Activité pour la classe

ASTRONOMIE: Terre/Lune/Soleil

Juin 1999
Ecole J.J.Rousseau Bobigny
Marie-lise Lopez

Classe de CM2, 19 élèves

présentation

Points du programme :

q La Terre en mouvement

Ø Le mouvement apparent du soleil

Ø La révolution de la Terre autour du Soleil

q La Terre et son satellite

Compétences :

q Se repérer dans l’espace ( les points cardinaux, verticale, horizontale, latitude, longitude) et dans le temps (repères astronomiques, instruments artificiels)

q Observer des phénomènes naturels

q Rechercher des explications et représenter ces phénomènes

Interdisciplinarité : 

q Français : acquisition d’un vocabulaire spécifique à l’astronomie, expression orale et écrite, lecture documentaire.

q Mathématiques : comparaison de nombres, système sexagésimal, division et proportionnalité, techniques de reproduction, utilisation d’outils géométriques et de papier millimétré, unités de mesure propres à l’astronomie, mesure d’angles.

q Géographie : points cardinaux, fuseaux horaires, saisons, latitude, longitude.

q Histoire : origine de l’astronomie , histoire de l’astronomie jusqu’à la conquête spatiale.

q Biologie : la vie dans l’espace, sur les planètes, la vie sur Terre réglée par le système solaire

Organisation :

Travail en groupe de 4 ou 5, temps de réflexion individuelle puis mise en commun.

Définition des protocoles expérimentaux en groupe ou en commun selon le sujet traité et l’expérience proposée.

Traces écrites des réflexions individuelles dans le cahier d’expériences qui peuvent être soit rédigées soit des schémas.

Synthèses des connaissances sur feuille de couleur collée dans le cahier d’expériences pour les distinguer des écrits personnels.

Progression :

Septembre, octobre :

¨ Faire le point sur les connaissances et les conceptions des élèves sur : le système solaire, la Terre dans ce système, la succession des jours et des nuits, les saisons, le couple Terre/Lune, les étoiles.

Novembre, janvier, février :

¨ Les points cardinaux et la boussole

¨ Les heures, les angles et les fuseaux horaires

¨ La rotation

¨ Le mouvement apparent du Soleil

¨ Les nuits et les jours

Mars :

¨ Se repérer dans l’espace

¨ Se repérer sur Terre : latitude et longitude

¨ Révolution de la Lune autour de la Terre : les phases, les éclipses

¨ La Lune et les marées

Avril, mai, juin :

¨ La révolution de la Terre autour du Soleil

¨ Les saisons : équinoxes et solstices

¨ Le temps

¨ Calculer la mesure du rayon de la Terre

 

Démarrage des séances : la participation à la semaine de la science est le déclencheur pour amener les élèves à réfléchir sur l’astronomie.

Liste des questions retenues par les élèves pour la Semaine de la science, dans le cadre du concours " Je voudrais savoir pourquoi… ? "

Anissa : pourquoi la terre tourne et nous on n’a pas l’impression de tourner ?

Cristelle : pourquoi y a t-il des étoiles ?

Gilma : quelles sortes de pierres a t-on ramassé sur la Lune et qu’en a t-on fait ?

Kévin : pourquoi le ciel est - il bleu et l’espace noir ?

Maï Linh : est ce qu’il y a des limites à l’univers ?

Hamet : pourquoi le soleil est il chaud à sa surface ?

Luana : pourquoi parle t-on de lumière blanche alors que le soleil est jaune ?

Jessye : pourquoi quand on saute sur terre on retombe tout de suite alors que sur la lune on retombe doucement ?

Rim : comment peut on apprendre à reconnaître les constellations ?

Amanda : comment a t-on découvert les planètes du système solaire ?

Massamba : pourquoi dit-on que la lune est la sœur jumelle de la terre ?

Mohamed : comment se forment les météores ?

Williams : pourquoi y a t-il des anneaux autour de saturne et pas autour de la terre ?

Alisson : comment se sont formées les planètes ?

Nabil : pourquoi tout est rond et tout tourne dans l’univers ?

Farid : pourquoi les planètes n’ont pas toutes la même couleur ?

David : comment est-on sûrs qu’il n’y a pas de 10ème planète ?

Laura : comment devient-on astronaute ?

Question de la classe : pourquoi ne retourne t-on pas sur la lune ?

