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La couleur des gaz
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Explications des mélanges avec l'eau
L'origine de l'eau
Comment peut-on avoir de l'eau chaude à la maison ?
Action du charbon actif sur l'eau
Pourquoi peut-on voir des trous dans des parachutes ?
Les bulles d'air dans un aquarium

Thème : la couleur des gaz

Question :
Je travaille actuellement sur l'air avec des CM1.
L'air ne se voit pas ; l'air est un gaz
Est-ce que tous les gaz sont incolores ?

Guy Gautier, Ecole élémentaire Montaigne, Sevran

Réponse 1 :
Cher collègue,
De part de ma petite expérience et des souvenirs lointains, la vaste majorité des gaz est incolore. Ils n'absorbent pas la lumière dans le domaine visible (du rouge au violet). Pour que quelque chose ait une couleur, il faut qu'il absorbe dans le visible (qu'il "retire" une longueur d'onde de la lumière ambiante et que nous puissions nous en rendre compte). L’oxygène et l'azote absorbent dans l'ultra violet donc nous ne nous en rendons pas compte. L'eau absorbe dans l'ultraviolet et l'infrarouge. Là aussi, nous ne nous en rendons pas compte. Il y a évidemment des exceptions comme les vapeurs nitreuses, rousses parce que les molécules se mettent 2 par 2, (se dimèrisent) ce qui les conduit à absorber dans le visible alors que toutes seules elles n'absorbent pas.

Jean-Pierre Schermann, Laboratoire de Physique des Lasers, Institut Galilée

Réponse 2 :
Quelques remarques sur votre question. A la remarque l'air ne se voit pas :Si:
On peut voir l'air chaud sur les routes l'été (ou dans le désert)
On peut voir les bulles d'air relâchées par les plongeurs sous l'eau.
On peut voir l'air soufflé avec une paille dans un verre d'eau...
La vapeur d'eau exhalée par temps froid se voit même si je ne sais pas quelle est sa couleur
Les vapeurs d'iode sont colorées.

Patrick Viaris de Lesegno, Directeur Ingénieurs Télécommunications, L2TI, Institut Galilée - Université Paris13

Réponse 3 :
     Cher collègue,
      1 - Il y a des gaz franchement colorés (ex. : oxyde d'azote roux, chlore jaune-verdâtre), mais ils me paraissent peu accessibles en classe (et dangereux !) Cela peut-il se voir dans les dégagements de cheminées d'usine ? On risque d'y voir plutôt la couleur des poussières contenues dans la fumée, qui ne sont pas des gaz.
      2 - Comparer à l'eau : incolore à faible épaisseur, elle est bleu-verdâtre à forte épaisseur. Par transparence, à très grande épaisseur, l'air atmosphérique est rouge orangé ; cf. soleil couchant (et coloration d'une éclipse de lune).
      3 - (Facultatif). Autre mode d'observation de l'air (pas par transparence) : l'air atmosphérique, éclairé par le soleil, diffuse du bleu (ciel bleu). Il est peut-être trop délicat de parler de cette diffusion, (comparée à l'observation par transparence) car il faudrait avoir vu la décomposition d'une lumière blanche et réfléchir sur les couleurs par transparence ou par diffusion. (Un corps non lumineux par lui-même n'a pas de couleur...)
      4 - Autre visibilité d'un gaz par transparence (sans couleur) : au dessus d'un radiateur (devant une fenêtre) ou d'une casserole chauffée, on voit comme des vagues, qui rendent l'air visible à la façon des vagues sur une faible épaisseur d'eau (qui resterait invisible si elle était très pure et parfaitement calme). Pour l'eau, ce sont les variations d'épaisseur qui interviennent. Pour l'air, ce sont les variations de densité...
      5 - Autres gaz colorés visibles : je cite pour mémoire les gaz chauffés (flamme d'un bec de gaz) ou excités électriquement (lampe à vapeur de sodium, enseignes lumineuses, tubes luminescents, où l'on voit peut-être plutôt la luminescence des parois du tube), mais ceci nous éloigne sans doute de votre question.

Pierre-Yvan Gal, Enseignant à Paris XIII

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Thème : la couleur bleue du ciel

Question :
Pourquoi le ciel est-il bleu ?

