NEWSLETTER 2 | JANVIER 2017 | LES NUAGES EN HIVER Edito Le brouillard, un nuage comme les autres? Pour cette deuxième newsletter qui sort au coeur de l'hiver, nous avons choisi le thème des « nuages en hiver». Dans cette édition, nous inaugurons 2 nouvelles rubriques : " Les tutos de tremplin" et les "Témoignages". Ces deux rubriques sont bien évidemment ouvertes à vos demandes et/ou contributions. Toutes les fiches pédagogiques proposées dans cette newsletter sont déposées sur le site tremplin en format modifiable pour que vous puissiez les adapter à l'envie. Si vous testez certaines de nos propositions en classe, nous souhaiterions avoir un retour. Un simple échange téléphonique peut suffire à enrichir les propositions à partir de vos remarques. merci d'avance! aude.caussarieu@ens­lyon.fr celine.revel@ens­lyon.fr Les brouillards de ce début décembre 2016 ont empêché la tenue de certains évènements sportifs... Mais au fait, quelle est la différentcen entre un nuage et du brouillard? Au menu de cette newsletter ­ Dossier thématique : "Nuages et brouillard" ­ Témoignage : "Une classe météo pour réduire les dépenses de chauffage du collège" ­ Les ressources : 4 fiches pédagogiques, un tutoriel et un site internet pour enseigner les sciences avec la météo ­ Le retour sur nos actions passées : Formaterre et l'interview d'un astrophysicien, la préparation des simulations COP avec le musée des confluences de Lyon et la présentation du projet météo à l'école à l'ESPE de Lyon. DOSSIER THÉMATIQUE Nuages et brouillard Depuis début décembre, les brouillards ont repris leurs quartiers d'hiver en France métropolitaine. Ils perturbent les moyens de transport en diminuant la visibilité. Ils nous cachent aussi le soleil pendant de trop longues heures. Mais quelle est la différence entre un nuage et le brouillard? © Météo­Villes Le brouillard, un nuage comme les autres? Un nuage est un ensemble de gouttelettes d'eau (et/ou de glace) en suspension dans l'atmosphère. Ces particules ne tombent pas grâce aux mouvements verticaux de Le saviez vous? l'air dans le nuage. Le brouillard est un cas particulier de nuage Dans le brouillard, il y a typiquement 200 : c'est un nuage qui se forme au contact du sol. gouttelettes de 2 à 50 microns par cm3, soit Pour comprendre pourquoi certains nuages se forment au contact du sol alors que d'autres se forment loin du sol, il faut regarder comment se forment les nuages. environ 0,35 g d'eau liquide dans 1 m3 de brouillard. Comment naissent les nuages? L'histoire de la naissance d'un nuage commence toujours un peu pareil : une masse d'air chaude et humide rencontre "quelque chose de froid". L'eau qui est sous forme de vapeur d'eau invisible dans l'air chaud se condense et forme de petites gouttelettes d'eau liquide. Ces gouttelettes peuvent alors geler et former de petits morceaux de glace. L'encadré ci­contre explique dans quelles conditions la vapeur d'eau contenue dans l'air se condense. Nous allons maintenant voir plusieurs mécanismes amènent de l'air chaud à se refroidir, et donc à former des nuages. A ­ Les nuages qui se forment au dessus des ascendances Lorsque le soleil chauffe le sol, l'air au voisinage du sol se réchauffe, sa densité diminue et cet air se met alors à monter du fait de la poussée d'Archimède. Lorsque l'air monte sa pression diminue, et donc, en vertu de la loi des gaz parfaits (PV = n RT), sa température diminue aussi. Lorsque l'air a suffisamment refroidit, l'eau commence à se condenser : c'est le bas du nuage. Ce mécanisme est à l'oeuvre dans la formation des cumulus : les nuages en forme de chou­fleur qui apparaissent souvent l'été. DOSSIER THÉMATIQUE La condensation : le phénomène physique à l'origine de la formation des nuages Une brève histoire de la condensation pour comprendre la formation des nuages. La composition de l'air L'air est un mélange de plusieurs gaz. Entre 0 et 80 km d'altitude, seule la teneur en eau vapeur varie dans la composition de l'air. On décrit donc l'air en donnant d'une part la composition de l'air sec, et de l'autre, la quantité d'eau qu'il