Les premières séances me permettent de faire un repérage des connaissances et des représentations des enfants. Par ailleurs la participation de la classe à la semaine de la science accélère un peu le mouvement, les questions ou désirs des élèves sont nombreux et je suis un peu débordée.

Ils souhaitent aborder différents thèmes et réaliser une exposition dans le préau de l’école pendant une semaine. Toutes les classes se sont inscrites pour assister aux différents " ateliers " animés par chacun des groupes de la classe ; l’exposition sera aussi déplacée à La Villette pour une journée.

Les élèves terminent leurs constructions ou modélisations, ils ont toute la semaine pour s ‘entraîner à expliquer avant la journée à La Villette qui les angoisse un peu (ce sont essentiellement des adultes - professeurs, chercheurs- ou des lycéens qui viendront les questionner), en même temps cela dynamise la classe qui avait toujours du mal à démarrer l’activité science (les élèves étaient un peu passifs et attendaient souvent que je leur donne la réponse !) et surtout cela valorise leur travail bien entendu.

Les cours en astronomie sont stoppés pendant mon stage " Main à la pâte ", ils reprendront en Janvier. Cependant certains élèves ont pris l’habitude de regarder le ciel le soir, j’ai appris aussi que 4 élèves ont demandé une lunette astronomique pour Noël !

La Terre en mouvement

Le mouvement apparent du Soleil

Point du programme : Rotation de la Terre sur elle-même.

Objectifs :

- les points cardinaux et la boussole

- les nuits et les jours

- la rotation

- les heures, les angles et les fuseaux horaires

Compétences :

- se repérer dans l’espace

- repérer des mouvements relatifs dans l’espace

Méthodologie :

- observer et interpréter des phénomènes

- garder la trace de ces observations, analyser

Durée :

Je ne sais pas combien de séances seront consacrées à ce sujet et en plus nous sommes tributaires du temps puisqu’il nous faut du soleil !

Séance 1 :

Nous entamons une discussion sur les travaux menés en Septembre et Octobre avec une critique de ma part sur la méthode que je juge non scientifique. Je bouscule un peu les élèves en leur faisant remarquer qu’ils n’ont procédé à aucune vérification de leurs ‘’ hypothèses ‘’ – particulièrement pour les notions jour/nuit et les saisons- , qu’ils ont regardé des phénomènes mais pas observé ! Ils sont agacés par mes remarques mais d’accord et bougonnent que tout de même ils ont noté des variations : " il fait nuit maintenant quand on sort de l’étude ", " il fait plus froid "…, je leur signale qu’il est justement bien dommage qu’il n’y ait aucune trace écrite de ces observations.

Je pose donc la question suivante : "  Comment expliquez vous ces variations ? "

Temps de réflexion individuel, ils doivent rédiger leur proposition dans leur cahier d’expériences. Puis mise en commun : les saisons, le Soleil, les nuages sont mis en cause, l’ensemble n’est pas très clair.

Certains suggèrent de " relever correctement les variations " :

ü regarder sur un calendrier ou à la télévision les heures de lever et coucher du Soleil

ü relever les températures à 9h, 12h, 16h30

ü regarder la position du Soleil dans la journée

ü relever tous les jours où le Soleil se lève, où il se couche, où il se trouve à une certaine heure. Cette partie suscite une vive discussion car certains disent que " le Soleil bouge et même des fois il nous suit, c’est comme la Lune ", ce à quoi d’autres répondent "  mais ce n’est pas possible, on sait bien que c’est la Terre qui tourne et pas le Soleil ! " "  oui, mais n’empêche que le Soleil moi je le vois bien se déplacer ! " "  alors, il faut qu’on trouve une explication ! ".

La réflexion s’organise un peu, une ‘’ hypothèse’’ est dégagée :

"  Le Soleil est responsable de ces variations, on ne sait pas très bien comment ni pourquoi ".

Expérience : " On va observer le déplacement du Soleil et faire des comparaisons ".

Nouvelle question de ma part : comment garder la trace de ces observations pour pouvoir comparer ?

Après un temps de réflexion en groupe, voici leurs suggestions :

Groupe 1 : Faire un repère dans la cour, se placer à chaque fois sur ce repère et regarder à quelle hauteur est le soleil dans le ciel à 9h, 12h, 16h30 en prenant comme unités de mesure le poing et les phalanges (comme pour la Lune), écrire sur une feuille heure, date et résultat.

Groupe 2 : Prendre un arbre dans la cour comme point de repère. Observer son ombre, écrire sur une feuille son orientation (N.S./E.O.), l’heure, la date, noter la couleur de l’ombre et la dessiner car elle change.

