Centre Départemental de Ressources en Sciences de l'YONNE
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Rubrique Continuité des apprentissages

C3 - ASTRONOMIE CYCLE 3 (CM1/CM2) - LE SYSTEME SOLAIRE

Le 9 avril 2020 - Bruno HENNOQUE



Madame, Monsieur, chers parents d’élèves,

Afin de vous aider à assurer la continuité des apprentissages pendant ce confinement, le centre départemental de ressources en Sciences de la DSDEN de l’Yonne vous propose cette courte progression traitant de l’astronomie au cycle 3 (mouvements de la Terre, Lune et Système solaire). Elle s’adresse directement à vous car c’est à vous qu’il revient de la mettre en œuvre.
Les activités proposées nécessiteront votre présence (celle d’un adulte) aux côtés de l’enfant. Elles ont été choisies car elles ne nécessitent qu’un matériel simple à se procurer.
Ce "parcours" est indicatif et devra, bien évidemment, être adapté au contexte où il sera mis en œuvre et aux besoins de l’élève à qui il est destiné, comme c’est le cas en classe. Des éléments de pédagogie de l’enseignement des Sciences vous sont présentés en préambule, très peu rassurez-vous, notamment les étapes de ce que doit être la démarche d’investigation. Cette démarche sera votre fil conducteur tout au long de ce travail.
Bonnes séances de Sciences !

Bruno Hennoque - Conseiller pédagogique Sciences 89


Les programmes de sciences du cycle 3 (extrait concernant le thème présenté)


Les étapes de la démarche


Fiche élève Sciences (à imprimer ou recopier)




Objectifs : Établir une carte d’identité des différentes planètes de notre système solaire et réaliser une maquette à l’échelle.


3. LA TERRE DANS LE SYSTÈME SOLAIRE

3.a. : Recherches documentaires

1h30 environ


Matériel nécessaire :
Vous pourrez, si vous le souhaitez, imprimer la fiche proposée ci-dessous mais ce n’est pas indispensable.


L’objectif de cette étude du Système solaire au cycle 3 est, comme demandé dans les programmes, d’y situer la Terre. Pour ce faire, nous allons dans un premier temps nous documenter sur ce qui constitue ce Système et comment il est organisé. Ces données nous permettront, dans un second temps, de construire une maquette sur laquelle nous situerons notre planète bleue et nous aideront à prendre un peu plus conscience de son immensité. Si toutefois il était possible d’en prendre conscience...

Présentations des acteurs et du décor...
1h environ

Cette vidéo présente le grand intérêt d’attirer notre attention sur le fait que les représentations classiques du Système solaire sont erronées. Visionnez-la avec l’enfant et demandez-lui de vous dire ce qu’il en a compris, ce qu’elle nous apprend (ou nous rappelle...). > Les vues artistiques du Système solaire ne traduisent pas la réalité de son immensité. Il n’est pas possible de voir sur une même représentation toutes les planètes de notre Système solaire tant les distances entre elles sont importantes.

Puis, dites-lui que le travail sur le Système solaire va consister à en fabriquer une maquette. C’est, en général, avec plaisir que les élèves se lancent dans ce projet.

Demandez-lui d’abord s’il sait ce qu’est une maquette, un modèle réduit. Vous pouvez vous aider d’un modèle réduit de voiture, par exemple, pour lui rappeler qu’il est de forme identique à l’original mais que ses dimensions ont été fortement diminuées.
Il va nous falloir faire la même chose avec le Système solaire...
Dites-lui alors que vous chercherez ensemble ensuite le matériel nécessaire à la fabrication de cette maquette. Il peut déjà avoir des idées.
Mais avant cela, posez-lui la question suivante : "Pour réaliser notre maquette, nous n’allons pas disposer les planètes au hasard. Que faut-il que l’on sache de notre Système solaire pour concevoir, puis pour disposer nos différents astres ?"

Les réponses attendues sont :
- ce qui le compose : le Soleil (à tout seigneur, tout honneur...), les planètes (il y en a 8). Nous ne représenterons pas les ceintures d’astéroïdes.
- l’ordre de chacun de ces astres en partant du Soleil (qui est, bien entendu, au centre)
- la distance au Soleil de chacun d’eux
- leur diamètre réel

Partons donc à la chasse aux informations !
Pour cela, imprimez le document ci-dessous ou demandez à l’enfant de le recopier. Il s’agit d’un recensement des différentes planètes constituant notre Système solaire et un relevé de quelques informations les concernant qui seront, pour certaines, utiles à la fabrication de notre maquette.