contient. L'air sec est constitué principalement de diazote (78%mol) et de dioxygène (21%mol). Le pourcent restant est composé d'argon, de dioxyde de carbone ainsi que d'autres gaz rares. L'air peut contenir de l'eau sous forme de vapeur invisible (il est transparent). La quantité maximale d'eau que peut contenir 1 m3 d'air dépend de sa température : plus l'air est chaud, plus il peut contenir d'eau sous forme de vapeur. En général, l'air ne contient pas la quantité maximale d'eau vapeur, il en contient moins. On décrit lla quantité d'eau vapeur présente dans l'air par le taux d'humidité qui est le rapport entre la quantité d'eau vapeur dans l'air sur la quantité maximale d'eau vapeur dans l'air. Quand l'air refroidit Lorsque l'air refroidit, la quantité maximale d'eau qu'il peut contenir diminue. Par exemple, 1 m3 d'air à 20 °C avec un taux d'humidité de 50% contient 8,5 g d'eau vapeur. Si cet air est refroidit à 5°C, il ne pourra pas garder toute cette eau liquide. L'excédent (8,5 ­ 6,5 = 2 g) se condensera pour former des gouttelettes d'eau. Les nuages : de l'air humide qui se refroidit Les nuages comme le brouillard naissent tous du refroidissement d'une masse d'air dont le taux d'humidité était suffisamment élevé pour provoquer de la condensation à plus basse température. DOSSIER THÉMATIQUE B ­ Les nuages qui se forment au niveau des fronts À la surface de la Terre, des masses d'air sont en mouvement, poussées par les vents. Le front est la zone de démarcation entre deux masses d'air de températures différentes. Lorsqu'une masse d'air chaud rencontre masse d'air froid, l'air chaud se refroidit et partie de l'eau qu'il contenait sous forme de devient liquide. Il se forme donc des nuages frontière entre deux masses d'air. une une gaz à la En météorologie, on parle alors du passage d'une perturbation. La perturbation associée au passage d'un front chaud est en général annoncée par des nuages d'altitude : le fameux voile de cirrostratus qui annonce l'arrivée du mauvais temps. C ­ Les nuages qui se forment lorsque le vent souffle sur les reliefs Lorsque le vent souffle perpendiculairement à une montagne, il pousse de l'air chaud de la vallée vers le sommet. En montant, la pression de l'air diminue et donc sa température diminue. Si la montagne est suffisamment haute, l'eau contenue dans l'air se condense et forme un nuage au sommet de la montagne. L'effet de Foehn L'effet de Foehn apparait lorsque la température nécessaire pour observer les premières gouttelettes d'eau est associée à une altitude plus basse que le sommet de la montagne. On peut alors observer de la pluie sur ce versant et l'air se décharge de son eau. Lorsque l'air arrive au sommet de la montagne, il contient moins d'eau. L'air qui redescend de la montagne est donc un air sec. C'est ce que l'on appelle l'effet de Foehn que l'on retrouve par exemple en Alsace sur les côteaux viticoles. D ­ Les nuages formés au voisinage du sol : la brume et le brouillard Le brouillard et la brume sont deux nuages qui se forment au voisinage du sol. On parle de brouillard quand la visibilité est inférieure à 1 km et de brume quand la visibilité est comprise entre 1 et 5 km. Le brouillard de rayonnement Le brouillard de rayonnement est le brouillard que l'on rencontre le plus fréquemment en France métropolitaine. Il se forme en général la nuit, par "beau temps" (c'est­à­dire sous un ciel dégagé), et par vent faible. DOSSIER THÉMATIQUE Lorsque le soleil se couche, le sol ainsi que l'air à son contact commencent à refroidir. Si l'air était suffisamment humide et si la température devient suffisamment basse, l'eau en excès se condense en petite gouttelettes : c'est le brouillard. L'apparition de brouillard est donc favorisée par l'humidité, un ciel dégagé et un vent faible. Références ­ Techniguide de la météo, J­L Vallée, éditions Nathan ­ Dossier Météo­France sur les nuages : http://www.meteofrance.fr/prevoir­le­temps/phenomenes­meteo/les­nuages# ­ Dossier Météo­France sur le brouillard : http://www.meteofrance.fr/activites­recherche/mieux­comprendre­les­phenomenes­ atmospheriques/brouillard ­ Fiche météo­France sur l'humidité de l'air : http://www.meteofrance.fr/prevoir­le­temps/observer­le­temps/parametres­ observes/humidite ­ Culture­sciences­physique : Pourquoi les nuages ne tombent­ils pas? http://culturesciencesphysique.ens­lyon.fr/ressource/QSnuagesSol.xml Enseigner avec la météo ­ témoignage Une classe météo pour réduire les dépenses de chauffage du collège Depuis septembre 2016, les 29 élèves de la 5e3 du collège Professeur Dargent (Lyon) préparent l’installation d’une station météo semi­ professionnelle dont l'exploitation devra permettre de réduire les dépenses de chauffage de l'établissement. Ce projet de classe APAC1 météo est porté par les professeurs de SVT et de Géographie (Cécile Tournemille­Kosloff et Pierre Piejak­Milko) et est mené en partenariat avec l'Armée de l'air et avec l’IFÉ dans le cadre du projet "Météo et Climat tremplin des sciences" (ENS de Lyon/Météo­France). 1 Classe APAC : classe À Projet Artistique et Culturel Un projet en 4 temps sur deux années scolaires capitaine Esman, spécialisé en météorologie, ainsi que d’une séance de travaux pratiques de physique menée avec l’IFÉ­ENSL. Phase 2 : Choisir le lieu d’installation de la station À la rentrée de janvier, les élèves débutent la réflexion qui leur permettra de choisir le lieu d’installation de la station météorologique. Ce choix est complexe car, comme nous le raconte Pierre, leur enseignant de géographie , « les Phase 1 : Les fondations — concepts et élèves doivent tenir compte des contraintes au sol, des effets venturi au niveau des toits, des enjeux liés à la météo L’installation d’une station météorologique dans un contraintes de liaison (wifi, câbles réseaux) ainsi collège est un projet aux nombreux aspects que des règles de sécurité. Le choix du bon lieu est d’autant plus complexe que notre projet a lieu technico­pratiques qui durant la rénovation du collège pourraient prendre le pas sur qui s'étendra sur les deux Un projet interdisciplinaire les apprentissages années à venir ». Cette phase disciplinaires. Des sciences de choix du bon lieu Les enseignants ont donc Différence météo et climat, notions d’installation de la station de pression, de température, choisi de faire débuter ce d’humidité de l’air, réalisation de météorologique dans le collège projet très motivant pour les mesures … permettra aux élèves de élèves par une phase réinvestir les connaissances De la géographie préparatoire. Lors du premier Enjeux des prévisions acquises avant Noël ainsi que trimestre de l’année scolaire météorologiques : salage des de travailler avec la direction routes, de l’évolution du cours de 2016­17, les élèves se sont du collège et les différentes l’amande sur les marchés donc approprié le « comment financiers, de la régulation de entreprises en charge du et le pourquoi » des prévisions l’énergie, … projet. L’installation effective de météorologiques grâce aux De la technologie la station météorologique est cours co­animés par les Chaînes d'information, prévue au printemps. enseignants de SVT et programmation, objets connectés. d’Histoire­Géo, aux visites du Enseigner avec la météo ­ témoignage Phase 3 : Réalisation et exploitation des relevés météorologiques À la rentrée scolaire 2017, une nouvelle classe météo de cinquième prendra le relais du projet Une fois la station météorologique installée, les dans le collège. Sur une année scolaire, élèves organiseront la récupération des données accompagnés par le Capitaine Esman, les élèves enregistrées ainsi que leur exploitation au collège utiliseront les données récoltées sur l’année 2016­ (comparaison des données mesurées à celles 17 pour optimiser le chauffage du collège. Le principe d’optimisation du prévues par le bulletin de Météo­ chauffage repose sur un procédé France, comparaison aux mesures « En croisant les appelé « degré jour unifié » qui réalisées sur d’autres sites impératifs financiers, le besoin de confort, et la est couramment utilisé sur les lyonnais, diffusion des minima et réduction de l’impact bases militaires. L’objectif est des