brillant et avec
la plus grande taille, à droite : il s’agit de la planète Jupiter.
À droite de Jupiter, on peut observer la constellation du
Scorpion, composée de 13 étoiles, dont son étoile domi­
nante, Antarès, qui est très brillante et de couleur rougeâtre.
À gauche de la photo, on observe également la constellation de l’Aigle, composée de 11 étoiles.
➡ Relance possible : Faire observer sur la photo les
nuances de couleurs, de taille, la brillance des astres. Comment expliquer que ce qui se voit dans le ciel ne brille pas
de la même façon ? « Notre Terre brille-t-elle la nuit ? Brillet-elle autant que les étoiles ? »
Pour pouvoir répondre à cette question, les élèves ont
besoin de définir les types d’astres (planète, étoile...) pour
savoir pourquoi une étoile brille, mais aussi qu’une planète
peut également briller dans le ciel étoilé. La réponse ne
sera pas donnée à ce stade du questionnement, mais pourra être formalisée au tableau.
Question scientifique Comment est située la Terre
dans le Système solaire ? ➜ Aller à la mission 49.
➡ Au début de séance, pour élaborer les cartes d’identité
des planètes, les élèves doivent effectuer des recherches.
Les informations ne sont pas données dans le manuel. Il est
pour cela nécessaire d’avoir des manuels d’astronomie et/ou
plusieurs accès à Internet pour que les élèves puissent rechercher les informations. On peut aussi solliciter les élèves
en amont, en leur demandant d’apporter des livres sur l’astronomie. L’enseignant-e peut proposer les fiches identités
des planètes présentes sur le site compagnon.
TRAVAIL EN ÉQUIPES
➡ La première équipe travaille sur la représentation du Système solaire, en respectant les proportionnalités des dis-
tances des planètes au Soleil. La deuxième équipe travaille
sur la représentation du Système solaire, en respectant les
proportionnalités des distances des planètes au Soleil. La
fiche élève permet de guider l’élève dans ses calculs et observations. Si les fiches de travail guidé proposent de réaliser
la maquette dans l’environnement de la classe, il est tout à
fait envisageable de la créer à l’échelle de la cour.
IN FO
+
La représentation du Système solaire en respectant la notion
d’échelle sur les distances et les diamètres n’est pas judicieuse, car pour un Soleil de la taille d’un pamplemousse,
la Terre serait une petite boule d’1,2 mm. L’astrophysicien
Robert Mochkovitch, montre que la représentation du système solaire en respectant la notion d’échelle des distances
et des diamètres ensemble n’est pas possible :
http://www.universcience.tv/video-le-soleil-pamplemousse-1513.html.
Le travail en équipe permet de confronter les deux échelles
travaillées, et de poser ce constat.
ÉQUIPE 1. La position des planètes
➡ La représentation des distances, en lien avec l’élaboration des cartes d’identité des planètes, permet de mettre
en évidence la proximité des planètes rocheuses, et l’éloignement des planètes gazeuses.
Commentaire. Les données numériques, ici les distances, ont été
arrondies et sont données en millions de kilomètres. Les couleurs des planètes sur les photos sont parfois modifiées par rapport à la couleur réelle de la planète, car pour certaines photos
un filtre a été appliqué.
ÉQUIPE 2. Le diamètre des planètes
➡ La représentation des diamètres, en lien avec l’élaboration des cartes d’identité des planètes, permet de compléter le constat de l’équipe 1 : les planètes les plus proches
sont plus petites que les géantes gazeuses plus éloignées.
➡ L’équipe 2 travaille la compétence « Faire le lien entre la
mesure réalisée, les unités et l’outil utilisé ».
Un suivi d’acquisition de cette compétence est disponible sur
le site compagnon
.
Commentaire. Les données numériques des diamètres des
planètes peuvent varier selon les sources. Nous avons utilisé
comme sources les données de la NASA, de l’Observatoire de
Paris et du CNES, en arrondissant les chiffres pour qu’ils soient
manipulables par les élèves.
Mise en commun
➡ Une mise en commun à l’oral est nécessaire. Chaque
équipe présente le résultat de son travail à l’autre équipe
et les constats qu’elle a établis. On reformulera clairement les conclusions, au tableau par exemple. L’objectif
de cette mise en commun est d’amener les élèves à relier
les conclusions auxquelles ils sont arrivés : les planètes
proches du Soleil sont petites et rocheuses, alors que les
planètes éloignées du Soleil sont grandes et gazeuses.
➡ L’enseignant-e demande alors aux élèves de réaliser
une carte d’identité complète de chaque planète, rassemblant toutes les informations. Pour cette étape, il est
possible de répartir la classe en 7 ou 8 groupes pour avoir
plusieurs élèves à travailler sur chaque carte d’identité.
Suivi d'acquisition des compétences
Se situer dans l’espace et dans le temps ● Maitriser les notions
d’échelle.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Choisir une unité adaptée. ➜ Ici, une unité qui s’adapte à la
taille de la classe : le cm.
● Convertir une distance réelle dans cette nouvelle unité.
➜ Ici exprimer la distance Soleil-Mercure en cm (équipe 1) ou le
diamètre de Mercure en cm (équipe 2).
● Savoir énoncer à quoi correspond l’échelle. ➜ Ici l’élève
expliquera que l’échelle correspond à une représentation
« d’un nombre de fois plus petite » (équipe 1) ou trouver le
multiplicateur inverse du tableau proposé (équipe 2).
● Donner l’échelle sous forme fractionnée.
➜ Ici 1/5 800 000 000 000 (équipe 1) ou 1/500 000 000 (équipe 2).
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève parvient à donner la réponse juste à la question 5c de
la fiche de travail guidé, mais ne parvient pas à donner l’échelle.
➜ Apprenti.
La réponse donnée est logique et cohérente avec l’unité choisie
en 5a. ➜ Apprenti.
● L’élève parvient à donner l’échelle juste et écrite correctement.
➜ Confirmé.
● L’élève parvient à donner l’échelle juste et écrite correctement
sous forme de fraction. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
La réalisation d'une carte mentale permet de s’assurer que
les élèves aient retenu la place de la Terre dans le Système
solaire. Un exemple est présenté en bas de page.
JE FAIS LE BILAN
p.216
Ressources complémentaires Bilan de la mission 49 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Planète, astre, étoiles, système solaire.
Proches du Soleil, rocheuses
et de petite taille :
Mercure, vénus, Terre, Mars.
Une étoile : le Soleil
Le Système solaire
Huit planètes
Éloignées, géantes et gazeuses :
Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
245
Mission 50 L’apparition de la vie sur Terre
p. 210-211
Objectif :
✔Identifier et comprendre les conditions favorables à la vie sur Terre :
La présence d’eau à l’état liquide.
Une température de surface à 15 °C qui permet l’état liquide de l’eau.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
15 – 16 – 17 – 25.
Ressources complémentaires Textes pour lecture dif-
se référer à l’article de Guillaume Lecointre : http://www.
laicite-republique.org/IMG/pdf/090124lecointre.pdf
Question scientifique Quelles sont les conditions
favorables à la vie sur Terre ? ➜ Aller à la mission 50.
férenciée, aide pour la trace écrite, défi « Pour aller plus loin ».
J'IDENTIFIE
JE M'INTERROGE
p.206
Drôles de traces sur la planète rouge !
« C’est fantastique ! On a découvert des traces d’eau liquide
sur Mars. » « Les scientifiques
pensent que s’il y a eu de l’eau
liquide sur Mars alors la vie a
pu apparaitre. » Sur Terre, comment la vie est-elle apparue ?
➡ La question est volontairement difficile. Cependant, le
sujet est récurrent dans les médias (robot Curiosity, Mars
Orbiter Mission) au cinéma (Seul sur Mars en 2015). Ainsi les
élèves, en s’appuyant sur leurs lectures, peuvent proposer
des réponses.
Ces réponses doivent toutefois être identifiées comme des
hypothèses. La définition d’une hypothèse comme solution probable à un problème qu’il faut vérifier, tester ou
modéliser, doit être construite avec les élèves.
Pour se tenir au courant de l’actualité scientifique sur cette
planète dont les découvertes sont nombreuses depuis
l’exploitation des données recueillies par Curiosity, Internet fournit de nombreuses sources de renseignement .
➡ Relance possible : « Regardez les deux personnages à
côté de la photographie. Selon eux, quel élément est essentiel à l’apparition de la vie » ? »
les conditions favorables
à la vie sur Terre
➡ Les êtres vivants sont principalement constitués d’eau.
Les proportions sont variables d’une espèce à l’autre, et
selon l’âge au sein de la même espèce. Dans le document
1, les êtres humains sont dissociés des autres animaux afin
d’illustrer lisiblement la variation de la teneur en eau avec
l’âge. Il serait pertinent de rappeler que les êtres humains
font partie du règne animal (thème 2).
➡ Cette omniprésence de l’eau chez les êtres vivants permet de déduire que la vie a besoin d’eau pour apparaitre.
Michel Viso précise alors l’état de l’eau nécessaire pour que
les molécules s’assemblent : l’eau doit être à l’état liquide !
➡ Parmi les plus anciennes traces de vie, on trouve les
stromatolithes datés de 3,7 milliards d’années. Ceuxci sont des concrétions calcaires (en forme de « choux
fleurs » au sein des roches sédimentaires) résultant de l’activité d’êtres vivants dans les temps passés. Actuellement,
il existe des formes de vie originales, présentes dans les
eaux australiennes et indonésiennes, à faible profondeur,
qui élaborent des stromatolithes. Ceux-ci sont formés par
l’accumulation de couches de calcaires issues de l’activité
photosynthétique d’êtres vivants (cyanobactéries).
➡ En supposant que les mécanismes du passé se sont
déroulés de la même façon que les mécanismes actuels
(principe d’actualisme), nous pouvons en déduire que les
stromatolithes du passé se sont formés comme les actuels
et donc que l’apparition de la vie a eu lieu dans les océans.
Les personnages disposés de part et d’autre de la photographie dirigent les élèves vers un facteur scientifique nécessaire à la vie : l’eau liquide. En effet, le lien entre la vie
et l’eau liquide est amorcé dès la situation déclenchante.
La question scientifique est alors posée.
1 Tous les êtres vivants sont composés d’eau. Les
quantités sont variables au sein de la même espèce selon
l’âge, et d’une espèce à l’autre.
Point de vigilance : Une réponse d’ordre religieux peut être
apportée pour les élèves. Il conviendra alors de discuter
de la différence entre croyances et faits. Il est possible de
2 À l’état liquide, l’eau possède des propriétés favorisant
la rencontre des éléments chimiques comme le carbone,
l’hydrogène ou l’oxygène. Ces derniers se sont assemblés
246
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
Réponses aux activités
pour former des « briques » du vivant. Pour les élèves en
difficulté, il est possible de distribuer le document 2 en différenciation, où les éléments essentiels ont été mis en gras.
3 Les stromatolithes ont été datés à 3,7 milliards d’années.
Or, on connait des formations équivalentes issues de l’activité de bactéries photosynthétiques, microorganismes qui
vivent dans l’eau de mer peu profonde. En exploitant ces
données actuelles et passées, on peut en conclure que la
vie était déjà présente il y a 3,7 milliards d’années, et que
cette vie était aquatique.
JE COMPRENDS
pourquoi l'eau liquide
existe en Terre
➡ Le tableau du document 4 présente certaines caractéristiques (en colonnes) des 4 planètes telluriques disposées
en ligne. On précisera que les températures supérieures à
0 °C sont précédées d’un signe + (et écrites en rouge) tandis
que les températures négatives, en bleues, possèdent un
signe –. Parmi les trois planètes ayant de l'eau à la surface, les
élèves identifient la présence d’eau à l’état liquide uniquement sur la Terre. Dans un second temps, les élèves relient
la température de 15 °C régnant à la surface de la Terre avec
les paramètres physiques nécessaires à une eau liquide.
Commentaire. Les études menées sur les données collectées
par les différentes missions ont permis d’affirmer que la surface
de Mars présente de l’eau salée liquide en très faible quantité.
Cette eau, dans cet état, pourrait être liée aux variations saisonnières de température.
➡ Les élèves s’interrogent sur l’origine de cette eau liquide. Deux propositions sont exposées dans le document 5 : d’une part un dégazage de la Terre lors de son
refroidissement aurait libéré de fortes quantités de vapeur
d’eau, retombées sous forme liquide lors du refroidissement. D’autre part, des astéroïdes composés de glace auraient bombardé la surface terrestre, libérant ainsi les molécules d’eau contenues dedans.
Les deux propositions du scénario se complètent.
Réponses aux activités
4 L’eau est un élément indispensable à la présence
de vie, donc on peut penser que Vénus, la Terre et Mars
ont des conditions actuelles favorables à la vie. Mais
l’eau doit également être à l’état liquide et la Terre est la
seule à présenter cette particularité. Une température de
15 °C permet l’état liquide de l’eau. Deux des conditions
indispensables pour la présence de la vie sont donc la
température et la présence d’eau liquide.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des langages ● Exploiter un document constitué de
divers supports (texte, schéma, graphique, tableau, algorithme
simple).