Groupe 3 : Prendre un point de repère dans la cour. Faire un graphique date/ hauteur du Soleil dans le ciel. Mesurer la hauteur avec une règle.

Groupe 4 : Prendre une grande feuille blanche avec une tige. Tracer l’ombre de la tige plusieurs fois par jour et plusieurs fois par an. Mesurer aussi l’angle formé par les différentes traces d’ombre. Le dessin formé par les ombres devrait être une courbe ( c’est une idée de Maï-Linh, Cristelle fait aussi un rapprochement avec les cadrans solaires).

( Difficile de ne pas montrer ma satisfaction !)

Séance 2 : Expliquer l’alternance jour/nuit (modélisation)

Le Soleil tourne autour de la Terre, ça marche aussi !

Les élèves commencent à avoir une petite habitude de la modélisation et de l’énoncé d’hypothèses. Pour cette séance le plus dur a été de leur faire admettre de réagir comme si ils ne savaient rien. (à l’aide Mr Giordan !)

Un ballon représente la Terre et un spot le Soleil. Tous les cas de figures sont envisagés , on regarde ainsi comment se comportent les astres selon les hypothèses.

Hypothèse 1 : rien ne bouge à impossible c’est toujours la même face qui est éclairée.

Hypothèse 2 : la Terre est immobile, le Soleil tourne autour de la terre à possible, il y a succession de jour et nuit.

Hypothèse 3 : la Terre tourne autour du Soleil à impossible, c’est toujours la même face qui est éclairée.

Hypothèse 4 : la Terre tourne sur elle même et autour du Soleil à possible, il y a succession de jour et nuit.

Nouvelle question de ma part : " Pourquoi tenez-vous le ballon/Terre dans une certaine position pour votre simulation ? "

Bien évidemment le simple fait de poser cette question suscite la curiosité des élèves, ils sentent bien qu’il y a probablement là quelque chose à découvrir, et se prêtent volontiers au " jeu " des hypothèses.

1/ l’axe polaire terrestre est parallèle à l’axe Terre-Soleil à impossible c’est toujours la même face qui est éclairée

2/ l’axe polaire terrestre est perpendiculaire à l’axe Terre-Soleil à le jour dure 12h, la nuit dure 12h, on ne peut observer ce phénomène que 2 fois dans l’année (aux équinoxes)

3/ l’axe polaire terrestre est penché, cela correspond à ce que l’on peut observer.

Je ne pousse pas les élèves plus loin cette fois craignant d’anticiper sur l’explication des saisons. Néanmoins cette séance pose des problèmes : les élèves ne comprennent pas qu’une hypothèse qu’ils savent fausse puisse apparemment " fonctionner " (le Soleil tourne autour de la Terre) . Je suis très embarrassée pour leur répondre, car même en expliquant que c’est l’une des raisons pour laquelle pendant des siècles on a situé la Terre au centre de l’univers, cela ne leur suffit pas. J’ai l’impression de ne pas avoir aborder cette séance comme il aurait fallu, je profite d’une journée de regroupement pour en parler, ça me déculpabilise !

Séance 3 : Le Soleil étant absent, nous travaillons sur les heures de lever et coucher de notre étoile indiquées sur un calendrier des postes. Les élèves remarquent, et demandent l’explication de la précision : ‘’les heures sont données en temps universel ‘’. Un peu d’histoire donc. 

Séance 4 : Nous avons eu plusieurs jours ensoleillés, j’en profite pour faire le point sur les relevés qui ne semblent pas très corrects. Je pose donc la question suivante : " Qu’avez vous noté ces derniers jours, comment vous y êtes vous pris pour faire ces relevés, que cherchez vous exactement ? " La consigne étant que les autres groupes fassent la critique positive et/ou négative des relevés.

Beaucoup d’erreurs ont été soulignées, tous les groupes ont trouvé les améliorations à faire.

Séances 5 et 6 :

Durant plusieurs semaines les élèves procèdent à des relevés de plus en plus précis. En dernière séance nous comparons les données, voici ce qu’ils en ont déduit.

Je ne pensais pas qu’une séance suffirait, ni même qu’ils trouveraient toutes les notions que je voulais aborder ; comme quoi il faut toujours leur faire confiance !

Séances 5 et 6 synthèse : Nos relevés

Ce que nous avons appris en analysant nos relevés :

Groupe 1 : le soleil monte durant la matinée et redescend l’après-midi. Il est au plus haut vers midi.

