Conférence de Thomas Pesquet

© Éditions Nathan, 2017 — 25 avenue Pierre de Coubertin 75013 Paris.
Fiche n° 7 :
Y a-t-il de l’eau ailleurs que sur la Terre ?
Niveau : Cycle 4
Thème travaillé en physique-chimie : Organisation et transformations de la matière
Résumé de l’activité
Dans le cadre de la conférence de Thomas Pesquet en liaison directe depuis la Station spatiale
internationale (ISS), on peut s’interroger sur la présence d’eau dans l’Univers, ailleurs que sur la Terre.
Pour cela, plusieurs documents seront étudiés par les élèves lors de présentations à l’oral devant l’ensemble
à la classe puis lors de la résolution d’une tâche complexe.
Objectifs d’apprentissage
Les élèves vont s’intéresser à la présence d’eau dans l’Univers en amont et en aval de la conférence de
Thomas Pesquet. Ils s’interrogeront d’abord sur la présence dans l’Univers de l’eau sous ses différents états
(solide, liquide et gazeux) avant de chercher à comprendre comment l’eau s’écoule à la surface de Mars.
Cela leur permettra de relier des connaissances et des compétences associées à deux sous-thèmes du
programme de chimie : les états de la matière et l’organisation de la matière dans l’Univers.
Connaissances et compétences associées au programme de physique-chimie
Thème : Organisation et transformations de la matière
Décrire la constitution et les états de la matière
— Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz).
— Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur.
Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers
— Comprendre que la matière observable est partout de même nature et obéit aux mêmes lois.
>> La matière constituant la Terre et les étoiles.
>> Les éléments sur Terre et dans l’Univers.
Compétences travaillées (d’après le volet 2 du programme de physique-chimie)
Compétences
Principales capacités visées
Pratiquer des démarches scientifiques
Domaine du socle : 4
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et
les communiquer en argumentant.
S’approprier des outils et des méthodes
Domaine du socle : 2
Effectuer des recherches bibliographiques.
Pratiquer des langages
Domaine du socle : 1
Lire et comprendre des documents scientifiques.
Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de
vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations,
expériences, hypothèses et conclusions.
S’exprimer à l’oral lors d’un débat scientifique.
Déroulement de l’activité

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Dans un entretien donné en 2016, Thomas Pesquet a dit qu’il rêvait d'être le commandant de la première
mission humaine qui se rendra sur Mars. Trouvera-t-il de l’eau sur cette planète ? Si oui, sous quel(s)
état(s) ? De façon plus générale, si l’eau est présente en très grande quantité sur Terre, est-ce aussi le cas
dans le reste de l’Univers ?
Pour répondre à ces questions, l’activité s’effectue en deux étapes :
• avant la conférence de Thomas Pesquet, les élèves travaillent par groupes sur quatre sujets
différents qu’ils présenteront ensuite à l’oral au reste de la classe :
— les différents états de l’eau ;
— la présence d’eau dans l’Univers hors du système solaire ;
— la présence d’eau dans le système solaire : l’exemple des comètes ;
— la présence d’eau dans le système solaire : l’exemple de la planète Mars.
Pour préparer ces présentations à l’oral, chaque groupe d’élèves doit lire un ou deux documents et
chercher éventuellement sur Internet des informations supplémentaires sur le sujet étudié.
Après les présentations à l’oral devant la classe, les élèves peuvent réfléchir aux questions à poser à
Thomas Pesquet lors de la conférence sur le thème de l’eau dans l’Univers.
Remarque : les niveaux de difficulté des quatre sujets sont différents : le premier sujet sur les
différents états de l’eau est le plus simple, tandis que les deuxième et quatrième sujets sont les plus
difficiles. Il est possible de mettre en place une différenciation pédagogique en faisant par exemple
des groupes homogènes d’élèves et en proposant le premier sujet aux élèves les plus en difficulté et
le deuxième sujet ou le quatrième sujet aux élèves les plus aguerris.
• après la conférence de Thomas Pesquet, les élèves effectueront une tâche complexe pour
expliquer comment l’eau s’écoule à la surface de Mars.
La résolution de cette tâche complexe peut se faire par groupes. Dans ce cas, il peut être intéressant
de mettre en place cette fois-ci des groupes d’élèves hétérogènes afin que les élèves les plus en
difficulté puissent être aidés par les autres élèves.
Matériel
— Ordinateurs avec accès Internet.
— Vidéo sur la présence de l’eau liquide sur Mars, à visionner directement sur Internet.