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre une consigne. ➜ Ici, il s’agit d’identifier les planètes
sur lesquelles des conditions favorables à la vie règnent.
● Utiliser ses connaissances. ➜ Ici, les connaissances ont été
établies dans la première partie de la mission. La présence d’eau
liquide est nécessaire au développement de la vie.
● Repérer les données utiles dans le tableau. ➜ Ici, les
colonnes « Présence d’eau » et « État actuel de l’eau présente »
permettent de répondre à la consigne.
● Identifier les éléments de réponse. ➜ Ici, Vénus, Terre et Mars
possèdent de l’eau mais l’eau n’est liquide qu’à la surface de la
Terre.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève relève seulement les conditions régnant à la surface
de la Terre, seule planète connue abritant la vie, sans les mettre
en rapport avec l’état liquide de l’eau. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie les éléments de réponse qu’il justifie par la
présence d’eau liquide. ➜ Confirmé.
● L’élève parvient à exploiter le tableau et à rédiger une réponse
écrite complète et structurée. ➜ Expert.
5 L’eau présente à la surface du globe peut provenir
de deux origines différentes. Elle peut venir de la vapeur
d’eau émise par la Terre lors du dégazage créé par le
refroidissement, qui s’est ensuite condensée et est
retombée sur la planète. L’eau présente à la surface peut
aussi venir du bombardement du sol terrestre par des
astéroïdes, qui auraient libéré leur eau au moment de
l’impact.
LA TRACE ÉCRITE
La Terre est actuellement la seule planète du Système
solaire à abriter la vie. La température moyenne de 15 °C
à la surface de la Terre permet l’existence de l’eau liquide.
Celle-ci est une condition nécessaire à la vie.
Lors de sa formation, la Terre (primitive) est bombardée
d’astéroïdes riches en eau. Quand la matière en fusion
refroidit, la vapeur d’eau se condense et les océans se
forment. L’eau est alors maintenue liquide grâce à une
température de surface de 15 °C. Dans cette eau liquide
apparaissent des formes de vie comme les stromatolithes. Les êtres vivants sont actuellement très différents
mais tous sont constitués d’eau.
JE FAIS LE BILAN
p.216
Ressources complémentaires Bilan de la mission 50 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Vie, atmosphère, température, conditions d’apparition.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
247
Mission 51 L’alternance journée-nuit
p. 212-213
Objectifs :
✔Comprendre que le mouvement du Soleil vu par un observateur terrestre
n’est qu’apparent.
✔Comprendre que l’alternance journée-nuit est due à la rotation de la Terre
sur elle-même.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 3 – 4 – 14.
Ressources complémentaires
Fiche d'expérience,
vidéo d’expérience, aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par groupe d’élèves : une
boule en polystyrène, un axe en métal ou bois, une lampe
de poche, une épingle à boule.
JE M'INTERROGE
p.207
Jour ici mais nuit ailleurs
« Il fait jour en Espagne alors
que c’est la nuit dans le sud de
l’Italie. » Comment expliquer ce
phénomène ?
➡ Les élèves décrivent la photo satellite et constatent
qu’une partie de la Terre est dans la lumière et l’autre dans
l’ombre. On peut faire référence à la page « Ce que je sais
déjà » (p.204) pour rappeler que le Soleil ne peut pas éclairer toute la surface d’une sphère en même temps. Si cette
notion n’a pas été vue au cycle 2, il peut être intéressant de
faire manipuler les élèves avec une boule et une lampe de
poche pour le constater. L’enseignant peut ensuite orienter les échanges autour de l’alternance journée-nuit, en
faisant émerger les représentations des élèves sur ce phénomène.
➡ Relance possible : « Combien de temps passe entre deux
matins consécutifs ? À quoi ressemblerait la photo prise
quelques heures plus tard ? »
➡ L’idée qu’en un même lieu, la journée et la nuit se succèdent chaque cycle de 24 heures étant établie, on se demande comment expliquer cette alternance.
Commentaire. Il est intéressant de profiter de cette situa-
tion déclenchante pour préciser la définition des mots
« journée » (temps entre le lever et le coucher du Soleil)
et « jour » (= journée + nuit = 24 h) et de constater qu’il est
plus correct de parler « d’alternance journée/nuit », que
« d’alternance jour/nuit ».
248
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
Question scientifique Comment expliquer
l’alternance journée-nuit en un même lieu ?
➜ Aller à la mission 51.
J'OBSERVE
le mouvement apparent
du Soleil
➡ Cette étape permet de décrire précisément le mouvement apparent du Soleil, soit à partir d’une chronophotographie (doc.1), soit par la manipulation et le relevé de la position du Soleil à l’aide d’un héliokinescope (doc.2). Les relevés
peuvent se faire sur deux jours consécutifs pour faire apparaitre que le Soleil revient dans la même position au bout de
24 h. Il convient de s’assurer que les élèves comprennent
bien que le doc. 1 n’est pas une seule photo, mais un montage montrant la position du Soleil à différents moments de
la journée. On part dans cette étape de ce qu’un observateur
terrestre peut voir. Le lien entre ce mouvement apparent et
la rotation de la Terre se fait à l’étape 2.
Réponses aux activités
1 Le Soleil apparait du côté de l’est, il décrit une trajectoire
courbe, se trouve au plus haut en milieu de journée, et disparait du côté de l’ouest.
2 Si le point symbolisant l’observateur n’est plus au centre
de la feuille mais décentré, alors les gommettes ne seront
pas placées au même endroit sur le demi-globe transparent. Puisque les gommettes correspondent au mouvement apparent du Soleil, alors si les gommettes ne sont
pas au même endroit, cela veut dire que le mouvement
apparent du Soleil dépend de la position de l’observateur.
Cette question est difficile, et elle peut nécessiter quelques
questions à l’oral pour guider les élèves (que se passerait-il
si on déplaçait la position de l’observateur sur la feuille ?),
voire même la réalisation d’une deuxième expérience avec
un autre repère.
J'EXPÉRIMENTE
pour comprendre
l’alternance journée-nuit
➡ La modélisation proposée dans le doc. 3 va permettre
de tester plusieurs hypothèses pour expliquer l’alternance
journée-nuit : la Terre tourne autour du Soleil, la Terre tourne
sur elle-même, le Soleil tourne autour de la Terre, etc.
➡ Bien que la question ne soit pas posée aux élèves, le doc
4 peut permettre d’aborder le sens de rotation de la Terre :
« d’ouest en est », ou « dans le sens inverse des aiguilles
d’une montre quand on regarde la Terre au-dessus du pôle
Nord ». Il peut être intéressant de demander aux élèves de
positionner l’est et l’ouest sur le globe, et de remarquer
que le point rouge se déplace de l’ouest vers l’est. Il peut
également être intéressant d’utiliser le matériel du doc. 3
pour reproduire ce mouvement, et constater que le point
rouge, une fois qu’il a terminé son parcours dans la partie
« nuit », arrive dans la partie éclairée par l’est, ce qui correspond avec ce qu’on observe du mouvement apparent
du Soleil. On dit que le Soleil « se lève » à l’est.
Déroulé de l'expérience
1 Avant l’expérience
Hypothèses attendues :
Les élèves pourront proposer :
• le Soleil tourne autour de la Terre ;
• la Terre tourne sur elle-même ;
• la Terre tourne autour du Soleil.
2 L’expérience
Expérience attendue : l’élève plante la boule de
polystyrène représentant la Terre sur l’axe en métal ou en
bois, et il y pique l’épingle représentant l’observateur. Il fait
tourner la boule sur elle-même.
Schéma de l’expérience : On veillera à différencier les attentes selon le niveau des élèves (CM1 ou CM2).
3 Résultats et interprétation
À ce stade il est important que les élèves modélisent leurs
hypothèses. Une mise en commun des différentes manipulations permettra de mettre en évidence que les trois
modèles peuvent expliquer l’alternance des journées et
des nuits. À ce stade, le recours à l’histoire des sciences
est nécessaire. L’enseignant-e peut alors préciser que les
scientifiques ont également eu des difficultés à savoir
quel est le « bon modèle ». Actuellement, les scientifiques
savent que le Soleil est immobile et que la Terre a deux
mouvements (rotation sur elle-même et révolution autour
du Soleil). C’est la rotation de la Terre autour de l’axe des
pôles qui expliquent l’alternance journée-nuit. Les élèves
peuvent alors tous refaire la manipulation.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques ●
Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question
ou un problème.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Être capable de reformuler la question posée. ➜ Ici, être
capable de dire que l’on cherche à expliquer pourquoi le Soleil
semble se déplacer durant une journée, et faire le lien avec
l’alternance des journées et des nuits.
● Être capable de mobiliser ses connaissances scientifiques. ➜
Ici, l’élève peut savoir que la Terre tourne autour du Soleil et
qu’elle tourne sur elle-même, sans pour autant savoir ce que
provoquent ces deux types de mouvements de la Terre.
● Être capable de mobiliser ses connaissances quotidiennes. ➜
Ici, avoir déjà remarqué que lorsque l’on voit bouger quelque
chose en pensant être immobile, c’est parfois l’objet qui
est immobile et nous qui sommes en train de bouger. Autre
connaissance quotidienne : un jour dure 24 heures.
● Être capable de passer d’une simple prévision à une idée
argumentée qui pourra être mise à l’épreuve. ➜ Ici, simple prévision
: le Soleil se déplace autour de la Terre, ou la Terre tourne. Idées
argumentées : si on fait tourner la Terre sur elle-même avec un
Soleil fixe, on pourra reproduire le mouvement apparent du Soleil
en un point donné de la Terre. On pourra également reproduire ce
mouvement apparent du Soleil si on fait tourner la Terre autour du
Soleil, et si on fait tourner le Soleil autour de la Terre.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève ne s’est pas approprié la question ➜ Débutant.
● L’élève a compris la question mais n’a pas d’idée de réponse.
➜ Apprenti.
● L’élève apporte une réponse sans argumentation. ➜ Confirmé.
● L’élève est capable de donner des arguments et de prévoir le
test possible sans aide. ➜ Expert.
4 Puisque la Terre a un mouvement de rotation sur ellemême, un lieu donné sur la Terre va successivement se
trouver dans la partie éclairée par le Soleil (la journée) et
dans la partie à l’ombre (la nuit). Ce point va mettre 24 h
pour revenir dans la même position.
LA TRACE ÉCRITE
La Terre tourne autour de son axe. Elle fait un tour en 24 h.
Le Soleil ne peut éclairer qu’une moitié de la Terre. Lorsqu’un lieu à la surface de la Terre se trouve dans la partie
à l’ombre (ombre propre de la Terre), c’est la nuit, lorsqu’il
est dans la partie éclairée par le Soleil, c’est la journée.
JE FAIS LE BILAN
p.216
Réponses aux activités
3 Avec la rotation de la Terre sur elle-même, l’observateur placé sur la boule (donc la Terre) est alternativement
dans l’ombre et dans la lumière. Cela permet d’expliquer
l’alternance journée-nuit.
Ressources complémentaires Bilan de la mission 51 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Rotation, révolution, alternance journée-nuit.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
249
Mission 52 Le cycle des saisons
p. 214-215
Objectif :
✔Comprendre que la variation, selon les saisons, de la durée de la journée
et de la température est due à l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode
1 – 3 – 11 – 17 – 25.
Ressources complémentaires Fiches expérience des
documents 3 et 5, vidéo d’expérience du doc. 5, tableau
pour l'exploitation de la question 2, aide pour la trace écrite.
Expérience Matériel par groupe d’élèves : une
boule en polystyrène, un globe terrestre, un axe en bois
ou en métal, une lampe de poche, une épingle à boule qui
représente l’observateur, une ficelle, une règle graduée.
Terre. Un élément extérieur « apporterait » du froid (par
exemple la Lune). Il peut aussi y avoir une représentation
approximative du mouvement de rotation de la Terre, et les
élèves expliquent alors la différence entre été et hiver par
un positionnement différent : l’hiver se trouve du côté où
il n’y a pas le Soleil. Ces conceptions erronées permettent
d’introduire la question scientifique :
Question scientifique Comment expliquer la
variation des saisons ? ➜ Aller à la mission 52.
J'OBSERVE
JE M'INTERROGE
p.207
Même heure, même endroit...
Quelles différences observestu ? Qu’est-ce qui peut les expliquer
d’après toi ?
➡ Les élèves décrivent les deux
photos, lisent les indications, et
notent les différences : la température, la durée de la journée, la végétation, la présence de
neige, etc...
➡ On peut également utiliser le vécu des élèves et faire référence aux différences qu’ils ont déjà observées entre les
saisons. Sans occulter à ce stade les autres différences que
les élèves peuvent donner, l’idée est de mettre en avant
les deux éléments qui vont être étudiés dans la mission :
la variation de la durée de la journée, et la variation de la
température.
