Sciences

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Illustration du rôle du diaphragme dans le mécanisme de ventilation
Cycle 3- CM1
Sciences - Les fonctions de nutrition
❖ Première étape: l’observation
Objectif: Faire émerger les conceptions initiales des élèves
Observer le trajet de l’air
Consigne: Par groupe de deux, vous allez respirer chacun votre tour lentement et au maximum
de vos possibilités. Vous observerez alors ce qui bouge pendant la respiration.
Déroulement: Chaque élève effectue des mouvements respiratoires lents et amples: inspiration
et expiration. Il peut alors ressentir ses propres mouvements corporels et observer ceux de son
voisin.
Observations que l’on pourra relever avec les enfants:
Les mouvements respiratoires se décomposent en deux étapes.
On peut avoir ensuite deux types d’observation de ces étapes:
- Pendant la première étape, l’air entre par la bouche, le torse se soulève et se contracte.
Pendant la deuxième, l’air ressort et le torse s’abaisse et se décontracte.
- Pendant la première étape, l’air entre par la bouche et le ventre gonfle. Pendant la deuxième,
l’air ressort et le ventre se dégonfle.
Mise en commun: L’enseignant pourra reporter au tableau les différents mécanismes observés
par les enfants. Il pourra ensuite demander aux élèves ce qui selon eux est à l’origine des
mouvements respiratoires. Cette étape constituera les hypothèses de la classe.
❖ Deuxième étape : la modélisation
Objectif : Comprendre le phénomène de la ventilation mécanique
Déroulement:
- Montrer un schéma représentant la cage thoracique, les poumons, le diaphragme.
- Réaliser un montage en se servant d’une bouteille en plastique et de deux ballons gonflables.
Schéma de l’appareil respiratoire

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Modélisation de la ventilation
Phase 1 : Repos Phase 2 : Inspiration Phase 3 : Expiration
- La bouteille représente la cage thoracique, le ballon inférieur correspond au diaphragme et le
ballon supérieur à une alvéole (et non au poumon).
Consignes : Que se passe-t-il lorsqu’on tire sur le ballon de la partie inférieure ?
Que peut-on constater?

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Observations que l’on pourra relever avec les enfants:
Lorsque la partie basse est tirée, le ballon se gonfle. Lorsqu’on la lâche, le ballon se dégonfle.
Si on pousse sur la partie basse, le ballon se vide entièrement.
❖ Troisième étape: analyse documentaire
- Analyser deux radiographies présentant l’inspiration et l’expiration
- Pendant l’inspiration, le volume de la cage thoracique est supérieur à celle pendant l’expiration
❖ Bilan
Retour sur les conceptions initiales:
- Une partie des élèves avait constaté précédemment les mouvements du ventre qui gonfle et
se dégonfle. Derrière cette observation, les élèves peuvent construire une représentation
fausse de l’appareil respiratoire dans laquelle le ventre ou même les abdominaux jouent un rôle.
Il est important de leur rappeler que le diaphragme en s’abaissant pousse les autres organes
situés dans le ventre, ce qui lui donne un aspect “gonflé”, de même que les épaules se
soulèvent lorsque la cage thoracique se soulève: c’est ce qu’on appelle la ventilation complète.
- Pour aller plus loin et démontrer aux élèves que les poumons ne sont pas des “poches”, il est
possible de disséquer un poumon de mouton. Les élèves verront que ce sont des organes
mous et spongieux, qui ne peuvent pas provoquer à eux seuls l’entrée et la sortie d’air.
Connaissances acquises : Le mécanisme de ventilation se fait grâce à la contraction du
diaphragme. Lorsqu’il se contracte, le volume de la cage thoracique augmente. Les poumons

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se dilatent ce qui permet à l’air d’entrer. C’est le mécanisme de l’inspiration. Lorsque les
muscles du diaphragme se relâchent, les poumons se compriment ce qui entraîne la sortie de
l’air. C’est le mécanisme de l’expiration.
L’inspiration et l’expiration sont les mouvements de la ventilation.
En CM1, on n’abordera pas la notion de pression, qui sera développée bien plus tard en seconde.