maxima, etc). environnemental, on aura un véritable projet d’obtenir une réduction des Parallèlement, pour comprendre le Développement Durable » dépenses de chauffage de l’ordre fonctionnement de la chaîne de 15 à 25%. Les élèves devront d’information qui envoie les procéder à des tests, obtenir des autorisations, données mesurées par leur station météo sur le serveur de l’IFÉ­ENSL, les élèves se utiliser des mesures, travailler avec le donneur familiariseront en classe à la programmation d’ordre de la Métropole, l’équipe technique du d’objets connectés (carte arduino, capteurs et collège, l’agent comptable, et l’ensemble des usagers du système de chauffage qui n’hésiteront nano­ordinateurs raspberry pi). pas à se plaindre : le défi s’annonce passionnant. Phase 4 : Optimisation du système de chauffage du collège La pédagogie de projet, ça marche! À mi parcours... Les élèves de 5ème3 de cette année viennent de différentes classes de 6èmes et avaient du mal à travailler ensemble au début de l’année. Ils étaient bruyants, ils mettaient beaucoup de temps à se mettre au travail et des petits groupes agressifs s’étaient formés : l’année commençait mal et l’équipe enseignante était inquiète pour le bon déroulement du projet météo. Dès la première séance avec le Capitaine Esman l’attitude de la classe a changée. Les élèves sont devenus plus attentifs et ils ont commencé à attendre leur tour pour parler. À chaque début de séance de SVT, Cécile reprenait avec eux quelques notions de météo abordées soit avec le capitaine Esman, soit avec Pierre, l’enseignant de géographie, soit lors de la sortie travaux­ pratiques à l’ENS de Lyon. Les élèves se sont pris au jeu de ce rituel. Lors des co­animations, les élèves ont appris à travailler en petit groupe. Après un trimestre, cette classe « bruyante et turbulente » s’est apaisée et tous les enseignants (même ceux qui ne participent pas au projet météo) constatent que les élèves partagent désormais une envie d’apprendre. L’enthousiasme des élèves lors de l’annonce de l’arrivée prochaine de la station météorologique montre bien le chemin parcouru ! Enseigner avec la météo ­ ressources Reconnaître les nuages au cycle 3 Le site de MétéoFrance dédié à l'éducation (education.meteofrance.fr) propose une animation sur l'observation des nuages. Dans ce bulletin, nous vous proposons l'activité basée sur cette animation proposée aux élèves de Cycle 3 lors du "Marché des connaissances*" qui a eu lieu à l'Ifé en 2016. *Journée de valorisation des projets météo des classes accompagnées pendant l'année par l'IFÉ L'animation du site MétéoFrance pour l'éducation Les élèves au travail à l'Institut Français de l'Education lors du Marché des connaissances La reconnaissance des nuages est à la marge des programmes officiels. En revanche, cette activité peut être proposée aux élèves rapides. Elle peut même être réalisée en complète autonomie si un ordinateur est disponible dans la salle. Lien vers l'animation : http://education.meteofrance.fr/college/animations/observer­les­nuages Lien vers la fiche : http://tremplin.climatetmeteo.fr/enseigner/fiches­pedagogiques/cycle­3 Le 1er tuto de Tremplin: "Réaliser des mesures météorologiques avec une carte Arduino" Les cartes arduino sont des cartes électroniques, c'est­à­dire un assemblage de composants électroniques, fabriquées par ... Arduino! Ces cartes bon marché sont programmables, cela signifie qu'elles peuvent exécuter une série d'instructions pour interagir avec du matériel qui lui est connecté. Elles permettent par exemple de faire fonctionner des petits robots ou de réaliser des mesures. Les cartes arduino sont de plus en plus présentes dans les classes de collège suite à l'introduction de la programmation dans les programmes de technologie. Ce tutoriel à destination des enseignants explique comment connecter Un exemple de carte arduino et utiliser deux capteurs différents pour réaliser des mesures météorologiques avec une carte arduino. Lien vers le tutoriel : http://tinyurl.com/tuto­arduino­meteo Enseigner avec la météo ­ ressources Mathématiques et buée