Invitez alors l’enfant à se plonger dans ses livres d’astronomie, s’il en possède, pour trouver les informations utiles pour compléter ces fiches d’identité des planètes.
Dans le cas où il n’en possède pas encore (ce sera chose faite dès la fin du confinement ;-)), voici des idées de sites où un enfant de cycle 3 peut trouver facilement ces informations :

Exploitation des données

de 30 à 40 minutes

1. Différences étoiles /planètes

Questionnez l’enfant sur ce qu’il sait des différences entre les étoiles et les planètes : "Quelle distinction fais-tu entre une étoile et une planète ?" > Une étoile est très chaude et émet sa propre lumière contrairement à une planète. Lorsqu’une planète est éclairée, c’est qu’elle renvoie la lumière reçue du Soleil.

S’il ne sait pas, invitez-le à chercher la réponse dans un livre ou sur Internet.
En dernier lieu, vous pouvez lui diffuser la vidéo suivante :

2. L’ordre des planètes dans le Système solaire

Deuxième point à clarifier : l’ordre des planètes dans le Système solaire.
Une chose est claire, c’est que le Soleil est au centre de ce Système. Comme, semble-t-il, tous les Systèmes stellaires de l’Univers. La définition qui pourrait en être donnée serait la suivante : Le Système solaire est défini comme l’ensemble des corps qui sont prisonniers de l’attraction gravitationnelle du Soleil. Voir chapitre "Les mouvements de la Terre", rubrique 1.c. "Les saisons", le système héliocentrique.

Ceci étant acquis, demander à l’enfant de vous citer les planètes, dans l’ordre, en s’éloignant du Soleil : "Peux-tu me dire combien de planètes nous devrons représenter sur notre maquette et dans quel ordre on les rencontre en partant du Soleil ?" > 8 planètes qui sont, dans l’ordre en s’éloignant du Soleil : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
Si l’enfant n’a pas ces réponses, il peut se référer aux fiches d’identité des planètes qu’il a complétées ci-dessus en comparant les distances relatives de ces différentes planètes par rapport au Soleil.

A ce stade, s’il ne connait pas déjà, vous pouvez lui expliquer le moyen mnémotechnique qui consiste à retrouver l’ordre des planètes du Système solaire en prenant la première lettre de chaque mot d’une phrase comme dans ces exemples :
Me Voici Toute Mignonne, Je Suis Une Nébuleuse
Mes Vieilles Tantes Mangeaient Jadis Sur Une Nappe
Me Voilà Tout Mouillé, Je Suis Un Nageur
Vous pourrez trouver bien d’autres exemples ici

Demandez maintenant à l’enfant d’en imaginer d’autres... "Maintenant, à toi de trouver d’autres phrases qui nous permettront de retrouver facilement l’ordre des 8 planètes du Système solaire" :
M... V... T... M... J... S... U... N...

3. Mise à l’échelle

C’est le point délicat de ce travail de modélisation du Système solaire. Il faut savoir qu’il est extrêmement difficile de réaliser une maquette "réaliste" qui représente, à la même échelle de réduction, les distances au Soleil des planètes et leurs diamètres respectifs.
Les distances séparant chacune de ces planètes étant tellement gigantesques que si on les réduit pour réaliser une maquette, la même échelle de réduction de leurs diamètres fera qu’elles seront quasi invisibles car trop petites.
Pour être plus clair, soit on réalise une maquette d’une longueur limitée pour qu’elle tienne dans une pièce ou dans un jardin et les dimensions des planètes seront ridiculement petites ; soit les planètes sont plus grosses et les distances deviennent très importantes.

Cette difficulté doit être expliquée à l’enfant avant le début du travail. Pour ceci, vous pouvez vous appuyer sur la vidéo suivante qui présente la réalisation d’une maquette du Système solaire dans un désert en prenant la même échelle de réduction pour les distances et les diamètres. La Terre n’y est représentée que par une bille...
Attention, cette vidéo est en anglais mais les commentaires ne sont pas indispensables.

Réalisation de la maquette
Durée variable selon les techniques retenues (min. 2h)


Matériel nécessaire :
Le matériel nécessaire à la réalisation des planètes du Système solaire et du Soleil en fonction de la technique de réalisation retenue (voir ci-dessous).


Tout est réuni maintenant pour débuter la réalisation de la maquette. Il va falloir faire des choix concernant ces problèmes de mises à l’échelle.

Ci-dessous, un tableau recensant les diamètres et distances au Soleil (arrondis) des 8 planètes (source CLEA, l’astronomie à l’école) :

Les diamètres des planètes

Commençons par réaliser une maquette des différentes planètes à la même échelle. Pour cela, demandez à l’enfant de chercher quelle est la planète qui a le plus gros diamètre et celle qui a le plus petit. Cet écart nous aidera à choisir une échelle de réduction. Ici, à l’exception du Soleil (qui n’est pas une planète !) la plus petite est Mercure (diamètre : 5.000 km) et la plus grosse Jupiter (diamètre : 143.000 km). Jupiter a donc un diamètre 28,6 fois plus grand que celui de Mercure.
Soumettons le problème suivant à l’enfant : "Pour simplifier, imaginons que dans notre maquette Mercure ait un diamètre de 5 cm (5.000km->5cm), quel serait alors celui de Jupiter ?" > 28,6 fois plus grand, c’est à dire 143 cm soit 1,43 m !
"1,43 mètre de diamètre pour Jupiter, ce sera compliqué à fabriquer. Il va falloir diviser encore ces résultats par 10. Combien obtient-on alors comme mesure du diamètre de chacune de ces deux planètes ?" > 0,5 cm pour Mercure et 14,3 cm pour Jupiter

