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Dossier pdagogique ralis par la Fondation Polaire Internationale

Les nergies fossiles et renouvelables

Dossier subventionn par le Ministre des Transports, de la Mobilit et de lEnergiede la Rgion Wallonne (Belgique)

Avec la collaboration du Secteur de lenvironnementde lEnseignement primaire du canton de Genve (Suisse)

Mai 2003


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Les nergies fossiles et renouvelables - 2 - 29.08.2005Dossier Pdagogique de la Fondation Polaire Internationale

Table des matires

NOTICE THEORIQUE ................................................................................................................3La logique de base..................................................................................................................3

Energie : qualit et quantit......................................................................................................4Energies renouvelables / non renouvelables .............................................................................4

Energie et environnement ........................................................................................................6Rpartition des ressources, dpendances.................................................................................7Mon nergie et celle des autres : ingalit des consommations ......... ........ ......... ........ ......... .......7

Energie et risques ...................................................................................................................8Croissance de la consommation...............................................................................................8Efficacit nergtique au quotidien...........................................................................................8

NOTICE DIDACTIQUE .............................................................................................................10

OBJECTIFS.............................................................................................................................10

PROPOSITION DACTIVITES...................................................................................................10Dossier expriences en sciences de la Terre .....................................................................10

Questions de recherche et pistes de travail ........ ........ ......... ........ ......... ......... ........ ......... ........ .10

EXEMPLE DE SEQUENCE DENSEIGNEMENT/APPRENTISSAGE..........................................12La chaleur et la temprature ..................................................................................................12

1. Point de dpart (30 min.)....................................................................................................122. Rcolte des reprsentations (45 min.).................................................................................123. Mise en place dune mthode de recherche (45 min.) ......... ........ ......... ........ ......... ........ ....... 12

4. Phase instrumentale (45 min.)............................................................................................135. Phase exprimentale (90 min.) ...........................................................................................136. Remise en question (45 min.).............................................................................................13

7. Evaluation (45 min.)...........................................................................................................13

RESSOURCES ........................................................................................................................13Sites WEB............................................................................................................................13

Moyens denseignement ........................................................................................................14

FICHES POUR LES ELEV ES ...................................................................................................15Comment ressent-on la chaleur ? .............................................................................................15

FICHES POUR LES ELEV ES ...................................................................................................17La mesure de la temprature ........................................................................................................17

FICHES POUR LES ELEV ES ...................................................................................................19Comment chauffer de leau ? ........................................................................................................19

Comment chauffer de leau ? ........................................................................................................20


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Notice thorique1

Lnergie a toujours constitu un enjeu vital pour l'homme et les socits humaines. Lescomportements humains sont fortement induits par sa disponibilit ou sa non-disponibilit, sonabondance ou sa pnurie. De ces comportements vont dcouler de nouveaux enjeux, en particulier

pour l'environnement et les quilibres socio-conomiques.

La prise de conscience de limportance de ces enjeux (rchauffement climatique, puisement des

ressources, augmentation des cots de la sant, ) devrait, nous lesprons, permettre de tendrevers une utilisation plus rationnelle de l'nergie, une optimisation des processus nergtiques quenous mettons en uvre tous les jours.

La logique de base

Rien ne se cre, rien ne se perd : tout se transforme . Ce mot, attribu Lavoisier, constitue lepremier principe de la thermodynamique, et la base de toute rflexion concernant lnergie.

Cette logique de transformations constitue une vritable grille de lecture du monde de lnergie. Silnergie est la capacit fournir un travail, aucun travail ne pourra se faire sans convertir une forme

dnergie en une autre. La quantit dnergie dun systme est une constante, une caractristique dece systme.

Les chanes de conversion nergtique

Pour obtenir une prestation ou un service, ondevra toujours convertir une nergie primaire

en une forme dnergie utilisable.

Je veux avoir chaud ? Je dois mettre en

uvre un processus de production de chaleur,par exemple en brlant un combustible.Mieux : je mets un pull, afin de conserver la

chaleur dgage par mon corps alors quil brle les sucres de mon djeuner ou mesrserves de graisses. Je ne peux pas me

rchauffer sans convertir une nergie primaireen chaleur, et rciproquement je ne peux pasmalimenter indfiniment sans transformer ces

aliments en mouvement, en chaleur, eninformation, etc.

Afin de convertir les nergies primaires enprestations utiles, nous mettons en uvrechaque jour de nombreuses technologies, de

manire plus ou moins consciente. De la pile la centrale nuclaire en passant par le moteur explosion et le capteur solaire, chaque

technologie a ses avantages et sesinconvnients.