➡ Relance possible : « Savez-vous expliquer ces variations ? »
➡ L’objectif ici est de recueillir les représentations des
élèves sur les saisons, les désaccords et les contradictions
éventuelles qui peuvent apparaitre. Voici quelques-unes
des représentations les plus répandues : l’été, la Terre
serait plus près du Soleil qu’en hiver et c’est cela qui expliquerait les variations de température. L’hiver, il y aurait
plus de nuages qui empêcheraient le Soleil de chauffer la
250
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
une variation de la durée de la
journée et de la température
➡ Cette étape, basée sur l’analyse de documents, aborde
successivement les deux éléments à étudier : la durée de
la journée (doc. 2) et l’évolution des températures (documents 3 et 4) en fonction des saisons. Dans le document
3, la surface éclairée varie entre les deux cas. Dans le cas 1,
l’énergie thermique est répartie sur une plus petite surface
que dans le cas 2. La température augmente donc plus.
➡ Le document 1 montre que les directions de lever et de
coucher du Soleil varient en fonction des saisons, ainsi que
sa hauteur de culmination. La trajectoire apparente du Soleil diffère donc d’une saison à l’autre. Contrairement à ce
que le langage courant laisse penser, la hauteur de culmination ne correspond pas à une distance mais à un angle.
Réponses aux activités
1 Selon le moment de l’année, la trajectoire du Soleil
n’est pas la même : la hauteur du Soleil à midi et les
directions de lever et de coucher changent. Il monte plus
haut l’été, et sa course est plus longue. Le Soleil est plus
bas en mars qu’en juin, et il se lève au sud-est en mars, et
au nord-est en juin.
2
Date
Durée de la
journée
Durée de la nuit
20 mars
12 h 05
11 h 55
21 mars
12 h 08
11 h 52
22 mars
12 h 11
11 h 49
20 juin
15 h 16
8 h 44
21 juin
15 h 16
8 h 44
22 juin
15 h 16
8 h 44
20 septembre
12 h 08
11 h 52
21 septembre
12 h 06
11 h 54
22 septembre
12 h 03
11 h 57
20 décembre
8 h 50
15 h 10
21 décembre
8 h 51
15 h 09
22 décembre
8 h 51
15 h 09
Ce tableau permet de faire de la différenciation : au niveau 1, l’élève construit lui-même son tableau. Au niveau 2,
l’enseignant-e lui donne le tableau construit, totalement
vide. Au niveau 3, l’élève reçoit le tableau construit, avec
les en-têtes complétés.
Le solstice d’hiver est autour du 21 décembre, le solstice
d’été autour du 21 juin, l’équinoxe de printemps autour du
20 mars, et l’équinoxe d’automne autour du 22 septembre.
Pour trouver cela, les élèves se basent sur le tableau qu’ils
viennent de construire et sur le bloc « Vocabulaire ».
3 Lorsque les rayons du Soleil sont plus à la verticale (cas
1), la température augmente plus que lorsque les rayons
sont « rasants » (cas 2) : + 8 °C en 6 minutes pour le cas 1,
et seulement +2,6 °C pour le cas 2. On observe sur le doc
1 que le point le plus haut du Soleil, qui correspond au cas
1, se trouve sur la trajectoire du 21 juin. Le cas 1 correspond
donc à l’été.
4 Les rayons du Soleil arrivent de façons plus ou moins
verticales à Marseille selon le moment de l’année. Selon
l’orientation des rayons du Soleil, les températures ne sont
pas les mêmes.
J'EXPÉRIMENTE
pour comprendre le cycle
des saisons
➡ L’expérimentation proposée est axée uniquement sur la
variation de la durée de la journée. Elle vise à montrer que
si l’axe de la Terre n’était pas incliné et qu’il était perpendiculaire au plan de l’écliptique, la durée de la journée serait
la même quelle que soit la position de la Terre par rapport
au Soleil, c’est-à-dire quel que soit le moment de l’année :
il n’y aurait pas de saison.
➡ Le document 6 représente la trajectoire de la Terre autour
du Soleil. Les 4 positions représentées correspondent à des
moments particuliers : les équinoxes et les solstices. On peut
voir que l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre reste
identique par rapport au plan de l’écliptique. Ce schéma permet de rendre compte de la variation de la zone éclairée sur
la Terre selon les saisons et ceci de deux manières.
➡ On voit qu’au moment du solstice d’été dans l’hémisphère nord (21 juin), le pôle Nord reste éclairé par le Soleil
durant les 24 h de la rotation de la Terre, et qu’au moment
du solstice d’hiver dans l’hémisphère nord (21 décembre),
le pôle Nord reste dans la nuit durant les 24 h de la rotation
de la Terre.
➡ De même, on peut s’en rendre compte en constatant
que les deux fragments d’arcs de cercle en jaune représentant la latitude sont de longueur inégale et donc lors de la
rotation de la Terre, les points présents resteront plus ou
moins longtemps éclairés. La durée relative journée/nuit
diffère ainsi.
Déroulé de l'expérience
1 Avant l’expérience
Hypothèse attendue : L’inclinaison de l’axe de rotation
explique la durée variable de la journée et de la nuit.
2 L’expérience
Expérience attendue : Les élèves doivent donc faire
tourner la Terre sur elle-même pour modéliser un jour,
et mesurer avec la ficelle la distance parcourue dans la
partie éclairée par un point (voir la fiche expérience). Cette
mesure s’effectue d’abord avec un axe non incliné (boule
en polystyrène) en changeant plusieurs fois la position de la
boule (la Terre) par rapport à la lampe (le Soleil) , puis avec
un axe incliné (globe terrestre, ou boule en polystyrène
inclinée). Dans le cas d’un axe vertical, la longueur de la
ficelle éclairée ou à l’obscurité ne change pas et donc
journée et nuit ont la même durée. Inversement, dans le
cas d’un axe incliné, la longueur de la ficelle à la lumière va
changer selon la position du globe vis-à-vis de la lampe :
journée et nuit ont une durée différente, qui dépend de la
position du globe terrestre vis à vis de la lampe.
Schéma de l’expérience : Les attentes devront varier en
fonction du niveau des élèves (CM1 ou CM2) : présence ou
non de légende, présence de deux schémas (axe droit et
axe incliné).
Réponses aux activités
5 Avec un axe non incliné, la durée de la journée est toujours égale à celle de la nuit. Avec un axe incliné, ce n’est
pas le cas.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques
Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
●
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Identifier les données pertinentes par rapport à l’hypothèse
testée ➜ Ici, la distance parcourue par un point du globe dans la
partie éclairée au cours de la rotation de la Terre autour de son
axe et selon l’inclinaison de cet axe
● Comparer les données expérimentales obtenues entre elles.
➜ Ici, comparer la longueur de la ficelle lorsque l’axe de la
rotation de la Terre est incliné et lorsqu’il ne l’est pas.
● Mettre en lien les résultats avec les connaissances physiques.
➜ Ici, mettre en lien les résultats avec les documents 1 et 2.
● Confronter les résultats à l’hypothèse. ➜ Ici, mettre en
lien la variation de la durée de la journée selon les saisons et
l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre.
● Être capable de formuler (à l’oral et/ou à l’écrit) une conclusion.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève parvient à relever les données pertinentes, à les
●
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
251
comparer entre elles et à les confronter à ses connaissances. Il
ou elle parvient à valider son hypothèse. ➜ Expert.
● L’élève a besoin d’aide sur l’une de ces trois tâches. ➜ Confirmé.
● L’élève a besoin d’aide sur plusieurs de ces tâches. ➜ Apprenti
ou confirmé.
6
journée = nuit
Printemps
LA TRACE ÉCRITE
Selon les saisons, la durée de la journée et la température
ne sont pas les mêmes. Cela est dû au fait que l’axe de
la Terre est incliné, et donc que les rayons du Soleil n’arrivent pas sur la Terre avec le même angle. Le cycle des
saisons est de 365 jours, temps mis par la Terre pour faire
un tour complet autour du Soleil.
Hiver
JE FAIS LE BILAN
journée
maximale
Automne
Été
journée
minimale
journée = nuit
Ressources complémentaires Bilan de la mission 52 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Révolution, inclinaison, équinoxe, solstice, saisons.
les sciences autrement
sciences & Astronomie
a tête dans les étoiles !
L
Cette rubrique permet d’expliquer des termes que les
enfants ont peut-être lu ou entendu, et qui peuvent
également émerger lors des questionnements de départs
et observation : la Voie lactée, les constellations... Cette
activité « La tête dans les étoiles » regroupe plusieurs blocs
différents et autonomes. Ceux-ci peuvent être proposés
sous forme de lecture lorsque l’élève a fini son travail,
ou alors en complément des activités. Ces lectures permettent de compléter les connaissances sur les terminologies utilisées en astronomie.
La partie « scoop » permet de soulever l’appellation fautive
de l’étoile du Berger, puisque c’est une planète. Ce document répond à un questionnement qui peut avoir lieu lors
de l’étape « Je m’interroge » (p. 206), et peut clore le questionnement initial « tout ce qui brille est-il une étoile ? ».
Activités pour la classe
On peut demander aux élèves de se créer un moyen mnémotechnique pour se souvenir de l’ordre des planètes dans
le Système solaire. Pour réaliser cette astuce, on peut leur
demander d’associer un mot à chaque première lettre du
●
252
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
p.216
p. 218-219
nom des planètes, en gardant l’ordre. Il faut que ces mots
aient un sens pour former une phrase.
Ainsi, dans le manuel on propose « Mes Vielles Tortues Marines Jouent Sur Un Nénufar », mais ce moyen mnémotechnique sera d’autant plus efficace que les élèves auront été
impliqués dans sa création.
Aspect artistique
Pour les apprenants visuels, on peut également demander aux élèves d’illustrer la phrase mnémotechnique proposée dans le manuel ou celle qui aura été créée en classe.
●
un métier de Sciences
Je suis... Astronaute
Cette rubrique contribue, comme le préconisent les programmes, à faire découvrir aux élèves une certaine diversité des métiers et de leurs évolutions. La frise chronologique
permet de mettre en évidence les progrès techniques qui
ont permis d’étendre la conquête de l’Espace. La prochaine
grande avancée dans l’exploration spatiale sera sans doute
l’exploration de la planète Mars, puisque le Congrès des
États-Unis a adopté un texte de loi fixant à l’horizon de la
décennie 2030 une mission habitée à destination de Mars
pour la NASA.
Activités pour la classe
Cette rubrique pourrait être l’occasion d’organiser un travail de recherche sur les différents astronautes ayant marqué l’Histoire. Les élèves pourraient alors associer le nom
de certains astronautes à l’histoire de la conquête spatiale.
On pourrait ainsi leur demander de reproduire la frise présente dans le manuel et de faire des recherches Internet
pour associer à chaque astronaute des faits marquants.
Cette recherche Internet permet de mettre en place un
suivi sur la compétence « Identifier des sources d’information fiables ».
dans l’espace dans la Station Spatiale Internationale (ISS),
du 17 novembre 2016 jusqu’au 2 juin 2017, et qui a réalisé
plus de 200 expériences scientifiques dans le cadre de la
mission Proxima.
●
Suivi d'acquisition des compétences
Mobiliser des outils numériques
d’informations fiables.
●
Identifier des sources
Critères de réussite liés à cette compétence :
Savoir identifier, trier et évaluer des ressources. ➜ Ici, savoir
identifier la source de l’information, et évaluer sa fiabilité et sa
valeur d’un point de vue scientifique.
● Savoir faire preuve d’esprit critique face à l’information et à son
traitement. ➜ Ici, comparer et regrouper des informations de
sources différentes, afin d’identifier le nom des astronautes qui
seront associé à des faits marquants.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
L’élève sait rechercher de l’information mais ne sait pas quoi
en faire et se laisse submerger par celle-ci. ➜ Apprenti.
● L’élève est capable de trouver de l’information, et de choisir
celle qu’il-elle va retenir en fonction de la source et de sa
fiabilité. Il-elle donne quelques informations qui sont justes. ➜
Confirmé.
● L’élève parvient à identifier des sources d’informations fiables
et pertinentes et peut répondre à la recherche demandée en
totalité (frise chronologique détaillée par exemple). ➜ Expert.
●
Un autre type de recherche pourrait permettre aux élèves
de se renseigner sur les types de missions scientifiques accomplies par les astronautes lors de séjour dans l’espace.
Ainsi, ce type de travail pourrait valoriser le travail des
scientifiques. On pourrait par exemple s’attarder sur Thomas Pesquet, ingénieur français qui a passé plus de six mois
●
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 59 – Charade
Jupiter (jus-pis-Terre).
Mission 50 – Qui suis-je ?
- Je suis l’eau liquide.
- Je suis Mercure.
- Je suis un stromatolithe.
Mission 51 – Mots croisés
1. Rotation
2. Journée
3. Révolution
4. Est
5. Planète
IN FO
+
En astronomie, on fait une distinction précise entre le jour,
qui dure 24 heures environ, et la journée, qui est la période
pendant laquelle la Terre est éclairée. Autrement dit, un jour
est constitué du couple journée-nuit.
Mission 52 – Vrai ou Faux ?
Il y a des saisons parce que la Terre tourne sur elle-même.
FAUX, il y a des saisons parce que la Terre tourne autour du
Soleil, et parce que son axe de rotation est incliné.