Groupe 2 : l’orientation de l’ombre de l’arbre est l’inverse de l’orientation du soleil. L’ombre le matin est grande, vers midi elle est beaucoup plus courte et le soir elle s’agrandit de nouveau. Certains trouvent contradictoires les résultats de ces deux groupes. Le groupe 4 répond que plus le soleil est haut dans le ciel plus l’ombre est courte et propose l’expérience suivante : prendre une lampe de poche, une planche avec un clou ; faire faire une courbe à la lampe, l’ombre du clou grandit, raccourcit puis s’agrandit à nouveau. Tous les élèves sont satisfaits et remarquent aussi que l’ombre est la plus courte quand la lampe-soleil est à la verticale du clou.

Groupe 3 : le soleil fait bien une courbe mais de jour en jour il ne fait pas la même, plus ça va plus elle monte.

Groupe 4 le soleil fait bien une courbe ça se voit sur nos relevés. On a mesuré les angles entre les traces des ombres, on a trouvé : entre 10h30 et 11h30 : 16°, entre 11h30et 13h30 : 30°…et à chaque relevé ça fait à peu près pareil. Explication : les groupes réfléchissent et en concluent que 1h = 15° ; pourquoi ? Une élève soulève le fait de la rotation de la Terre qui vaut 360°, un autre qu’une journée vaut 24h, donc 360° : 24 = 15° !

latitude/longitude Eratosthène

Séance 7 : ( et suivantes)

Calculer la latitude et la longitude de Bobigny : compte rendu

Préambule : les élèves ont été invités dans le cadre des cours de mathématiques à inventer des instruments de mesures angulaires afin de déterminer la valeur d’angles non mesurables avec le rapporteur de la classe. Certains ont naturellement réfléchi à des instruments permettant d’effectuer des calculs sur les astres (Soleil, Lune ou étoiles). Une fois construits, je leur ai demandé de fabriquer les instruments suivants : bâton de Jacob et " quadrant ", afin d’en comparer l’efficacité. Ces mesures ne peuvent avoir lieu qu’au moment du midi solaire local vrai (qu’il faut donc chercher), et afin d’éviter des calculs compliqués, dans un premier temps, elles se feront le " jour " de l’équinoxe soit le 20/03/00. Le principe de nos mesures de latitude et de longitude est expliqué dans un autre document " Faire le point " (de J.M. Fras PIUFM ), lui-même suivi des tables permettant d’effectuer ou de vérifier les mesures.

Voici leurs instruments :

Bâton de Jacob :

Matériel : une baguette de bois de 60cm de long et 15mm de section, un tasseau de 30cm de long et 15mm de section

Evider le tasseau en son milieu de façon à ce qu’il puisse coulisser sur la baguette. Sur celle-ci inscrire au feutre noir les graduations suivantes :

A 4cm : 75°, à 5,5 : 70°, à 7 : 65°, à 8,6 : 60°, à 10,5 : 55°, à 12,6 : 50°, à 15 : 45°

A 17,9 : 40°, à 21,4 : 35°, à 26 : 30°, à 32,2 : 25°, à 41,2 : 20°.

Côté 20° inscrire l’indication : jour, côté 75° : nuit.

Pour mesurer la hauteur du Soleil, il faut se placer dos au Soleil (attention danger, ne pas regarder directement le Soleil !)et tenir la baguette devant l’œil côté jour en visant l’horizon. Punaiser une feuille blanche à l’autre bout de la baguette ou un autre élève tient cette feuille. Faire coulisser le tasseau jusqu’à ce que son ombre se projette sur la feuille et soit au ras de la baguette, procéder à la lecture.

Essai du bâton de Jacob

Le " quadrant " :

Matériel : un morceau de carton en forme de quart de cercle avec un cadran gradué de 0 à 90° (il faut que les droites de 0° et 90° soient bien parallèles aux bords du quart de cercle), percer un trou à l’endroit où ces droites se croisent (à l’angle droit), un fil à plomb, un tube PVC de 3 à 6 mm de diamètre et de la même longueur que les côtés du quart de cercle, une feuille de papier blanc.

Coller le tube sur le côté 0° du quart de cercle bien horizontalement, nouer le fil à plomb dans le trou percé à l’angle droit, à la verticale il doit être justement placé sur le 90°.