Figure 1 Diverses installations productrices dlectricit2

Nous puisons toujours notre nergie dans lenvironnement, ce faisant nous le transformons, souvent

de manire irrversible. En tant que consommateurs, nous nous situons en bout de chane. De notrecomportement va dpendre ou non la mise en uvre dune cascade de transformations et deffets.

1 La notice thorique de ce dossier pdagogique est une version condense dun document produit par Cdric Jeanneret

(Terrawatt Energies pour un dveloppement durable [email protected]). Lauteur a donn son accord pour cetteadaptation, nous len remercions vivement.

2 Toutes les illustrations de ce dossier sont tires des animations voir sur le site Educapoles : www.educapoles.org


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Energie : qualit et quantit

Pourquoi parler de crise de lnergie, alors que selon le premier principe de la thermodynamique,

rien se cre, rien ne se perd ?

L o le bt blesse, cest que les transformations nergtiques ne sont pas rversibles : chaque

transformation induit une dgradation de la qualit de lnergie. Les processus de conversionsnergtiques, qui mettent en jeu diverses formes dnergie, nont pas tous le mme rendement.

Chaque conversion dnergie induit une perte, demande toujours une quantit et une qualit dnergiesuprieure celle attendue pour satisfaire la prestation. Selon les technologies mises en jeu, lespertes seront plus ou moins importantes.

L'nergie contenue dans les nergies primaires (ptrole brut, gaz naturel, etc.) est transforme enproduits nergtiques finaux (essence, lectricit, etc.) pour tre ensuite convertissable en prestations

de consommation (chaleur, lumire, mouvement, etc.) avant dtre finalement et irrmdiablementdgrade en chaleur. A l'heure actuelle, plus de la moiti de l'nergie est perdue en cours de routelors de ces processus de transformations.

Energies renouvelables / non renouvelables

Lintensit du soleil ne diminue pas quand on pose des capteurs solaires, le vent ne sarrte pas desouffler si on installe des oliennes. En revanche les rserves de ptrole, de charbon, de gaz naturelet d'uranium diminuent irrmdiablement lorsqu'on les exploite.

On distingue donc deux grands types dnergies :

Les nergies renouvelables , inscrites

dans un cycle naturel, leur disponibilit nediminue pas lorsquon les utilise.

Soleil

A la base de tous les cycles naturels.

Vgtaux

Poussent et se dveloppent au rythme dessaisons.

Hydraulique

Issue du cycle de leau (soleil + force de

gravitation).

Vent

Selon la mto et la rotation de la terre.

Bois

Produit par les forts.

Autres nergies renouvelables

Gothermie, mares, biogaz, thanol, etc.

Les nergies non-renouvelables , qui

spuisent lorsquon les utilise (stocks limits).

Essence

Tire du ptrole.

Mazout

Egalement issu du raffinage du ptrole.

Charbon

Extrait des mines.

Gaz naturel

Naturel, mais pas renouvelable.

Uranium

Form en mme temps que notre plante il y ades milliards dannes.

Autres nergies non renouvelables

Le krosne alimentant les avions (tir du ptrole),

le butane, le propane (galement extraits duptrole) ...


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Traditionnellement, les tres humains ont vcu en domestiquant les nergies renouvelables (tractionanimale, moulins, navigation voile, bois, mais aussi esclavage...). Depuis la rvolution industrielle,lhomme puise abondamment dans le sous-sol pour en extraire ces nergies non-renouvelables

fossiles que la plante a mis des millions dannes former.

Au rythme o nous utilisons les nergies non renouvelables, il ny en aura bientt plus. Ou plus

exactement, quand les gisements les plus accessibles seront puiss, il faudra prospecter et forerdans des conditions tellement difficiles, que cela cotera beaucoup trop cher pour les exploiter demanire lucrative. Dici 20 ans ? 50 ans ? 100 ans ? 200 ans ? Nul ne le sait exactement.

Si on ramne lhistoire des nergies fossiles une priode symbolique dune anne, le dsquilibreentre le temps de formation et le temps dpuisement saute aux yeux :

Date Correspondance temps sur uneanne

Evnements

-300 millions 1er

janvier 0 h. Dbut de la formation des nergiesfossiles

-200 millions Fin avril Apparition des dinosaures

-65 millions mi-octobre Disparition des dinosaures

-23 millions 3 dcembre Formation des Alpes-1 million hier, un peu avant 19 heures Premiers hommes

-300'000 ans il y a 9 heures Matrise du feu-40'000 ans il y a 1 heure Homo Sapiens0 il y a 3 minutes Naissance du Christ

1750 il y a 25 secondes Machine vapeur1859 il y a 15 secondes Premier puit de ptrole, Pennsylvanie.1973 il y a 3 secondes 1

erchoc ptrolier.

