École élémentaire d’application André Vautrin à Maxéville
CM1 - 23 élèves

Faire comprendre un phénomène naturel rare, une éclipse solaire partielle.

Sujet et problématique :

Comment la Lune a-t-elle pu éclipser partiellement le soleil ?

Démarche d’investigation :

Hypothèses formulées :

La Lune tourne autour du Soleil ; elle est passée devant le Soleil. Elle s’est placée entre la Terre et le Soleil.

Prérequis  : expériences menées sur la lumière et les ombres en lien avec un projet en arts visuels (shadow art) et productions en groupes, en amont de ce nouveau projet scientifique

Investigation(s) retenue(s) :

• observation(s)

"En direct", le jour de l’éclipse (20 mars 2015), sur le site Internet du CNRS, filmée depuis le Pic du Midi. (Les images fournies par le logiciel Stellarium ont été initialement proposées aux élèves mais elles relataient l’éclipse de façon très peu réaliste.)
Visionnement, en différé, de l’éclipse filmée à Villers-lès-Nancy à raison d’une séquence d’images de 10s toutes les cinq minutes, ayant permis la fabrication d’un folioscope retraçant l’éclipse.

• recherche documentaire, visite sur le terrain, recours à un scientifique...

- Recherche documentaire sur livre et sur internet pour connaître les diamètres de la Terre, de la Lune et du Soleil ainsi que les distances les séparant.
- Calculs mathématiques sur les grands nombres (et avec calculatrice).
- Essais de réponses à travers des lectures critiques de journaux (Journal Des Enfants n°1490, du jeudi 12 au mercredi 18 mars et Journal de Mickey M 01959 apporté par un élève) en lien avec la Semaine de la Presse

• modélisation

Comprendre comment un astre aussi petit que la Lune a pu cacher un bien plus gros qu’est le Soleil : les élèves ont manipulé une sphère en polystyrène de 10 cm de diamètre représentant le Soleil et une autre de 5cm de diamètre figurant la Lune. Ils ont réussi à les positionner de façon à créer une éclipse.

Puis modélisation "à l’échelle Terre-Lune" avec le vrai Soleil d’abord, remplacé ensuite par la lumière d’un rétroprojecteur : Les élèves disposaient d’un globe terrestre de 30 cm de diamètre. Ils ont calculé que la boule figurant la Lune devait être 4 fois plus petite que le globe et éloignée de celui-ci de trente fois son diamètre pour "reproduire" la position naturelle de la terre et de la Lune. Avec beaucoup de patience, et en gardant la petite boule alignée avec le globe auquel elle était rattaché par une ficelle, ils ont pu projeter l’ombre de la petite boule sur le globe terrestre.

Résultats :

Conclusions :

Pour modéliser l’éclipse d’une grosse sphère par une petite sphère deux fois plus petite, les élèves ont découvert que la petite sphère devait être placée deux fois plus près de leurs yeux que la grosse. Ils ont ensuite fait l’analogie avec les trois acteurs de l’éclipse solaire : la Lune est certes 400 fois environ plus petite que le Soleil mais aussi 400 fois environ plus proche, ce qui lui a permis de cacher partiellement le Soleil.
Pour réussir à projeter l’ombre de la petite boule sur le globe terrestre, les élèves ont dû les aligner correctement avec la lumière du rétroprojecteur.
Pour qu’il y ait éclipse de Soleil, il faut que les trois astres Terre, Lune et Soleil, soient alignés de façon assez précise, ce qui explique qu’une éclipse solaire soit un phénomène rare.
Par ailleurs, la zone d’ombre est limitée sur le globe. Elle peut être entourée d’une pénombre. Cela explique que l’éclipse soit visible de peu de terriens et qu’elle puisse leur paraître partielle ou totale.

Ils ont retenu également de leurs lectures qu’il existe trois types d’éclipses solaires : partielle, totale ou annulaire.

Communication, valorisation des connaissances acquises :

Tous les élèves ne réalisant pas toutes les activités, (le travail proposé étant différencié en fonction des besoins, des intérêts, des envies des élèves) une présentation collective a été faite aux camarades sous forme d’exposés ou de démonstrations avec le matériel fourni.

La participation en petits groupes des élèves au montage du film leur a permis aussi de se voir agir et de mieux comprendre le phénomène "reproduit" et filmé.

Pour l’enseignant :

Certains élèves avaient des représentations erronées mais difficiles à "casser" du système solaire (Quel astre tourne autour de quel autre ?).
Ils emploient pour les avoir entendus dans divers contextes (à la télé, dans des journaux, chez les adultes proches) des termes comme "satellite", "année-lumière", "rotation", sans en connaître le véritable sens.
Les documentaires parlant d’astronomie ne sont guère à leur portée.

