LA COURSE DU SOLEIL

SCIENCES ET

TECHNOLOGIES

DOMAINES DU SOCLE

Domaine 1 : Les langages pour penser et communiquer

- Comprendre, sexprimer en utilisant la langue franaise loral et lcrit ainsi que le langage scientifique.

- Rendre compte des observations, expriences, hypothses, conclusions en utilisant un vocabulaire prcis.

Domaine 2 : Les mthodes et outils pour apprendre

- Choisir ou utiliser le matriel adapt pour mener une observation, effectuer une mesure, raliser une exprience ou une production.

- Utiliser des outils numriques pour simuler des phnomnes

- Garder une trace crite ou numrique des recherches, des observations et des expriences ralises.

Domaine 3 : La formation de la personne et du citoyen

- Progresser collectivement dans une investigation en sachant prendre en compte le point de vue dautrui.

- Relier des connaissances acquises en sciences et technologie des questions de sant, de scurit et d'environnement.

Domaine 4 : Les systmes naturels et les systmes techniques

- Proposer, avec l'aide du professeur, une dmarche pour rsoudre un problme ou rpondre une question de nature scientifique ou technologique.

Domaine 5 : Les reprsentations du monde et lactivit humaine

- Replacer des volutions scientifiques et technologiques dans un contexte historique, gographique, conomique et culturel.

ATTENDUS DE FIN DE CYCLE

Situer la terre dans le systme solaire et caractriser les conditions de la vie terrestre.

Observer et dcrire diffrents types de mouvement

CONNAISSANCES ET COMPTENCES ASSOCIES

Dcrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-mme et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons).

Les mouvements de la Terre sur elle-mme et autour du Soleil.

Dcrire un mouvement et identifier les diffrences entre mouvements circulaire et rectiligne.

Mouvement dun objet (trajectoire et vitesse : units et ordres de grandeur).

Exemples de mouvements simples : rectiligne, circulaire.

Pratiquer des dmarches scientifiques et technologiques :

Proposer, avec laide du professeur, une dmarche pour rsoudre un problme ou rpondre une question de nature scientifique ou technologique :

--formuler une question ou une problmatique scientifique ou technologique simple ;

--proposer une ou des hypothses pour rpondre une question ou un problme ;

--interprter un rsultat, en tirer une conclusion.

Sapproprier des outils et des mthodes :

--choisir ou utiliser le matriel adapt pour mener une observation, effectuer une mesure, raliser une exprience ou une production ;

--garder une trace crite ou numrique des recherches, des observations et des expriences ralises.

PLAN DE LA SEQUENCE

Sance

Titre - objectifs

Annexes

Matriel

Documents supports

1

Reprer et comprendre le mouvement apparent du Soleil au cours dune journe et son volution au cours de lanne.

Reprer et comprendre le mouvement apparent du Soleil au cours d'une journe et son volution au cours de l'anne.

Savoir interprter le mouvement apparent du Soleil par une modlisation.

Utilisation du logiciel Stellarium

http://www.stellarium.org

La course apparente du Soleil la latitude de Paris

Illustrer les diffrences de longueurs dombres durant les quatre saisons, ainsi que les variations de hauteurs du soleil.

Crer une modlisation pour garder une trace de ses observations.

1

Schma panoramique

Lampe

Demi-sphre transparente

https://digitheque-storage.s3.Mazo naws.com/institutions/b4d5984a-75cf-4152-a25c-480995ecf32b/html5 /2311-1470644929495_La_course_ du_soleil/La_course_du_soleil.html

2

Trouver le sens et la dure de rotation de la Terre afin de corroborer les observations de la premire sance.

Crer une modlisation de la rotation de la Terre

Dfinir le sens et la dure de cette rotation

Ampoule

Planisphre

ballon

http://enseignant.digitheque-belin.fr /#/resources/lo-thumbnail/7bd8f69c-c9ae-46bd-9c25-5675054acf18 ?filter=%7B%22Discipline%22%3A% 5B%22Sciences%20et% 20technologie %22%5D%7D

Activits complmentaires

Alternance jour-nuit et ensoleillement de la Terre

Observation en temps rel mais aussi en acclr de lensoleillement sur Terre diffrents endroits.