Il y a des saisons parce que l’axe de rotation de la Terre est
incliné. FAUX, il y a des saisons parce l’axe de rotation de la
Terre est incliné, mais aussi parce que la Terre tourne autour
du Soleil.
La durée de la journée varie au cours des saisons. VRAI, le
solstice d’été est le jour où la durée de la journée est la plus
longue, et le jour du solstice d’hiver celui où la journée est
la plus courte.
CHAPITRE 15
• La Terre dans le Système solaire
253
CHAPITRE
16
L’activité de la Terre
et les risques humains
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Situer la Terre dans le Système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Identifier les composantes biologiques et géologiques
d’un paysage.
Travailler avec l’aide de documents d’actualités (bulletins
et cartes météorologiques).
Paysages, géologie locale, interactions avec l’environnement
et le peuplement.
Relier certains phénomènes naturels (tempêtes, inondations,
tremblements de terre) à des risques pour les populations.
Phénomènes géologiques traduisant l’activité interne
de la Terre (volcanisme, tremblements de terre...).
Phénomènes traduisant l’activité externe de la Terre :
phénomènes météorologiques et climatiques ; évènements
extrêmes (tempêtes, cyclones, inondations et sécheresses...).
Réaliser une station météorologique, une serre (mise
en évidence de l’effet de serre).
Exploiter les outils de suivi et de mesure que sont les capteurs
(thermomètres, baromètres...).
Commenter un sismogramme.
Étudier un risque naturel local (risque d’inondation,
de glissement de terrain, de tremblement de terre...).
Mener des démarches permettant d’exploiter des exemples
proches de l’école, à partir d’études de terrain et en lien avec
l’éducation au développement durable.
Repères de progressivité
• Les notions de Terre externe (atmosphère et océans) et interne sont détaillées tout au long du cycle. Les échanges
énergétiques liés au thème 1 sont introduits en 6e.
• La mise en relation des paysages ou des phénomènes géologiques avec la nature du sous-sol et l’activité interne de la Terre
peut être étudiée dès le CM. Les explications géologiques relèvent de la classe de 6e.
Commentaires
1. Les phénomènes géologiques comme les éruptions volcaniques, les tremblements de terre, les tempêtes, les cyclones sont étudiés
dans le cadre des risques majeurs qu’ils génèrent pour les populations.
2. Les explications géologiques qui émanent parfois des élèves sur l’origine des deux types d’éruptions volcaniques ou sur l’origine des
séismes ou encore l’origine des vents sont abordées au cycle 4.
Introduction pour l'enseignant-e
Connaissances scientifiques
-les facteurs anthropiques : l’être humain joue également un rôle dans l’érosion des structures en accélérant
leur destruction par exemple.
1 Géomorphologie d’un paysage
• Du grec gê terre, morphê forme, et logos discours, la géo-
morphologie est la science qui explique les formes du relief
terrestre en tenant compte de trois grands facteurs :
-les facteurs endogènes liés à la structure géologique :
type de roches, déformations structurales liées au contexte
géodynamique ;
-les facteurs exogènes sources de l’érosion et donc de la
fragilisation de la structure géologique : climat et gravité.
Le vent et l’eau sont les deux agents principaux d’érosion
à la surface de la Terre.
254
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
2 La notion de risque
• Il convient dans un premier temps de définir la notion de
risque car c’est dans ce cadre que les évènements géologiques et météorologiques sont traités dans ce chapitre. La
gestion du risque sera ensuite abordée.
Quelques définitions
• L’aléa désigne un évènement ou un phénomène naturel
susceptible de se produire dans un lieu donné. Les aléas liés
• La vulnérabilité désigne la fragilité d’un enjeu (population, activité, construction, environnement) face à un aléa.
•
Le risque désigne donc la probabilité qu’un évènement
(ou aléa) se produise et provoque des dommages sur différents enjeux.
• Compte tenu de ces définitions, le risque n’existe qu’en
présence d’un enjeu. En effet, il n’y a pas de risque si un
glissement de terrain ou une inondation touche une zone
non peuplée, non exploitée.
La gestion du risque
• La diminution du risque revêt plusieurs aspects :
1) Prévoir l’aléa en étudiant sa nature, sa fréquence, sa
localisation, son intensité. Ainsi on peut établir des cartes
d’aléa sismique par exemple où sont répertoriées les zones
où des séismes se sont déjà produits et où la probabilité
de survenue d’un nouvel évènement sismique est élevée.
Attention prévoir ne signifie pas prédire : les zones sismiquement actives sont connues et répertoriées, cependant
il est impossible d’indiquer la date et l’intensité du prochain
séisme.
2) Protéger un enjeu permet de diminuer sa vulnérabilité,
c’est-à-dire l’impact de l’aléa sur cet enjeu.
3) Prévenir le risque consiste à anticiper les aléas possibles et les enjeux concernés. Pour cela, des campagnes
de sensibilisation et de formation des populations et des
secours aux conduites à tenir, gestes préventifs ou d’urgence doivent être menées régulièrement afin de diminuer
le risque global.
L’origine des mouvements d’air et d’eau
• Les déplacements des masses d’air et d’eau sont les
conséquences de l’inégale répartition de l’énergie thermique à la surface de la Terre. Le rayonnement solaire
n’est pas réparti de façon homogène du fait de l’inclinaison de la Terre et de la sphéricité (voir chapitre 15) selon la
latitude. Les masses d’eau et d’air n’ont, par conséquent,
pas les mêmes températures selon leur position géographique. Les mouvements atmosphériques ou océaniques
permettent un rééquilibrage.
Ainsi, les régions polaires (latitudes les plus élevées)
perdent plus d’énergie qu’elles n’en reçoivent, elles sont
donc déficitaires. Les régions équatoriales reçoivent plus
d’énergie qu’elles n’en perdent, traduisant l’excédent
d’énergie à redistribuer.
• Globalement, la moitié de l’excédent thermique est
transporté par l’atmosphère, l’autre moitié par les courants
marins. Ces mouvements reposent sur deux propriétés
physiques fondamentales : la densité et la pression.
Les mouvements atmosphériques
• La circulation des masses d’air dans la troposphère (de 0
à 12 km d’altitude) correspond à :
- des mouvements horizontaux appelés vents, ils traduisent une différence de pression. Les vents se déplacent
des zones de haute pression (anticyclone) vers les zones de
basse pression (dépression).
- des mouvements verticaux ascendants ou descendants,
ils traduisent une différence de densité de l’air liée à des différences de températures. Les basses couches au contact
du sol sont plus chaudes et donc moins denses, elles ont
tendance à s’élever alors que l’air en altitude est plus froid
donc plus dense, il a tendance à descendre.
• Dans la troposphère, le transfert de l’énergie s’organise
donc sous forme de cellules de convection.
En km
15
• La diminution de la vulnérabilité, appelée l’adaptation,
Air chaud
et humide
consiste à limiter l’exposition de l’enjeu à l’aléa et à atténuer les effets néfastes de l’aléa.
3 L’activité externe de la Terre
Définition
L’activité externe de la Terre désigne les mouvements réalisés par les enveloppes fluides à la surface de la Terre :
l’atmosphère et l’hydrosphère.
10
5
B.P.
(Basse Pression)
Éq
u
at
eu
r
• Les enjeux (population, activités, infrastructures) possèdent un seuil de tolérance appelé l’acceptabilité, c’està-dire la capacité à supporter les conséquences d’un aléa.
Air sec
et froid
Dépression
H.P.
(Haute Pression) Ouest
Anticyclone
VENT
Région chaude
Région désertique
et humide
0
30
°N
à l’activité externe de la Terre peuvent être les tempêtes,
les pluies torrentielles, les vagues de froid, les crues, les
sécheresses, les canicules, les avalanches, les glissements
de terrain,...
Les aléas liés à l’activité interne de la Terre comprennent
les séismes, les tsunamis, les éruptions volcaniques, etc.
Il existe également des risques technologiques comme les
ruptures de barrage, les pollutions de type marée noire, ou
encore les accidents de centrale nucléaire.
Est
Doc 1. Caractéristiques des circulations atmosphériques
intertropicales.
• Il existe des déplacements horizontaux de masses d’air
à très haute altitude (au-delà de 12 km d’altitude, la stratosphère) sous forme de couloirs de vents très forts, de
500 à 800 km de large pour 3 à 5 km d’épaisseur. Ce sont
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
255
les jet-streams dont la vitesse peut atteindre 350 km/h,
très appréciés des compagnies aériennes pour limiter leur
consommation de fuel.
• Lorsqu’on tient compte du comportement physique des
Les mouvements océaniques
➡ La lithosphère se caractérise par sa composition en matériaux rigides, c’est-à-dire que sous la contrainte/pression, ces matériaux se déforment mais finissent par casser
lorsqu’ils ont atteint leur limite de résistance. Les ondes
sismiques sont alors comparables à un rebond élastique.
La lithosphère comprend donc la croute et une partie rigide du manteau supérieur. Son épaisseur moyenne est de
100 km. La lithosphère océanique est plus fine au niveau
des dorsales là où elle se met en place. Cette couche est
cassante.
• Les déplacements des masses d’eau sont régis par la
densité, elle-même dépendante de la température et de
la salinité.
• Les courants de surface sont animés par les vents, ils
suivent donc la même trajectoire que les vents dominants
à la surface des océans. Ainsi les alizés poussent les eaux
chaudes depuis l’est vers le golfe du Mexique où elles s’accumulent avant de se diriger vers le nord puis vers l’est sous
l’action des vents d’ouest : c’est le célèbre Gulf Stream.
• En profondeur, les mouvements verticaux des masses
d’eau sont régis par des différences de densité liées à la
salinité de l’eau. La densité augmente avec la salinité alors
qu’elle diminue avec la température. Dans les régions polaires, l’eau est froide et salée, elle est donc très dense et
s’enfonce en profondeur où elle circule avec une très faible
vitesse (quelques mm/s).
matériaux, selon qu’ils se comportent comme des matériaux rigides ou comme des matériaux « ductiles », on
distingue les différentes couches suivantes.
➡ L’asthénosphère est une zone ductile, c’est-à-dire
qu’elle se déforme sans casser. Elle s’étend depuis la limite
inférieure de la lithosphère jusqu’à 670 km de profondeur.
➡ La mésosphère est un bloc « rigide » ; il est synonyme du
manteau inférieur.
➡ Le noyau externe est une couche liquide.
➡ Le noyau interne est une couche solide.
Les éruptions volcaniques
4 L’activité interne de la Terre
La structure du globe
• Les différentes couches du globe ont été identifiées
grâce à l’étude de la propagation des ondes sismiques. On
distingue une structure en couches concentriques selon la
vitesse de propagation des ondes sismiques, ou selon le
comportement physique des couches.
• On distingue ainsi :
➡ La croute : couche à la surface de la Terre, qui représente 1,5 % du volume de la Terre. Deux types de croutes
existent :
− la croute continentale, épaisse en moyenne de 35 km
dont les granites sont les roches caractéristiques ;
− la croute océanique, très mince (5 à 8 km sous les océans),
caractérisée par des basaltes, gabbros.
➡ Le manteau : il représente 82,5 % en volume de la Terre.
Cette couche est constituée de péridotites dont la structure change avec la profondeur. En effet, l’épaisseur du
manteau est de 2 900 km. On peut distinguer au sein de ce
manteau :
− le manteau supérieur qui s’étend jusqu’à 670 km ;
− le manteau inférieur dont la profondeur est comprise
entre 670 km et 2 900 km.
➡ Le noyau a une épaisseur maximale de 3 300 km, soit
16 % du volume terrestre. Il comprend :
− le noyau externe, dont la profondeur est comprise entre
2 900 km et 5 150 km ;
− le noyau interne dont la profondeur est comprise entre 5
150 km et 6 370 km.
256
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
• Avec les tremblements de terre, les éruptions volca­
niques sont les manifestations visibles de l’activité interne
de la Terre, dont le moteur est l’évacuation de l’énergie
thermique produite par les enveloppes internes de la Terre :
le noyau, le manteau, la croute. La majorité des éruptions
volcaniques a lieu dans l’océan.
• Le magma est le résultat de la fusion partielle des roches,
qui a lieu à des dizaines de kilomètres de profondeur. Il
remonte vers la surface empruntant ainsi les fissures de la
croute terrestre. La sortie du magma par le cratère constitue une éruption volcanique. C’est à ce moment-là que le
magma est appelé « lave ».
• Il existe deux types d’éruptions qui seront traitées et
retenues à ce niveau d’enseignement. En réalité le type
d’éruption est plus complexe.
•
Les éruptions effusives, avec des coulées de lave,
brulent tout sur leur passage.
Lorsque le magma est pauvre en silice, il est fluide. Les gaz
s’échappent sans difficulté en projetant un peu de lave. Le
magma dégazé constitue la lave. Comme elle est fluide,
elle s’écoule selon la pente, puis se refroidit et forme une
roche volcanique noire. C’est ce qui explique la constance
de ces éruptions, et le caractère moins dangereux. Les chemins des coulées sont souvent les plus pentus. On peut
presque prévoir leur trajet, qui est d’ailleurs souvent le
même. On appelle les volcans qui ont ce type d’éruptions
les volcans rouges.