Nous tenons nos deux extrêmes. Demandez alors à l’enfant de rechercher en suivant le même procédé (5.000 km -> 0,5cm) le diamètre de chacune des 8 planètes.
Réponses attendues :
- Mercure : 0,5 cm
- Vénus : 1,2 cm
- Terre : 1,3 cm
- Mars : 0,7 cm
- Jupiter : 14,3 cm
- Saturne : 12 cm
- Uranus : 5,1 cm
- Neptune : 5 cm
- Et le Soleil : 140 cm !

Nous avons calculé les diamètres approximatifs qu’auront chacun des astres du Système solaire dans notre maquette, il ne reste plus qu’à passer à la réalisation matérielle.

3 possibilités s’offrent à vous selon le matériel dont vous disposez.
- 1. La représentation en 2 dimensions (à plat). Il vous suffit de papier ou de carton sur lesquels vous demanderez à l’enfant de tracer les cercles des diamètres calculés et de les découper, puis de les décorer.

- 2. Représentation en 3D, première possibilité. Pour chacun de ces astres, faites découper deux disques en carton du même diamètre. Entaillez chacun des deux disques sur la longueur d’un rayon puis glissez-les l’un dans l’autre.

Un exemple en cliquant ici.

- 3. Représentation en 3D, seconde possibilité. Demandez à l’enfant de rechercher des objets sphériques dont le diamètre pourrait convenir pour représenter chacune des planètes. Exemples : perles, billes, calots, cochonnets, balles de ping-pong, petits pois, billes d’argile de pots de fleurs, boules de sapins de Noël, oranges, balles de tennis, ballons, etc.

Un exemple en cliquant ici.

- 4. Représentation en 3D, troisième possibilité. Cette dernière possibilité est réservée aux bricoleurs qui ont du matériel à disposition. Fabriquez vous-mêmes les sphères nécessaires à votre maquette. Exemples : pâte à modeler, pâte à sel, bandes de plâtre ou bandes de papier journal enduit de colle à papier peint enroulées autour de ballons de baudruche ou d’une structure grillagée, etc.

Un exemple en cliquant ici.

Les distances au Soleil

Revenons à cette question de l’harmonisation des échelles (diamètres et distances). Si nous conservons la même échelle de réduction pour les distances que celle que nous avons choisie pour les diamètres ci-dessus, nous obtenons une distance de 58 mètres entre notre Soleil de 140 cm de diamètre et la première planète, Mercure (d’un diamètre de 0,5 cm). ASTRONOMIQUE ! N’est-ce pas ?
Demandez à l’enfant de convertir les distances à partir du tableau ci-dessus en conservant toujours cette même échelle.
Distances au Soleil sur notre maquette en conservant l’échelle choisie pour les diamètres :
- Mercure : 58 m
- Vénus : ... m
- Terre : ... m
- Mars : ... m
- Jupiter : ... m
- Saturne : ... m
- Uranus : ... m
- Neptune : ... m

Réponses attendues :
- Mercure : 58 m
- Vénus : 108 m
- Terre : 150 m
- Mars : 228 m
- Jupiter : 778 m
- Saturne : 1.400 m soit 1,4 km
- Uranus : 2.900 m soit 2,9 km
- Neptune : 4.500 m soit 4,5 km

Autant dire qu’il est très difficile de réaliser cette maquette à l’échelle. Et que même en divisant encore tout par 5 (diamètres et distances), nous aurions encore pour une planète Mercure de 1mm de diamètre à 11,6m de distance du Soleil et Neptune de 1 cm de diamètre à 900 mètres...

Alors, comment faire ?

Cas 1 : Réaliser deux maquettes distinctes, une maquette des diamètres relatifs des planètes et une maquette des distances au Soleil en utilisant des échelles de réduction différentes. On ne pourra pas, dans ce cas, associer les deux (échelles différentes) mais seulement se rendre compte des distances relatives des planètes entre elles.

Cas 2 : Localiser les planètes lointaines sur une carte. Conserver un diamètre acceptable aux planètes (celles calculées ci-dessus). Placer les premières planètes dans le lieu d’habitation, les suivantes dans la rue, dans le quartier et, pour les plus éloignées, sur une carte routière (ou sur des cartes de type Google map ou Google Earth).

Exemple : Localisation de la planète Neptune de 5cm de diamètre à 4,5 km du Soleil !


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