Les énergies

Les énergies et le socle commun

Pilier 3 : principaux éléments de culture scientifique et technologique

Connaissances Exemples simples de sources d’énergie (fossile ou renouvelable) Besoins en énergie, consommation et économie d’énergie

Capacités Pratiquer une démarche d’investigation Observer, questionner, modéliser de façon élémentaire… Manipuler, expérimenter Mobiliser des connaissances dans d’autres champs disciplinaires Exprimer et exploiter les résultats d’une recherche

Attitudes Curiosité pour la découverte des causes des phénomènes naturels Imagination raisonnée Esprit critique Intérêt pour les progrès scientifiques et techniques

Responsabilité face à l’environnement

Niveaux d’exigence Etymologiquement « Energie = force en mouvement » C’est une force en action qui permet d’éclairer, de chauffer, de mettre en mouvement. Il existe différentes sources d’énergie utilisables. Certaines sources d’énergie sont renouvelables :

hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, biomasse Certaines sont épuisables : les sources d’énergie fossile telles le charbon, le gaz, le pétrole - les sources nucléaires L’électricité est une énergie obtenue par transformation. Pour vivre, pour se chauffer, pour se déplacer, pour s’éclairer, les êtres vivants ont besoin d’énergie. Des sources d’énergie s’épuisant (pétrole, gaz…), l’homme doit apprendre à les

économiser, et doit trouver des énergies de remplacement.

Entrées possibles

- A partir d’un défi techno - Après un travail sur les objets techniques, moyens de locomotion - Après une séance d’EPS - Après un travail sur la nutrition Après un travail sur le cycle de l’eau - Après un travail sur la transformation des déchets (compost, jardinage…) - Après un travail sur l’étude des volcans, le ciel et la Terre…

Situations déclenchantes

- Lecture d’images (éoliennes, moulin vent et eau, char à voile,…). Exemple : Kit pédagogique développement durable n°3 « Energie » - Questionnement à partir de situations vécues dans la classe, dans l’école - Sorties, visites (déchetterie, plate forme de compost, incinération...) - Classes de découverte - Faits d’actualités - Vidéos (Les cités d’Or…) - Albums, livres, BD - Situation - problème liée un défi-techno…

Exemple de module d’apprentissage

Séance 1

Faire émerger le mot « énergie » et comprendre que l’alimentation fournit

l’énergie nécessaire au fonctionnement du corps Recueil de conceptions initiales : - à partir d’un questionnement écrit ou oral. - à partir d’un mur d’images - à partir d’emballages alimentaires Question pour faire émerger le mot « énergie » A quoi sert la nourriture que tu viens de manger ? Et si tu as de l’énergie, qu’est-ce que tu peux faire ? Me réchauffer, Bouger, Faire du sport…

Energies musculaire et mécanique

Synthèse En transformant la nourriture (digestion), nous libérons l’énergie qu’elle contient et l’utilisons dans le corps (chaleur, mouvement…) On arrive ainsi à une première définition de l’énergie : « force qui permet de se mettre en mouvement, de produire de la chaleur »...

Séance 2

Mettre en évidence à partir d’exemples la transformation d’énergie

Expérimentation : exemple à partir d’un vélo Matériel : un vélo muni d’une dynamo

• 1ère étape : énergie musculaire Des enfants font du vélo au cours d’une séance d’EPS par exemple. Observation d’un enfant en train de faire du vélo : transformation de l’énergie musculaire en énergie mécanique.

• 2ème étape : On introduit un obstacle ou un plan incliné pour montrer le lien entre les deux énergies : il faut plus d’énergie musculaire pour obtenir la même énergie mécanique.

• 3ème étape : On met en place la dynamo Observation : les enfants s’aperçoivent qu’il y a de la lumière sans pile (penser à une dynamo transparente). Comparaison avec d’autres sources d’éclairage à piles. Synthèse Source d’énergie : l’alimentation Transformation en énergie musculaire →énergie mécanique→ énergie électrique→ énergie lumineuse Le vélo avance La dynamo Le phare éclaire

Séances 3 et 4

La 3ème séance fait l’objet de recherches documentaires et au cours de la 4ème séance, les élèves présentent à la classe leurs recherches.

Identifier les diverses sources d’énergie et mettre en évidence la transformation de

l’énergie Recueil des conceptions. Connaissez-vous d’autres sources d’énergies ? Le vent, l’eau, le pétrole, le gaz, le charbon, le bois, le soleil, la géothermie, le nucléaire, les déchets…

Energie éolienne Energie hydraulique Energie hydraulique

Energie fossile (pétrole) Energie fossile (pétrole) Energie fossile (charbon)

Energie de la biomasse

(bois) Energie de la biomasse

(colza) Energie solaire

Energie géothermique Energie nucléaire Recherche documentaire (en groupes) pour :

• Trouver et/ou valider les sources d’énergie • Chercher les différentes transformations en partant des utilisations

Le vent Energie éolienne

Recherche documentaire et/ou fabrication d’objets utilisant la source d’énergie

Véhicule à voile Moulinets permettant de soulever une charge Mouvement rectiligne Transformation du mouvement rectiligne en mouvement rotatif