• Les éruptions explosives, avec des explosions vio-
lentes, nuées ardentes, projections de cendres brulantes
ou de blocs de roches (bombes volcaniques), dévalent les
pentes... Les nuées ardentes soufflent tout et brulent tout
sur leur passage. Quand le magma est riche en silice, il est
plus visqueux. Les gaz restent alors piégés dans la roche en
fusion et la pression s’accumule. La lave visqueuse ne peut
pas s’écouler. Il se forme alors dans le cratère un bouchon
de lave ou dôme. C’est ainsi que la pression s’accumule
et que l’éruption explosive peut suivre, avec des dégâts
considérables, en projetant violemment tout ce qui constitue une partie du cône volcanique.
L’éruption explosive du Mont Saint Helens en 1980 témoigne
de la violence d’une nuée ardente : 600 km² de forêts ont
été couchés, et des coulées gigantesques de boue ont suivi.
On appelle les volcans ayant ce type d’éruptions des volcans gris.
• Cependant, au cours de son histoire, un volcan peut
Risques sismique et volcanique
• La notion de risque sismique et volcanique est liée à l’aléa
et à l’enjeu.
Aléa 1
Épicentre
Faille active
Enjeu 1
Ondes sismisques
Foyer
Village B
Village A
Risque 1
Risque sismique
Aléa 2
cône du volcan
connaitre différents types d’éruptions.
Enjeu 2
Les séismes
Village D
• Un séisme correspond au mouvement brusque à la sur-
face de la Terre, lié à la fracture de roches en profondeur,
ou à la formation d’une faille. Les vibrations plus ou moins
fortes peuvent être ressenties, et peuvent avoir des conséquences imperceptibles ou catastrophiques.
• L’endroit où se produit la rupture est appelé « foyer » du
séisme. Il est situé entre 0 et 700 km de profondeur. Au
foyer naissent les ondes sismiques qui se propagent dans
toutes les directions et en s’atténuant peu à peu. La zone
à la surface de la Terre, où les ondes sismiques arrivent
en premier (trajet le plus court, en général à la verticale
du foyer), est appelé « l’épicentre ». Plus on s’éloigne de
l’épicentre, moins le séisme est intense.
• On mesure l‘intensité d’un séisme avec une échelle.
Il y a eu de nombreuses échelles au cours de l’histoire,
la plus utilisée étant celle de Richter. On parle alors de
« magnitude » sur l’échelle de Richter.
L’échelle de Richter (créée par Charles Francis Richter en
1935) mesure la quantité d’énergie libérée lors d’un séisme.
Magnitude
< 3,5
Village C
Effets du tremblement de terre
Le séisme est non ressenti, mais enregistré par
les sismographes.
3,5 - 5,4
Il est souvent ressenti, mais sans dommage.
5,4 - 6
Légers dommages aux bâtiments bien
construits, mais peut causer des dommages
majeurs à d’autres bâtiments.
6,1 - 6,9
Peut être destructeur dans une zone de 100 km
à la ronde.
7 - 7,9
Tremblement de terre majeur. Il peut causer de
sérieux dommages sur une large surface.
>8
C’est un très fort séisme pouvant causer de très
grands dommages dans des zones de plusieurs
centaines de kilomètres.
Doc 2. Échelle de Richter.
Risque 2
Village C
Volcan explosif en éruption
nuée ardente
Village D
Risque volcanique
Doc 3. Exemples de risques sismique et volcanique.
La tectonique des plaques
• La répartition des séismes et des éruptions volcaniques
permet de mettre en évidence les limites de plaques lithosphériques. Ces plaques sont animées d’un mouvement dont l’ensemble forme la tectonique des plaques.
• La tectonique des plaques est l’ensemble des mouve-
ments des plaques lithosphériques. À la surface de la Terre,
et constituant la lithosphère, il y a une douzaine de plaques
principales : sept grandes et cinq plus petites. Une plaque
tectonique peut être océanique ou continentale, ou encore
les deux à la fois ; on dit alors qu’elle est mixte.
• La tectonique des plaques est une théorie qui repose sur
deux notions principales : celle de dérive des continents
et celle d’expansion océanique. La notion de dérive des
continents a été proposée en 1912 par Alfred Wegener et
confirmée vers 1950. La notion d’expansion océanique
fut avancée par A. Holmes dès 1928 puis confirmée à son
tour en 1963 (Vine et Matthews). Aujourd’hui, les déplacements des plaques à la surface de la Terre sont mesurés
avec précision grâce à la technologie GPS, et sont de l’ordre
de quelques centimètres par an. De 1 à 7 cm, elles se rapprochent, s’éloignent ou même tournent sur elles-mêmes.
• Ces mouvements génèrent d’autres mouvements sur les
autres plaques, appelés divergence et convergence.
La divergence est lorsque deux plaques s’éloignent l’une
de l’autre. S’il s’agit de deux plaques continentales, la
croute est étirée de part et d’autre d’une gigantesque faille,
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
257
et on assiste à l’apparition d’un rift. Si le mouvement se
poursuit, il peut s'accompagner de remontées de magma
par des fissures du rift, et de la croute océanique se met en
place: un océan se forme.
La convergence est lorsque deux plaques se rapprochent
l’une de l’autre. Lorsque deux plaques se rencontrent, la
plaque la plus dense s’enfonce sous l’autre. Ces mouvements de plaques entrainent des déformations du sol, et
donc des séismes, ou tsunamis ou éruptions volcaniques,
et débouchent aussi sur la formation de chaines montagneuses (ou élévation).
Divergence
Dorsale océanique
Lithosphère
Asthénosphère
Subduction
Convergence
Collision
Séisme
Volcanisme
Doc 4. Divergence et convergence liées à la tectonique des plaques.
Éléments de didactique
1 Difficultés liées au vocabulaire
courant et aux représentations
des élèves
•
Les difficultés sont liées aux représentations mentales
qui font penser que cette activité ne se manifeste qu’en
surface. Ainsi, certains vont imaginer qu’un volcan est une
montagne qui explose, ou qu’un séisme c’est la Terre qui
bouge, ou même que le séisme peut être lié à une éruption volcanique. En fait la difficulté est de concevoir que les
•
séismes ont des causes profondes, liées à l’activité interne
de la Terre.
• Pour remédier à cette notion de montagne, on pour-
ra insister sur l’apparition des volcans, en montrant par
exemple comment une nouvelle ile volcanique peut se
former. Le volcan n’est pas un cône qui se « remplit » de
lave, mais bien un débordement de lave qui sort d’un cratère, s’accumule et s’amoncelle. À l’inverse, certains élèves
pensent que le magma est un réservoir liquide au centre de
la Terre qui remonte.
Certains élèves pensent aussi que la lave « sèche » et devient noire. Or elle refroidit et se solidifie.
• Le lien de conséquence qui pourra également être évo-
qué entre séismes et éruptions volcaniques peut être une
déduction rapide liée aux cartographies des volcans et
séismes qui se recoupent parfois. On montrera alors qu’il
existe des zones de sismicité sans volcan, et que si les éruptions volcaniques s’accompagnent de petits tremblements
de terre, les éruptions ne sont en aucun cas la cause des
tremblements de terre.
• Les élèves pensent aussi que les volcans sont connus,
recensés et qu’il ne peut y en avoir d’autres. Ainsi le risque
serait connu et constant. Or un volcan n’est pas effusif ou
explosif, et peut apparaitre (cas des iles qui naissent). Au
cours des temps géologiques, un même édifice volcanique
peut produire des roches typiques d’éruptions effusives
puis des roches typiques d’éruptions explosives. Ainsi, il
convient d’éviter les formulations erronées « volcan effusif », « volcan explosif » au profit d’ « éruption effusive »
et d’ « éruption explosive ». Il existe même des contextes
géodynamiques où les roches produites révèlent des situations intermédiaires.
• Les élèves connaissent les séismes par les conséquences
catastrophiques qui en découlent. Ils ont du mal à imaginer que l’activité est permanente, et que les secousses très
faibles peuvent ne pas être ressenties.
Pour certains élèves, le danger des séismes est lié à une
ouverture du sol, où l’on peut tomber dedans. En réalité, la
plupart des victimes meurent écrasées par l’effondrement
de leur habitation.
Bibliographie / Webographie
Météo-France, Les mouvements de l’atmosphère, http://education.meteofrance.fr/dossiers-thematiques/le-fonctionnement-de-l-atmosphere/les-mouvements-de-l-atmosphere
•
Dépliant Gafforisk météorologiques : http ://www. risques-majeurs. info/sites/default/files/
gafforisk_meteo_0.pdf
•
O. Dequincey, P. Thomas, La tempête Xynthia du 28 février 2010 : comment météorologie, astronomie et géologie auraient pu et dû permettre d’en prévoir la gravité, http://planet-terre.ens-lyon.
fr/article/tempete-fevrier-2010.xml
• Les mouvements de divergence : http://svtocsl.free.fr/4e-plaques/2-expansion-oceanique.
html
258
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
Exploitation pédagogique du manuel
Progression des apprentissages
Comprendre l’organisation
d’un paysage.
Mettre en relation les roches
du sous-sol et l’aspect
d’un paysage.
Mission 53
Lien entre les caractéristiques
du sous-sol d’un paysage
et son aspect à la surface
de la Terre.
L’être humain
face au risque
météorologique.
Missions 54, 55 et 56
Mettre en relation
les caractéristiques
de la Terre avec la présence
de la vie.
Les paysages et leur peuplement
sont modifiés par des phénomènes
naturels à risque.
L’être humain
face au risque
volcanique.
L’être humain
face au risque
sismique.
Aperçu général des missions
Question
scientifique
Contenus
En violet la compétence traitée pour le suivi d'acquisition des compétences.
Compétences travaillées
• Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème.
• Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse.
• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.
• Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer
une mesure, réaliser une expérience ou une production.
• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
• Extraire les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
Mission 53
Comment s’organisent les
éléments d’un
paysage ?
Mission 54
Comment peuton prévenir le
risque météorologique ?
• Risque météorologique.
• Mesures de prévention,
prévision et protection.
• Extraire les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour
répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d'environnement.
Mission 55
Comment peuton prévenir le
risque volcanique ?
• Deux types d’éruption.
• Lien entre le type
d’éruption, les dangers
associés et le risque
volcanique.
• Consignes de sécurité
et surveillance du risque
volcanique.
• Extraire les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation pour
répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis,
tableau, graphique, texte).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de santé, de sécurité et d'environnement.
Mission 56
Comment peuton prévenir le
risque sismique ?
• Les effets d’un séisme.
• Le risque sismique.
• Consignes de sécurité
et surveillance du risque
sismique.
• Extraire les informations pertinentes d'un document et les mettre en relation
pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique,
tableau, algorithme simple).
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions
de sécurité et d’environnement.
• Description et analyse
d’un paysage.
• Comparaison
de paysages argileux
et calcaires.
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
259
Mission 53 Des paysages à la surface de la Terre
Travail
Objectif :
p. 222-223
en
équipes
✔Identifier les composantes biologiques et géologiques d’un paysage :
• Paysages, géologie locale, interactions avec l’environnement
et le peuplement.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 1 – 3 – 11 – 16 – 24 – 25 – 26.
Ressources complémentaires Fiches de travail guidé,
fiches de manipulation, vidéos des manipulations, vignettes
du peuplement des milieux, aide à la trace écrite.
Manipulation Matériel pour l’équipe 1 : entonnoir,
coton, échantillon d’argile humide, de l’eau, récipient. Matériel pour l’équipe 2 : entonnoir, de la pâte à modeler,
échantillon de calcaire, de l’eau, récipient. Il faudra veiller
à ce que les échantillons de calcaire puissent prendre place
dans l’entonnoir. La pâte à modeler permet de faire le liant
entre l’entonnoir et l’échantillon.
➡ L’enseignant-e peut demander aux élèves, en amont,
d’apporter des photographies de paysages de vacances ou
de magazines. Une activité préliminaire pointant les éléments présents dans les paysages apportés par les élèves
permet de faciliter le croquis à réaliser par les élèves.
Les élèves pourront répondre que c’est un caractère accidentel (séisme, tempête...), d’autant plus que la photographie est proposée à côté d’autres situations accidentelles,
ce qui peut induire en erreur les élèves. On pourra alors
recentrer la question, en mettant en avant ce que dit le
personnage en observant cette photo.
➡ Relance possible : « Quel agent naturel peut “sculpter”
ces formes sur ces blocs rocheux ? »
Les précipitations modifient l’aspect de ces orgues. En
effet, l’eau est l’un des principaux agents d’érosion. On peut
aussi évoquer les stalagmites et les stalactites, qui sont des
éléments formés aussi par l’eau. L’eau (les précipitations)
est donc un élément important dans la constitution des
paysages. On peut demander pourquoi l’eau sculpte des
paysages dans certaines régions, et pas partout.
On peut penser que les élèves n’auront pas les éléments
suffisants pour y répondre. L’enjeu de la mission est
posé.