Hauguel, Ecole élémentaire Sévigné, Sevran

Réponse 1 :
     Bonjour
     1) Cette lumière bleue est émise par l'air atmosphérique éclairé par le soleil. Donc,
a) quand il n'y a pas de soleil, l'air est noir : c'est le cas la nuit ;
b) quand il n'y a pas d'air, même avec du soleil, le ciel est noir : c'est le cas sur la lune par exemple (voir les photos rapportées par les astronautes).

     2) C'est l'occasion de constater qu'un corps qui n'est pas lumineux par lui-même, mais seulement lorsqu'il est éclairé par une source lumineuse, n'a pas de couleur propre.
     Ainsi l'air paraît bleu lorsqu'on observe la lumière qu'il réémet dans toutes les directions quand il est éclairé par le soleil (lumière diffusée), mais il est rouge par transparence, comme on peut le voir en observant le soleil couchant, dont les rayons, en rasant la terre, ont traversé une grande épaisseur d'atmosphère.
     On peut le constater aussi lors d'une éclipse de lune :celle-ci est alors faiblement éclairée par des rayons qui ont été un peu déviés en traversant une forte épaisseur d'atmosphère et colorent la lune en rouge.

3) On rencontre aussi le fait que la lumière blanche du soleil est un mélange de lumières de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel : c'est en prenant la part bleue de la lumière solaire que le ciel a fabriqué la lumière bleue qu'il diffuse dans toutes les directions. Par suite la lumière solaire qui a traversé une grande épaisseur d'atmosphère a perdu une grande partie de sa lumière bleue et il reste surtout du jaune et du rouge.

Expérience comparable, mais avec d'autres couleurs : une tache d'encre rouge, faite sur une plaque de verre, apparaît rouge si on la regarde en se plaçant du même côté que la lampe qui l'éclaire (diffusion), mais verte si on regarde par transparence une feuille de papier blanc à travers la tache.

Ma réponse est-elle trop compliquée ?

Pierre-Yvan Gal, Enseignant à Paris XIII

Réponse 2 :
     Voici une réponse expérimentale, type manip d'agreg, possible qui permet de comprendre pourquoi le ciel est bleu et le coucher de soleil rouge.
      Prendre un faisceau collimaté de lumière blanche, le faire passer dans un aquarium rempli d'eau. Puis placer une grosse goutte de lait dans l'eau au milieu de l'aquarium et dans le faisceau lumineux.
      Regarder la couleur prise suivant l'axe du faisceau en absorption ou la lumière diffusée perpendiculairement à l'axe du faisceau.
      Et après vous essayez d'en déduire ce qui rentre en jeu dans la couleur bleue du ciel.

Jacques Robert, L.P.L. Institut Galilée

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Thème : le poids de l'air, la pression de l'air...

Question :
Avec des élèves de C.P (6-7 ans),nous avons réalisé plusieurs expériences pour observer la présence de l'air.
Quelles expériences pouvons-nous mettre en place pour :
- Montrer que l'air a un poids ?
- Montrer que l'air exerce une pression ?
- Montrer les différences de propriétés entre l'air chaud et l'air froid ?

Mlle Cioldi, Ecole élémentaire Pasteur, Villepinte

Réponse 1 :
- Montrer que l'air a un poids ?
Les ballons remplis d'air et les ballons remplis d'hélium sont faciles à acheter. En allant vite (la demi journée ou la journée entière), nous pouvons remplir au labo des ballons à l'hélium et accrocher des poids.

- Montrer que l'air exerce une pression ?
Un vieux baromètre à mercure montre la pression atmosphérique. Les enfants peuvent voir que les 76 cm de mercure pèsent lourd et compensent la pression atmosphérique. Un pneu de vélo gonflé avec une pompe est aussi une manière de voir que la pression dans le pneu se bat contre le poids de celui qui monte sur le vélo.

- Montrer les différences de propriétés entre l'air chaud et l'air froid ?
Une belle montgolfière en papier gonflée avec une bougie ou un réchaud à gaz (sans mettre le feu!) s'envole quand l'air est assez chaud. Peut-être même la bougie peut s'envoler si la montgolfière est assez grande et la bougie accrochée.

