Moulin Michel Niveau de classe : CE1 22 élèves
4ème circonscription Ecole primaire d’Estienne d’Orves Noisy-le-Sec
Module : les différents états de l’eau.
Séquence p3 : La glace.
Séance p1
Faire geler de l’eau.(1)
Objectif notionnel :
Approche de la notion de solide.
Objectifs de connaissance :
Faire expérimenter l’un des changements d’état de l’eau aux élèves. Montrer l’influence de la température sur les différents états de l’eau.
Vocabulaire : liquide - glace - solide
Situation déclenchante :
A partir d’un travail effectué dans la classe sur les différents états de l’eau , les élèves se sont posés le problème de l’eau qui gèle.
" Après les vacances de Noël, nous avons remarqué que l’eau des flaques avait gelé. "
Hypothèse :
Après un échange rapide à l’oral dans la classe sur les causes de la transformation de l’eau des flaques en glace ainsi que sur les causes qui avaient transformé l’eau qui s’était déposée sur les pare-brises des voitures des parents en givre, les élèves déterminent rapidement que le froid est responsable de cet état de fait.
Expérience :
Décision est prise, le jour même de faire geler de l’eau dehors dans différents récipients pour vérifier l’hypothèse émise plus haut, dans un endroit à l’abri de toute intervention des autres élèves de l’école et permettant une observation permanente depuis la cour près du gymnase.
Matériel :
Bouteilles en plastiques petites et grandes, des bocaux en verre petits et grands, quelques flacons en verre.
Réalisation :
Les élèves remplissent certaines bouteilles à ras bord, d’autres à moitié. Certaines bouteilles sont refermées avec le bouchon, d’autres non. De même, certains flacons sont remplis à ras-bord, d’autres faiblement.
Nouvelles hypothèses :
En cours de route certains élèves émettent de nouvelles hypothèses :
" Je parie que l’eau de la bouteille fermée par le bouchon ne va pas geler. "
" Cela va geler parce qu’il n’y a pas beaucoup d’eau dans mon flacon "…
Observation :
Pendant plusieurs jours(10), les élèves observent dès leur arrivée à l’école et pendant les récréations si le froid a un effet sur l’eau.
Malheureusement la température n’était pas assez basse et l’eau n’a pas gelée provoquant un certain désappointement chez les élèves.
Constatation et conclusion: consignée dans le cahier d’expériences.
" L’eau n’a pas gelée parce qu’il ne faisait pas assez froid dehors ".
séance p2
Faire geler de l’eau.(2)
Après une courte discussion, les élèves décident de faire geler de l’eau dans un congélateur.
Objectifs notionnels :
Approche des notions de solide et de température.
Objectifs de connaissance :
Les mêmes que l’expérience précédente plus utilisation et lecture d’un thermomètre.
Vocabulaire :
Liquide – glace – solide – température – thermomètre - degré.
Situation déclenchante :
L’échec précédent. La volonté de faire malgré tout geler de l’eau.
Matériel :
Le même que dans l’expérience précédente + un thermomètre qui descend en-dessous de zéro, un congélateur avec fermetures vitrées emprunté à la cantine, un feutre rouge pour marquer les niveaux d’eau.
Réalisation de l’expérience: (notée dans le cahier d’expériences)
" pour faire geler de l’eau, nous avons décidé de mettre l’eau dans un congélateur. "
" Paul a mis un verre d’eau à moitié rempli avec une marque rouge pour le niveau d’eau.
Maxime a mis un verre complètement rempli.
Alexandre et Imen ont mis une bouteille d’eau en plastique complètement remplie avec le bouchon bien vissé.
Eva a mis une bouteille à moitié remplie avec une marque rouge pour le niveau d’eau.
Pierre-Louis à mis un petit pot en verre avec juste un fond d’eau.