Pour mesurer la hauteur du soleil il faut se placer dos au soleil et diriger l’instrument jusqu’à ce que le soleil passant par le tube projette une tache bien nette sur la feuille blanche tenue devant le tube par un autre élève. Un troisième élève relève la mesure donnée par le fil à plomb qui doit être immobile (c’est un peu difficile, il ne faut pas trembler en tenant le " quadrant " ni gêner le fil à plomb), par précaution il vaut mieux faire plusieurs mesures et en faire la moyenne pour un résultat plus précis.

Mesurer avec notre quadrant : pas facile !

Calculer le midi solaire vrai local :

Il y a plusieurs possibilités pour procéder à cette mesure (cf " Faire le point "), voici la solution que les élèves ont eux-mêmes utilisée car elle leur a semblé tout à fait naturelle et logique compte tenu de tous les relevé s déjà effectués.

Après avoir relevé l’ombre d’un gnomon durant une journée, les élèves ont repéré les heures du matin et de l’après-midi où les traces de l’ombre reportée étaient égales. Calculer la moyenne, on obtient l’heure du midi solaire vrai local.

Voici ce qu’ils ont calculé :

Heure du matin (à la montre) : 12h36mn45s

Heure de l’après-midi (à la montre) : 13h11mn

25h47mn45s : 2 = 12h53mn52s

Soit 11h53mn52s en T.U.

Mesures avec les instruments :

1/ Bâton de Jacob : moyenne 41,6° 2/ Quadrant : moyenne 45°

3/Groupe d’Amanda : moyenne 41° 4/Groupe de Maï-Linh : moyenne 52°

5/Groupe de Kévin : moyenne 67,5° 6/ Autre groupes : moyenne 78,25°

Calcul de la latitude : l = 90° - mesure + déclinaison (voir tables)

Déclinaison le 20/03/00 à midi solaire : 0,0725

1/ 48,4725° 2/45,0725° 3/ 49,0725° soit 49°7’25’’N

4/ 38,0725° 5/22,5725° 6/11,8825°

Véritable latitude de Bobigny : 48° 54’ 31’’ N

Calcul de la longitude : rappel la Terre parcourt 15° en 1h soit 1° en 4mn

Calculs des élèves :

Heure midi local (HML) : 11h53mn52s

Heure midi à Greenwich (HMG) : 12h07mn23s

Décalage horaire (DH) : 13mn31s soit 811s

4mn = 1° soit 240s = 1°

811 : 240 = 3° 1’ 31’’ E

Véritable Longitude : 2° 26’ 32’’ E

Précision : en principe le décalage horaire se traduit par un nombre négatif ou positif ( DH = HML – HMG), ce qui correspond respectivement à une longitude Est ou Ouest. Mais pour les élèves de primaire la soustraction a un sens et un nombre négatif n’a aucune signification. Les élèves ont donc simplement repéré sur une carte où se trouve exactement le méridien de Greenwich, partant de là il est évident que nous sommes à l’Est de ce méridien.

Pas si mal comme résultats, pour des terriens, en mer ce serait une autre histoire !…

Séance 8 : (et suivantes)

Calculer la mesure du rayon de la terre : compte rendu

Les différents relevés effectués depuis Janvier, le calcul de la latitude et de la longitude de Bobigny ainsi que l’invention d’instruments de mesure et toutes les modélisations réalisées, permettent aux élèves d’aborder cette expérience avec suffisamment " d’outils en main " pour la mener à bien.

En effet, la mesure de la latitude et de la longitude d’un lieu utilise deux propriétés fondamentales liées à la connaissance des mouvements apparents du Soleil :

¨ la course du Soleil entre la culmination et le coucher du soleil s’effectue de manière symétrique à ce qui s’est passé entre le lever du soleil et la culmination. Les enfants ont pu abondamment observer ce phénomène lors de leurs relevés quotidiens à des périodes différentes. On utilise cette symétrie pour déterminer l’heure du midi solaire vrai local.

¨ La forme de la trajectoire apparente du Soleil au cours d’une journée est représentative de la latitude d’un lieu, en particulier la hauteur angulaire qu’il occupe à la culmination, c’est à dire lorsqu’il passe sur le méridien céleste local. C’est précisément la mesure de cet angle à midi solaire vrai local dont nous avons besoin.