Jean-Pierre Schermann, Laboratoire de Physique des Lasers, Institut Galilée

Réponse 2 :
     La mesure du poids de l'air pour une école élémentaire ne semble pas évidente, on peut passer par la visualisation avec un baromètre à mercure de Torricelli, si l'école en possède un.
      On pourrait essayer une mesure directe avec une balance précise à 0,1g ou mieux en utilisant une bouteille suffisamment rigide on la ferme hermétiquement à température ambiante puis on la pèse, puis on refait la même expérience en la remplissant d'air très chaud (sèche cheveux) ou en chauffant par l'extérieur (bouchon ouvert), en la fermant hermétiquement comme précédemment en la pesant, (peut-être vaut-il mieux attendre le refroidissement).
      La notion de pression est plus facile, car il me semble qu'il suffit d'utiliser un ballon de baudruche que l'on remplit plus ou moins et de faire sentir les différences de résistances qu'offre le ballon en fonction de son remplissage quand on le presse avec les mains.
      On peut mettre en évidence l'expansion des gaz chauds en remplissant une bouteille plastique (1 litre) d'air à température ambiante et en la bouchant avec un ballon de baudruche autour du goulot (bien centrer le ballon éventuellement légèrement gonflé) pour éviter qu'il se forme un plan au dessus du goulot. Chauffer la bouteille en la trempant dans l'eau chaude ou avec un sèche cheveux et observer l'expansion du ballon.

Patrick Viaris de Lesegno, L.2 T.I., Institut Galilée

Réponse 3 :
Question 1 :
     1,3 gramme par litre parait a priori non négligeable ... La difficulté pratique vient éventuellement de la poussée d'Archimède de l'air (qui s'applique pour les fluides, et les gaz comme l'air sont des fluides): avec une balance, et par exemple un ballon, on mesure l'attraction par gravité (= le poids)du ballon gonflé, diminué de la poussée d'Archimède, c'est à dire du poids de l'air déplacé...
     Suggestion : comparer avec une balance relativement précise (trébuchet, Roberval ) le poids de deux bouées, ou ballons de plage, ou ... identiques, l'un très gonflé (contenant une plus grande masse d'air), l'autre moins gonflé, mais de volume restant comparable (avec une baudruche trop souple, on peut s'attendre a ce que le volume n'ait pas de limite). On peut aussi faire avec un unique ballon ou bouée, et mesurer précisément les quelques grammes du poids total lorsque l'on ajoute de l'air (en soufflant, au gonfleur, ... ).
     Sans avoir testé, j'imagine que cela marche assez bien.

Question 2 :
Ballon (baudruche gonflable) que l'on gonfle et que l'on oublie de serrer (après avoir gonflé, lâcher le tout) : on voit le ballon voler à travers la classe, comme motorisé par la surpression (ça marche, j'ai testé). On peut imaginer l'inverse, où on coince très légèrement le ballon , et où la surpression ferait le moteur pour un petit bout de papier près de la sortie (je n'ai pas testé). En pratique, toutes (la plupart ?) les expériences de pression feront apparaître la différence de pression, plutôt que la pression atmosphérique elle-même (à part les classiques expériences de remplissage d'un tube dans l'eau, plongé verticalement, mais qui au fond nécessitent de comprendre que l'air ne "passe" pas à travers l'eau).

Question 3 :
On pourrait comparer la convection (circulation , courants d'air,.., échanges ) de l'air sec, mais cela est peut-être un peu technique. On peut sans doute comparer avec plus de facilité air humide chaud ou froid, c'est à dire air humide chaud (tropical...) qui va à la condensation des gouttelettes lorsqu'il y a refroidissement : par exemple, un récipient au dessus d'air chauffé en atmosphère humide (près d'une casserole), en s'assurant qu'on est loin des 100°C fatidiques (être sûr que ce n'est pas QUE de la vapeur d'eau), puis laisser refroidir le récipient et observer la condensation.

Toutes ces réponses sont bien sûr peu complètes et peuvent se discuter...

Cordialement

Daniel Bloch, L.P.L., Institut Galilée

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Thème : explication des mélanges avec l'eau

Question :
Nous voudrions réaliser des expériences sur les mélanges avec l'eau.
Quels sont les produits que l'on peut trouver dans la vie courante (non nocifs...) et qui ne se mélangent pas avec l'eau ? (En dehors de l'huile)
Auriez vous des idées d'expériences réalisable sur ce sujet dans une classe de CP?
Comment expliquer les différents comportements vis à vis de l'eau?