Corentin a mis un bocal en verre rempli à ras bord et le bouchon bien vissé… "
Le matin, l’ensemble des récipients sont placés dans un plateau de cantine avec les étiquettes des noms de élèves qui ont proposé l’expérience et le thermomètre posé à plat pour permettre une lecture aisée à travers les portes vitrées.
Hypothèses : (mes prévisions) notées dans le cahier d’expériences partie personnelle de l’élève.
Ex : Maxime.
" Moi, je pense que j’aurai plus de glace que Paul. Je pense que le bocal de Corentin ne gèlera pas. Je pense que la bulle d’air qui est dans la bouteille d’Alexandre va exploser. Je pense qu’il y aura de la buée, mais pas sur tous les verres. "
Ex : Pierre-Louis.
" Moi, je pense que l’eau montera en gelant. Dans la bouteille fermée, l’eau ne va geler que sur le dessus. Je pense que la température de l’eau sera 0°.
Sur le verre, il y aura de la buée. "
Observations :
Chaque élève observe la température qu’il fait dans la salle où se déroule l’expérience : 23°
Chaque élève observe la baisse rapide du liquide dans le tube du thermomètre une fois que celui-ci est placé dans le congélateur.
Chaque élève peut voir que la température tombe au-dessous de –10°.
Observations personnelles faites l’après-midi : (notées sur feuille et collées par la suite dans le cahier d’expérience).
Maxime :
" Moi, j’avais mis l’eau à ras bord, ça a débordé. Paul a mis de l’eau à moitié, ça a monté. J’avais raison , il y a de la buée. Corentin avait rempli son bocal et la glace a cassé le bocal. La température de l’eau est à 1°.
Pierre-Louis :
" Tous les bocaux ont gelé. Le bouchon de la bouteille de Corentin s’est cassé. Les bouteilles sont à 0°. La glace à cassé le grand pot.
La glace à pris la forme des récipients. La glace est blanche et froide. "
Mise en commun : (dans le cahier d’expériences)
Avec le thermomètre, nous avons vu que la température à l’intérieur du congélateur était en-dessous de –10°. L’eau a gelé dans tous les récipients et s’est transformée en glace. La glace est blanche. Elle n’est pas transparente, elle est dure, froide, solide, glissante et lourde.
Pour le bocal de Corentin, la glace a cassé le bocal. Elle a cassé le couvercle et l’a aussi soulevé. Il y avait aussi de la glace sur les parois extérieures du bocal.
Pour le verre rempli à ras bord de Maxime, nous avons remarqué que l’eau en gelant à dépassé le bord du verre.
L’eau en devenant de la glace augmente de volume : " elle grossit ".
On a remarqué que la glace flottait dans l’eau ( après fonte partielle dans les récipients).
Conclusion :
Après les différentes expériences que nous avons faites en classe nous avons remarqué que l’eau passe de l’état liquide (eau) à l’état solide (glace) et à l’état de gaz (vapeur) en fonction de la température.
Le mot du maître :
Après ces différentes expériences les élèves sont invités à écrire les questions qu’ils se posent sur l’eau.
Séance p3
Questions des élèves de la classe après les différentes manipulations et expériences sur l’eau. (02/03/2001)
Éva: Où va l’eau?
Charlotte: D’où viennent les nuages?
Aurélia: D’où vient le brouillard?
Maryne : Pourquoi les nuages existent-ils?
Paul: D’où vient la pluie?
Zubéyir: D’où vient l’eau de la mer?
Nadine: Pourquoi la pluie tombe-t-elle?
Imen: Comment les nuages arrivent-ils?
Brunond: Comment la pluie peut-elle arriver?
Paul: Comment l’eau vient-elle dans les robinets?
Zubéyir: Comment l’eau peut-elle tenir les bateaux qui sont très lourds?
Emmanuel: Pourquoi les bateaux ne coulent-ils pas dans l’eau et flottent?
Imen: Est-ce que l’eau est plus lourde que la glace?
Pierre: Pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l’eau?
Maxime: Pourquoi quand je remplis un verre d’eau et que je le place au congélateur, l’eau une fois gelée dépasse-t-elle du verre?
