École de La Seille - METZ
CM2 - 28 élèves

Consommation et économies d’énergie : comprendre la notion d’isolation thermique, le rôle des matériaux isolants, comment économiser l’énergie en isolant les maisons et que le Soleil peut chauffer.

Démarche expérimentale : réaliser des expériences et interpréter les résultats, exploiter un tableau de valeurs numériques, comprendre que dans un protocole expérimental, on ne modifie qu’un paramètre à la fois.

Sujet et problématique :

• Déclencheur : la température ambiante de la salle de classe. Quand je suis dans une pièce, je ne veux avoir ni trop chaud, ni trop froid mais certains de mes gestes pour faire varier la température ne sont pas économes en énergie.
• Questionnement : Comment concevoir des logements qui seraient protégés du froid en hiver et de la chaleur en été ?... tout en étant éco-citoyen.

Démarche d’investigation :

Investigation(s) retenue(s) :

• Observation(s) :

Les questionnements sur la couleur et sur l’orientation ont émergé suite à des ateliers lors de la Folle journée de l’Architecture à Nancy.
A Nancy, les étudiants de l’Ecole d’Architecture ont construit deux maisons en carton, l’une blanche, l’autre noire. Après les avoir chauffées avec une lampe, les élèves ont constaté au toucher que la maison noire était plus chaude que la maison blanche.

Trois investigations retenues : la couleur, l’isolation et l’orientation.

• Protocole expérimental sur la couleur :

Hypothèse : Le noir, ça réchauffe.

Une maison a une couleur spécifique. Cette couleur a-t-elle une influence sur la température ?
Les élèves choisissent de tracer et construire des maisons sur le modèle de celles de l’Ecole d’Architecture avec une pochette de toit pour faire tenir les thermomètres. Ils fabriquent aussi des pochettes et des boîtes pour y glisser les thermomètres.

Trois expériences : des maisons et des boîtes chauffées par une lampe, des pochettes chauffées par le Soleil.
Relevés réguliers de la température notés dans un tableau. Utilisation d’un chronomètre.
Les expériences ont été refaites plusieurs fois : les élèves ont fini par tracer des marques sur la table pour garder les lampes et les maisons à une même distance.

Résultats : mise en valeur des résultats par des graphiques : courbe pour les pochettes, histogrammes pour les maisons et les boîtes.
Un carton noir s’échauffe davantage qu’un carton blanc, jaune ou rouge de même dimension. Le carton bleu foncé s’échauffe presque autant que le noir.

Conclusion : le réchauffement est rendu plus important par des couleurs sombres. Mais la couleur noire réchauffe trop. Il vaut mieux peindre la façade de sa maison dans des tons clairs.

• Protocole expérimental sur l’isolation :

Une maison est isolée. Pourquoi isoler sa maison ?
Deux questions :
Est-il important d’isoler sa maison ?
L’isolation a-t-elle aussi une importance en été ?

Hypothèse : une maison isolée est plus chaude.

Choix de l’eau dans "la maison" pour pouvoir faire varier facilement la température (de 5°C à 100°C).
Choix de différents matériaux : copeaux de bois, argile, laine, papier-bulle, polystyrène, coton, paille.

Deux expériences en hiver : des bouteilles avec de l’eau à 55°C et des boîtes à chaussures avec des petites bouteilles remplies d’eau portée à ébullition faisant office de radiateurs. Les bouteilles et les boîtes sont placées dans le jardin de l’école où il fait 9°C.

Hypothèse : la température va baisser plus ou mois vite dans les bouteilles et les boîtes à chaussures.

Résultats : La température baisse plus vite dans la boîte non isolée (le témoin). La température reste plus élevée dans les boîtes isolées avec le polystyrène et le coton.

La bouteille chaude laissée au froid refroidit moins vite lorsqu’elle est entourée d’un isolant. Les résultats avec la bouteille entourée d’argile sont étonnants : la température sur certaines mesures baisse plus vite que dans la bouteille témoin : la terre serait un mauvais isolant ?

Conclusion  : un isolant empêche la chaleur de sortir en hiver.