Déroulement :

¨ Prise de contact avec une ville effectuant la même expérience et située sur la même longitude, connaissance de la distance entre ces 2 villes

¨ Calculer l’heure du midi solaire vrai local

¨ Au jour J mesurer la longueur de l’ombre du gnomon à midi solaire vrai local dans les 2 villes

¨ Calculer la mesure de l’angle formé par les rayons solaires et le gnomon, plusieurs possibilités :

-laisser les élèves utiliser leurs instruments de mesure

-tracer les triangles rectangles ayant pour mesure celle du gnomon et celle de l’ombre, mesurer au rapporteur l’angle gnomon/hypothénuse

-procéder à un calcul à la calculette de l’angle d’inclinaison des rayons du soleil par rapport à la verticale (angle a) tel que tang a = gnomon/ombre

¨ Faire la différence entre les mesures trouvées dans les 2 villes

¨ Procéder à une règle de trois pour obtenir la mesure du rayon de la terre

Les 4 groupes ont élaboré leur protocole expérimental, nous nous sommes mis d’accord avec l’école partenaire (dans les Pyrénées Orientales) sur une semaine identique pour effectuer les mesures puisqu’il nous faut du soleil aux deux endroits en même temps. Le midi solaire vrai est à 13h47mn, la distance directe entre les deux villes est de 710 km. Au premier jour de mesure chaque groupe a obtenu une valeur différente de 31° à 39°. Nous avons procédé comme pour les relevés à une critique de la part de la classe sur les instruments et la façon de mesurer ; ainsi des améliorations ont été décidées. Le jour suivant les mesures se sont uniformisées pour donner 32°. Les élèves ont donc procédé à leurs calculs comme prévus pour trouver un rayon de 5087 km ce qui est une valeur approchée tout à fait honorable ( véritable mesure environ 6370km).

On mesure le plus précisément possible !

Latitude, longitude, rayon de la Terre : pourquoi ces mesures en astronomie ?

Bien évidemment ces mesures permettent d’aborder des notions mathématiques de manière assez originale, mais ce n’est pas tout.

Les élèves ont observé, ; décrit et j’espère compris les différents mouvements apparents du Soleil sur une période plus ou moins longue. Ce type de mesure vient conforter l’ensemble des apprentissages et leur donne du sens.

Ensuite, la Terre fait partie de ce système planétaire qu’ils étudient et comme ils l’ont si bien fait remarquer  " quand on est sur la Terre on ne voit pas comment elle est et comment elle bouge ". Or ces mesures découlent de la forme de la Terre et de sa position parmi les astres.

La Terre et son satellite : la Lune

Ø séquence 1  : Observation de la Lune

Point du programme : Les phases de la Lune et son mouvement autour de la Terre

Objectifs :

- Révolution de la Lune autour de la Terre

- Les phases de la Lune et son cycle

- Les positions relatives Terre/Lune/Soleil

Compétences :

- Observer un phénomène naturel durant une longue période et le reproduire

- Se repérer dans l’espace

- Construire des graphiques, les interpréter

Méthodologie :

- Observations régulières

- Constitution et comparaison de relevés

Durée :

L’observation régulière de la Lune doit se faire sur plusieurs mois, l’exploitation des relevés peut prendre jusqu’à trois séances. Nous sommes là aussi tributaires des conditions météo.

Observations de la Lune : compte-rendu :

Dès le départ les élèves savent que la Lune est le seul satellite naturel de la Terre et que si on peut la voir c’est parce qu’elle est éclairée par le Soleil, elle n’émet pas de lumière.

En début d’année, l’éclipse d’Août 1999 étant encore assez proche, les enfants avaient réfléchi sur la notion d’éclipse, ils avaient modéliser le phénomène et avaient même noté que si la Lune tournait toujours dans le même plan que la Terre il y aurait régulièrement une éclipse de Lune et une éclipse de Soleil.

Mais ils n’avaient jamais vraiment observé la Lune.

Je leur ai donc demandé dans un premier temps de l’observer tous les jours à la même heure et de noter sur un document son aspect, sa hauteur, la date et l’heure. Tous les élèves de la classe n’ont pas procédé à ces observations , mais dans l ‘ensemble nous avons eu suffisamment d’informations exploitables. Rapidement ils se sont aperçus que la Lune changeait de forme et qu’elle se déplaçait vers l’Est. J’ai donc parlé de phases de la Lune et nous avons comparé leurs données avec celles portées sur un calendrier. Quelques élèves, étonnés de ne plus voir la Lune certaines fois, ont fini par se rendre compte qu’on pouvait la voir le matin depuis la cour de récréation et même pendant la journée. Nous avons aussi travaillé sur les heures de lever et coucher de la Lune.