Cindy: Comment la glace peut-elle casser le bocal?
Éva: De quoi est composée l’eau?
Priscillia: Pourquoi y a-t-il des vagues dans l’eau?
Alexandre: Comment l’eau peut-elle arracher les arbres?
Nadine: Pourquoi devons-nous boire de l’eau?
Le mot du maître :
Parmi toutes ces questions je choisis de traiter les questions d’Imen et de Pierre-Louis parce qu’elles posent un problème : celui de la flottaison ou non de la glace et qu’elles sont en continuité avec le travail déjà engagé par la classe. Ces questions ont aussi le mérite d’introduire au thème "ça flotte, ça coule " posé par ailleurs par Zubéyir et Emmanuel.
Imen: Est-ce que l’eau est plus lourde que la glace?
Pierre: Pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l’eau?
Le mot du maître :
Un choix différent aurait pu être fait. Le premier groupe de questions ouvre la possibilité d’un travail sur le cycle de l’eau, le deuxième sur un travail sur " flotte / coule ", un troisième sur les qualités particulières de la glace et un dernier regroupe des questions diverses.
Pour ne pas laisser trop en attente les élèves sur plusieurs questions qui pourraient ne pas être toutes traitées, j’ai envoyé l’ensemble des questions à un scientifique de Paris XIII qui a répondu .
Ce document présente l’intérêt de répondre personnellement à chaque élève, il constitue un excellent support pour la lecture dans une situation de vraie communication, enfin il peut permettre de lancer un nouveau questionnement des élèves vers de nouvelles expériences(voir document ci-dessous).
Réponses de Pascal Tobaly aux questions des élèves sur l’eau.
Cher Michel, Chers enfants,
Je dois tout d’abord m’excuser de répondre si tardivement mais il faut que vous sachiez que j’ai eu beaucoup de travail ces derniers temps car un de mes étudiants a passé son doctorat vendredi dernier et il a beaucoup eu besoin de moi pour la préparation. D’autre part, je ne voulais pas répondre trop " à la va vite ".
Eh bien allons y : ça fait beaucoup de questions en même temps mais je vais prendre le temps de répondre à chacun de vous. Pour aujourd’hui, je réponds seulement à une première série de questions et je vous promets de répondre rapidement aux autres.
Éva: Où va l’eau?
Lorsque la pluie tombe sur la terre, tu peux observer que si le sol est imperméable (par exemple si c’est du ciment ou du goudron), que l’eau se rassemble et se met à couler vers l’endroit où le sol est le plus bas. Les eaux se rassemblent en général en ruisseaux puis en rivières qui coulent toujours vers le bas jusqu’à ce qu’elles arrivent à la mer. Il faut dire aussi qu’une partie de l’eau est absorbée par la terre. Une partie de l’eau absorbée par la terre sert à nourrir les plantes. Une autre partie va rejoindre la nappe phréatique.
Charlotte: D’où viennent les nuages?
Les nuages sont des toutes petites gouttelettes d’eau qui sont dans l’air. Comme elles sont très légères, elles restent suspendues en l’air. Les nuages se forment parce que l’air contient toujours de la vapeur d’eau. Lorsque l’air se refroidit, la vapeur d’eau se transforme en liquide. Lorsque l’air monte haut dans le ciel, il se refroidit et ça forme quelquefois un nuage. (ça dépend combien il y a de vapeur d’eau dans l’air)
Aurélia: D’où vient le brouillard?
Le brouillard c’est comme un nuage qui se forme sur la terre lorsque l’air se refroidit brusquement.
Maryne : Pourquoi les nuages existent-ils?
Demande à Charlotte
Paul: D’où vient la pluie?
Lorsque les gouttelettes d’eau qui forment un nuage se rassemblent pour devenir de grosses gouttes, elles deviennent plus lourdes et tombent sur la terre.
Zubéyir: D’où vient l’eau de la mer?