Mlle Lenoble, Ecole élémentaire Jules Ferry 2, Aulnay sous Bois

Réponse 1 :
     Pour une classe de CP, il n'est pas évident d'expliquer les différents comportements mais on peut toujours essayer de dire la vérité en simplifiant:
      L'eau est formée de molécules d'eau (!) celles ci se "collent "les unes aux autres par des "liaisons hydrogène", c'est à dire des élastiques avec des crochets (les fameux atomes crochus) chaque molécule étant reliée à quatre autres car elle a 4 crochets (je peux envoyer des dessins). Si on veut mélanger avec des produits qui n'ont pas de "crochets", ca ne marche pas. Par exemple, l'huile n'a pas de crochets. On ne peut pas utiliser le benzène (qui n'est pas cancérigène) mais je vais essayer de trouver d'autres produits non nocifs.
      Une expérience simple à faire est la suivante (elle date de Benjamin Franklin) on prend une toute petite goutte que l'on dépose délicatement sur la surface d'une cuvette remplie d'eau. L'huile s'étale en une tache dont on mesure la surface avec du papier découpé et en comptant les petits carreaux. Si on a mesuré le volume de la goutte (facile, il suffit de mesurer le volume d'un grand nombre avec un verre doseur) et que l'on a la surface, on a la longueur des molécules d'huile (10 nm). On a une preuve (très rare) de l'existence de la taille finie des molécules pour un prix de revient de 20 centimes.
      Si vous avez besoin d'aide n'hésitez pas

Jean Pierre Schermann, L.P.L., Institut Galilée

Réponse 2 :
      La plupart des corps gras ne se mélangent pas avec l'eau. Beaucoup de substances organiques ne se mélangent pas avec l'eau. Malheureusement la plupart sont classées toxiques. Je vous suggère d'utiliser la glycérine qui est très peu soluble dans l'eau, qui est liquide à des températures supérieures à 20°C et que vous pourrez vous procurer facilement.
      Il peut aussi y avoir des comportements plus complexes. Certains corps vont se mélanger avec l'eau dans certaines proportions mais si l'on dépasse une certaine concentration, il va apparaître 2 liquides différents de la même manière que si l'on dissout du sel ou du sucre dans l'eau, à partir d'une certaine concentration, le sel rajouté reste solide. On dit alors qu'on a atteint la saturation. On parle aussi de miscibilité partielle. De plus le seuil de saturation est variable avec la température.
     Encore plus fort, on peut faire disparaître l'immiscibilité en changeant la température. Ou bien la faire apparaître. Il doit être possible de faire une expérience en classe pour montrer ces phénomènes. La difficulté sera encore de trouver des substances sans danger. Je n'ai pas d'idée pour l'instant.
      La pression a aussi une influence sur la miscibilité mais ça peut difficilement être montré aux enfants pour des raisons de sécurité.

     Les différents comportements vis à vis de l'eau.
      Il n'est pas facile de répondre simplement à cette question. Un liquide comme l'eau est constitué de milliards de petites molécules identiques qui s'attirent et se repoussent (un peu comme une cour de récréation où les enfants courent dans tous les sens). Ce qui fait que l'eau est un liquide plutôt qu'un gaz c'est l'attraction entre les molécules qui est assez forte (ça dépend aussi de la température et de la pression).
      Lorsqu'on essaie de mélanger 2 liquides, de deux choses l'une, ou bien les molécules différentes s'attirent, ou bien elles se repoussent. Si elles s'attirent, les liquides sont miscibles sinon ils sont immiscibles et cela peut aussi dépendre de la température ou de la pression. En règle générale, les molécules semblables se mélangent bien. Qui se ressemble s'assemble en quelque sorte!
      Il y a des explications plus techniques liées à la polarité des molécules ou à d'autres forces d'interaction entre les molécules mais je ne crois pas que des enfants de C.P. puissent y comprendre quelque chose.

Pascal Tobaly, L.I.M.H.P., Institut Galilée

Réponse 3 :
     A mon avis, l'idée d'huile recouvre en fait des produits déjà assez divers ; l'huile n'est pas seulement l'"huile" alimentaire (colza, tournesol, arachide, olive ?). Bien des produits pétrolifères paraissent peu miscibles (essence ="oil" en anglais). sur l'eau (mer, lac, ..) qui n'a vu les effluves de pétrole des bateaux à moteur... On peut aussi penser en adulte au nettoyant de peinture (à l'huile!!) type "White spirit" qui s'en va assez mal des mains au lavage (Non nocif pour le CP ?.??)
      Autres produits : demander peut-être à des chimistes (reposer la question au thème "chimie") dans les liquides non organiques, j'imagine assez bien que le mercure liquide des vieux thermomètres ne se mélange guère à l'eau
      Pour l'huile, on a me semble-t-il fait historiquement l'évaluation de la taille des molécules d'huile (sans doute une épaisseur de environ 1nm, soit 1millionième de mm) en répartissant une faible quantité (connue ) d'huile sur une nappe d'eau. La couverture maximale est atteinte lorsque le film correspond à une monocouche : sans doute pas une bonne expérience de classe (à mon avis, pas plus d'un milligramme d'huile pour 1m²), mais peut-être une sensibilisation à des problèmes de pollution...