2003 31 dcembre, minuit. Aujourd'hui

2050 ? dans 5 secondes Fin des rserves ptrolires prouves.

Lutilisation des nergies renouvelables gnre aussi des impacts sur lenvironnement. Ils sont

beaucoup moins importants que ceux provoqus par la consommation dnergies non renouvelables,

mais ils existent :

- Les barrages: impact environnemental et humain (valles noyes), impact sur la rivire en aval,risque en cas de rupture, impact visuel, cosystmes perturbs voir condamns disparatre.

- Lnergie du bois: impact local sur la qualit de lair. Si lexploitation est mal gre: dforestation,

dsertification, disparition des sols et glissements de terrain.- Les oliennes: bruit, impact sur le paysage (crtes, collines).

Les nergies renouvelables dhier Les nergies renouvelables de demainLe soleil Le soleil (capteurs solaires, solaire passif)

Moulins eau, vent Turbines hydrolectriquesForce animale et humaine (agriculture, esclavage) Eoliennes

Navigation voile Energie humaine (vlo, etc.)Cuisson au boisEtc.

Chauffage copeaux de boisEtc.


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Il est aujourdhui tabli que taux de carbone dans latmosphre et rchauffement climatique sont lis.La trs forte probabilit de corrlation entre lmission de CO2 et les bouleversements climatiques est

trs srieusement prise en compte par les autorits internationales comptentes (IPCC, OMM,notamment).

Depuis un sicle, le climat sest rchauff de 0,5C. Cette augmentation de temprature a t estimelie de faon significative laugmentation de leffet de serre par les scientifiques du GIEC, mandatspar les Nations-Unies. De plus, les modles des climatologues montrent tous, malgr leurs diffrences

que, au rythme o vont nos missions, le climat risque bien de se rchauffer de 1,4 5,8C dici 2100.Cela peut paratre peu. Mais il faut savoir que durant les grandes glaciations du quaternaire, latemprature de la surface terrestre ntait gure que de 5 ou 6C plus basse quaujourdhui, ce qui

suffisait pour que les glaciers couvrent toute lEurope du Nord et pour que le niveau des mers soitplus bas de 100 mtres. Dans lautre sens, la temprature qui svissait au temps des derniersdinosaures, il y a 80 millions dannes, ntait que 5C plus chaude que lactuelle. Ce qui nempche

qu la place des calottes glaciaires se trouvaient des forts.

Une volution en apparence mineure de la temprature peut donc influencer trs profondment le

niveau des mers, les prcipitations et les cosystmes eux-mmes. Plus que son amplitude, cest la

rapidit de cette variation ventuelle de temprature qui inquite les scientifiques. En effet, le rythmedu changement prvisible est plusieurs dizaines de fois suprieur ce que la terre a connu jusquici.

Do linquitude sur la capacit des systmes agricoles et forestiers surmonter ce changementbrutal. La monte du niveau des ocans de 50 cm 1 mtre aurait des consquences graves pour lestrs nombreuses populations qui vivent sur des zones ctires trs basses (Bangladesh, delta du Nil,

etc.). Certaines populations vivant sur des les basses du Pacifique (comme Tuvalu) seront forces un dmnagement complet dans les 20 ans venir et sont dj en train de ngocier leur installationailleurs

La probabilit de migrations des zones de maladies tropicales est galement voque par lesscientifiques (dplacement de virus paralllement au dplacement des zones climatiques).

Rpartition des ressources, dpendances

Les nergies primaires sont rparties non-uniformment sur le globe. Certains pays dpendent

dautres nations pour leur approvisionnement nergtique. Ceci implique des changes conomiqueset peut jouer un grand rle dans les relations entre les Etats.

Ces rserves sont situes, pour la majeure partie, lextrieur des zones forte consommation. Cettedpendance des pays industrialiss vis vis des pays exportateurs peut tre gnratrice de crisesgraves, susceptibles de menacer le fragile quilibre socio-conomique mondial (chocs ptroliers des

annes 70, guerres du Golfe, ).

Rserves de ptrole en 2000, en millions de tonnes. Source : BP 2001Europe

Amrique N

Amrique SAsie exURSS

Moyen OrientAfriqueAsie Pacifique

Total monde

2500

8500

136009000

92500100006000

142100

2%

6%

9 %7 %

65 %7%4%

100%

Mon nergie et celle des autres : ingalit des consommations

La consommation dnergie dans le monde est trs disparate dune rgion lautre.

Un Amricain moyen va consommer 8 tonnes de ptrole par anne contre 0,3 pour le citoyen decertains pays dAfrique ou dAsie.On estime que deux milliards de terriens vivent sans lectricit.