Demande le à Eva, je le lui ai expliqué
Nadine: pourquoi la pluie tombe-t-elle?
Je viens de l’expliquer à Paul
Imen: Comment les nuages arrivent-ils?
L’eau de la mer s’évapore (devient de la vapeur) et se mélange à l’air. Donc l’air va contenir de la vapeur d’eau. Pour le reste tu peux demander à Charlotte
Brunond: Comment la pluie peut-elle arriver?
Demande à Paul
Paul: Comment l’eau vient-elle dans les robinets?
Prends un tuyau souple, plie le en deux en maintenant les deux bouts à la même hauteur et laisse pendre le reste. Ensuite, remplis entièrement le tuyau d’eau en laissant toujours les deux bouts à la même hauteur. Bouche un des deux orifices avec ton doigt et baisse un peu l’orifice bouché. Ensuite, relâche le doigt. Que se passe-t-il ? Ton doigt a fonctionné comme un robinet. Lorsque le tuyau est plein d’eau et que le niveau est plus élevé dans l’autre branche, l’eau s’écoule dans l’autre branche. Pour faire venir l’eau dans les robinets, on construit un château d’eau qui est plus haut que toutes les maisons et on le remplit d’eau. On relie ensuite le château d’eau aux maisons par des tuyaux. Tant que le château d’eau est rempli, son niveau d’eau est plus haut que ton robinet. Dès que tu ouvres le robinet, l’eau s’écoule juste comme dans ton expérience.
Zubéyir: Comment l’eau peut-elle tenir les bateaux qui sont très lourds?
Emmanuel: Pourquoi les bateaux ne coulent-ils pas dans l’eau et flottent?
Imen: Est-ce que l’eau est plus lourde que la glace?
Ta question n’est pas assez précise et peut avoir plusieurs sens donc plusieurs réponses contradictoires.
Si ta question veut dire est-ce que la même quantité d’eau transformée en glace va devenir plus légère, la réponse est donnée par l’expérience suivante : Prends un verre d’eau (un gobelet en plastique c’est mieux), pèse le. Puis mets le dans le congélateur. Sors le du congélateur le lendemain et repèse le. Alors ? qu’en penses tu ? (pour peser une balance électronique de cuisine devrait suffire)
Si ta question veut dire est ce qu’un même volume d’eau pèse plus lourd que le même volume de glace, il te suffit d’observer dans l’expérience précédente, le volume occupé par la glace est plus grand. Pour un même volume, la glace pèsera moins lourd. Pour le vérifier, mets un glaçon dans un verre d’eau. Est-ce que la glace flotte ou est ce que la glace tombe au fond du verre ? Qu’en penses tu ?
Au fait qu’est-ce qui pèse le plus lourd, un kilo de plume ou un kilo de plomb ?
Maxime: Pourquoi quand je remplis un verre d’eau et que je le place au congélateur, l’eau une fois gelée dépasse-t-elle du verre?
Il faut d’abord vous dire que ce sont les mêmes petites particules qui constituent l’eau et la glace. On les appelle des molécules d’eau. Dans l’eau liquide, les molécules bougent dans tous les sens comme les élèves pendant la récréation. Dans l’eau solide (la glace), les molécules sont bien rangées et bougent très peu comme les élèves en classe (normalement). La plupart des liquides diminuent de volume lorsqu’ils se transforment en solide parce que lorsque les molécules sont bien rangées elles laissent moins d’espace entre elles. L’eau est un liquide bizarre qui augmente de volume lorsqu’il se transforme en solide (glace). La raison en est assez
compliquée et dépend de ce que l’on appelle la structure de l’eau (ou de la glace) c’est à dire la manière dont les molécules d’eau sont rangées dans le solide. Elles prennent plus de place et laissent en moyenne plus de vide entre elles dans le solide que dans le liquide. Il faut aussi dire que dans l’eau, il y a une force spéciale qui fait que les molécules s’attirent très fort entre elles (cette force s’appelle la liaison hydrogène) ce qui fait qu’elles ne laissent pas beaucoup d’espace entre elles même dans le liquide.