Deux expériences en été : des bouteilles avec de l’eau à 5°C et des boîtes à chaussures avec un bac à glaçons qui fait office de climatisation. Dans la salle de classe, il fait 25°C.

Hypothèse : la température va monter plus ou moins vite.

Résultats  : Dans les maisons avec bac à glaçons, la température baisse en fait et se stabilise longtemps à quelques degrés sous la température ambiante de la salle de classe. Le polystyrène et le coton empêchent la chaleur extérieure de rentrer.

Dans les bouteilles, la température baisse effectivement et davantage dans les bouteilles mal isolées.

Conclusion : un isolant empêche aussi la fraîcheur de sortir. Une maison isolée reste plus chaude en hiver et plus fraîche en été.

Un bon isolant ralentit les échanges de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur ; il conserve le chaud comme le froid et permet de faire des économies de chauffage en hiver et de climatisation en été.

• Protocole expérimental sur l’orientation :

Une maison présente des ouvertures, des endroits mal isolés. Elle perd de la chaleur. Comment limiter les pertes de chaleur ? Où placer les grandes vitres sans perdre trop de chaleur ?

Hypothèse : une pièce est beaucoup chauffée par le Soleil si les baies vitrées sont au Sud, comme à l’école.

Expériences avec les quatre points cardinaux (Nord – Sud – Est – Ouest).
Les maisons sont fabriquées dans des boîtes à mouchoirs avec une baie vitrée bien isolée (deux épaisseurs de pochette plastique transparente épaisse) ; un thermomètre dépasse de chaque boîte. C’est la lampe qui fait office de Soleil (plusieurs jours défavorables : pas d’ensoleillement suffisant).

Résultats : la température augmente plus dans la maison orientée au Sud. On peut profiter du réchauffement du Soleil mais il peut aussi être trop important en été.

Notre dispositif expérimental a des limites car il ne présente pas la course apparente du Soleil dans une journée. Le Soleil chaufferait un peu la maison dont la baie vitrée est orientée à l’Est, le matin et la maison dont la baie vitrée est orientée à l’ouest, le soir.

Conclusion : utiliser le Soleil pour se chauffer permet de faire des économies d’énergie. Profiter du réchauffement du Soleil en hiver avec une baie vitrée orientée Sud mais trouver un moyen de limiter ce réchauffement en été par des stores ou des volets.

Communication, valorisation des connaissances acquises :

Lancer une autre problématique abordée à l’Ecole d’Architecture : la course du Soleil au cours de la journée et des saisons et la disposition des maisons dans un quartier.

Pour l’enseignant :

Répéter les captations et rester naturel.
Organiser les ateliers avec 28 élèves pendant les prises de vues, les faire patienter en proposant des travaux en autonomie : faire des graphiques des résultats, tracer sur carton les formes géométriques pour les maquettes des maisons, peindre le dégradé pour le générique, faire des jeux de mots (titre et acrostiche)...
Monter un film de 4 min qui soit représentatif du travail d’une période.

Anecdotes :

Des fous rires parfois quand, devant la caméra, c’est la panique, que les gestes sont maladroits, les textes oubliés ou qu’un bruit dans l’école perturbe. Un tournage dans une bonne ambiance !

Beaucoup de motivation des élèves à toutes les étapes du projet. Une implication et un enthousiasme impressionnants même lors de prises de vues refaites à plusieurs reprises.

Initier à l’utilisation d’une tablette pour faire des photos et filmer.
Découvrir toutes les possibilités de montage : couper des vidéos, faire défiler des photos, les recadrer, numériser des documents, ajouter une voix off à l’aide d’un dictaphone…
Aborder le droit à l’image et donner aux élèves sans autorisation un autre rôle afin que toute la classe participe. Apprendre également à chercher sur Google des images libres de droits.
Utiliser Open Office pour tracer un tableau de résultats.

Merci pour les formations et les conseils donnés par le conseiller pédagogique T.I.C.E. pour se servir de Movie Maker en particulier et les collègues qui ont aidé.