Energies en questions - Guide enseignant

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kit pĂŠdagogique cycle 3

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énergies en questions

Introduction L’énergie, un enjeu majeur

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Pourquoi étudier l’énergie ?

Vitale et omniprésente, l’énergie nous est indispensable. L’humanité consomme de plus en plus d’énergie alors qu’une part importante de la population mondiale ne peut satisfaire ses besoins énergétiques.

Augmentation de la population mondiale, épuisement des ressources en énergies fossiles, changement climatique ... autant de défis qui nous imposent de revoir notre rapport à l’énergie. Dans cette perspective la Fondation Entreprise Réussite Scolaire met en place à la rentrée 2012 ce projet d’éducation à l’énergie.

Des outils gratuits pour l’enseignant : > L’énergie c’est quoi ? > Défis sciences > Les différentes sources d’énergie > L’énergie dans 13 pays du monde > Les enjeux environnementaux > Dossier : l’éolien offshore

L’accès à l’énergie a de tous temps constitué pour les hommes un enjeu important pour subvenir à des besoins fondamentaux tels que se chauffer et se déplacer. Avec le développement des sociétés, ces besoins se sont diversifiés et accrus avec de profondes inégalités : un quart de la population mondiale consomme les trois quarts de l’énergie produite, tandis qu’un tiers est encore privé d’électricité.

« Énergies en questions » est le point de départ de nombreux et riches débats s’articulant autour de ces questions.

LE KIT «énergies en questions» Le kit pédagogique « Énergies en questions » a été conçu pour offrir aux enseignants l’information nécessaire pour que les éléves s’approprient les concepts, les usages et les enjeux de l’énergie.

Le kit est destiné aux élèves du cycle 3.

Les outils pédagogiques relatifs à l’énergie sont nombreux. La particularité de celui-ci repose sur sa conception. Il est le fruit d’une collaboration entre l’équipe de la Fondation Entreprise Réussite Scolaire, des enseignants, des collaborateurs d’entreprises, des scientifiques, des personnes de la collectivité et du monde associatif.

Répondre aux besoins d’énergie est un des grands défis auxquels l’humanité est confrontée pour permettre le développement de tous les pays et assurer à chacun une qualité de vie raisonnable.

La difficulté de répondre à ces besoins vient principalement du fait que l’énergie n’est que rarement disponible spontanément : elle doit être produite, transformée à l’aide de ressources et de technologies.

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tives d’évolution pour les années qui viennent.

Mieux informés, ils pourront faire des choix et agir pour construire la société de demain.

Il est essentiel de permettre aux enfants d’accéder à des connaissances et de mieux comprendre le monde qui les entoure et ses perspec-

Des outils GRATUITS « Énergies en questions » s’articule autour de ce guide enseignant, qui propose plusieurs activités de classe.

I l est accompagné de matériel pour la classe, d’une encyclopédie sur le thème de l’énergie et d’un site Internet <www.fers.asso.fr/energies- en- questions> proposant des supports pédagogiques et u n e a n i m a t i o n m u l t i m é d i a à t é l é c h a r g e r.

Le tout est mis gratuitement à la disposit i o n

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos p.2

Des activités de classe « Énergies en questions », c’est un kit pédagogique clé en main. Il n’a pas été conçu pour être mené de bout en bout.

Il s’agit d’un module « à la carte » que l’on peut parcourir à sa manière. Il est composé de 6 séquences : 1/ L’énergie c’est quoi ?

2/ Défis sciences 3/ Les différentes sources d’énergie 4/ L’énergie dans 13 pays du monde 5/ Les enjeux environnementaux 6/ Dossier Internet : L’éolien offshore et ses métiers (sur le site dédié au projet, voir ci-dessous) Chaque séquence comprend des séances de classe décrites au sein de ce guide avec des compléments : grandes cartes, frise historique, imagier, planisphère...

Un éclairage scientifique Un éclairage scientifique, que nous avons appelé « Encyclopédie » avec des notions de physique, des généralités, des définitions sur les différentes sources d’énergies mais aussi sur l’effet de serre ou encore la pollution, pourra guider l’enseignant dans la mise en oeuvre de son projet.

Cette encyclopédie est disponible en ligne au format PDF. Elle a été rédigée par Pierre Schmitt (physicien) en coordination avec le groupe de travail chargé de la conception et de la réalisation du projet.

Un site Internet Le site Internet <www.fers.asso.fr/energies-en-questions>, d’accès libre et gratuit, est destiné à accompagner les classes tout au long du projet. Il propose une animation multimédia pour les élèves, des ressources scientifiques et pédagogiques

pour les enseignants, ainsi que plusieurs outils pour favoriser les échanges avec le groupe de travail à l’origine du projet. Les enseignants du Grand Lyon ont également la possiblité de réserver directement en ligne le kit pédagogique complet.