Question scientifique Comment s’organisent
les éléments d’un paysage ? ➜ Aller à la mission 53.
JE M'INTERROGE
p.220
Des orgues particulières
« Après chaque pluie, ce
paysage se modifie ! »
Comment un paysage peut-il
se former ?
Une description de la photographie est un point de départ
indispensable. Si les formes de végétation sont aisément
identifiables par les élèves, la structure centrale l’est beaucoup moins. Et le titre est peu explicatif car il permet de
faire la comparaison avec les cheminées d’air de l’orgue,
instrument de musique à vent. Cependant, la texture rocheuse parait évidente, et en regardant attentivement
une des colonnes on remarque une structure particulière
avec un bloc rocheux surplombant une colonne constituée
d’une roche différente. Ces « orgues » sont aussi appelées
des « demoiselles coiffées » ou « cheminées de fées ». Elles
sont formées de roches sédimentaires d’une résistance
différente. Le « chapeau » résistant protège le « corps »
tendre, friable, de la demoiselle.
260
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
TRAVAIL EN ÉQUIPES
ÉQUIPE 1. Un paysage de milieu humide
➡ Le plateau des Mille Étangs est situé en Haute-Saône.
Cet environnement humide est parsemé de très nombreux
étangs ou marécages de taille variable.
Les vignettes des êtres vivants qui peuplent le milieu indiquent que ce sont des êtres vivants caractéristiques des
milieux humides. Leur dépendance à l’eau est précisée par
le paratexte du document 1.
Pour expliquer l’origine de cette humidité, certains élèves
pourront émettre l’hypothèse que la région est soumise
à un climat pluvieux. Il conviendra à l’enseignant-e de
mettre cette hypothèse de côté pour un temps. Lors de la
mise en commun, l’enseignant-e apportera l’information
que les deux régions étudiées ici reçoivent la même quantité de précipitations annuelles.
➡ Pour décrire un paysage, les élèves doivent repérer les
différentes catégories d’éléments qui le composent :
- le relief : plaine, plateau, colline, montagne, littoral ;
- le sous-sol : est-il visible ou caché ?
- la végétation : présente ou absente ? pelouse, buisson,
forêt ?
- l’eau : des traces sont-elles présentes ? si oui sous quelle
forme : mer, ruisseau, fleuve, étangs, glacier ?
- présence de manifestations de l’activité humaine ? Si oui,
sous quelle forme : maisons, champs, ville ?
ÉQUIPE 2. Un paysage de milieu sec
Le plateau des Grands Causses est situé en Lozère, il forme
avec les Causses du Larzac, Méjean, un ensemble géologique bien caractérisé. Ces hauts plateaux sont constitués
d’épaisses (1 000 à 1 500 m) assises de roches calcaires (dolomies) qui se sont déposées au Jurassique moyen et supérieur dans une mer chaude.
Les eaux de pluie se chargent en dioxyde de carbone dans
l’atmosphère, ce qui les rend légèrement acides. Ces eaux
vont, en désagrégeant et en entrainant les terrains qui les
recouvrent, dénuder la roche. En utilisant les fractures ou
diaclases de la roche, l’eau pénètre dans le massif et fragmente la roche. Fragilisé, le calcaire est moins dur et plus
perméable. Ce phénomène se traduit par l’enfouissement
des eaux superficielles dans les calcaires, les surfaces des
plateaux s’assèchent alors.
Les vignettes des êtres vivants qui peuplent le milieu indiquent
que ce sont des êtres vivants adaptés des milieux secs.
Pour expliquer l’origine de cette sécheresse, certains élèves
pourront émettre l’hypothèse que la région est soumise
à un climat sec, mais cette hypothèse sera mise de côté,
comme pour l'équipe 1.
Mise en commun
ÉQUIPE 1 : Après la description du paysage, les élèves se
rendent compte que l’environnement est humide. L’hypothèse du climat écartée, les élèves arrivent à l’hypothèse
d’un sous-sol conservant l’humidité. Si cette hypothèse est
validée, alors la roche du sous-sol (ici l’argile) doit être imperméable. Les élèves réalisent un montage pour vérifier
cette hypothèse. L’argile est poreuse (l’eau pénètre dans
la roche) et imperméable (l’eau ne traverse pas la roche).
À l’aide du résultat, les élèves expliquent la présence des
êtres vivants caractéristiques des milieux humides sur le
plateau des Mille Étangs.
Habitations
Lacs/étendues d’eau
Bois, Buissons
Routes
ÉQUIPE 2 : Après la description du paysage, les élèves se
rendent compte que l’environnement est sec. L’hypothèse
du climat écartée, les élèves arrivent à l’hypothèse d’un
sous-sol ne conservant pas l’eau. Si cette hypothèse est va-
lidée, alors la roche du sous-sol (ici le calcaire) doit être perméable. Or le calcaire est une roche imperméable (l’eau ne
traverse pas la roche). Avec le résultat de la manipulation, les
élèves ne peuvent valider leur hypothèse. Il leur faut revenir
au paratexte expliquant les fissures du sol et leurs conséquences. La roche est imperméable à l’échelle de l’échantillon mais à l'échelle du massif, la roche est perméable à
cause des diaclases: l'eau traverse le sol et celui-ci reste sec.
Falaises
Blocs rocheux
Sol rocheux
Lors de la mise en commun, il est intéressant de comparer
les paysages argileux et les paysages calcaires.
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques ●
Proposer une expérience simple pour tester une hypothèse.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Comprendre une consigne. ➜ Ici, il s’agit d’identifier le
paramètre à tester : la perméabilité de la roche qui occupe le
sous-sol de la région étudiée.
● Choisir le matériel adapté et réaliser un schéma. ➜ Ici, il faut
envisager un matériel simple pour tester la perméabilité.
● Envisager les résultats attendus. ➜ Ici, l’élève doit anticiper les
résultats attendus si l’hypothèse est validée ou réfutée.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
●
L’élève identifie parmi les protocoles proposés par
l’enseignant-e celui qui teste son hypothèse. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie le paramètre à tester, propose tout ou
partie d’un protocole avec le matériel mis à la disposition par
l’enseignant-e. ➜ Confirmé.
● L’élève propose tout ou partie d’un protocole et choisit le
matériel adapté. ➜ Expert.
LA TRACE ÉCRITE
Un paysage est caractérisé par son relief et la roche qui
compose son sous-sol (composantes géologiques) mais
aussi par les êtres vivants qui peuplent le milieu (composantes biologiques). Selon les propriétés de cette roche,
notamment vis-à-vis de l’eau, l’aspect du paysage peut
varier. Les êtres vivants présents dans un milieu sont
adaptés aux caractéristiques de ce milieu.
JE FAIS LE BILAN
p.142
Ressources complémentaires Bilan de la mission 53 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Paysage, perméabilité, sous-sol, roches.
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
261
Mission 54 L’être humain face
au risque météorologique
p. 224-225
Objectifs :
✔Comprendre la notion de risque.
✔Comprendre que les paysages sont soumis
aux évènements météorologiques.
✔Distinguer les mesures de prévention, de prévision,
de protection.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 13 – 15 – 16 – 19 – 20 – 21 – 23.
Ressources complémentaires Tableau pour l’exploitation de la question 1, texte pour lecture différenciée, aide
pour la trace écrite.
➡ Il peut être intéressant, comme préconise le B.O., de
travailler sur des aléas locaux. Le gouvernement permet
d’étudier les risques majeurs de votre département :
http://www.gouvernement.fr/risques/les-risques-majeurs-dans-votre-departement
JE M'INTERROGE
p.220
Un sauvetage périlleux
Comment peut-on se retrouver dans une telle situation ?
La description de la situation dangereuse dans laquelle se trouvent
les deux personnes sur le toit de ce bâtiment fait émerger
par les élèves la notion de « catastrophe ». Il est fort probable que le nom de cette catastrophe soit déjà connu :
c’est une inondation.
➡ Relance possible : « Mais d’où provient l’eau ? »
La situation géographique de cette scène n’étant pas
connue, les élèves doivent émettre des hypothèses. À
l’aide des connaissances de la mission précédente, les
élèves savent qu’un sol imperméable retient l’eau. Des
propositions contradictoires peuvent alors émerger : des
précipitations très intenses ont fait déborder une rivière,
les égouts de la ville ont débordé, la roche du sous-sol est
imperméable et empêche l’eau de s’infiltrer dans la roche...
L’enseignant-e peut ensuite diriger le dialogue vers la 3e personne présente sur la toiture. Quel est son rôle ? Les élèves
sont aidés par le titre qui mentionne la notion de « sauvetage ». Les secours ont été prévenus, ils viennent en aide aux
personnes en difficulté qui se sont réfugiées sur le toit.
262
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
L’enseignant-e peut alors lire à nouveau la question « comment peut-on se retrouver dans une telle situation ? », et
ensuite poursuivre en se demandant si ce type d’évènement peut être prévu à l’avance. La question scientifique
en découle donc.
Question scientifique Comment peut-on prévenir le
risque météorologique ? ➜ Aller à la mission 54.
Cette mission ainsi que les deux suivantes reprennent les
étapes d’une démarche documentaire, elles répondent à
un problème de même type : comment prévenir un risque ?
Pour répondre à ces questions scientifiques, les élèves sont
amenés d’abord à observer des exemples d’évènements
(aléas) ayant engendré un risque majeur, puis à définir le
risque associé à cet évènement. Enfin, les mesures de gestion du risque nécessaires sont abordées.
Il conviendra d’insister sur la différence entre prédire et
prévenir (voir connaissances scientifiques).
J'IDENTIFIE
le risque météorologique
Les élèves sont invités à prendre connaissance des deux documents et à observer deux phénomènes météorologiques
différents : d’une part une crue liée à des pluies torrentielles et d’autre part une tempête. L’enseignant-e pourra
s’appuyer sur des exemples plus récents ou locaux.
Les élèves doivent dresser un tableau comparatif des perturbations météorologiques. Ici, il est demandé aux élèves
de construire le tableau. Selon le niveau d’acquisition des
élèves, c’est l’occasion de proposer une différenciation
pédagogique :
1 – l’élève construit et complète le tableau à partir de la
consigne du manuel ;
2 – la trame du tableau est distribuée, l’élève complète le
nom des colonnes et des lignes puis les conséquences extraites des documents ;
3 – le nom des colonnes est indiqué dans le tableau fourni
aux élèves.
La notion de risque est généralement comprise comme
le synonyme de danger. La météorologue du document 3
explique d’abord qu’un évènement météorologique ne
présente un risque que si des populations sont menacées
par cet évènement. Les deux paragraphes suivants du document 3 présentent les conséquences des pluies torrentielles d’abord puis des tempêtes au regard des enjeux.
Pour vérifier si cette notion est bien comprise, l’enseignant-e peut demander aux élèves si un évènement météorologique représente toujours un risque.
1
Conséquences
Crue torrentielle
Pluies violentes
Conséquences
de l’aléa
Cout humain
Torrents d’eau
dévalant les pentes
Inondation de
Draguignan
Villages dévastés,
campings et récoles
anéantis
23 morts
Tempête Xynthia
Vents violents,
pluies intenses,
montée de la mer
Digues brisées
Inondation de la
Faute-sur-Mer
Maisons et
exploitations
dévastées
53 morts
2 Le risque météorologique est la survenue d’un phénomène météorologique affectant des populations ou
des infrastructures. S’il n’y a pas de populations ou d’infrastructures humaines pouvant être atteintes par le phénomène météorologique, alors ce n’est pas un risque météorologique.
JE COMPRENDS
Suivi d'acquisition des compétences
Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques ●
Utiliser différents modes de représentation formalisés (texte).
Réponses aux activités
Phénomène
chaque zone d’une région sont établies, publiées et mises
à la disposition de chacun, notamment au sein de chaque
commune. De la même façon, pour prévoir les perturbations, des cartes de vigilance météo sont actualisées deux
fois par jour.
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Extraire l’idée principale. ➜ Ici, il s’agit de comprendre l’intérêt
de la publication de ces deux cartes, c’est-à-dire localiser les
zones à risque élevé.
● Exprimer ses idées à l’écrit. ➜ Ici, l’élève utilise un vocabulaire
adapté et rédige ses idées à l’aide de phrases complètes
comprenant un sujet et un verbe au minimum.
● Mettre en relation des informations de différents documents. ➜
Ici, l’élève met en relation les deux documents afin de comprendre
les mesures de prévention du risque météorologique.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève identifie les idées clés des documents oralement sans
faire le lien avec la consigne. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie les idées clés de chaque document oralement
et les met en relation pour répondre à la consigne. ➜ Confirmé.
● L’élève met en relation des idées clés issues de chaque
document de façon pertinente et à l’écrit. ➜ Expert.
4 Pour limiter le risque météorologique, il faut réduire
l’exposition des populations à l’aléa en :
- respectant les règles de construction dans les zones
inondables par exemple ou sur les littoraux.