On a dessinné les différentes phases de la lune.

Nous avons fait une synthèse de toutes ces observations et remarques :

- La Lune présente quatre aspects importants : la Nouvelle Lune que l’on ne peut pas voir, le Premier Quartier qu’on voit le soir à l’Ouest, la Pleine Lune visible toute la nuit, le Dernier Quartier qu’on voit le matin. Puis cela recommence c’est ce qu’on appelle une lunaison elle dure en moyenne 29,5 jours. Ces différentes phases sont dues aux positions relatives Soleil/Terre/Lune

- Au cours d’une nuit, la Lune se déplace d’Est en Ouest en passant par le Sud, c’est le mouvement apparent de la Lune car en réalité c’est la Terre qui tourne sur elle même dans le sens contraire des aiguilles d’une montre

- La Lune prend chaque jour du retard, environ 50 minutes, elle apparaît plus proche de l’Est, sa révolution autour de la Terre se fait en 27 – 28 jours. La différence entre la révolution et la rotation de la Lune est due au fait que la Terre elle même tourne autour du Soleil.

Nous n’avons pas eu le temps d’étudier pourquoi la Lune nous montre toujours la même face ni les relations entre l’observation de la Lune et la division du temps en mois et semaines.

Ø séquence 2 : La Lune et les marées

Point du programme : les marées

Objectifs :

- Comprendre le phénomène des marées

- Comprendre les liaisons marées/Lune/Soleil

- Connaître les expressions concernant les marées

Compétences :

- Lire et analyser des documents

- Reporter des données pour construire des graphiques et les interpréter

- Mettre en cohérence différentes connaissances

Méthodologie :

- lecture de documents

- constitution de graphiques

Durée :Environ deux séances

Séance 1 :

Avant de partir en séjour au bord de la mer, nous étudions le phénomène des marées. Certains élèves n’ont jamais vu la mer, mais ils ont tous entendu parler de marées. Je les laisse donc réfléchir quelques minutes individuellement pour noter dans leur cahier ce qu'ils savent des marées et comment ils expliquent ce phénomène, voici ce qui s’est dit :

- Je ne sais pas pourquoi il y a des marées

- Je crois qu’il y a une relation marée/Lune/Soleil

- Il y a des marées à cause du vent

- Il y a 2 sortes de marées : les marées hautes et les marées basses

- La Lune est responsable de la marée haute et le Soleil de la marée basse

- Il y a des horaires de marées

- Il y a 6 heures d’écart entre 2 marées

- Dans différentes villes ce n’est pas les mêmes horaires de marées

- La Lune a plus d’influence sur l’eau que le Soleil parce qu’elle est plus proche, c’est une histoire d’attraction, c’est ce que j’ai retenu d’une émission sur les marées (" C’est pas sorcier " )

- Si la Lune a une influence sur l’eau qu’est ce qui se passe lorsqu’il y a une éclipse ?

Dans un premier temps je distribue un calendrier des marées pour la Charente maritime (lieu du séjour) et j’invite les élèves à l’analyser, voici ce qu’ils ont relevé :

- Il y a 6 heures de décalage entre 2 marées

- Chaque jour les marées prennent du retard

- Il y a des coefficients de marée

- Une fois par mois les marées ont un grand coefficient

- Il y a 2 marées basses et 2 marées hautes chaque jour

- En Mars (époque du séjour) le coefficient varie entre 29 et 105

Nous reportons ensuite certaines de ces données sur des graphiques.

1/ Reporter les heures de marée pour trois jours consécutifs (le 21, 22, 23 Mars). Le graphique fait bien apparaître la succession d’une marée descendante et d’une marée montante, ainsi que le retard des marées chaque jour. Les élèves effectuent des calculs pour évaluer ce retard à environ 50mn.

2/ Ensuite les élèves reportent sur un graphique les horaires des marées du soir pour tout le mois de Mars. On obtient une courbe montrant une oscillation. Je leur demande ensuite de reprendre leur calendrier des phases de la Lune et de reporter sur la courbe aux dates indiquées les phases ; N.L., PQ, PL, DQ.

Il n’y a pas de réaction, je demande donc aux élèves de réfléchir pour la séance suivante à ces deux questions :

" Pouvez-vous expliquer le décalage horaire des marées ? " et " A votre avis quelle peut être la relation entre les phases de la Lune et les marées ? ".