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“pour découvrir les énergies tout en s’amusant” ACCUEIL

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d e s e n seignants du Grand Lyon pendant 4 semaines.

L’ensemble est transportable au sein d’un fût en carton de 55 cm de haut et 36 cm de diamètre et d’un tube porte-plans réglable.

PARTENAIRES

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CONTACTS

Pis aligenimint qui coritem repeliam accum ut et la adigenet ant, consequat laut vendiamus, cus, evelloreicim simodis mi, qui quid utet fugiam JOUEZ EN LIGNE : ese dignam restibustis adiorem venimolori dolor aut magnita tquibus nestemodit, quodit, et ea dolorion et re, soluptatam eic totata que que non conectem verit imi, sae. Empores >imporum fugit

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Une animation multimédia Cette animation peut être utilisée de façon autonome par les élèves ou dans le cadre de la classe. Elle présente les différentes sources d’énergies à travers un angle historique. Elle permet aux enfants de découvrir les grandes inventions et machines imaginées par l’homme et de se familiariser avec les différentes sources d’énergies. En cliquant sur les différentes vignettes et éléments du jeu, les enfants accèdent à des fiches documentaires avec plus d’explications

Contenu du kit complet ••••••••••••••• 1/ Un imagier de 51 cartes sur le thème de l’énergie 2/ Des objets à manipuler 3/ Une frise historique sur les différentes sources d’énergies et les grandes inventions avec 24 vignettes velcro à placer 4/ Un planisphère mondial avec des briques LEGO pour visualiser les inégalités de consommation, d’émission de C02 5/ Six grandes cartes sur les enjeux de l’énergie 6/ Un logiciel «Terragones» d’éducation à l’empreinte écologique 7/ Une encyclopédie format A3 « Énergies en questions »

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos

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Objectifs pédagogiques > Permettre aux enfants d’appréhender expérimentalement le concept d’énergie : sources, transformation, usages... > S’appuyer sur le programme et la démarche scientifique > Initier une réflexion et des échanges sur la maîtrise de l’énergie > Développer l’initiative et l’esprit critique des enfants > Permettre aux enfants de découvrir les métiers de l’énergie

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Ce guide enseignant présente une progression de 6 séquences qui ont toutes été validées par le groupe de travail en charge de la conception de l’outil. Nous avons essayé d’être le plus précis possible dans la description des activités de classe en présentant le déroulement possible et le matériel nécessaire dans le chapitre Activités de classe.

Il est évident que cela entrainera des adaptations en fonction des élèves et du contexte (expérience ou vécu de la classe, matériel disponible).

un SUJET pluridisciplinaire L’énergie est un sujet complexe qui fait appel à des connaissances et des compétences issues des sciences et de la technologie mais aussi de la géographie, de l’histoire, des mathématiques, des TICE voire de la maîtrise du langage et de l’éduction civique. Même si les sciences constituent le coeur du projet, une approche pluridisciplinaire est essentielle pour aborder le thème de l’énergie.

Toutes les séquences d’ « Energies en questions » font appel à plusieurs disciplines.

La démarche scientifique À travers « Energies en questions » nous avons cherché à mettre en avant dès que possible une démarche d’investigation conformément aux principes de La main à la pâte. En sciences, la démarche d’expérimentation ou scientifique est très importante. Il y a en général trois temps forts dans cette démarche : > Une phase de questionnement > Une phase de recherche > Une phase de structuration des savoirs

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La phase de questionnement Elle peut être initiée par l’enseignant ou par les

élèves. Le questionnement revient plusieurs fois au sein du projet : Qu’est ce que l’énergie ? Quelle est la différence entre une énergie renouvelable ou fossile ? Quel est l’impact de notre consommation sur l’environnement ? Comment consommer moins d’énergie ? De toutes les réponses fournies par la classe va se dessiner un problème que les élèves devront résoudre. Pour l’enseignant toute la difficulté est de guider et de faciliter la discussion.

Cette formulation des réponses ou hypothèses des élèves peut être faite de façon individuelle ou collective.

La phase de recherche C’est le moment où l’on s’investit dans la recherche des solutions au problème posé. Il s’agit de mettre à l’épreuve les hypothèses retenues.

Lorsque l’expérience n’est pas possible, la recherche documentaire ou la modélisation peuvent permettre aux élèves de valider ou pas les hypothèses émises.

La séquence 2 d’ « Énergies en questions » propose plusieurs expériences, les séquences 1 et 4 des recherches documentaires.

La phase de structuration des savoirs Il faut parfois plusieurs allers-retours entre questionnement et recherche afin de pouvoir répondre au problème. La phase de structuration des savoirs est une phase orale collective où l’on élabore une trace écrite qui fait consensus et qui résume ce qui a été appris et compris.