Anecdotes :

Les changements de point de vue ont donné le "tournis" à certains : s’imaginer une fois sur Terre et regarder en direction de la Lune alignée avec le soleil puis se positionner dans l’espace pour observer la projection de la Lune éclairée par le Soleil sur Terre a provoqué une sorte d’ivresse de l’altitude à Adrian ; comment sinon expliquer sa question lors de notre deuxième observation "Mais quelle ombre faut-il regarder ? Celle sur la porte ?". Difficile de trouver une porte dans l’espace, non ?
Nul doute que grâce à ce projet, les élèves ont pu "prendre de la hauteur" : le soleil étant très haut dans le ciel au moment de la tentative de simulation de l’éclipse, ils sont en effet nombreux à m’avoir réclamé un escabeau, une échelle ou même l’autorisation de grimper dans l’arbre de la cour, sur le mur, voire sur le toit ! Je ne l’ai pas permis, même au nom de la Science !!

Les autres sujets scientifiques abordés en classe, en technologie (engrenages, bielles-manivelles, machine à vapeur), sur le fonctionnement du vivant, du corps humain et de la santé (le déplacement des animaux, les mouvements corporels, une alimentation équilibrée), et sur l’adaptation des êtres vivants à leur environnement ont donné lieu à des observations, des recherches documentaires, des expériences, la fabrication de maquettes et la réalisation de modélisations variées s’appuyant sur une démarche d’investigation contribuant à faire distinguer chez les élèves faits et hypothèses, opinions et croyances. Devenus plus curieux et plus critiques, ils ont manifesté à l’égard de ce projet un intérêt certain et leur motivation a été soutenue par l’aboutissement du projet sur un film qui sera projeté à un public.
J’avais toutefois pensé que les élèves auraient davantage fait d’efforts pour expliciter leurs questionnements d’abord, puis leurs hypothèses, leurs démarches, leurs intentions... afin d’être mieux compris par les spectateurs du film. La communication, orale ou écrite, des idées reste compliquée. Elle est sans doute à travailler en lien avec la maîtrise de la langue. (Le langage scientifique a ses spécificités : lexique précis, emploi de connecteurs temporels/logiques, expression de la condition...)
Notons qu’un projet d’une telle ampleur incite à faire appel à plusieurs disciplines : en l’occurrence, aux arts visuels, aux maths (calcul, mesures, géométrie), à la lecture et l’écriture.

La classe a eu la chance de recevoir l’aide d’un étudiant de l’ESPE qui a montré aux élèves, en petits groupes, l’utilisation du logiciel Windows Movie Maker :
Dans l’ordre, voici ce qu’ils ont pu faire :
1. Ouverture du logiciel
2. Présentation générale, à quoi sert le logiciel.
3. Importer un fichier vidéo dans Windows Movie Maker (.wmv)
4. Explication de ce qu’est la table de montage (présence de plusieurs pistes : vidéo / Transitions / Audio-musique / Superposition de titre)
5. Glisser déplacer ce fichier sur la table de montage au bon endroit (piste vidéo)
6. Expliquer que tout ce qui est placé sur la table de montage va être lu quand le curseur se déplace (avance dans le temps)
7. Découverte de la fenêtre d’aperçu, quand le curseur se déplace sur la table de montage, la fenêtre d’aperçu montre ce qui se passe.
8. Créer un générique de début et de fin (ouvrir le bon onglet).
9. Découvrir le menu de création de titres (génériques) : modifier la police, la couleur et la taille du texte ainsi que l’animation du texte.
10. Glisser déplacer le générique au bon endroit sur la table de montage (avant la vidéo pour le générique de début et après pour le générique de fin) et agrandir ou réduire le temps de ces génériques (occuper plus ou moins de temps sur la table de montage)
11. Insérer une transition (de leur choix) entre le générique de début et le clip vidéo ainsi qu’entre le clip vidéo et le générique de fin (+ modifier la durée de ces transitions)
12. Insérer un titre quelconque qui va être lu en même temps que la vidéo (faire en sorte que le prénom d’un camarade apparaisse dans la vidéo au moment où on le voit)
13. Fractionner le clip vidéo et insérer une photo entre les deux clips vidéo qui viennent d’être obtenus (+ transition entre les photos et le clip vidéo et modifications des durées d’apparition de ces photos)
14. Ajouter de la musique sur la table de montage et faire en sorte que la musique ne dure que le temps du générique de début (agrandir ou réduire la durée de la musique)
Pendant les séances, la gestion de l’erreur a été explicitée à de nombreuses reprises : modifier l’animation, la police, la couleur et la taille de son titre, supprimer une photo/vidéo/transition de la table de montage, déplacer les éléments qui se trouvent sur la table de montage (photos, vidéos, transition...).

Il a aussi été essayé de leur faire comprendre que même quand on ne sait pas comment faire, il suffit de lire pour trouver l’action que l’on veut exécuter (la plupart des actions se trouvent dans l’onglet outils) et que même si on se trompe c’est très facile de faire un retour en arrière.

Ce logiciel étant un logiciel téléchargeable gratuitement et qui est même installé d’office sur les ordinateurs Windows (jusqu’à Windows 7), le nom en a été transmis aux élèves pour qu’ils s’essaient à réaliser leur propre montage chez eux.

L’aide matérielle et humaine apportée par l’étudiant de l’ESPE a été très conséquente. Toutes les activités menées autour du logiciel n’auraient pu être proposées autrement qu’en petits groupes. La réalisation du projet s’est étalée sur trois semaines environ. Sans cet étudiant, elle aurait demandé davantage de temps, ce qui aurait pu lasser les élèves.