Daniel Bloch, L.P.L., Institut Galilée - Université Paris13

Thème : comment peut-on avoir de l'eau chaude à la maison ?

Question :
     La classe (élèves de CE1) travaille actuellement sur le thème de l'eau. Pour répondre à la question "comment peut-on avoir de l'eau chaude à la maison ?", nous avons été conduits à observer le fonctionnement d'une bouilloire. A la suite de ces observations, deux questions ont été formulées par les élèves :
1) Pourquoi l'eau fait-elle des bulles quand la résistance chauffe l'eau de la bouilloire ? (Imen)
2) Comment l'électricité peut-elle faire pour chauffer l'eau ? (Maxime)
      Les réponses qui seront données pourraient-elles utiliser un vocabulaire adapté à l'âge des enfants ?
     Merci par avance pour vos réponses.

Michel Moulin, classe de CE1, Ecole Estienne d'Orves, Noisy le sec

Réponse 1 :
> 1) Pourquoi l'eau fait-elle des bulles quand la résistance chauffe l'eau de la bouilloire ? (Imen)
      La chaleur produite par une source de chaleur : flamme, soleil, électricité... élève la température des corps : solide, liquides, gaz.
     Cette élévation de température peut transformer le corps initial en le faisant passer de l'état solide à l'état liquide (liquéfaction) puis à l'état gazeux (évaporation ou ébullition). Il est aussi possible de passer directement de l'état solide à l'état gazeux (sublimation).
      Lors de l'ébullition, l'eau de la bouilloire passe de l'état liquide à l'état de vapeur d'eau. Si cette ébullition a lieu à la surface de la bouilloire, on observe juste la vapeur d'eau qui sort de la bouilloire. En général, l'ébullition se produit à l'endroit le plus chaud de la bouilloire, près du fond, la vapeur d'eau se regroupe alors en bulles de gaz, formées de vapeur d'eau, qui remontent à la surface avant d'exploser.
> 2) Comment l'électricité peut-elle faire pour chauffer l'eau? (Maxime)
      Dans un corps, le courant électrique déplace des particules, les électrons qui sont une partie des atomes qui constituent le conducteur électrique.
Ces électrons entrent en contact avec d'autres particules dans des chocs violents. Ce sont ces chocs violents qui freinent les électrons en produisant de la chaleur.
     Plus il y a de chocs, plus il y a de dégagement de chaleur. Le dégagement de chaleur total dépend donc du nombre de chocs, c'est à dire à la fois du nombre de particules en mouvement (l'intensité du courant que l'on mesure en Ampère) et du matériau dont les particules fixes s'opposent au passage des électrons (mobiles) : cette propriété s'appelle la résistance et se mesure en Ohm. Plus le matériau est long, plus il y aura de chocs et donc plus sa résistance sera forte. Plus le diamètre du matériau est petit et
plus les électrons auront du mal à passer et plus la résistance sera forte. Certains matériaux laissent passer tous les électrons sans aucun choc : ce sont les supra-conducteurs. Certains ne laissent rien passer : ce sont les isolants.

Patrick Viaris de Lesegno, L.2.T.I., Institut Galilée - Université Paris13

Réponse 2 :
     Réponse à Imen
     Lorsque l'on met de l'eau dans la bouilloire, il reste de toutes petites
bulles que l'on ne voit pas accrochées au fond de la bouilloire. Lorsqu'on
se metà chauffer le fond de la bouilloire, l'air contenu dans les bulles
augmentent de volume et les bulles, quand elles sont assez grosses
subissent une poussée (comme des montgolfières qui s'envolent lorsque qu'on leur met de l'air chaud), et partent vers le haut, donc à la surface.
     Réponse à Maxime
     La température, c'est lié au mouvement des particules d'eau dans la
bouilloire. Si on dit que l'on chauffe, c'est parce que l'on fait que les
particules vont plus vite. L'électricité, ce sont des toutes petites
particules, appelées electrons, qui se déplacent dans le fil de la
bouilloire quand on allume la bouilloire. Ces électrons se cognent dans le
fil et mettent en branle le mouvement du fil qui se transmet à la
bouilloire. Une image: une classe de petits enfants(les électrons) arrivent
à la gare du Nord et descend du train alors que sur le quai, il y a beaucoup
de grandes personnes; les enfants courent vite mais se cognent sur les
grandes personnes qui se mettent à bouger. On peut dire que l'on chauffe
les grandes personnes.