Ensuite, il reste à confronter ce savoir construit en classe avec le savoir établi (ce que savent les scientifiques). Cette confrontation peut se faire à l’aide de l’Encyclopédie « Energies en questions » ou avec l’enseignant.

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos

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Liens avec les programmes « Energies en questions » est un outil « conforme » aux attentes du socle commun de connaissances et compétences. Si vous souhaitez faire le lien avec les programmes de l’école, vous trouverez dans ce chapitre quelques extraits du socle commun sur les thématiques abordées tout au long du projet.

p.1 Les programmes de l’école primaire Le B.O. du 19 juin 2008 L’énergie Exemples simples de sources d’énergie (fossiles ou renouvelables).

Besoins en énergie, consommation et économie d’énergie

Le socle commun des connaissances et des compétences

essentiels, et cela dès l’école primaire, dans l’esprit de l’opération « La main à la pâte » qui donne le goût des sciences et des techniques dès le plus jeune âge.

Les notions complexes (relatives à l’ADN, aux gènes, à la tectonique des plaques lithosphériques), dont les élèves entendent parler dans la vie courante, sont abordées de manière adaptée.

La présentation de l’histoire de l’élaboration des concepts, en mobilisant les ressources de toutes les disciplines concernées, constitue un moyen efficace d’aborder la complexité : la perspective historique contribue à donner une vision cohérente des sciences et des techniques ainsi que de leur développement conjoint.

Les élèves doivent comprendre que les sciences et les techniques contribuent au progrès et au bienêtre des sociétés.

Connaissances

Décret du 11 juillet 2006 Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique > La culture scientifique et technologique Les sciences expérimentales et les technologies ont pour objectif de comprendre et de décrire le monde réel, celui de la nature, celui construit par l’Homme ainsi que les changements induits par l’activité humaine.

Leur étude contribue à faire comprendre aux élèves la distinction entre faits et hypothèses vérifiables d’une part, opinions et croyances d’autre part.

Pour atteindre ces buts, l’observation, le questionnement, la manipulation et l’expérimentation sont

À l’issue de la scolarité obligatoire, tout élève doit avoir une représentation cohérente du monde reposant sur des connaissances.

Chacun doit donc : […]

• savoir que l’énergie, perceptible dans le mouvement, peut revêtir des formes différentes et se transformer de l’une à l’autre ; • connaître l’énergie électrique et son importance ; • connaître les ressources en énergie fossile et les énergies renouvelables ;

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Liens avec les programmes

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• savoir que la maîtrise progressive de la matière et de l’énergie permet à l’Homme d’élaborer une extrême diversité d’objets techniques, dont il convient de connaître :

Attitudes

> les conditions d’utilisation ; > l’impact sur l’environnement ; > le fonctionnement et les conditions de sécurité ;

• le sens de l’observation ;

[…]

Capacités

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L’étude des sciences expérimentales développe les capacités inductives et déductives de l’intelligence sous ses différentes formes.

L’élève doit être capable : 26 fiches connaissances Découvrez sur cndp.fr ou lamap.fr les fiches connaissances, associées au programme de 2002, qui expriment les connaissances scientifiques sous jacentes au chapitre « Science et technologie » du programme. Elles ont été conçues comme un outil d’aide au travail des enseignants.

La fiche connaissance 16 traite de l’énergie.

• de pratiquer une démarche scientifique ; • savoir observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, argumenter, modéliser de façon élémentaire ; • comprendre le lien entre les phénomènes de la nature et le langage mathématique qui s’y applique et aide à les décrire ; • de manipuler et d’expérimenter en éprouvant la résistance du réel ; • participer à la conception d’un protocole et le mettre en oeuvre en utilisant les outils appropriés, y compris informatiques ; • développer des habiletés manuelles, être familiarisé avec certains gestes techniques ; • percevoir la différence entre réalité et simulation ;

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[…]

L’appréhension rationnelle des choses développe les attitudes suivantes :

• la curiosité pour la découverte des causes des phénomènes naturels, l’imagination raisonnée, l’ouverture d’esprit ; • l’esprit critique : distinction entre le prouvé, le probable ou l’incertain, la prédiction et la prévision, situation d’un résultat ou d’une information dans son contexte ; • l’intérêt pour les progrès scientifiques et techniques ; • la conscience des implications éthiques de ces changements ; • l’observation des règles élémentaires de sécurité dans les domaines de la biologie, de la chimie et dans l’usage de l’électricité ; • la responsabilité face à l’environnement, au monde vivant, à la santé

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos

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Séquence 1

L’énergie c’est quoi ?

L’objectif de cette séquence est d’aboutir à une définition collective de l’énergie. Elle fait émerger les représentations initiales des enfants en s’appuyant sur des supports visuels. Les élèves prennent conscience que l’énergie est indispensable, qu’elle est partout.