Parmi les habitants dAfrique, ceux qui sont connects au rseau consomment en moyenne 150 foismoins dlectricit quun citoyen canadien.


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En Occident, un taux de 5 600 voitures pour 1000 habitants est courant. En Chine ou en Inde, cetaux est (pour le moment...) de 2 voitures pour 1000 habitants.

Aujourdhui, les sept pays les plus dvelopps consomment prs de 50% des ressourcesnergtiques mondiales. On peut sinterroger sur le choix de ce type de modle de dveloppement

pour le reste de la communaut internationale.

Energie et risques

Risques lis aux techniques mises en uvre

Lhistoire de lhomme cherchant mettre les forces de la nature son service est malheureusement

riche de catastrophes et accidents en tous genres. Toute conversion dnergie gnre un risque pourlhomme et/ou lenvironnement. Aprs la 2me guerre mondiale, lutilisation de lnergie atomiquecivile a fait voluer les risques dune chelle locale une chelle continentale. Quant lutilisation du

ptrole, du gaz et du charbon, cest lchelle plantaire que les changements climatiques induitssexerceront.

Risques lis au transport dnergie

Pour pouvoir utiliser des nergies primaires, il faut en rgle gnrale les collecter, les transporter, lestransformer, et/ou les stocker. Ceci ncessite bien sr de lnergie, provoque des charges sur

lenvironnement et gnre des risques (accidents, mares noires, etc.).

Plus que les naufrages et les collisions de ptroliers gants, cest la pratique du dgazage en mer qui

explique la rgularit du taux de pollution sur les grandes routes commerciales du ptrole. A euxseuls, ces dgazages reprsentent prs de 1,5 millions de tonnes de ptrole dverss chaque annedans les ocans. A cela sajoutent 1,5 tonnes supplmentaires provenant des forages en mer ou des

installations industrielles dont les rejets dhydrocarbures transitent par les rivires jusqu la mer.

Croissance de la consommation

Si dans les socits europennes pr-industrielles, essentiellement agricoles et marchandes, lhomme

disposait de lquivalent nergtique du travail de huit esclaves, ce potentiel atteint aujourdhui, dansles pays industrialiss dEurope et dAmrique du Nord, de cent cinquante deux cents esclaves.

Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, la consommation dnergie des socits dites

dveloppes a t multiplie par quatre. Un Europen moyen consomme aujourdhui trente fois plusque lnergie ncessaire ses besoins physiologiques.

Efficacit nergtique au quotidien

La lecture des paragraphes ci-dessus a de quoi donner froid dans le dosCependant, chacun/e peut agir afin dviter que les choses nempirent. Mieux : chacun/e peut, au

quotidien, contribuer amliorer la qualit de vie prsente et venir.Cela peut se concrtiser dans une multitude de petits gestes du quotidien qui vont souvent accrotre le

bien-tre de ceux qui les pratiquent et de leur entourage.

Nous prsenterons ici une dmarche qui peut se pratiquer chaque jour, afin de traquer le gaspillagednergie. Les quatre interrogations du dtective de lnergie :

1. Quel est mon besoin ? Puis-je le remettre en question ?

Chauffer 19 ou 23C ? Vacances aux antipodes ou dans la rgion ? Produits de saison ou

surgels ? De quelles prestations ai -je besoin ? Ce besoin est-il lgitime/rationnel ? Est-ilenvisageable de le rduire ? Questions difficiles voire drangeantes. Peut-on vivre mieux enconsommant moins ?

2. Puis-je me brancher sur une nergie naturelle ?

Lenvironnement naturel pourrait-il rpondre directement mes besoins ?

On peroit facilement lorsque trop dnergie nous parvient du milieu ambiant, et on met des filtrespour sen protger (stores lorsque trop de soleil). En revanche, lorsquun manque dnergie se fait


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sentir (ombre, froid), on a souvent tendance recourir tout de suite la technique (lampes,radiateurs), avant de relever les filtres qui nous coupent des rseaux naturels gratuits et non-polluants(lumire du jour, mettre un pull), etc.

3. Est-ce que jutilise des appareils performants ?

Est-ce que les techniques que je mets en uvre consomment des nergies renouvelables ? Avec debons rendements ? Question importante lors dune dcision dachat (lampe fluorescente -type

ampoule conomique- au lieu dhalogne). Egalement se poser dans la vie de tous les jours :transports publics ou vhicule priv ?

4. Et les pertes ?

Y a-t-il un obstacle (une perte) entre la fourniture dnergie et le besoin (fentre ouverte au-dessusdun radiateur chaud par exemple) ?