Transformation en : • Energie mécanique (mouvement/déplacement )

Char à voile, Moulin à vent ( transformation du mouvement rectiligne du vent en mouvement rotatif grâce aux hélices� écrasement du grain, déplacement de charges…)

• Energie mécanique puis énergie électrique Eoliennes, aérogénérateurs (transformation du mouvement rectiligne du vent en mouvement rotatif , les pales tournent et entraînent un générateur électrique)

L’eau Energie hydraulique

Recherche documentaire et/ou fabrication d’objets utilisant la source d’énergie

Roues à « aubes » permetant de soulever des charges Roue entraînant une dynamo

permettant d’éclairer une diode

Transformation en • Energie mécanique (mouvement/déplacement )

Roues à aubes, Moulin à eau ( écrasement du grain, déplacement de charges…) • Energie mécanique puis énergie électrique (utilisation de turbines et

alternateurs)

Les hydrocarbures Energies fossiles

Recherches documentaires pour trouver l’origine, les modes d’extractions, de distillations (raffinage) et de transformations (essence, gazole, fuel, huile, gaz, kérosène, …)

Transformation par combustion en • énergie calorifique (chauffage) • énergie calorifique → énergie mécanique

(moteur / réacteur) déplacements (véhicules, charges, …) • énergie calorifique →énergie mécanique →énergie électrique

(vapeur) (turbine) (centrale, groupe électrogène,…)

Bois, végétaux, matières organiques Energie de la biomasse

Recherches documentaires ou/et expérimentations (compost-fermentation)) Végétaux et matières organiques d’origine animale constituent la biomasse : bois, compost, déchets organiques. La biomasse (exemples : colza, betterave, canne à sucre…) permet aussi la production d’agro-carburants. La fermentation de déchets organiques génère du méthane (méthanisation), lequel est utilisé pour la combustion. Transformation par combustion en

• énergie calorifique (chauffage au bois)

• énergie mécanique déplacements

• énergie calorifique → énergie mécanique → énergie électrique (vapeur) (turbine-alternateur) (centrale, groupe électrogène…) Recyclage des déchets : Transformation par combustion en

• énergie calorifique → énergie mécanique → énergie électrique

Le soleil Energie solaire

Recherches documentaires ou/et expérimentations

Transformation en • Energie calorifique ( chauffe-eau, chauffage…)

Les capteurs solaires transforment l’énergie lumineuse en énergie électrique qui va permettre le mouvement (énergie mécanique)

• énergie lumineuse → énergie électrique par l’intermédiaire des cellules photovoltaïques (centrale solaire)

La chaleur de la terre Energie géothermique

Recherches documentaires

Chaleur produite par la Terre Transformation en

• énergie calorifique (chauffage)

• énergie calorifique → énergie mécanique → énergie électrique (turbine) (centrale géothermique)

Energie nucléaire Recherches documentaires Production à la suite de la fission des noyaux d’uranium

• d’énergie calorifique→ énergie mécanique → énergie électrique (turboalternateur) (centrale nucléaire)

Séance 5

Identifier et trier énergies non renouvelables et énergies renouvelables

S’interroger et faire chercher la définition des mots « fossiles », « renouvelables » Faire un tri à partir des recherches faites lors des séances précédentes

Synthèse Essayer de répartir les sources d’énergie dans le tableau ci-dessous :

Energie non renouvelable Energie renouvelable

Les hydrocarbures (fossile) Le vent Le charbon (fossile) L’eau

Le nucléaire La biomasse La géothermie Le soleil

Séance 6

Se sensibiliser à l’utilisation de l’énergie dans la vie quotidienne (1) Enquêtes – Questionnaires – Observations de l’environnement proche Les besoins en énergie : habitat, transport, industrie… Enquêtes à la maison, et/ou à l’école, et/ou dans le quartier (questionnaire élaboré par les élèves) Faire l’inventaire des objets utilisant de l’énergie que la famille emploie au quotidien (recenser les besoins du matin au soir)

Séance 7

Se sensibiliser à l’utilisation de l’énergie dans la vie quotidienne (2) Mise en commun, débat et bilan Mettre en évidence l’utilisation constante d’énergie dans la vie quotidienne. S’interroger sur la consommation, le transport de l’énergie et sur les transformations. Présentation d’une facture d’électricité, de gaz, de fuel…

Séance 8

Comprendre la nécessité de maîtriser notre consommation d’énergie, trouver

des moyens pour la diminuer dans notre vie quotidienne.

Débat, jeux de rôles, recherche documentaire et/ou expérimentations L’homme utilise de plus en plus d’énergie pour ses besoins. Beaucoup d’énergies sont issues de sources non renouvelables, il faut donc les économiser. Emission d’hypothèses sur les comportements à adopter. Mise en situation à partir de jeux de rôles. Expérimentations : sur l’isolation par exemple Synthèse Consommer l’énergie est un geste qui porte à conséquence. Maîtriser la consommation d’énergie permet de préserver les ressources et de protéger l’environnement. A notre échelle, nous pouvons agir pour maîtriser notre consommation.

Prolongements Prolongements liés au développement durable. (Connaître, comprendre, agir) Création d’une charte de l’école sur les économies d’énergie.