Ils constatent qu’il existe différentes sources d’énergie.

Ils prennent conscience qu’on utilise de l’énergie sous différentes formes.

Imagier «Énergies en questions » Un imagier de 51 cartes avec titre et légende a été conçu pour cette première séquence. Il est téléchargeable sur le compe Flickr de la Fondation : flickr.com/photos/fondation-entreprise-reussitescolaire/

p.1 p.6 SéQUENCE 1 - L’ÉNERGIE C’EST QUOI ?

Déroulement possible > On part d’une question initiale qui introduit le sujet.

On peut par exemple demander aux élèves de réfléchir individuellement à des exemples d’énergies. > On met en commun les résultats. On peut chercher collectivement les points communs ou les différences entre les réponses citées. La discussion peut s’orienter vers l’importance de l’énergie et son côté vital. > Pour aider les élèves à appréhender la question ou à classer leurs réponses, on peut les guider avec l’imagier.

Plusieurs séries d’images sont fournies pour permettre d’aller plus loin, de travailler sur plusieurs disciplines, de mettre en relation ou d’associer les différentes photos.

Appareil électroménager Coureurs franchissant la ligne d’arrivée

© EDF / Gaillardin Patrick

© EDF / Getty images

Ampoule basse consommation © EDF / Marini Philippe

Brûleur de gazinière © EDF / Getty images

Utilisation d’une bouilloire électrique © EDF / Curtet Patrick

Bus à Lyon © Nicolas Robin

LIste des images •••••••••••••••

Ambiance nocturne à Times square, New-York Ampoule basse consommation - Appareil électroménager Brûleur de gazinière - Bus à Lyon - Cascade Centrale nucléaire de Chooz Centrale nucléaire de Tihange et centrale hydraulique Chauffe-eau - Cheminée Chute d’eau du barrage de Génissiat - Feu Coureurs franchissant la ligne d’arrivée - Cuisine Cycliste à vélo en libre-service - Douche en gros plan Eoliennes en fonctionnement - Eoliennes off shore Eteindre les lumières - Fillette tenant une pomme Gazoduc - Gerbera, plante - Granulés de bois Homme en cuisine - Lave-vaisselle Le barrage de Marèges à Liginiac - Lignes à haute tension Lumières du monde - Machine à laver le linge Morceaux de bois pour une centrale biomasse Méthanier au Terminal de Montoir-de-Bretagne Panneaux photovoltaïques - Parc à charbon, Vitry sur Seine Paysage volcanique - Piles Plate forme offshore en Mer du Nord Pose d’un chauffe-eau solaire - Prise électrique Périphérique de Pékin, Chine - Radiateur - Réfrigérateur Soleil sur retenue d’eau - Stockage du bois brut Terres agricoles et éoliennes - Tramway à Bordeaux Usine marémotrice de la Rance Utilisation d’une bouilloire électrique - Voiliers Vue nocturne de Lyon - Véhicule électrique

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Séquence 2

Les défis sciences

1/ Étude d’un objet - comment ça marche ?

Le premier objectif de cette séquence est de mettre les élèves en contact avec des objets. Plusieurs objets sont à votre disposition dans le kit pédagogique. Voici une méthode pour l’étude d’un objet : > Tout d’abord il s’agit de définir sa fonction globale : à quoi sert cet objet ?

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SéQUENCE 2 - LES DéFIS SCIENCES Cette deuxième séquence est l’occasion d’utiliser la démarche scientifique et s’appuie sur l’exemple de la main à la pâte. Les élèves prennent conscience que pour produire de l’énergie, il faut passer par différentes étapes. Vous trouverez dans ce chapitre plusieurs objets à étudier et défis à relever.

> Ensuite on peut s’intéresser à la nature et à la fonction des éléments qui le composent : comment est-il construit ? De quoi est-il fait ? > Enfin il s’agit d’expliquer son fonctionnement : Comment ça marche ?

On peut passer par un démontage de l’objet lors de cette étude et pour finir se demander s’il existe des objets répondant aux mêmes besoins ?

2/ Défis à relever La deuxième proposition de cette séquence est de proposer aux enfants de relever un défi. Vous trouverez 3 exemples ci-dessous.

En science, la démarche d’expérimentation ou scientifique est essentielle. Avec l’aide de l’enseignant les enfants émettent des hypothèses, créent des expériences, manipulent, font des essais. On part d’un prétexte, de quelque chose de concret, proche des enfants.

p.7

OBJET N°1 : LA LAmPE DYNAmO Une dynamo est un dispositif qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique.

Elle contient un aimant qui produit un champ magnétique permanent. Le mouvement de l’aimant crée un courant qui parcourt une bobine de fil. Plus le mouvement de l’aimant augmente, plus le champ magnétique est amplifié plus le courant augmente.