On peut dcliner ces quatre niveaux dintervention dans les quatre domaines dutilisation quotidiennede lnergie :

- Secteur thermique rsidentiel : chauffage des logements, eau chaude sanitaire des logements,cuisson.

- Secteur dplacements privs : vhicules individuels.- Secteurs appareils lectromnagers quipant les logements : clairage, froid, traitement du linge

et de la vaisselle, bureautiques et divers.

- Secteur des consommations indirectes caches : production de biens et services deconsommation (industrie alimentaire, emballages, eau, voyages, sports, commerce, etc.) ;consommations publiques (enseignement, sant, arme, administration, etc.) ; production de

biens et services de consommation indirecte (industrie lourde, fabrication de machines etdquipement, etc.).


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Notice didactique

Le concept dnergie est difficile construire, dautant plus quil est souvent mal utilis dans lesexpressions courantes ou dans la vie quotidienne. Pour expliquer le mot nergie , les lves delcole primaire voquent lnergie du corps ( ce matin je suis plein dnergie ), des phnomnes

naturels (clairs, soleil), des phnomnes surnaturels tirs des dessins anims (rayons ultra-

destructeurs), et, chez les plus grands, lnergie lectrique, nuclaire. Les nergies mcanique etcalorifique sont rarement voques.

Concernant lnergie lectrique, beaucoup denfants pensent quil est produit sans rien consommer : il suffit dappuyer sur un bouton ! . Les activits qui montrent do vient le courant sont donc

importantes. Dautres enfants imaginent que lnergie lectrique peut tre compare un rcipientdeau qui scoule dans des tuyaux. Cette comparaison nest pas judicieuse, car elle soppose lanotion de circuit lectrique et laisse penser quelle peut tre stocke dans un rservoir.

Notre objectif est de pouvoir poser les bases dune premire comprhension de lnergie : formes,sources, utilisations, transformations, conomies. Nous aborderons aussi plus particulirement

lnergie thermique qui est dans le quotidien de chaque enfant.

Objectifs

Etre capable de- Mettre en place une dmarche de type exprimental.- Utiliser diffrents types de reprsentations (schmas, graphiques, infographies, ).- Rechercher et traiter des informations.

- Utiliser un vocabulaire spcifique.

Avoir expriment- Quelques utilisations de lnergie (chauffer, clairer, mettre en mouvement)- Des montages permettant la transformation de lnergie.

Avoir compris et retenu- Quelques notions lies lnergie.- Les diffrentes utilisations de lnergie (chauffer, clairer, mettre en mouvement).

- Les diffrentes sources dnergie.- Quelques transformations de lnergie.- Les problmatiques lies la consommation et lconomie dnergie.

Proposition dactivits

Dossier expriences en sciences de la Terre

Conservation de la chaleur

Le cycle de leau Climat polaire et le rayonnement polaire

Leffet de serre

Construire une station mtorologique

Questions de recherche et pistes de travail

Quest-ce que lnergie ?

Dbuter en demandant aux enfants ce quest pour eux lnergie, ce quvoque ce mot. Dans quellesphrases apparat le mot nergie ? Les lves crivent des mots en relation avec lnergie sur une

feuille de papier, puis les rsultats sont mis en commun.

Effectuer ensuite un travail de documentation partir de livres et laide dInternet :

- Inventorier avec les enfants les utilisations quotidiennes faites des diverses sourcesdnergie (consommation dnergie) : se chauffer, se dplacer, sclairer


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- Faire rechercher toutes les sources dnergies naturelles (nergies primaires) : muscles, soleil,vent, eau, ptrole, uranium, mares Quels sont les produits nergtiques fabriqus (essence,lectricit, ) ? Quelles sont les nergies renouvelables et celles qui ne le sont pas ?

- Lancer une recherche bibliographique sur les machines qui permettent de produire les diversesformes dnergie (chaleur, nergie lectrique, travail, nergie rayonnante) : chaudire, centrales,moteurs, lampes

Tous les rsultats de ces recherches seront prsents sur des posters dans la classe.

Lister les expression de la langue franaise qui voquent lnergie. Proposer aux lves de trouver

dans le langage commun des exemples de mauvaise utilisation du mot nergie.

Est-ce que nous utilisons quotidiennement de lnergie ?

Imaginer avec les enfants quoi ressemblerait une journe sans lectricit, sans chauffage, sansessence ni mazout. Demander aux lves dcrire un petit texte.

Quels sont les chemins de lnergie ?

Demander aux enfants de crer des posters qui expliquent les chemins de lnergie :

- A partir dune ampoule allume, faire remonter le circuit de lnergie lectrique jusqu la centrale

nuclaire ou hydraulique.- A partir dun radiateur, faire remonter le circuit de lnergie thermique jusqu la source.