Observation de lalternance des saisons.

Manipulation de lorientation de laxe de rotation de la Terre en fonction des saisons

http://www.sciences.univ-nantes.fr /sites/genevieve _tulloue/Soleil/ Mouvement/ensoleillement.php

Les saisons

Animation illustrant les saisons

fiche pdagogique dexploitation des vidos.

http://education.meteofrance.fr/ecole/animations/les-saisons

La rotation SOLEIL/TERRE/LUNE

Animation vido permettant de visualiser la rotation et la rvolution de la Terre et de la Lune.

http://enseignant.digitheque-belin .fr /#/resources/lo-thumbnail/17b7 ac92-eae7-4dde-80b5-675ca100d541

La rotation soleil/Terre/Lune Exercice 1

Exercices pour vrifier la comprhension de la vido

Version papier en annexe

2

http://enseignant.digitheque-belin.fr /#/resources/lo-thumbnail/1d3e46 90-7de5-480e-9bde-6577483b1163

La rotation soleil/Terre/Lune Exercice 2

Exercices pour vrifier la comprhension de la vido

Version papier en annexe

2

http://enseignant.digitheque-belin.fr /#/resources/lo-thumbnail/2e002 add-ec2a-4363-96d9-a59a23d3e74d

SCNARIO PDAGOGIQUE

Sance 1

Reprer et comprendre le mouvement apparent du Soleil au cours dune journe et son volution au cours de lanne.

Matriel

Schma panoramique de lenvironnement de lcole

demi-sphre transparente

Prambule

Les relevs des sances 1 et 2 ncessitent dtre raliss en amont de la squence, sur plusieurs semaines. Par exemple faire un relev le matin larrive en classe, vers midi, puis le soir la sortie.

Par ailleurs, certains relevs (t) seront plus difficilement ralisables du fait du calendrier scolaire ; on extrapolera alors sur les trajectoires apparentes du Soleil en utilisant des ressources externes.

LUtilisation dun logiciel de simulation tel que Stellariumpermettra de complter les observations :

http://www.stellarium.org/

tapes de la sance Observation

Cette sance est fractionner au cours dune journe. Il sagira de relever le mouvement apparent du Soleil dans le ciel au cours dune journe, des intervalles denviron deux heures. Dans chaque mthode, on prendra soin de mentionner les points cardinaux laide dune boussole.

Mthode 1 : Utilisation dun schma panoramique de lenvironnement de lcole

Si lhorizon est suffisamment dgag autour de lcole ou si des repres fixes sont disponibles (relief, constructions, etc...) alors il est possible de faire raliser aux lves un relev de la course du Soleil au cours dune journe. Le dessin panoramique sur une grande tendue pouvant poser problme, il est possible de leur fournir la vue panoramique complter, sur laquelle on aura identifi avec eux les diffrents repres choisis (Illustration 1).

Illustration 1 : Exemple de relev de la course du Soleil, diffrents moments dune journe dhiver.

Mthode 2 : Observation de lombre porte dun objet

On peut galement raliser des relevs successifs, en un mme endroit, de lombre porte dune figurine (Illustration 2). Une fois le relev ralis, il sera possible de faire constater aux lves (par vise ou laide dune lampe) le lien entre la longueur de lombre et la hauteur du Soleil au-dessus de lhorizon : plus lombre est longue, plus le Soleil est bas au-dessus de lhorizon.

Illustration 2 : Relev dombre porte laide dune figurine.

Course apparente du Soleil la latitude de Paris

https://digitheque-storage.s3.amazonaws.com/institutions/b4d5984a-75cf-4152-a25c-480995ecf32b/html5/2311-1470644929495_La_course_du_soleil/La_course_du_soleil.html

Cette animation permet dillustrer les diffrences de longueurs dombres durant les quatre saisons, ainsi que les variations de hauteurs du soleil. Les heures indiques sur lanimation sont donnes en temps solaire. Une fiche dexploitation est propose en annexe 1.

Note : On constate que lorsque le Soleil culmine, il passe sensiblement en direction du Sud : cest le midi solaire (Temps Solaire Vrai). Si lon note lheure cet instant-l, on constatera quil nest pas midi la montre (Temps Lgal).