OBJET N°2 : LA CELLULE PHOTOVOLTAïQUE Pour fonctionner une cellule photovoltaïque doit être bombardée de photons. Les photons sont les particules qui composent la lumière.

Ces photons vont percuter le matériau semi-conducteur au sein de la cellule : le silicium. Cet impact va libérer des électrons et les mettre en mouvement pour créer de l’électricité et alimenter un petit moteur par exemple.

OBJET N°3 : LA CRÉATURE MÉCANIQUE Cette créature se déplace grâce à un mécanisme à ressort et à ses 8 pattes qui lui servent à franchir de nombreux obstacles ! Pour fonctionner correctement, elle n’aura donc jamais besoin de pile, mais seulement d’une ou deux gouttes d’huile à déposer simplement sur son mécanisme à ressort.

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos p.8 DÉFI N°1 : COMMENT DÉPLACER UN OBJET SANS LE TOUCHER ?

Construction

Voici une proposition de réponse parmi tant d’autres...

1/ Prendre une feuille de papier 20X20 cm et la plier selon les 2 diagonales

Principe

2/ Découper le long des diagonales sur 10 cm (voir dessin)

Faire tourner un axe (arbre) dont l’énergie mécanique sera utilisée pour faire monter un objet léger.

Objectifs Construire un moulin à vent qui transforme le mieux possible l’énergie éolienne en énergie mécanique. La notion d’efficacité sera évaluée en comparant les éoliennes de chaque groupe d’enfants.

Trouver une solution permettant à l’arbre de tourner le mieux possible. Il faudra ici prendre en compte la taille.

Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent pour produire de l’électricité. Ici l’énergie éolienne permet l’élévation d’une masse sans effort. L’éolienne est composée d’un arbre et de pales (moulin à vent) reliés par une attache parisienne. Une ficelle avec un petit objet est accrochée à l’arbre.

Ainsi, quand il y a du vent, les pales de l’éolienne tourne, ce qui entraine la ficelle et donc l’objet. Le fil s’entoure sur l’axe et l’objet monte. Il est possible de faire fonctionner le dispositif, si besoin est, avec un sèche-cheveux.

Matériel > une feuille de papier solide (20×20 cm) > une bouteille en plastique > une tige en bois > de la ficelle (10 cm) > une perle / bille / pièce > une attache parisienne > deux trombones

3/ Percer le centre et les angles avec un poinçon. Rabattre les angles au centre (1 sur 2), puis fixer avec l’attache parisienne 4/ Attacher les pattes de l’attache parisienne avec du ruban adhésif sur la baguette

Matériel

> Une lampe dynamo > Kit cellule photovoltaïque avec moteur et hélice > Une créature mécanique

5/ Découper la bouteille plastique à mi-hauteur 6/ Fixer le moulin à l’aide des trombones (voir le schéma), de chaque côté de la bouteille, et de manière à pouvoir faire tourner la baguette 7/ Attacher l’objet à soulever à un bout de la ficelle et attacher l’autre bout au milieu de la baguette (avec le ruban adhésif )

Temps forts

••••••••••••••• > Phase de questionnements > Formulation d’hypothèses > Phase de recherche (observations, expériences) > Réponse au problème, nouveaux savoirs, conclusion collective

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Séquence 2 Introduction Les défis sciences Cette deuxième séquence est l’occasion d’utiliser la démarche scientifique et s’appuie sur l’exemple de la main à la pâte. Les élèves prennent conscience que pour produire de l’énergie, il faut passer par différentes étapes. Vous trouverez ans ce chapitre plusieurs objets à étudier et défis à relever.

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DÉFI N°2 : CHAUFFER DE L’EAU LE PLUS RAPIDEMENT POSSIBLE Voici une proposition de réponse parmi tant d’autres...

Principe En suivant l’exemple du four solaire d’Odeillo (Pyrénées Orientales), nous vous proposons de chauffer de l’eau le plus rapidement possible en utilisant l’énergie solaire.

Objectifs Réfléchir sur : > Les matériaux (récipient en verre ou en plastique). > La couleur du récipient : blanc ou noir. > L’isolation (papier aluminium).

Il sera en effet intéressant de comparer les températures dans plusieurs chauffe-eau et d’en déduire l’utilité de chaque paramètre.

Il est préférable de faire cette activité durant les beaux jours. De même qu’il est important de prévenir les enfants de la nocivité des rayons du soleil pour leurs yeux.