- A partir dune voiture qui roule, faire remonter le circuit de lnergie jusquaux rserves de ptrole.

Comment produire de llectricit ?

- Dans la cour de lcole montrer le fonctionnement dun alternateur de vlo. De retour en classecrer avec les enfants un poster qui dcrit la chane nergtique de lalternateur, cest--dire letransfert dnergie (ou conversions de lnergie) depuis la jambe du cycliste jusqu la productionde lumire : jambe (nergie musculaire), pdalier (nergie mcanique), roue arrire (nergie

mcanique), galet (nergie mcanique), alternateur (nergie lectrique), lampe (nergiethermique), clairage (nergie rayonnante).

- Lancer un dfi la classe : comment produire du courant partir de lalternateur avec une autre

source dnergie ? Les enfants doivent trouver des solutions, comme celle de munir lalternateurdune roue ailettes, puis dutiliser leau du robinet, un cours deau ou de la vapeur souspression

- Organiser une visite de classe dans un site industriel de production dlectricit : centralelectrique, barrage, centrale nuclaire

Comment raliser un transfert dnergie ?

Proposer aux enfants une exprience qui met en vidence un transfert dnergie :- Poser un verre deau sur une grande assiette creuse. Mesurer la temprature de leau. Recouvrir

le verre dun pot de fleurs lenvers. Verser de leau sur les faces extrieures du pot de fleurs.Placer lensemble dehors au soleil et ventuellement renouveler larrosage du pot de fleur.Lorsque leau est vapore, enlever le pot et mesurer la temprature de l eau dans le verre : elle

a baiss alors que le montage tait en plein soleil.

Lvaporation de leau ncessite de lnergie qui est prise, entre autres, sous la forme de chaleur lair sous le pot de fleurs, do le refroidissement de leau dans le verre.

Comment capter lnergie solaire ?

Mettre en place une exprience qui montre lexistence de lnergie solaire :

- Raliser une serre avec une boite chaussure ouverte, en tapissant lintrieur dun plastique noiret en fermant avec une plaque de verre ou un film plastique transparent. Installer un thermomtre lintrieur et placer la boite en plein soleil (veiller ce que le thermomtre soit protg su soleil

par un cache en carton). Reprsenter sous forme de graphique laugmentation de la tempraturede lair lintrieur de la serre.

Des impacts sur lenvironnement ?

-Quels sont les principaux impacts sur lenvironnement dus notre consommation dnergie ?Quelles sont les solutions alternatives ? Par groupe, les enfants rpondent ces questions en


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ralisant un petit poster. Les rsultats sont ensuite prsents aux autres groupes pour entamer undbat.

Quelle dmarche-action entreprendre dans ma rgion ?

- Crer une exposition qui explique le parcours de llectricit depuis une centrale jusqulampoule.

-Comment conomiser lnergie ? Aprs avoir imagin tous les petits gestes qui permettraientdconomiser lnergie, la classe pourrait crire un petit livret mode demploi des conomiesdnergie que les enfants distribueraient leurs parents et amis. Ils pourraient aussi

confectionner des affichettes placarder dans des endroits choisis.- Initier une semaine conomie dnergie : veiller teindre les lumires, conomiser leau,

venir lcole en vlo ou en co-voiturage, amliorer les isolations

- Crer une exposition qui prsente les nergies renouvelables de lavenir.

Exemple de squence denseignement/apprentissage

La chaleur et la temprature

Objectifs

Etre capable de- Mettre en place une dmarche de type exprimental.- Se poser des questions, sinterroger.

- Isoler des variables.- Utiliser des instruments de mesure (thermomtre).

Avoir compris et retenu que- Notre corps ressent la chaleur, mais quil peut tre induit en erreur.- La temprature se mes ure avec un thermomtre.

- Les thermomtres ne sont pas tous semblables. Ils utilisent mme des units de mesure diffrentes.

- Certaines matires permettent de conserver la chaleur plus longuement.- Il faut du temps pour quun objet ou quun liquide se rchauffe/refroidit (inertie).

1. Point de dpart (30 min.)

Initier une discussion touchant le thme de la chaleur en relation avec lactualit (temprature froideou chaude pour la saison, mise en route de la chaufferie de lcole, articles de presse, ).

2. Rcolte des reprsentations (45 min.)

Vcu de lenfant

Quest-ce que pour vous le mot chaleur voque ?

Est-ce que cela veut dire la mme chose que le mot temprature ?Initier un dbat, puis chaque enfant explique sur un papier ce quest pour lui la chaleur et la

temprature.

3. Mise en place dune mthode de recherche (45 min.)

Comment valuer si un objet ou un liquide est chaud ou froid ?