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AVANT LA CONFÉRENCE
Situation déclenchante
Dans un entretien donné en 2016, Thomas Pesquet a dit qu’il rêvait d'être le commandant de la
première mission humaine qui se rendra sur Mars. Trouvera-t-il de l’eau sur cette planète ?
Si oui, sous quel(s) état(s) ?
De façon plus générale, si l’eau est présente en très grande quantité sur Terre, est-ce aussi le cas
dans le reste de l’Univers ?
L’eau dans l’Univers
Doc 1 : Une goutte d’eau
L'eau liquide, sans laquelle la vie ne pourrait
exister, est la substance la plus commune sur la
surface de la Terre.
Le corps humain est constitué d'environ 70%
d'eau.
L'eau peut exister sous 3 états : solide (la glace),
liquide (appelé communément l’eau), gazeux (la
vapeur d’eau).
L’état de l’eau peut être changé en chauffant ou
en refroidissant l’eau par exemple.
Comment changer l’état de l’eau ?
Lorsque la glace est légèrement chauffée, elle
commence à fondre et devient liquide. Si on
continue à chauffer l’eau liquide, elle se
transformera en vapeur d’eau à la température
de 100° Celsius à la surface de la Terre.
D’après : http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Lessons_online/Une_goutte_d_eau
Schéma © Laurent Blondel — Corédoc

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Doc 2 : Où y a-t-il de l’eau dans l’Univers ?
Pour fabriquer de l’eau H2O, il faut de l’hydrogène H et de
l’oxygène O. L’hydrogène ne manque pas dans l’Univers
puisqu’il représente à lui seul plus de 70 % de toute la masse
visible de l’Univers. En revanche, l’oxygène est plus rare : il
ne représente qu’environ 1 % de cette masse. Mais surtout,
des conditions précises doivent être réunies pour que des
molécules d’eau puissent se former à partir de ces deux
constituants et perdurer dans l’espace interstellaire.
Le milieu doit être :
— « froid » car la molécule d’eau ne supporte pas des
températures supérieures à quelques milliers de degrés
Celsius, mais pas trop car sinon les réactions de formation de
cette molécule deviennent très lentes ;
— exempt de rayonnement ultraviolet, car ce rayonnement
dissocie les petites molécules.
Or, l’espace interstellaire est justement, le plus souvent, chaud, vide et traversé par un rayonnement ultraviolet. C’est
pourquoi il y a très peu d’eau dans l’Univers. La quantité d’eau effectivement présente est très difficile à estimer. On
l’évalue à environ un millionième de la masse totale de l’Univers visible.
Sous forme de vapeur ou de glace, on trouve l’eau principalement dans l’atmosphère des étoiles froides, dans les
disques de gaz et de poussière qui entourent les étoiles jeunes, dans les enveloppes d’étoiles en fin de vie, dans
certains nuages de gaz de l’espace interstellaire, et bien sûr dans le système solaire.
Par ailleurs, l’eau ne peut subsister à l’état liquide que dans certaines conditions très particulières, des conditions que
l’on ne peut rencontrer que sur des planètes et leurs satellites : pour l’instant, la seule région de l’Univers où les
scientifiques ont pu détecter de l’eau liquide est le système solaire.
D’après : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/univers/eauCosmos2.html
Doc 3 : Cycle de l’eau sur une comète
Dans le système solaire, les comètes sont composées de glaces et de poussières, qui perdent régulièrement une partie
de leurs composants lorsqu’elles passent près du Soleil. Quand la lumière du Soleil chauffe le noyau gelé d'une
comète, la glace dans le sol de la comète sublime, c’est-à-dire qu’elle passe directement de l’état solide à l’état
gazeux. Le gaz qui en résulte s'échappe de la comète, emportant avec lui des poussières solides : c’est ce mélange de
gaz et de poussière qui rend observables de nombreuses comètes depuis la Terre.
De plus, à partir des données fournies par la sonde Rosetta sur la comète Tchouri, des chercheurs ont apporté en
2015 la première preuve observationnelle de l’existence d’un cycle quotidien de la glace à la surface de la comète. En
effet, lors de la rotation de la comète, qui effectue un tour complet en un peu plus de 12 heures, les différentes
régions subissent des conditions d'éclairage variées. Quand une région de la comète se trouve dans l’ombre, la
surface refroidit très rapidement : on observe alors des signes révélateurs de glace sur cette région de la comète. En
revanche, quand le Soleil brille sur cette région, il n’y a plus de glace car la glace sublime dans les premiers
centimètres du sol, se transformant en gaz qui s'échappe de la comète.
D’après : http://www.esa.int/fre/ESA_in_your_country/France/Rosetta_observe_le_cycle_de_la_glace_d_eau_sur_la_comete
Schéma © Laurent Blondel — Corédoc