au cycle 4 Cette activité de mathématiques permet aux élèves de réinvestir leurs connaissances sur les pourcentages pour répondre à une question de la vie de tous les jours : "quand est ce que la buée apparaît?". Cette activité est accompagnée par une grille d'auto­évaluation de la compétence "chercher des informations utiles". Cette activité pourrait aussi permettre d'évaluer les compétences calculer ou raisonner. Lien vers la fiche pédagogique (versions pdf et word) : http://tinyurl.com/fiches­peda­cycle4 Analyse de documents : L'eau dans tous ces états Dans cette activité de type tâche complexe recensée par eduscol1 , les élèves réalisent un poster pour présenter les 3 états de l'eau à partir d'une analyse documentaire. Le document fournit aussi une grille pour permettre aux élèves de s'auto­évaluer sur la compétence « pratiquer des langages ». Cette activité a été testée en classe de cinquième par l'une de nos enseignantes associées. Odile recommande de compter 3 bonnes heures de classe pour mener à bien cette activité. Elle propose aussi de simplifier les textes proposés pour les élèves qui seraient plus en difficulté avec la lecture de longs textes. 1 lien : www22.ac­lyon.fr/enseigne/physique/IMG/docx/5e_rc_ch1_act1.docx Comment se forment les nuages? Cette activité utilise une vidéo de formation de nuage au dessus d'un lac pour travailler avec l'élève sur ce qu'il advient de l'eau entre le lac et le nuage. Cette activité à deux objectifs, questionner les conceptions naïves relatives à la vapeur d'eau et amener les élèves à différencier observation et interprétation. Lien : http://tinyurl.com/fiches­peda­cycle4 Reconnaître les conceptions des élèves en météo et en sciences Il est important de connaître les conceptions initiales des élèves lorsque l'on prépare un cours de sciences. Les conceptions initiales sont des reconstructions par les chercheurs en didactique des savoirs (parfois faux du point de vue des sciences) que les enfants ont souvent avant enseignement. Nous avons créé un tumblr afin de recueillir et partager des paroles d'enfants en cours de sciences. N'hésitez pas à contribuer! Lien : https://conceptionseleves.tumblr.com/ Retour sur nos actions Retour sur nos actions Formaterre "La Terre dans l'univers : Questions d'échelle ?" http://acces.ens­lyon.fr/acces/formation/formations/ formaterre/formaterre­2016/ Interview de Guillaume LAIBE Maître de conférences en astrophysique à l'ENS de Lyon Question : Bonjour Guillaume Laibe, pouvez vous nous donner quelques jalons de votre parcours ? Bonjour. Mon parcours? Formation scientifique, classes préparatoires, agrégation de physique, thèse en astrophysique puis 6 ans de postdoc en Australie et au Royaume­Uni avant d'être recruté comme maître de conférences au Centre de Recherches en Astrophysique de Lyon (CRAL). Présentation de la formation La perception de leur planète par les hommes est fortement liée à l'état d'avancement des connaissances et à l'échelle d'observation à laquelle ils ont accès. Cette décennie a été riche en découvertes spatiales qui ont modifié une partie des idées sur la Terre, le système solaire et l'Univers. Le but de cette formation est de mettre en perspective ce que l'on apprend sur notre planète en l'étudiant soit à l'échelle locale (géologie dans les environs de Lyon), soit à l'échelle astronomique en observant des planètes plus ou moins lointaines du système solaire, des météorites, des comètes ou encore des poussières du fond de l'univers. La formation a rassemblé plus de 80 enseignants autour de 3 conférences d’enseignants­chercheurs, 8 ateliers animés par des enseignants associés à l’équipe ACCES et de la visite géologique de Lyon. Les actes des journées sont en cours de mise en ligne sur les pages de Formaterre. Question : Qu’est­ce qui vous a attiré vers l'astrophysique Je suis venu à l'astrophysique car c'est un domaine où sont impliqués tous les champs de la physique: mécanique, thermodynamique, rayonnement... et cela m'intéressait de résoudre des problèmes variés, de reconnecter des phénomènes ..... J'aime toute la