Matériel > une boîte à chaussures > un bocal à confiture > un pinceau > une règle > des ciseaux > un rouleau de ruban adhésif > un tube de gouache > un rouleau d’aluminium > de la peinture pour verre de couleur noire > du polystyrène de 1cm d’épaisseur > un plastique rigide transparent > un thermomètre Construction 1/ Peindre le bocal en noir et le laisser sécher 2/ Tracer un cadre sur le couvercle de la boîte à chaussures, à 2 cm de chaque bord 3/ Découper l’intérieur du couvercle sur le cadre tracé 4/ Coller une plaque de polystyrène sur chaque face intérieure de la boîte 5/ Coller une feuille d’aluminium sur chaque face intérieure du polystyrène 6/ Scotcher ou coller la plaque de plastique rigide transparent à l’intérieur du couvercle 7/ Insérer le bocal rempli d’eau dans la boîte et fermer le couvercle

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Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos p.10 DÉFI N°3 : FAIRE AVANCER UN VÉHICULE SANS LE TOUCHER SUR UN TERRAIN PLAT Voici une proposition de réponse parmi tant d’autres...

Principe Remplir un ballon d’air pour faire avancer la voiture.

Objectif Illustrer l’existence de l’air et sa matérialité en construisant un véhicule léger dont la propulsion est due à l’éjection de la matière air (voiture à réaction).

Illustrations

Matériel > carton plume de 10 mm d’épaisseur : 15 cm x 10 cm pour la plateforme, et au moins trois pièces de 5 cm x 5 cm pour le support du ballon > 4 bouchons en plastique identiques > 2 piques à brochette > 2 pailles rigides > 1 ballon de baudruche > du ruban adhésif > de la colle (colle forte de préférence) > le corps d’un stylo à bille d’une longueur de 8 cm environ > un capuchon de stylo Construction 1/ Coller les trois carrés de carton plume les uns sur les autres. Coller le support obtenu sur la pièce de carton plume de 10 cm x 15 cm. (La taille exacte de la plateforme importe peu, il faut que lorsque le ballon se dégonfle, il ne gêne pas le déplacement de la voiture) 2/ Insérer le corps du stylo à bille dans l’orifice du ballon, sur 2 à 3 cm, sceller les deux objets à l’aide de ruban adhésif et vérifier que la jonction est bien étanche à l’air.

3/ Fixer l’ensemble stylo-ballon sur le haut du support. Le ballon doit reposer sur la plateforme et le corps du stylo doit dépasser de l’autre côté du support (d’environ 4 cm).

4/ Mettre le capuchon sur l’embout du corps du stylo.

5/ Les essieux de la voiture : deux morceaux de paille d’environ 10 cm. Les fixer à l’aide de ruban adhésif sur l’envers de la plateforme, à environ 3 cm du bord avant et arrière de la plateforme. (penser au parallélisme entre les essieux).

6/ Les roues sont fixées sur des axes faits de piques à brochettes. Les piques doivent être insérées sur une profondeur d’un cm environ. Renforcer la liaison avec de la colle permet d’éviter que les roues ne tournent sur l’axe.

Temps forts

••••••••••••••• > Phase de questionnements > Formulation d’hypothèses > Phase de recherche (observations, expériences) > Réponse au problème, nouveaux savoirs, conclusion collective

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Séquence 3

Les différentes sources d’énergies SéQUENCE 3 - LES DIFFÉRENTES SOURCES D’ÉNERGIES

Gaz naturel

Biomasse

Pétrole

Une animation multimédia Retrouvez la frise historique sur Internet : www.fers.asso.fr/energies-en-questions/jeu En cliquant sur les différentes vignettes et éléments du jeu, vous pouvez accéder à des fiches documentaires.

Soleil

Géothermie

Eau

Charbon

Uranium

Vent

Feu

Machine à vapeur

Marée motrice

Moulin à eau

Eclairage au gaz

1er usage du gaz

Centrale géothermique

Bains thermaux

Forage

Four solaire

Panneau solaire

Fission nucléaire

Bateau à voile

Moulin à vent

Fabrication charbon de bois

Matériel

Nous avons recensé 9 sources d’énergies. Depuis son apparition et jusqu’à aujourd’hui, l’homme a utilisé ces différentes sources pour se chauffer, s’éclairer, mettre en mouvement. Nous avons également sélectionné 15 grandes inventions et/ou machines imaginées par l’homme pour satisfaire ces besoins fondamentaux.

Une grande frise sur l’histoire de l’énergie de la préhistoire à l’époque contemporaine est à votre disposition dans le kit pédagogique. La classe doit placer les sources sur la frise au moment où l’homme a appris à les maitriser et trouver les époques des différentes inventions.