Diverses raisons expliquent cette diffrence parmi lesquelles :

le dcalage entre le Temps Lgal (de la montre) et le Temps Universel (+1h en hiver, +2h en t) ;

le dcalage entre le Temps Universel et le Temps Solaire Vrai (dcalage variable au cours du temps et pouvant aller jusqu +/- 45 minutes selon lpoque de lanne et la position de lobservateur en France mtropolitaine).

Mthode 3 : Relev de la course apparente du Soleil grce une demi-sphre transparente :

Lutilisation dune demi-sphre transparente (saladier renvers ou boule de Nol en plastique ouverte) permet de visualiser la course du Soleil sur une sphre cleste locale. On utilise cet hmisphre transparent, fix sur un support, au centre duquel on placera une petite figurine denviron 1cm de haut (par commodit, on peut utiliser un petit bonhomme de papier dcoup). laide dune feuille cartonne perce dun trou, on demandera aux lves dclairer la figurine (Illustration 3). Dans cette position, les lves pourront visualiser la direction du soleil comme tant la direction figurine-trou. On rapprochera alors la feuille perce de lhmisphre, jusqu le toucher : cet emplacement sur lhmisphre figurera toujours la direction du Soleil. On pourra le tracer au feutre indlbile ou grce une gommette.

Illustration 3 : Principe dutilisation de lhmisphre transparent.

Illustration 4 : Course du Soleil releve sur une demi-sphre transparente. La position indique en

pointills correspond au midi solaire.

Si lon ralise ce relev toutes les heures au cours dune journe, on obtient alors sur lhmisphre une visualisation claire de la trajectoire apparente du soleil dans le ciel (Illustration 4). Lutilisation de lanimation prcdente permettra de visualiser ces points lors du dplacement du soleil. Ils correspondent la position du soleil chaque heure.

Note : Il semble ici important de consacrer un moment avec les lves sur le statut dune modlisation : la demi-sphre transparente utilise ici sert simplement de support aux gommettes et est un moyen commode de garder une trace de la course apparente du Soleil mais la limite de ce modle est que, bien videmment, le ciel qui nous entoure nest pas un globe transparent sur lequel le Soleil ramperait

Interprtation

Une fois le relev ralis, les lves formalisent la course du Soleil (lever vers lEst, culmination, coucher vers lOuest).

: Pourquoi le Soleil se dplace-t-il ainsi dans le ciel ?

Aprs discussion, plusieurs hypothses peuvent merger :

parce que le Soleil tourne autour de la Terre en un jour

parce que la Terre tourne sur elle-mme en un jour

Lobservation initiale (course du Soleil dans le ciel) ne permet pas elle seule de valider ou dinvalider lune ou lautre de ces hypothses.

En revanche, on pourra complter les observations pour faire constater que le Soleil met environ 24 heures pour revenir, dun jour lautre, la mme position dans le ciel.

Trace crite possible

Au cours dune journe, nous voyons le Soleil se dplacer dans le ciel. Le matin, il apparat vers lhorizon Est, puis le soir il disparat vers lhorizon Ouest.

Dun jour lautre, on observe le Soleil presque la mme place dans le ciel toutes les 24 heures.

Il sera intressant de reproduire les relevs de cette sance tout au long de lanne pour observer les variations lies aux saisons.

Sance 2

Partant du postulat que la Terre tourne sur elle-mme, trouver son sens et sa dure de rotation afin de corroborer les observations de la premire sance.

Matriel

Globe ou sphre reprsentant la Terre

Figurines

Source lumineuse (projecteur,...)

Prambule

lissue des sances prcdentes, on a demand aux lves les causes de lalternance jour/ nuit (se manifestant par la trajectoire apparente du Soleil dans le ciel). Nous avons vu que les seules observations du mouvement apparent du Soleil dans le ciel ne permettent pas de rpondre cette question.

Certains lves opteront pour le modle gocentrique le Soleil tourne autour de la Terre en 24 heures tandis que dautres voqueront un modle hliocentrique avec deux hypothses la Terre tourne autour du Soleil et la Terre tourne sur elle-mme . Dautres pourraient mme penser que lalternance jour/nuit est provoque par la rotation de la Terre autour du Soleil en 24 heures (sans rotation de la Terre sur elle-mme).