- en effectuant des gestes de prévention et en calfeutrant
dans les maisons s’il y a des tempêtes, des inondations, etc.
les mesures de prévention
et de protection
Dans un second temps, les élèves doivent identifier les différents outils pour la gestion du risque météorologique :
- informer la population à l’aide d’un document présent dans toutes les mairies : les plans de prévention du
risque. Le document 4 présente un PPRI d’une localité de
Haute-Savoie. Les élèves notent que de part et d’autre de
l’Arve les zones présentent un risque élevé. L’installation
de digues permet de diminuer le risque notamment dans
la zone d’habitations « Clos de l’Ile ».
- prévoir les perturbations pour alerter et protéger les populations. Toutes les perturbations ne peuvent être prévues
quant au moment précis de sa survenue, cependant certaines
régions sont plus vulnérables aux phénomènes météorologiques. Le document 5 présente une carte de vigilance émise
par Météo France deux fois par jour. Le site Vigicrues permet
de surveiller l’aléa inondation. Suite aux prévisions, les personnes concernées par le risque doivent être formées sur la
conduite à tenir en cas d’évènements extrêmes.
LA TRACE ÉCRITE
PHÉNOMÈME
MÉTÉOROLOGIQUE
Pluies torrentielles
Tempêtes
DANGERS
RISQUES
MÉTÉOROLOGIQUES
CONSÉQUENCES
Pour les populations
Pour les batiments
Pour les routes
Pour les champs
Crues
Innondations
LIMITER LE RISQUE
Prévention
Plan de prévention
JE FAIS LE BILAN
Prévision
– Surveillance
– Information
– Exercice
carte
p.230
Ressources complémentaires Bilan de la mission 54 à
Réponses aux activités
imprimer.
3 Afin de diminuer le risque lié aux phénomènes météorologiques, des cartes indiquant le niveau de risque pour
Mots à savoir utiliser en contexte
Risque météorologique, prévention, protection.
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
263
Mission 55 L’être humain face
au risque volcanique
p. 226-227
Objectifs :
✔Observer et caractériser deux types d’éruption.
✔Relier le type d’éruption aux dangers et risques volcaniques.
✔Comprendre l’intérêt des consignes de sécurité et de la surveillance
face au risque volcanique.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 13 – 15 – 16 – 19 – 20 – 21 – 23.
Ressources complémentaires Tableaux pour l’exploitation des questions 1 et 3, textes pour lecture différenciée,
aide pour la trace écrite.
- comment les êtres humains peuvent prévenir ou protéger
la population.
On pourra alors donner le terme « risque volcanique », et
l’expliquer aux élèves : le risque volcanique, c’est l’étude
du risque lié à l’activité d’un volcan et l’analyse des conséquences associées après une éruption.
L’enjeu de la mission est donc posé.
Question scientifique Comment peut-on prévenir
JE M'INTERROGE
p.221
Des cultures dangereuses !
N’est-il pas dangereux d’avoir
des cultures si près d’un volcan ?
On peut interroger les élèves sur
l’habitation, la végétation et la rizière qui pousse, qui remettent en cause le caractère dangereux du volcan. On
peut aussi faire constater aux élèves la fumée qui sort du
cratère, même si la photo peut prêter à confusion entre le
nuage et la fumée qui sort du cratère. Enfin, la légende précise que c’est un volcan actif.
Certains élèves auront connaissance des volcans inactifs
car ils habitent à proximité (Puy de Dôme / Massif central)
et pourront donc orienter le débat vers ces propositions.
On peut s’attendre à plusieurs positions face à cette question : les enfants pensent que le volcan n’est pas dangereux (inactif, loin du cratère...) ou alors qu’il est dangereux,
mais que l’homme n’est pas informé, ou au contraire très
informé et donc saura se protéger.
En fonction des propositions des élèves, voici quelques
orientations possibles.
➡ Relances possibles : « Pourquoi l’agriculteur cultive-til son riz au pied du volcan si le volcan est dangereux ? » ;
« Pourquoi l’agriculteur cultive-t-il son riz et vit au pied du
volcan alors que le volcan est actif, et montre son activité
avec des fumées qui se dégagent du cratère ? », « Qu’est-ce
qu’un volcan “actif” ? »
L’enseignant-e pourra écrire au tableau les différentes idées,
et noter que pour répondre à la question, il faut connaitre :
- les manifestations de l’activité volcanique ;
- les dangers associés ;
264
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
le risque volcanique ?
➜ Aller à la mission 55.
J'IDENTIFIE
le risque lié aux éruptions
volcaniques
Dans un premier temps, les élèves observent les documents 1 et 2, afin de décrire deux exemples d’éruptions.
On pourra demander alors quelle éruption semble la plus
dangereuse, et s’attendre à ce que les enfants pensent
plutôt que les coulées de lave sont plus destructrices. En
réalité c’est l’inverse. Les éruptions explosives sont plus
meurtrières car elles sont brutales, et très dévastatrices
(bombes volcaniques, nuées ardentes...). Le trajet des coulées de lave peut être prévisible et la vitesse de déplacement est relativement lente. Le document 3 vient compléter les explications sur ces deux types d’éruption.
Lors des activités, l’enseignant proposera le tableau à
compléter comme document support pour répondre, et
insistera sur le nombre de documents qui permettent de
le compléter, notamment la lecture du document 3.
Réponses aux activités
1 Si besoin, il est possible de préciser la question du manuel en indiquant qu’il faut relever les caractéristiques des
éruptions, puis les dangers qui sont liés.
Le tableau regroupant les réponses se trouve ci-contre.
2 Le risque est lié aux éventuelles éruptions volcaniques
et les conséquences éventuelles sur les populations.
L’éruption volcanique qui présente le plus grand risque est
l’éruption explosive, puisqu’elle est imprévisible, brutale,
et ne laisse pas le temps aux habitants de fuir. L’éruption
effusive, caractérisée par des coulées de lave, laisse le
temps aux habitants de s’en aller, et on peut prévoir le trajet des coulées (chemins les plus en pente).
Type d’éruption
Explosive
Effusive
Caractéristiques de l’éruption
• Violente, imprévisible, brutale.
• Blocs projetés, cendres brulantes, nuées
ardentes, suivies de coulées de boues si la pluie
suit l’éruption.
• Régulière, prévisible.
• Coulées de lave très chaudes, qui brûlent tout
sur le passage, et se déplacent lentement.
• Les trajets des coulées sont prévisibles.
• La population a le temps de fuir en général.
• Des cultures, forêts ou des bâtiments peuvent
être brûlés.
Dangers pour les populations
• Elles peuvent piéger / ensevelir les habitants
s’ils n’ont pas le temps de fuir.
• Des milliers d’hectares de cultures peuvent
être détruits aux alentours
• Au contact de l’eau, les cendres se
transforment en coulées de boue, ensevelissant
tout sur leur passage
Tableau de la question 1.
JE COMPRENDS
les mesures de prévention
et de protection
Les docs 4 à 6 permettent de comprendre comment les
êtres humains font face au risque volcanique. On ne peut
pas prévoir une éruption volcanique longtemps à l’avance,
mais on peut se protéger, informer les populations, et surveiller l’activité sismique quand le risque est identifié.
Réponses aux activités
3 La différence entre le niveau orange et le niveau rouge
est la prévision de l’éruption imminente. Lorsque le magma
arrive et monte, les outils tels que les extensomètres et
inclinomètres indiquent que le sol et les pentes du volcan
se déforment, ce qui indique que l’éruption est à venir. C’est
ainsi que les volcanologues décident de passer du niveau
orange au niveau rouge. L'intérêt de chaque réflexe est
présenté dans le tableau en bas de page.
Suivi d'acquisition des compétences
Critères de réussite liés à cette compétence :
● Repérer les renseignements utiles parmi différents supports.
➜ Ici, le document 1 renseigne sur la localisation de la Réunion
et du volcan Le Piton de la Fournaise, mais également sur le
type d’éruption (effusive, donc prévisible).
Le document 4 permet de repérer les outils du volcanologue.
Le document 6 permet de repérer les six réflexes.
Le document 5 permet de caractériser le passage du niveau
orange à rouge (on passe des secousses à l’éruption imminente.)
● Comprendre l’ensemble des documents. ➜ Ici, c’est la
surveillance qui permet de définir le passage d’un niveau à
un autre, ce qui est possible grâce aux outils de mesure de
l’activité volcanique.
● Utiliser ses connaissances. ➜ Pour pouvoir expliquer l’intérêt
de chacun des réflexes qui sauvent, les élèves auront parfois
besoin d’utiliser leurs connaissances.
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a compris le passage du niveau orange à rouge et sait
expliciter l’importance de la surveillance grâce aux outils de
mesure. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie en plus les six réflexes qui sauvent. ➜ Confirmé.
● L’élève sait expliquer l’intérêt en plus pour chaque réflexe
(voir tableau réponse). ➜ Expert.
Pratiquer des langages ● Exploiter un document constitué de
divers supports (texte, schéma).
Les réflexes qui sauvent
Intérêt de chacun
Se mettre à l’abri dans un bâtiment solide
Permet de se protéger des retombées volcaniques (poussières,
blocs et roches projetées, cendres brulantes ...) qui peuvent tuer
lors d’une éruption explosive.
Écouter la radio
Permet d’être informé de la fin de l’alerte, et des consignes à suivre.
Rassembler l’indispensable (eau/pharmacie/radio/papier
d’identité)
Permet d’avoir le nécessaire vital, d’apporter les premiers soins,
et d’être prêt lorsque les autorités procèdent à l’évacuation /
secours des populations.
Évacuer dans la calme selon l’ordre des autorités
L’excitation et la bousculade ne peuvent qu’engendrer le suraccident. Il faut toujours écouter les autorités car il peut y avoir
des fausses informations (rumeurs), ou on peut avoir l’impression
qu’il n’y a plus de danger, à tort.
Ne pas aller dehors
Les bâtiments peuvent être fragilisés, l’éruption inachevée, et il
peut avoir des retombées volcaniques, ou incendies.
Ne passer aucun appel, sauf extrême urgence
Permet de ne pas encombrer le réseau, et de permettre aux
appels urgents d’être pris en compte.
Tableau de la question 3.
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
265
JE FAIS LE BILAN
LA TRACE ÉCRITE
p.230
Ressources complémentaires Bilan de la mission 55 à
Exemple ci-dessous.
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Éruption volcanique, éruption effusive, éruption explosive,
risque volcanique, activité volcanique.
Éruption effusive
Coulées de lave
très chaudes
Éruption explosive
Éruption régulière,
coulées lentes
Imprévisible,
dangereuse, brutale
Nuées
ardentes
Projections
violentes
Coulées
de boue
s’il pleut
Mesures de protection
Surveiller
l’activité
volcanique
Écouter
la radio
Ne pas aller
dehors
Évacuer
dans le calme
selon l’ordre
des autorités
Ne passer
d’appel
qu’en cas
d’urgence
Se mettre
à l’abri dans
un bâtiment
solide
Rassembler
l’indispensable
Mission 56 L’être humain face au risque sismique
p. 228-229
Objectifs :
✔Comprendre le risque sismique et le définir.
✔Relier le risque aux mesures de prévention et de protection.
PRÉPARER LA MISSION
Fiches Méthode 13 – 15 – 16 – 19 – 24.
Ressources complémentaires Aide pour la trace écrite.
JE M'INTERROGE
p.221
Un escalier de géants
Un pont en marche d’escalier ! Comment est-ce possible ?
On fait décrire la photographie aux élèves afin qu’ils puissent
essayer de trouver des explications à cette situation.
On peut penser que la réponse des tremblements de terre
sera donnée rapidement. L’enseignant-e pourra égale266
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
ment rappeler que les termes « séisme » ou « tremblement
de terre » sont les mêmes.
➡ Relance possible : L’enseignant-e demandera alors :
« Y-a-t-il un risque sismique important sur cette photo ? »
La notion de risque est liée à la probabilité qu’il y ait des
séismes, mais aussi aux conséquences et pertes associées à
la zone étudiée. Ici on pourra alors débattre sur ce risque : oui,
il y a un risque, parce que le pont est détruit, non parce que
c’est une zone qui a l’air inhabitée (forêt alentour) et donc il
y aura peu de dégâts humains. Ainsi le besoin de connaissance est donc posé : « Qu’est-ce que le risque sismique ? »
puis dans un deuxième temps : « Comment peut-on éviter
les conséquences et pertes des suite aux séismes ? »
L’enseignant-e pourra lister les propositions des élèves sur
une affiche (leurs représentations initiales). Cela permettra
de voir les acquis ou non en terme de « risque » pour débuter, mais aussi d’y revenir en fin de mission.
Question scientifique Comment peut-on prévenir
le risque sismique ? ➜ Aller à la mission 56.
J'IDENTIFIE
le risque lié à l’activité
sismique de la Terre
Les documents 1, 2 et 3 permettent de comprendre les manifestations d’un séisme, ses conséquences, et d’aborder
la notion des ondes sismiques qui se déplacent à la surface
de la Terre.
Les programmes ne prévoient pas d’expliquer les phénomènes géologiques à ce niveau. L’activité est donc centrée sur les conséquences et les mesures pour diminuer le
risque. Les explications liées à l’activité interne du globe
sont réservées au cycle 4.