Tout dabord par des indices visuels : nuage qui schappe dun caf, cristaux de glace sur unproduit congel. Faire dessiner aux enfants tous les indices quils connaissent : est-ce que quelquechose de chaud ou froid cela se voit ?

Ensuite par notre corps : notre peau possde des extrmits nerveuses qui nous permettent depercevoir des diffrences de temprature. Ainsi, le corps peut nous indiquer si un matriau est plutt

chaud ou froid.Distribuer aux enfants la fiche Comment ressent-on la chaleur ? et raliser lactivit.


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4. Phase instrumentale (45 min.)

Les indices et les sensations laisses par le contact sont des moyens subjectifs pour valuer si un

objet est chaud ou froid. En revanche, la temprature est une grandeur physique qui caractrise cessensations dune faon objective.Le thermomtre est linstrument qui permet de mesurer prcisment la temprature.

Distribuer aux enfants la fiche La mesure de la temprature et raliser lactivit.

Pour mesurer une temprature il faut une rfrence. Dans le systme Celsius, le savant (AndersCelsius) a choisi la temprature de conglation de leau pure pour dterminer le degr 0, et latemprature dbullition de leau la pression atmosphrique normale au niveau de la mer (1

atmosphre ou 1,013 bar) comme le degr 100. Il existe dautres faons de mesurer la temprature,comme les degrs Kelvin (273K = 0C) et les degrs Fahrenheit. Rechercher en classe laconstruction de ces autres chelles de temprature. Mettre les enfants en situation pour quils trouvent

de nouvelles rfrences pour mesurer une temprature.

5. Phase exprimentale (90 min.)

Comment augmenter la temprature dun objet ou dun liquide ? Il faut lui apporter une certaine

quantit dnergie, sous la forme de chaleur. On aborde alors une nouvelle signification du mot chaleur , cest--dire lnergie thermique.

Distribuer aux enfants la fiche Comment chauffer de leau ? et raliser lactivit.

6. Remise en question (45 min.)

Dans lcole, il y a certainement des sols diffrents : carrelage, parquet, revtements synthtiques

Crer un circuit de plusieurs revtements que les enfants font pieds nus.Il doivent ensuite classer les sols du plus chaud au plus froid. Le carrelage va paratre nettement leplus froid.

Refaire ensuite le mme circuit avec un thermomtre lectronique pour mesurer la temprature dessols : les revtements ont quasiment tous la mme temprature ! Notre corps peut donc nous tromper

dans la sensation du chaud et du froid.

On peut faire le mme type dexprience en touchant de la main diverses parties dun mme objet :les pieds en acier dune table et son plateau en plastique ou en bois ; les poignes en caoutchouc

dun vlo et son cadre en acier A chaque fois lenfant a la sensation de tempratures diffrentes alors que thermomtre dit lecontraire.

Initier un dbat en classe pour lucider ce mystre, li la conductivit thermique des matriaux.Quand un matriau est un bon conducteur, il prend de la chaleur la peau et donne une impression

de froid au corps. Cest pourquoi le carrelage semble tre froid.En revanche, dautres matriaux sont de mauvais conducteurs thermiques. Ils sont isolants et neprennent pas de la chaleur la peau, laissant une impression de temprature plus ou moins

quivalente celle du corps.

Distribuer en classe des matriaux divers et les faire classer selon leur conductivit thermique, mais

aussi lectrique.

7. Evaluation (45 min.)

Faire raliser aux enfants un poster scientifique sur ce quils ont appris de la chaleur et de latemprature.

Ressources

Sites WEB

http://www.educapoles.org : Educapoles, le site ducatif de la Fondation Polaire Internationalepropose des activits pdagogiques sur les rgions polaires et le rchauffement climatique.


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Fiches pour les lves

Comment ressent-on la chaleur ?

Ide de lexprience : vous allez toucher de diffrentes manires de leau plusieurstempratures pour dire ce que vous ressentez et pour les classer du plus froid

au plus chaud.

Pour chacune de ces expriences, il est important que chaque personne du groupepuisse effectuer ce qui est propos.Vous noterez ensuite vos remarques.

Trempez la main gauche dans la cuvette 1 et la main droite dans la cuvette 3 pendant 30 secondes :

Eau froide Eau tide Eau chaude

Aprs 30 secondes, trempez les 2 mains dans la cuvette 2 (eau tide).Que ressentez-vous ? Est-ce que les 2 mains ressentent la mme chaleur ? Pourquoi ?

Rsultats et constats de lexprience :

..

..

..

..

..

Dans une cuvette deau froide, trempez diffrentes parties du corps (diffrents doigts, main, poignet,avant-bras, pied, ).