Une version numérique de cette séquence est disponible à l’adresse suivante : www.fers.asso.fr/energies-en-questions/jeu Frise.pdf

1

24/05/12

14:00

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Histoires d’énergies

Sources d’énergie

500 000 avant JC

3000 avant JC

476

1492

1789

1900

Solutions ••••••••••••••• PREHISTOIRE Soleil - Biomasse Fabrication du charbon de bois - Découverte du feu ANTIQUITE Vent - Eau - Géothermie Bateau à voile - Moulin à eau - Premiers usages du gaz naturel - Bains thermaux MOYEN-AGE Charbon Moulin à vent

PREHISTOIRE

ANTIQUITE

MOYEN-AGE

EPOQUE MODERNE

REVOLUTION INDUSTRIELLE

EPOQUE CONTEMPORAINE

REVOLUTION INDUSTRIELLE Gaz naturel - Pétrole Eclairage au gaz - Forage

Sources d’énergie C

M

J

CM

MJ

CJ

CMJ

N

Inventions

p.11

> Une grande frise historique 180 x 90 cm > 9 icônes rondes velcro repésentant les différentes sources d’énergies > 15 icônes carrées velcro représentant les grandes inventions

EPOQUE MODERNE Machine à vapeur

EPOQUE CONTEMPORAINE Uranium Fission nucléaire - Four solaire - Panneau solaire Marée motrice - Centrale géothermique

Inventions conception SYSTEM D / 06 74 05 86 31

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Cette troisième séquence permet de découvrir les grandes inventions et machines imaginées par l’homme et de se familiariser avec les différentes sources d’énergies.

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos

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Séquence 4

p.12

L’énergie dans 13 pays du monde Au cours de cette séquence on découvre les inégalités mondiales en termes de consommation d’énergie à travers l’exemple de 13 pays significatifs. Environ le quart de la population consomme plus des trois quarts de l’énergie.

Liste des 13 pays : > Afrique du Sud > Allemagne > Angola > Brésil > Chine > Espagne > Etats-Unis > France > Haïti > Inde > Norvège > Qatar > Russie

SéQUENCE 4 - L’Énergie dans 13 pays du monde Un planisphère avec un système de lego vous permettra de visualiser les inégalités mondiales en termes de consommation d’énergie et en fonction des différentes sources (renouvelable, fossile ou nucléaire). Pour cela, nous vous proposons d’empiler plus ou moins de briques de LEGO sur chaque pays en fonction de sa consommation. Toutes les données sont disponibles sous forme de graphiques dans le kit (voir ci-dessous) ou téléchargeables sur le site Internet : www.fers.asso.fr/energies-en-questions.

Matériel

> Un planisphère 58 x 33 cm > 8 graphiques format A4 > 13 drapeaux LEGO > 225 briques LEGO de couleurs différentes

Graphiques disponibles ••••••••••••••• Source : International Energy Agency - 2009

Vous avez aussi la possibilité de visualiser les émissions de CO2 et la population de chaque pays. L’observation de ce planisphère pourra être le point de départ d’un débat au sein de la classe.

> Consommation d’énergie en Mtep (1) > Consommation d’énergie par habitant en tep (2) > Consommation d’énergie d’origine fossile en Mtep > Consommation d’énergie d’origine nucléaire en Mtep > Consommation d’énergie d’origine renouvelable en Mtep > Emissions de CO2 en millions de tonnes > Emissions de CO2 par habitant en tonnes > Population en millions d’habitants

(1) Million de tonnes équivalent pétrole (2) Tonne équivalent pétrole

Intro /// Objectifs pédagogiques /// Liens avec les programmes /// Activités de classe /// À propos

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énergies en questions

Séquence 5

SéQUENCE 5 - LES enjeux environnementaux

Cette séquence a pour but d’aider les élèves à comprendre pourquoi le contexte actuel impose que l’on consomme l’énergie autrement : épuisement de certaines réserves ou ressources, changement climatique, augmentation de la population.

MapGAZbat.pdf

1

24/05/12

Voici un déroulement possible. Dans un premier temps le maître peut montrer aux élèves la répartition de la population en utilisant le planisphère et les données de la séquence 4. Il peut expliquer que la population augmente plus rapidement dans les pays pauvres et devrait s’établir à près de 10 milliards en 2025.

Ensuite, grâce aux différentes cartes à disposition sur les réserves mondiales d’énergies fossiles, d’uranium et sur l’ensoleillement mondial, les élèves constatent que les ressources sont réparties inégalement sur la Terre.

13:52

Réserves mondiales

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questions

160°

150°

140°

130°

Source : International Energy Agency 2010

de gaz naturel

énergies en

120°

110°

100°

90°

80°

70°

60°

50°

40°

30°

20°

10°

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

100°

110°

120°

130°

140°

150°

160°

170°

180°

70°

170°

70°

24% 60°

M

CJ

N

Etats-Unis

40°

2%

30°

2%

Algérie

Tropic of Cancer

4%

20° 10° 0°

3% International date line

4%

16%

J

MJ

Venezuela

3%

Turkménistan

Iran

Irak

Qatar

Arabie Saoudite

14%

40°

1%

International date line

Chine

30° Tropic of Cancer

Emirats Arabes Unis

20°

3%

10°

1%

Nigéria

Malaisie

Equator

Indonésie

Equator

2%

10°

0° 10°

1%

20° Milliards de milliards de m³

Tropic of Capricorn

Russie : 44,8

30°

A l’aide de la carte Lumière du monde, l’enseignant peut expliquer que les pays développés consomment beaucoup d’énergie et donc polluent davantage.