Cindy: Comment la glace peut-elle casser le bocal?
Lorsque l’eau se transforme en glace elle prend plus de place. La glace se forme progressivement. Au début, la glace qui se forme remplit l’espace vide mais lorsque le bocal est complètement plein, si de la glace continue à se former alors, elle pousse sur les parois du bocal pour avoir un plus grand volume. On dit qu’elle exerce une force de pression sur les parois du bocal. Cette force devient très vite très grande et finit par casser le bocal.
Pierre: Pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l’eau?
Éva: De quoi est composée l’eau?
Priscillia: Pourquoi y a-t-il des vagues dans l’eau?
Alexandre: Comment l’eau peut-elle arracher les arbres?
Nadine: Pourquoi devons-nous boire de l’eau?
Séance p4
Situation problème :
" On veut savoir si la glace flotte dans l’eau ou si elle coule. "
Expérience :
Prendre des glaçons et les mettre dans l’eau pour voir s’ils flottent.
Objectif de connaissance:
Savoir que la glace flotte dans l’eau.
Objectifs notionnels : Approche des notions de densité, volume et de flottaison. Approche du principe de la poussée d’Archimède.
Hypothèse :
Les élèves écrivent dans leur cahier d’expériences si les glaçons vont couler ou flotter.
Le mot du maître :
La moitié des élèves de la classe pensent que les glaçons vont couler.
Matériel :
Un seau rempli d’eau, 2 bacs à eau remplis, des glaçons.
Réalisation :
" Nous avons mis les glaçons dans les bacs et dans le seau. "
Observation et conclusion :
" Nous avons vu que les glaçons flottaient. "
Séance p5 :
A partir des observations de l’expérience précédente une nouvelle hypothèse est formulée par une élève.
Hypothèse :
" Nadine a dit que si on prenait un morceau de glace plus gros, il coulerait "
Expérience :
" Nous avons décidé de faire une nouvelle expérience. Nous avons pris une bouteille d’un litre et demi gelée ( amenée par une élève de chez elle). "
Matériel :
Mallette de la Générale des Eaux remplie d’eau, bloc de glace.
Réalisation :
" Nous avons pris la bouteille gelée et nous avons enlevé le plastique de la bouteille avec un cutter. Après, nous avons mis la glace dans un grand bac à eau. "
Observations :
" Nous avons remarqué que le bloc de glace a flotté. "(cahier d’expériences)
" Nous avons appuyé sur la glace et nous avons vu que la glace remontait toute seule. "
" Quand on a eu fini, nous avons vu que la glace avait fondu et qu’elle s’était retransformée en eau. "
Observations personelles :
Maxime :
" Moi, avant, je pensais que ça aurait coulé. Cela m’a étonné de voir la glace flotter. "
Dessin de l’expérience :
Schéma de Maxime
Schéma de Cindy
Les questions que se posent les élèves après l’expérience.
Maxime :
Cindy :
" Comment l’eau peut tenir tout ce qu’elle transporte ? "
" Pourquoi quand je pousse la bouteille vers le fond, elle remonte ? "
" Pourquoi la glace flotte et la pierre coule ? "
Le mot du maître :
Là s’arrête le travail de la classe juste avant mon départ en stage.
On voit bien me semble-t-il que les expériences simples faites avec la glace conduisent les élèves à s’interroger sur les raisons qui font que certains objets flottent et d’autres coulent. Ce travail sur les états de l’eau, ainsi que le questionnement des élèves sont en eux-mêmes une situation déclenchante pour continuer avec les élèves à explorer le thème de l’eau vers la question " ça flotte ou ça coule ? ". C’est en tout cas l’une des possibilités qui s’ouvrent et que je compte bien aborder avec la classe.
Aurons-nous le temps de passer à la construction d’un bateau ?…