Séance 2 :

Trois groupes sur quatre ont observé régulièrement la Lune et font un rapprochement avec le retard identique de la Lune, conclusion : le phénomène des marées est directement lié à la course de la Lune. En reportant les phases lunaires sur le graphique , tous les élèves ont noté que l’amplitude de la marée est forte aux environs de la Pleine Lune et de la Nouvelle Lune ; elle est faible au moment des premiers et derniers quartiers. Une élève suppose que la Lune n’est pas la seule responsable du phénomène des marées, le soleil aussi. Nous procédons à une simulation, explications :

- le soleil et la lune sont dans la même direction (N.L.) : l’attraction du soleil s’ajoute à celle de la lune à amplitude forte, marées de vive-eau

- attractions de la lune et du soleil pas dans la même direction (P.Q.) à amplitude faible, marées de morte-eau

- Pleine Lune (P.L.) à marées de vive-eau

- Dernier quartier (D.Q.) à marées de morte-eau

Analyse et bibliographie

Analyse du travail :

Dans l’ensemble la plupart des compétences visées au départ ont été atteintes, notamment se repérer dans l’espace, observer et analyser des phénomènes.

Les élèves ont aussi beaucoup acquis dans les compétences transversales : travail en groupe, argumentation, expression orale, écoute et respect de l’autre, rigueur… Ils ont par ailleurs progressé dans leur rapport au travail, l ‘ambiance de la classe est totalement différente de la rentrée.

Pour ma part, je pense que j’aurai dû travailler davantage les notions d’horizontale et de verticale, et exploiter beaucoup mieux leurs instruments de mesure, mais sans doute n’aurions nous pas été aussi loin dans les découvertes !

Il peut paraître déstabilisant de mener de front plusieurs activités, au départ on a l’impression de se disperser. En effet beaucoup de séances sont tributaires de la météo, et durent dans le temps, quelques fois l’activité prévue n’est pas réalisable et on doit s’attaquer à un autre sujet, néanmoins il y a une cohérence dans tout ce travail tant l’ensemble des observations et analyses de données sont imbriquées les unes dans les autres, il faut seulement veiller à ne pas perdre de vue les objectifs de départ. Par ailleurs la grande pluridisciplinarité de l’astronomie est très riche de possibilités, ainsi on peut y consacrer un temps assez conséquent, et les élèves ayant une très grande curiosité sur le sujet il est rare qu’ils soient récalcitrants aux recherches proposées aussi ardues soient elles !

Le plus déroutant est que contrairement à ce que l’on peut penser, aborder cette discipline en classe permet de travailler des notions moins évidentes mais fondamentales telles que l’espace et le temps. Plus que l’astronomie théorique sur la mécanique céleste ou l’astronomie descriptive de l’univers et des planètes, ces activités concernent l’astronomie de position et la géodésie, qui peuvent paraître moins excitantes que " d’étudier " le big-bang, mais sont bien plus utiles quand il s’agit d’expliquer l’alternance jour/nuit ou les saisons ou pouvoir avoir une idée assez précise de la manière de se situer exactement sur la planète.

Ces notions de temps (linéaire, cyclique, physique ) et d’espace, très complexes car étroitement liées, seront plus approfondies les deux années à venir.

Bibliographie

- L’astronomie populaire, C. Flammarion 1880, Ed. Flammarion rééd. 1975

- A l’école de l’univers, P. Hacquard, P. Génevaux, CDDP Moselle 1993

- Une histoire de l’astronomie, J.P. Verdet, Seuil coll. Points sciences 1990

- A l’affût des étoiles, P . Bourge, J. Lacroux, Dunod 1984

- Astronomie : guide de l’amateur, A. Rükl, Gründ 1980

- Halley : le roman des comètes, AC Levasseur-Regourd, Ph. De La Cotardière, Denoël 1985

- Une brève histoire du temps , S. Hawking, Flammarion 1989

- Histoire d’une grande idée, la relativité, B. Hoffmann, Belin 1985

Pour les enfants

- Copain du ciel, Cl. Et J.M. Masson, Milan 1999

- Le ciel, P. Kohler, Ed. Fleurus coll. L’aventure nature 1999

- Observer les étoiles, P. Kohler, Ed. Ouest-France coll. Découverte nature 1999

- Etoiles et planètes, P. Forey, Gründ coll. Nature-poche 1988

- Le livre lumineux des étoiles et constellations, C. Hatchett, Centurion jeunesse 1988