50°

4%

C

CM

CMJ

60°

Russie

50°

Tropic of Capricorn

20°

Australie

30°

Iran : 29,6 Qatar : 25,3 Arabie saoudite : 8

40°

Turkménistan : 8

40°

Etats-Unis : 7,7 Émirats arabes unis : 6 Venezuela : 5,5 Nigeria : 5,3

50°

50°

Algérie : 4,5 Irak : 3,2 Indonésie : 3,1 Australie : 2,9 Chine : 2,8

60°

Malaisie : 2,4

International date line 60° conception SYSTEM D / 06 74 05 86 31

enseignant

guide

Les enjeux environnementaux

Enfin, grâce au planisphère de la séquence 4, les enfants peuvent faire le lien entre les émissions de gaz à effet de serre (CO2) et l’énergie consommée. On découvre la nécessité de limiter notre consommation. On essaie de répondre à la question essentielle : comment consommer moins d’énergie ?

Cette question favorise le débat au sein de la classe. Pour aider les élèves, l’enseignant peut leur proposer de mesurer leur empreinte écologique grâce au logiciel TERRAGONES du Grand Lyon (CD-Rom disponible dans le kit).

p.13

Calculer son empreinte écologique L'empreinte écologique est une mesure de ce que l'Homme demande à la Nature. Elle se mesure en hectares (ha). On peut aussi l'exprimer en nombre de planètes. Voici deux sites Internet pouvant être utiles : 1- http://www.wwf.fr/s-informer/calculer-votre-empreinte-ecologique 2- http://archives.universcience.fr/francais/ala_cite/expositions/developpement-durable/calcul-empreinte-ecologique/

Matériel

> 6 grandes cartes > CD-Rom TERRAGONES du Grand Lyon

Cartes disponibles ••••••••••••••• Source : International Energy Agency - 2010 Réserves mondiales de charbon Réserves mondiales de gaz naturel Réserves mondiales de pétrole Source : World Nuclear Association - 2009 Réserves mondiales d'uranium Source : Photowatt Ensoleillement du monde Source : C. Mayhew & R. Simmon, NASA Lumières du monde

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énergies en questions

À propos A propos de la Fondation Entreprise Réussite Scolaire (FERS) Elle a été créée en 1990 par la Ville de Lyon et une quinzaine d'entreprises présentes sur l’agglomération. Reconnue d’utilité publique, elle agit en concertation avec les municipalités et la direction des services départementaux de l'éducation nationale du Rhône pour proposer aux enseignants du primaire un programme visant à améliorer la connaissance des techniques et des métiers contemporains et développer les relations entre l’école, la collectivité, les familles et les entreprises, tous acteurs de la réussite. www.fers.asso.fr

Remerciements Cet outil pédagogique «Énergies en questions » est le fruit d’une collaboration entre les chargés de programmes de la Fondation Entreprise Réussite Scolaire, des enseignants de l’école primaire, des scientifiques, des personnels d’entreprises ou d'associations, des étudiants et des bénévoles. Nous tenons à les remercier vivement.

Leurs travaux et témoignages ont été très précieux pour l’élaboration de cet outil. Un grand merci à Gwenaëlle Ackermann, Anne Archambault, Nathalie Bardin, Camille Bertaud, Yvan Bidalot, Véronique Bordone, Françoise Cusset, Mickael De Chalendar, Sébastien Dessertine, Marie-France Dubois, Sami Ferchichi, Deborah Giraud, Emmanuel Jeanjean, Véronique Ligney, Jean-Marie Macquet, Edith Planche, Cindy Sauvaigo, Jérôme Valdivia.

Par ailleurs nous tenons à remercier les étudiants de l’ECAM Lyon, dont le travail a inspiré les premières étapes de conception de cet outil.

Merci également à Philippe Bouchon et Pascal Desbled qui ont réalisé le graphisme, les animations et les illustrations contenus dans cet outil.

Un grand merci à Pierre Schmitt, physicien et globe-trotteur, qui a réalisé un formidable travail pour l’écriture des contenus tout au long de la réalisation de cet outil.

Enfin, nous exprimons notre reconnaissance à EDF et GDF SUEZ pour leur soutien.

p.14

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éner gies en questions

4 rue Joseph Serlin 69001 LYON 04 72 10 31 71 fers@fers.asso.fr www.fers.asso.fr

Avec le soutien de :

ls es outi D'autr e yp de ce t onible isp sont d RS à la FE