Jean Pierre Schermann, Laboratoire de Physique des Lasers, Institut Galilee

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Thème : l'action du charbon actif sur l'eau

Question 1 :
     Durant un travail à l'aide d'une mallette sur l'eau, les enfants ont utilisé du charbon actif et ont observé un dégagement gazeux.
     Les élèves et moi aimerions savoir de quoi il s'agit et quelle est la différence avec du charbon normal.
     Merci d'avance de vos réponses.

Mme Tarrago, école élémentaire Les Prévoyants, Aulnay-sous-Bois

Réponse 1 :
     En ce qui concerne la réponse à propos du charbon actif :
Qu'ont ils fait exactement comme expérience ?
Qu'ont ils ajouté pour observer ce dégagement gazeux ?
     Ce qu'il faut savoir c'est que le charbon actif est très poreux (c'est de la houille) contrairement au charbon normal, c'est pourquoi c'est un excellent matériau filtrant. C'est à dire qu'il y a des trous (comme dans le gruyère mais petits qu'on ne peut pas voir à l'oeil nu bien sûr). Quand ce charbon est en contact avec une quelconque surface, certains composés vont se déposer dans ces trous, dans l'eau ce sont des gaz principalement qui s'adsorbent (c'est à dire qui se collent - c'est pourquoi on l'utilise pour purifier l'eau).
     Il peut y avoir aussi des bactéries.
     Peut être que le dégagement gazeux observé est lié à certains de ces gaz prisonniers dans le charbon actif.

Catherine Boisson-Vidal, L.R.M., Institut Galilée

Question 2 :
     Bonjour voici les précisions que vous aviez demandées pour le charbon actif:
     Les enfants disposaient d'eau du robinet dans des verres dans lesquels ils ont versé des grains de charbons actifs.
     Ils ont alors observé pendant plusieurs dizaines de secondes un dégagement gazeux.
     Nous voudrions donc savoir quelle est l'origine de ce dégagement gazeux et sa nature.

Mme Tarrago, école élémentaire Les Prévoyants, Aulnay-sous-Bois

Réponse 2 :
Je pense que ce dégagement est simplement lié au gaz emprisonné dans les pores du matériau.

Catherine Boisson-Vidal, L.R.M., Institut Galilée

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Thème : les bulles d'air dans un aquarium

Question :
Ayant un aquarium avec une pompe dans la classe je suis partie de la situation problème : qu'est-ce que c'est ces bulles dans l'aquarium, comment peut-on faire des bulles dans l'eau ? Au bout de trois séances, les enfants en sont arrivés à me dire que c'est l'air qui remonte et que quand la bulle n'est plus dans l'eau, elle eclate. Comment continuer à partir de ces observations : sur l'eau, sur l'air?