Réponses aux activités
1 Les effets d’un séisme sont des déplacements rapides
du sol, appelé « ondes sismiques ». Ces ondes peuvent faire
de nombreuses victimes, détruire des habitations voire des
villes entières lors des tsunamis. Lorsqu’un séisme se produit sous la mer, il provoque l’apparition de vagues gigantesques (jusqu’à 30 m) qui peuvent pénétrer sur les terres,
et donc sur les zones habitées, jusqu’à 10 km à l’intérieur
des terres. On appelle alors ce séisme un « tsunami ».
2 Le risque sismique est lié aux ondes sismiques : plus elles
sont brutales et longues, plus le séisme sera dangereux. Il
faut aussi étudier la zone : s’il y a des habitations autour,
ce risque est important. Si cette zone n’est pas peuplée, le
risque est moindre.
du sol. On peut donc également développer le réseau de
sismomètres, augmenter la surveillance et mieux informer
les populations.
4 Ces exercices dans la région de Nice sont plus que nécessaires, puisque Nice se situe dans une zone de sismicité
moyenne. Les entrainements et apprentissages à l’école permettent d’adopter les bons réflexes en cas de séisme, afin de
diminuer les dégâts humains, et donc de diminuer le risque.
LA TRACE ÉCRITE
On pourra reprendre les exemples des affiches p. 225 et
p. 227 pour montrer les attentes : un message visuel accompagné d’un message écrit simple et court.
Le document 6 informe des différentes consignes, mais les
élèves devront remettre les consignes dans l’ordre, et distinguer les deux étapes : « pendant le séisme » / « après le
séisme » :
La photo de l’exercice à Nice donne les informations sur
la position à avoir (dessous les tables, protégées) : s’abriter
sous une table (à l’intérieur)
Les images complémentaires aident à trouver la suite :
– ne pas téléphoner ;
– écouter la radio et suivre les consignes (des autorités) ;
– après le séisme, évacuer et rejoindre le point de rassemblement.
Exemple d'affiche :
Zone à RISQUE SISMIQUE
PENDANT le seisme
Ne passer aucun appel,
sauf extrême urgence
à l’intérieur
JE COMPRENDS
les mesures de prévention
et de protection
Les documents proposés permettent de distinguer trois
moyens de minimiser le risque sismique :
- prévoir l’activité sismique par l’élaboration de cartes avec
des zones à risques ;
- surveiller les sols (à l’aide de sismomètres) ;
- protéger la population : l’informer des gestes qui sauvent en
cas de séismes, et faire des exercices d’entrainement réguliers, réfléchir aux constructions afin de les rendre résistantes
aux séismes grâce aux normes parasismiques. Ce dernier
point pourra être apporté par l’extrait des « Sciences autrement », « Les pagodes : une solidité à toute épreuve ! » (p232),
et les propositions d’activités faites autour de cette rubrique.
Réponses aux activités
3 On peut mieux informer la population si l’on sait qui est
concerné par le risque sismique. Les cartes permettent de
prévoir les zones de sismicité : fortes, moyennes, modérées,
faibles ou très faibles. On peut voir que le risque n’est pas
partout le même, et que la population qui est dans les zones
à risques doit être informée (avec des exercices d’entrainement par exemple, ou dans les programmes à l’école....)
Les sismomètres sont des outils qui enregistrent l’activité
APRÈS le seisme
s’abriter
sous la table
à l’extérieur
s’éloigner
des batiments
et des arbres
Écouter la radio
et suivre les consignes
des autorités
Évacuer dans le calme
et rejoindre le lieu
de regroupement
Remarque : On peut informer les élèves des consignes supplémentaires que l’on trouvera, comme :
– ne pas toucher les fils électriques tombés à terre ;
– fermer le gaz et l’électricité.
Suivi d'acquisition des compétences
Adopter un comportement éthique et responsable ● Relier
des connaissances acquises en sciences et technologie à des
questions de sécurité.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Connaitre les consignes de sécurité. ➜ Ici, les consignes
pendant et après le séisme.
● Connaitre les moyens possibles pour diminuer le risque
sismique. ➜ Ici la prévention en expliquant les gestes qui
sauvent à la population, l’élaboration de cartes avec les zones à
risques, la surveillance des zones à risques.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève connait et restitue des consignes de sécurité. ➜
Apprenti.
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
267
● L’élève connait et restitue toutes les consignes en les classant
avant / après un séisme. ➜ Confirmé.
● L’élève connait les consignes de sécurité et les moyens de
diminuer le risque par la prévention, l’élaboration de carte et la
surveillance.➜ Expert.
JE FAIS LE BILAN
p.230
Ressources complémentaires Bilan de la mission 56 à
imprimer.
Mots à savoir utiliser en contexte
Activité sismique, risque sismique, surveillance, prévention,
protection.
POUR ALLER PLUS LOIN
Grâce à l’animation « la Terre gronde », on peut simuler un
séisme (ou tsunami) avec une profondeur de foyer plus ou
moins grande :
http://www.cite-sciences.fr/au-programme/evenements/quand-la-terre-gronde/seismes/tremblements-de-terre.html.
Cette animation sert à comprendre le tsunami et la dangerosité du séisme en lien avec la profondeur du foyer, élément qui n’est pas évoqué dans les documents du manuel.
Enfin, les élèves peuvent s’informer sur les séismes ressentis chaque jour dans le monde à l’adresse suivante :
http://www.emsc-csem.org (site en anglais), ou observer
des sismogrammes enregistrés dans des écoles sur le site :
http://www.edusismo.org/.
les sciences autrement
sciences & Architecture
Les pagodes : une solidité à toute épreuve !
Cette rubrique permet d’évoquer les normes parasismiques qui ne sont pas abordés dans la mission 56. Ces
renseignements permettent d’aborder un nouvel aspect
de la protection des populations dans la construction des
habitations et immeubles.
Activités pour la classe
On peut demander aux élèves de visionner des vidéos
montrant des essais, tests des normes de sismicité par
exemple : https://www.youtube.com/watch?v=n1pScoYtAtA.
●
Ils peuvent également tester différentes constructions
à l’aide de maquettes, avec des sucres en morceaux par
exemple, afin de voir que plus les constructions sont hautes,
plus elles sont vulnérables. Il faut ainsi avoir une emprise au
sol importante par exemple. Le lien peut donc être fait avec
la mission 42 et le défi de construction qui y est lancé.
●
sciences & Histoire
Pompéi : la ville ensevelie
Cette rubrique permet de découvrir l’histoire historique de la
ville de Pompéi, ensevelie après l’éruption du Vésuve en 79.
On pourra demander aux élèves quel est le type d’éruption.
268
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
p. 232-233
En effet, les termes « éruption violente et puissante », « ensevelie sous les cendres », « une colonne de fumée », « pluie
de pierre » et « nuées ardentes » sont autant d’indices permettant de définir cette éruption comme explosive.
2 000 ans après, des fouilles ont été organisées, et c’est
grâce à Giuseppe Fiorelli (1823-1896), directeur des fouilles,
que l’on peut observer les moulages des corps pétrifiés de
cette époque.
Il a versé du plâtre liquide dans les cavités autour des corps
en décomposition pour obtenir la reconstitution des victimes dans l’attitude où ils étaient lors de leur mort.
C’est un témoignage riche de ce qui a pu se passer lors de
cette catastrophe.
Activités pour la classe
● On peut demander aux élèves de se documenter sur
une autre ville qui a été détruite par une éruption volcanique : Herculanum. Leurs recherches devraient permettre
de répondre aux questions suivantes : quel était le type
d’éruption ? Quelles ont été les conséquences en terme
de pertes ? Quel était le nom du volcan ? À quelle époque
l’éruption qui l’a détruite s’est-elle produite ? Herculanum
ayant été détruite par la même éruption volcanique du Vésuve que celle qui a enseveli Pompéi, il serait intéressant de
voir si les élèves font spontanément le lien.
● On peut également utiliser la technique de moulage, pour
prendre des empreintes, ou traces observées lors d’une
sortie nature par exemple.
un métier de Sciences
Je suis... volcanologue
Cette rubrique permet de comprendre l’intérêt du travail du
volcanologue avec des exemples précis. Ainsi, ils peuvent
aider les autorités en leur signalant qu’il faut procéder à
une évacuation de la ville par exemple.
Cette activité permet de compléter les connaissances sur
la prévention et surveillance de l’activité volcanique vues
dans la mission 55. L’enseignant-e pourra proposer aux
élèves cette lecture juste avant la phase d’institutionnalisation (trace écrite) de la mission.
Activités pour la classe
On peut demander aux élèves de faire des recherches bibliographiques sur des volcanologues célèbres : Haroun
Tazieff qui a fait de nombreux films et livres, ou les époux
Krafft (Maurice Krafft et Katia Conrad, son épouse) qui sont
morts accidentellement lors de leur travail, tués dans les
nuées ardentes du volcan Unzen, au Japon (juin 1991). Pour
aller plus loin, il est possible de visionner le film documentaire Face au volcan tueur.
Cette recherche bibliographique est l’occasion de mettre
en place le suivi ci-dessous.
Suivi d'acquisition des compétences
S'approprier des outils et des méthodes ● Effectuer des
recherches bibliographiques simples et ciblées.
Critères de réussite liés à cette compétence :
Situer les volcanologues historiquement. ➜ Ici, leurs dates de
naissance, leurs morts, nationalités et pays pour lesquels ils ont
travaillé en tant que volcanologues.
● Connaitre quelques références retraçant les travaux du
volcanologue étudié. ➜ Ici les titres de film, ou ouvrages.
● Caractériser le volcanologue étudié. ➜ Donner des informa­
tions caractérisant et marquant leur travail de volcanologue,
expliquant leur renommée.
●
Plusieurs niveaux de compétences peuvent être définis :
● L’élève a compris le passage du niveau orange à rouge et sait
expliciter l’importance de la surveillance grâce aux outils de
mesure. ➜ Apprenti.
● L’élève identifie en plus les six réflexes qui sauvent. ➜
Confirmé.
● L’élève sait expliquer l’intérêt en plus pour chaque réflexe
(voir tableau réponse). ➜ Expert.
On peut également demander aux élèves de visualiser
l’activité de volcans à travers :
- des photos issues de webcam du Piton de la Fournaise : http ://fournaise. info/webcams-piton-de-la-fournaise-reunion/ (cliquer sur la webcam) ;
- des timelapses du Vésuve ou de l’Etna par exemple :
http://webcams.volcanodiscovery.com/ ;
- des vidéos en temps réel avec la webcam mise en ligne
de l’Etna par exemple : https://www.skylinewebcams.com/
fr/webcam/italia/sicilia/catania/vulcano-etna-sud.html.
IN FO
+
On peut utiliser les termes volcanologue ou vulcanologue.
Selon l’Académie des Sciences, la volcanologie est la
science qui étudie les phénomènes volcaniques, alors que
la vulcanologie concerne le traitement du caoutchouc.
Néanmoins, la différence entre les deux termes est
minime, et pendant longtemps les deux mots ont été
utilisés comme des synonymes, et c’est encore souvent le
cas actuellement.
sciences en
jeux
Corrigés
Mission 53 – Cherche l’intrus
1re série : croquis (outil pour décrire un paysage, alors que
les autres termes sont des composantes du paysage).
2e série : sec (les autres termes ont un rapport avec l’eau).
Mission 54 – Vrai ou Faux ?
Une crue peut avoir un cout humain important. VRAI
Une tempête n’a jamais de conséquences en bord de mer.
FAUX
On peut s’informer sur les risques météorologiques grâce
aux cartes de vigilance. VRAI
Les consignes de sécurité sont données à la population le
jour-même. FAUX
Mission 55 – Qui suis-je ?
1. La lave.
2. Une nuée ardente.
3. Une éruption volcanique.
Mission 56 – Phrase mystère
L’enseignant pourra préciser la consigne : Rédiger une
phrase ayant du sens avec les mots donnés.
Voici un exemple de production attendue.
1e série : Un séisme présente un risque pour les êtres humains à proximité.
2e série : Le risque sismique peut diminuer avec la prévention, qui consiste à informer les populations des consignes
de sécurité, et grâce au travail des sismologues qui élaborent des cartes avec des zones de risque.
CHAPITRE 16
• L'activité de la Terre et les risques humains
269
CHAPITRE
17
Les enjeux liés à l’environnement
Partie du programme traitée dans le chapitre
ATTENDUS DE FIN DE CYCLE
Identifier des enjeux liés à l’environnement
Connaissances et compétences associées
Exemples de situations, d’activités et de ressources
pour l’élève
Répartition des êtres vivants et peuplement des milieux
Décrire un milieu de vie dans ses diverses composantes.
Travailler à partir de l’environnement proche et par des
observations lors de sorties.
Interactions des organismes vivants entre eux et avec leur
environnement.
Utilisation de documents.
Relier le peuplement d’un milieu et les conditions de vie.
Modification du peuplement en fonction des conditions
physicochimiques du milieu et des saisons.
Écosystèmes (milieu de vie avec