Que ressentez-vous ? Est-ce que toutes les parties du corps ressentent la mme chaleur ?Pourquoi ?

..

..

..

Prnoms des lves du groupe :

Exprience 1

Exprience 2


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..

..

..

1er

classement :

Uniquement en touchant lextrieur des bocaux, classez-les dans lordre du plus froid au plus chaud,en donnant pour chacun deux un mot dfinissant leau.

Ordre :

Mot :

2e

classement :

En trempant les doigts dans les bocaux, classez-les dans lordre du plus froid au plus chaud, endonnant pour chacun deux un mot dfinissant leau (froid, tide, etc.)

Ordre :

Mot :

Que remarquez-vous ? Quel classement est -il plus facile effectuer ?


..

..

..

Exprience 3

a b c d e


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La mesure de la temprature

Pour rpondre ces questions, tu vas relever les tempratures delair ou de leau dans diffrents endroits autour de toi avec unthermomtre.

Note tes mesures sur le dessin du thermomtre (page suivante) laide dune flche et

dun texte indiquant lendroit mesur.

1re

exprience :

Remplis un flacon avec de leau trs chaude du robinet. Trace avec le feutre le niveau de leau sur le flacon.

Laisse reposer ton flacon lair libre ou trempe-le dans de leau froide. Observe-le.

Que se passe-t-il ? ..

Pourquoi selon toi ?

Comment est construite lchelle des tempratures ? Que reprsentent 0 degr et 100 degrs ?

Que reprsentent dautres tempratures dans ton environnement ?

Constat :

..

Constats :

Lchelle des tempratures (de notre systme : Celsius) est construite daprs

.

Les repres sont :

0 (degr) = ...

.

100 (degr) = ..

.



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2e exprience :

Vide ton premier flacon.

Remplis le flacon avec de leau froide du robinet. Tu peux ajouter un colorant bleu pour mieuxvoir le niveau de leau.

Trace avec le feutre le niveau de leau sur le tube.

Tu as fabriqu un thermomtre !Dpose ton thermomtre dans diffrents milieux froids ou chauds pour voir comment il ragit.

Constats :

Si le thermomtre est dans un milieu plus froid, le niveau de leau

;

Si le thermomtre est dans un milieu plus chaud, le niveau de leau

.


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Comment chauffer de leau ?

Ide de lexprience : vous allez chauffer de leau contenue dans une bote de conserve.

Dfi 1 :

A quelle temprature maximum peut-on chauffer de leau dans une bote deconserve laide de bougies rchaud ?

Consignes :

1) Devinez la temprature maximum qui peut tre atteinte et crivez-la :

2) Expliquez pourquoi vous avez choisi cette temprature :

....

....

....

3) Vrifiez votre rponse en utilisant le matriel suivant :

- Botes de conserve- Bougie(s)

- Planche support

- Lambourdes- Allumettes

- Thermomtre eau

ATTENTION : Ne dplacez pas la bote et appelez le matre ou la matresse si vous enavez besoin !

ATTENTION FRAGILE le thermomtre !- Posez-le sur la table de faon ce quil ne tombe pas.- Pendant les mesures, tenez-le de manire ce quil ne touche pas le fond de la bote de

conserve.

4) Dessinez votre exprience et expliquez ce que vous avez fait :

....

....

....

Rsultats : ..

5) Comparez vos rsultats avec la question 1 et notez vos remarques :

....

....

....



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Comment chauffer de leau ?

Ide de lexprience : vous allez chauffer de leau contenue dans une bote de conserve.

Dfi 2 :

Variante pour les plus grands :

A quelle temprature maximum peut-on chauffer de leau dans une bote deconserve laide de bougie(s) rchaud en un minimum de temps ?

Consignes :

1) Devinez la temprature maximum qui peut tre atteinte et crivez-la : ____________

2) Expliquez pourquoi vous avez choisi cette temprature :

....

....

....

3) Vrifiez votre rponse en utilisant le matriel suivant :

- Botes de conserve- Bougie(s)- Planche support

- Lambourdes- Allumettes- Thermomtre eau

ATTENTION : Ne dplacez pas la bote et appelez le matre ou la matresse si vous enavez besoin !

ATTENTION FRAGILE le thermomtre !- Posez-le sur la table de faon ce quil ne tombe pas.- Pendant les mesures, tenez-le de manire ce quil ne touche pas le fond

de la bote de conserve.

4) Notez vos rsultats dans le tableau ci-dessous puis dessinez votre exprience :

Tempratures

Minutes

Rsultats : ..

4) Comparez vos rsultats avec la question et notez vos remarques :

....

....

....

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Documents

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