Me Caron, maternelle Pasteur, Villepinte

Réponse :
       Bonjour,
      Je réponds un peu tard, mais j'espère que les lignes qui vont suivre vous donneront quelques pistes. Je vous réponds sur le thème de l'air qui, tel que vous êtes parti, me paraît le plus pertinent. Ma réponse s'inspire directement des réflexions développées par J.M. Rolando dans le Grand N n°64, pp. 107 à 115, 1998-1999 (IREM de Grenoble, université Joseph Fourrier), et J.P. Bonan dans "Enseigner la physique à l'école primaire" (Hachette Éducation, pédagogie pratique).
      L'objectif principal, à developper tout au long des 3 cycles, est d'amener les enfants à concevoir que l'air est une substance matérielle, puis étudier certaines de ces propriétés spécifiques (surtout au cycle 3). Pour cela, il faut d'abord s'appuyer sur des phénomènes, naturels ou provoqués, où les propriétés matérielles de l'air sont facilement perceptibles et permettent des analogies avec des substances ou des objets dont le caractère matériel est déjà connu : par exemple moulin à vent/moulin à eau, c'est à dire action "matérielle" de l'air en mouvement/action "matérielle" de l'eau en mouvement. En maternelle, il est intéressant de construire des objets fonctionnant avec le vent : moulinet, manche à air, girouette etc. On peut aussi fabriquer un système constitué d'un bâton, d'une ficelle et d'une balle de ping pong accrochée au bâton par la ficelle. Tous ces objets sont mis en mouvement par le vent ou des courants d'air provoqués (souffle, sèche-cheuveux) et certains sont orientables (il donnent le sens du vent). Il s'agit donc d'abord d'essayer de les faire fonctionner, de chercher leur condition d'utilisation optimale : comment soulever le plus possible la manche à air ? ... Il faut au fur et à mesure, sans forcer et sans imposer de façon prématurée les notions adaptées au cycle 2 (voir P.S.), favoriser les moments d'échange et d'analyse des résultats, qui permettent de dégager l'action (la poussée) exercée par le vent et de faire le lien avec la façon dont sont orientés les objets. Dans l'article cité en référence (Grand N ..), une autre idée intéressante est proposée : à l'occasion de jeux avec des ballons de baudruche, les enfants essaient de leur faire décrire un parcours (pour commencer rectiligne !), d'abord en les poussant avec un bâton, ensuite en soufflant : ainsi on passe d'une action exercée par un objet matériel, à l'action exercée par l'air invisible, et on favorise les analogies faisant prendre conscience aux enfants de certaines de ces propriétés matérielles. Dans tous les moments d'analyse et d'explicitation, il faut être prudent et rester dans le contexte de la ou des situations abordées, sans viser une formulation trop générale pour l'âge des enfants. En maternelle, il est difficile d'exploiter des situations autres que ces situations de déplacements d'air, ou les jeux de bulles dans l'eau, car ce sont des situations où les propriétés de l'air sont perçues par les sens. Pour les bulles, c'est d'ailleurs plus difficile, comme vous avez dû le constater : il faut en effet faire un premier effort d'interprétation pour comprendre que la bulle est remplie d'air. On peut continuer et chercher différentes façons d'en faire, par exemple avec une paille en soufflant (lien entre l'air qu'on souffle et les bulles ?), et pourquoi pas faire d'autre types de bulles : bulles d'huile remontant ausi dans l'eau.
      Je pense qu'il est souhaitable de ne pas sans tenir à une de ces propositions d'activités mais de les multiplier afin de favoriser une évolution plus profonde.
      Bonne continuation,

      Ph. Germain. PIUFM 94.

P. S : En cycle 2 il serait possible d'aller plus loin en fonction des objectifs suivants : l'air est de la matière : il se conserve lors de déplacements, il est présent même lorsque qu'on en perçoit aucun effet par nos sens (c'est à dire lorsqu'il est immobile), et par extension il est présent partout. Cela peut se faire progressivement, en partant par exemple d'une question très large ("où y a-t-il de l'air") pour permettre aux enfants d'exprimer chacun leurs conceptions puis d'en débattre. Pour faire avancer ce débat, deux types de phénomènes méritent à un moment donné d'être étudiés s'ils n'émmergent pas spontanément : - des phénomènes s'interprétant par la conservation de l'air dans des déplacements (transvasements, ballon de baudruche emmanché sur une bouteille en plastic qu'on gonfle en comprimant la bouteille, idem avec des seringues). A chaque fois il faut analyser les résultats en explicitant bien les déplacements. - des phénomènes où la présence de l'air n'est pas immédiatement perceptible (verre retourné qu'on enfonce dans l'eau et dans lequel l'eau ne peut pas rentrer, compression d'une seringue en la bouchant avec le doigt etc..) La présence de l'air finit alors par être comprise par les enfants lorsqu'ils manipulent et perçoivent ses effets physiques : effort nécessaire pour enfoncer le verre dans l'eau, formation de bulles (d'air) quand on l'incline, effort aussi pour comprimer la seringue, bruit (pchiit..) quand on retire le doigt qui en bouche l'extrémité. L'air est alors conçu, et non plus seulement perçu, comme la matière qui fait obstacle. Voir aussi le site nationnal inrp.fr/lamap : question à des formateurs, rubrique matière, question : comment travailler la matérialité des gaz (cycles 2 et 3)?

Philippe Germain - Groupe de Physique des Milieux Denses (GPMD), Departement de physique - UFR Sciences - Universite Paris XII

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