Il est trs difficile de trancher entre ces hypothses par une dmarche exprimentale et, de fait, lHistoire a montr le long cheminement suivi par la Science pour rpondre ces questions, depuis Aristote et Aristarque de Samos et jusqu Copernic et Galile.

Nous nous en tiendrons donc pour cette sance tenir comme postulat que lalternance jour/nuit est due la rotation de la Terre sur elle-mme. Le travail des lves consistera construire une reprsentation de ce phnomne, de manire kinesthsique ou par la ralisation dune maquette. Cette modlisation devrait corroborer les observations prcdentes.

tapes de la sance

Lenseignant ractivera la question de lalternance jour/nuit et pourra indiquer quelle est reste inexplique, jusqu ce que les Hommes finissent par prouver quelle tait due la rotation de la Terre sur elle-mme.

Dfi : Par petits groupes, les lves vont devoir montrer que le mouvement apparent du Soleil dans le ciel sexplique par la seule rotation de la Terre sur elle-mme. Ils devront galement prciser le sens et la dure de cette rotation.

Ils dclineront la sance en deux tapes successives :

par jeu de rle o ils prendront eux-mmes la place de la Terre et du Soleil. Plusieurs lves ralisent une ronde inverse, reprsentant ainsi des observateurs rpartis sur la surface de la Terre (Illustration 5). Un lve reprsentant le Soleil reste fixe lextrieur de la ronde. Les lves dtermineront le sens de rotation de la ronde de manire ce quils voient le Soleil passer dans le sens des aiguilles dune montre (de leur gauche vers leur droite), comme lors de leurs relevs des sances prcdentes.

Illustration 5 : Ronde inverse face au Soleil (S),

ralise par trois lves reprsentant des observateurs sur Terre.

en utilisant du matriel tel que des sphres, des globes et une source de lumire (projecteur de diapositive, rtroprojecteur ou vidoprojecteur) : il est possible de mieux se reprsenter la place dun observateur sur un globe en utilisant une petite figurine qui permettra notamment de mieux apprcier les directions de lever ou coucher du Soleil. On pourra aussi reporter les points cardinaux sur le globe.

Montage pour raliser une simulation de la journe et de la nuit

http://enseignant.digitheque-belin.fr/#/resources/lo-thumbnail/7bd8f69c-c9ae-46bd-9c25-5675054acf18?filter=%7B%22Discipline%22%3A%5B%22Sciences%20et%20technologie%22%5D%7D

Il sera utile de prciser aux lves que les dimensions et distances de cette reprsentation Terre-Soleil ne sont pas respectes, et que le Soleil nest pas une source lumineuse directive (comme lest un projecteur) mais claire bien dans toutes les directions.

Ces deux exprimentations sont complmentaires : la premire permet llve de vivre lui-mme la situation en prenant place au sein du dispositif tandis que la deuxime lui permettra de se placer dun point de vue extrieur. Il est important de les faire vivre successivement aux lves.

Elles permettent darriver la conclusion que la Terre, vue par son hmisphre nord, tourne dans le sens inverse des aiguilles dune montre (Illustration 6).

Illustration 6 : Sens de rotation de la Terre (vue de ltoile polaire).

Trace crite possible

La Terre tourne sur elle-mme suivant laxe des ples. Elle met environ 24 heures pour effectuer un tour complet : cela provoque lalternance des jours et des nuits. La Terre, vue du ple Nord, tourne dans le sens inverse des aiguilles dune montre.

Le Soleil claire en permanence une partie de la Terre.

ACTIVITES COMPLEMENTAIRES

LES SAISONS

Alternance jour-nuit et ensoleillement de la Terre

Genevive Tulloue 2001-2017

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Soleil/Mouvement/ensoleillement.php

Lutilisation de cette animation permettra aux lves dobserver en temps rel mais aussi en acclr lensoleillement sur Terre diffrents endroits. On pourra se rendre compte de lalternance des saisons (curseur rouge), mais aussi de lorientation de laxe de rotation de la Terre en fonction des saisons. Un mode demploi est prvu avec lapplication.

Les saisons

http://education.meteofrance.fr/ecole/animations/les-saisons

Animation illustrant les saisons et fiche pdagogique afin dexploiter les vidos.