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Doc. 4 : De l'eau sur Mars
De toutes les planètes, Mars est celle qui ressemble le plus à la Terre. Un visiteur trouverait qu'une journée sur Mars
est à peine plus longue qu'une journée sur Terre. Mars a également une inclinaison semblable à celle de la Terre, elle
a donc aussi des saisons.
Mars et la Terre ont toutes les deux des calottes polaires blanches. Celles de Mars sont plus petites et moins épaisses,
elles se développent donc plus vite en hiver et disparaissent pratiquement en été. Elles sont bien plus froides que les
calottes polaires de la Terre, elles contiennent du dioxyde de carbone gelé ainsi que de l'eau glacée.
Mars est en pleine ère glaciaire à l'heure actuelle mais plusieurs éléments laissent à penser qu’elle a été plus chaude
et plus humide dans le passé.
Des canaux sinueux qui ressemblent à des lits de rivière desséchés ont été observés sur les images prises par les
sondes spatiales. Elles indiquent que d'énormes volumes d'eau se sont autrefois écoulés à la surface – alimentés peut-
être par la fonte des glaces. Il peut également y avoir eu de la pluie et de la neige. Nombre de ces canaux semblent
avoir jadis rempli de gros cratères ou s’être déversés dans les plaines septentrionales. Certains scientifiques évoquent
la présence d’un grand océan qui couvrait la moitié nord de Mars.
Où cette eau est-elle passée? Certains pensent qu'elle s'est échappée dans l'espace. Le reste est certainement gelé
dans le sol.
D’après : https://www.esa.int/esaKIDSfr/SEMW3WWJD1E_OurUniverse_0.html
Doc 5 : De l’eau liquide coule aujourd’hui sur Mars
De l'eau à l'état liquide coule à la surface de Mars : c'est ce qu’a annoncé la Nasa en 2015 en présentant une étude
menée depuis plusieurs années. Ces écoulements, suspectés depuis longtemps, ne correspondent en rien au cycle de
l'eau terrestre. Ils seraient créés par l'absorption de l'humidité de l'atmosphère par des sels minéraux.
De récentes découvertes ont démontré que Mars a été habitable dans un passé lointain. Combien de temps a duré cet
épisode ? On l'ignore. Et à quand remonte-t-il ? Des milliards d'années sûrement mais combien ? Des réponses à ces
questions dépend la possibilité qu'une forme de vie ait pu émerger, voire perdurer si ces conditions favorables à la vie
sont toujours présentes aujourd'hui sur Mars.
Cette possibilité peut sembler saugrenue tant la planète Mars apparaît aujourd'hui peu propice à l'apparition de la vie.
Mais elle prend tout son sens avec l'annonce de la Nasa qui confirme que de l'eau à l'état liquide s'écoule sur les
flancs d'un cratère. Certes, ce n'est pas de l'eau de source et elle ne reste liquide que très peu de temps. Son destin
est soit de geler soit de s'évaporer. Mais ces phénomènes représentent un indice fort laissant à supposer qu'un
environnement habitable aujourd'hui n'est pas à exclure.
D’après : http://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/nasa-eau-liquide-coule-mars-59927/