physique et dès que j'ai fait de l'astro, j'en suis tombé amoureux parce qu'on pouvait y faire toute la physique..... La conférence de Guillaume Laibe prononcée à Formaterre et son interview en intégralité : http://tremplin.climatetmeteo.fr/videotheque#DesPoussieresAuxPlanetes Retour sur nos actions Les simulations COP Le Musée des Confluence, l’IFé, Avenir Climatique et la DAAC propose aux élèves de simuler une "COP" comme celle ayant eu lieu à Paris en 2016. Le but d'une conférence des parties est de ménager un terrain d’entente et de créer des actions communes, malgré les désaccords qui ne manqueront pas d’émerger, pour limiter le réchauffement du climat. Ce projet pluridisciplinaire s’adresse à des classes de seconde qui pourront ainsi comprendre les enjeux de ces grandes conférences en vivant une simulation de COP au printemps 2017. Six lycées de l’académie ont répondu à l'appel du musée des Confluences. La cité scolaire Hugo Renoir de Marrakech sera partie prenante des négociations au sein d’un groupe Facebook Cop22. Ce projet s’articule autour de plusieurs temps forts au cours de l’année scolaire : 1.Rencontre et formation des équipes pédagogiques au musée le 1er décembre 2016 2. Visites du musée des Confluences et plus spécialement l’exposition permanente Espèces par les élèves et leurs enseignants. 3. En classe, les élèves préparent la simulation de la COP. Ils s’approprient un pays et prennent connaissance du dossier du négociateur. 4. En mai, 4 journées seront organisées au musée pour arriver à la signature d’un accord final. Lors de Les objectifs pédagogiques : chacune de ces journées deux classes se rencontrent Permettre aux élèves de vivre un moment fort d'apprentissage par la pratique en jouant le rôle pour négotier. de représentants d'institutions officielles en cours de négociations ; comprendre les aspects multiples d'un enjeu débattu et la complexité Pour lire l'intégralité de l'article, consulter le wiki : des jeux d'acteurs ; apprendre à défendre ses positions, à formuler des arguments et à tenir http://wiki.climatetmeteo.fr/COPInMyClassroom compte d'intérêts divergents, comprendre la complexité et les enjeux interculturels. Le projet L'école Météo présenté à l'ESPE Le mardi 13 décembre 2016, s’est tenue la journée académique cycle 3 : « Connaissances des programmes du cycle 3 » à l’ESPE de l’académie de Lyon. Un des trois ateliers de l’après­midi a été consacré à l’analyse des programmes de Sciences au cycle 3. Dans ce cadre, le projet « L’école Météo » a été présenté afin d’illustrer l’articulation des savoirs avec le socle et sa participation à la continuité des apprentissages à l’école élémentaire. Après avoir placé le projet dans les programmes 2015, des traces écrites d’élèves (posters) et le marché des connaissances (finalisation du projet à l’IFE) ont été un support d’analyse et de mise en valeur de l’apport du projet tant pour la démarche d’investigation que pour la place des langages (l’oral et l’écrit) dans l’enseignement des Sciences et technologie à l’école. L'équipe de ce bulletin L'équipe de ce bulletin Elles vous ont concocté ce bulletin Aude Caussarieu, chargée d'étude à l'ENS de Lyon, enseignante de SPC Céline Revel, chargée d'étude à l'IFÉ (ENS de Lyon), enseignante de SVT Elles et ils en ont apporté des ingrédients Odile Bruel, Professeur de Sciences Physiques au collège Asa Paulini Charles­Henri Eyraud, Chargé d'étude à l'ENS de Lyon Hélène Kulman, professeur de Mathématiques au collège Dargent Guillaume Laibe, Maître de conférence en astophysique (ENS de Lyon ­ CRAL) Julien Machet, professeur de SPC au collège Paul Claudel Pierre Milko, professeur d'Histoire­Géographie au collège Dargent Françoise Morel­Deville, Ingénieure de recherche à l'ENS de Lyon Nawel Semmoud, Conseillère pédagogique départementale en mathématiques et sciences Retrouvez nous : Sur twitter : @TremplindesSciences Sur Tumblr : https://conceptionseleves.tumblr.com/ Sur le site tremplin, http://tremplin.climatetmeteo.fr/enseigner, retrouvez les newsletters passées, nos dossiers, toutes nos fiches pédagogiques.