ROTATION SOLEIL/TERRE/LUNE

Le soleil, la Terre et la Lune

http://enseignant.digitheque-belin.fr/#/resources/lo-thumbnail/17b7ac92-eae7-4dde-80b5-675ca100d541

Animation vido permettant de visualiser la rotation et la rvolution de la Terre et de la Lune.

Exercice sur lanimation de la Digithque Belin (Annexe 2)

http://enseignant.digitheque-belin.fr/#/resources/lo-thumbnail/1d3e4690-7de5-480e-9bde-6577483b1163

Exercice sur lanimation de la Digithque Belin

http://enseignant.digitheque-belin.fr/#/resources/lo-thumbnail/2e002add-ec2a-4363-96d9-a59a23d3e74d

LES MOUVEMENTS DE LA TERRE

SUR ELLE-MEME

ET AUTOUR DU SOLEIL

DOCUMENTS DACCOMPAGNEMENT EN LIEN AVEC CETTE NOTION

http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Planete_Terre_/55/9/RA16_C3_SCTE_4_sequence_mvt_terre_V2_618559.pdf

Annexe 1

Course apparente du Soleil la latitude de Paris

https://digitheque-storage.s3.amazonaws.com/institutions/b4d5984a-75cf-4152-a25c-480995ecf32b/html5/2311-1470644929495_La_course_du_soleil/La_course_du_soleil.html

En te servant de lanimation sur la course apparente du soleil, rponds aux questions suivantes:

1) Durant quelle saison la course du soleil est-elle la plus haute?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2) Durant quelle saison la course du soleil est-elle la moins haute ?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3) Existe-t-il des saisons durant lesquelles la course du soleil est la mme ? Si oui, lesquelles?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4) Comment lobservation des ombres de larbre et du personnage permettent-elle didentifier une saison ?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Annexe 2

Le soleil, la Terre et la Lune

http://enseignant.digitheque-belin.fr/#/resources/lo-thumbnail/17b7ac92-eae7-4dde-80b5-675ca100d541

Aprs avoir visionn lanimation, rponds aux questions suivantes:

1) Sans tenir compte de la Lune, que nous montre cette animation?

Le soleil tourne autour de la Terre, qui tourne sur elle-mme.

La Terre tourne uniquement autour du Soleil

La Terre tourne sur elle-mme et autour du Soleil.

2) Complte la phrase suivante en barrant les lments incorrects

(Le Soleil/ la Terre) tourne sur (lui-mme/ elle-mme) et autour (de la Terre/ du Soleil) (dans le sens inverse/ dans le sens) des aiguilles dune montre.

3) Observe la Terre. Est-elle entirement claire par le Soleil ?

Oui

Non

4) Complte la phrase suivante en barrant les lments incorrects

Le Soleil (ne peut pas/ peut) clairer toute la Terre en mme temps. La zone qui est face au Soleil est (dans lombre/ claire) et celle qui ne lest pas est ( dans lombre / claire).

5) De ces deux mouvements, quel est, selon toi, celui qui est lorigine de lalternance du jour et de la nuit ?

La rotation de la Terre sur elle-mme

La rvolution de la Terre autour du Soleil

6) Pour vrifier cette hypothse, stoppons la rvolution de la Terre autour du Soleil et ne gardons que sa rotation.

Observe alors ce qui se passe en France (point rouge) et aux tats-Unis (point jaune), puis complte les phrases avec le mot qui convient (jour / nuit).

7 h 00 22 septembre.

En France, il fait.Aux tats-Unis, il fait.

11 h 00 22 septembre.

En France, il fait.Aux tats-Unis, il fait.

16 h 00 22 septembre.

En France, il fait.Aux tats-Unis, il fait.

23 h 00 22 septembre.

En France, il fait.Aux tats-Unis, il fait.

7) En t'appuyant sur la question prcdente, complte la conclusion suivante.

Lorsque la Terre tourne (sur elle-mme; autour du soleil), toutes les zones du globe passent au cours des heures de lombre la lumire et de la lumire lombre : ainsi la rotation de la Terre sur elle-mme (permet; ne permet pas) dexpliquer lalternance du jour et de la nuit.