Apprendre à se repérer, de la boussole au satellite.

3. Les points cardinaux, l’orientation
Auteurs : David Jasmin(plus d'infos)
Hélène Merle(plus d'infos)
Valérie Munier(plus d'infos)
Résumé :
Cette séquence débute par une séance où les élèves utilisent les points cardinaux : ils se déplacent et repèrent des directions dans la cour, puis reprennent ces activités en classe dans des exercices sur papier (passage de l’espace réel à l’espace représenté). Il faut particulièrement insister sur l’importance du point de référence choisi. Dans la séance 6, les élèves reproduisent le même type de travail, mais avec des directions plus précises, indiquées par un azimut, angle entre la direction visée et la direction du nord. L’exercice sur papier consiste alors à repérer l’azimut de quelques villes-étapes de Marco Polo par rapport à Venise et Pékin, grâce à la carte représentant son voyage.
Publication : 17 Octobre 2006

Cette séquence débute par une séance où les élèves utilisent les points cardinaux : ils se déplacent et repèrent des directions dans la cour, puis reprennent ces activités en classe dans des exercices sur papier (passage de l’espace réel à l’espace représenté). Il faut particulièrement insister sur l’importance du point de référence choisi.
Dans la séance 6, les élèves reproduisent le même type de travail, mais avec des directions plus précises, indiquées par un azimut, angle entre la direction visée et la direction du nord. L’exercice sur papier consiste alors à repérer l’azimut de quelques villes-étapes de Marco Polo par rapport à Venise et Pékin, grâce à la carte représentant son voyage.

– séance 5 : les points cardinaux
– séance 6 : les azimuts
évaluation de la séquence 3


Séance 5 : les points cardinaux

Résumé

À travers des activités dans la cour et plusieurs exercices, les élèves apprennent à se déplacer dans une direction donnée, à repérer un objet par rapport à un point de référence en donnant sa direction et enfin à localiser un objet à partir d’indications sur sa position.

Objectifs

Savoir utiliser les points cardinaux.
Savoir utiliser une boussole. Approcher la méthode de triangulation.

Matériel

• Une boussole pour deux élèves.
• De la craie.

Introduction des points cardinaux

La séance peut être scindée en deux parties. La première pourra être consacrée aux manipulations dans la cour et la seconde aux exercices sur papier. Il est également possible d’alterner manipulations de la boussole et exercices dans chacune des séances. Cette solution semble préférable, car elle permet d’éviter des activités trop longues dans la cour, parfois sources d’agitation.


Rose des vents

Introduction des points cardinaux

Lire ou faire lire cet extrait du Livre des merveilles :

« Sachez que le Grand Khan réside dans la capitale de la Chine, Pékin, trois mois par an […]. En cette cité se trouve son grand palais […]. Sur le côté nordouest s’étend un lac vaste et beau, où vivent plusieurs espèces de poissons en quantité, que le seigneur y a fait mettre et, à chaque fois qu’il en veut, il en prend selon son plaisir. […] Au nord du palais, à une demi-portée de jet d’arc, s’élève une colline artificielle, qui fait bien cent pas de haut et un mille de tour. »

(comme le nord), mais aussi des directions intermédiaires (comme le nord-ouest). Questions : où sont le nord ? le sud ? l’est ? l’ouest ? Dessiner rapidement au tableau une rose des vents simplifiée (une croix avec les quatre directions principales) ainsi qu’un grand carré pour symboliser le palais. Demander aux enfants de déterminer approximativement l’emplacement du lac et de la colline par rapport à ce dernier.
Inciter ensuite les élèves à se rappeler les précautions à prendre pour utiliser une boussole (la maintenir horizontalement, faire pivoter le cadran jusqu’à faire coïncider la direction de l’aiguille avec celle du nord indiquée sur le cadran, puis utiliser les indications du cadran).

Manipulation avec des boussoles dans la cour

Les élèves vont ensuite dans la cour pour réaliser plusieurs activités qui leur permettront d’améliorer leur maîtrise de la boussole et des points cardinaux.

Première activité : se placer par rapport à un camarade
Les élèves doivent, par binômes, reproduire les positionnements du palais, du lac et de la colline dans l’espace réel ; dans chaque binôme, celui qui représente le palais dispose d’une boussole et l’autre, qui représente successivement la colline et le lac, doit se positionner au nord puis au nord-ouest du premier élève.
Il est nécessaire de reproduire plusieurs fois ce type de jeu : la classe est divisée en deux groupes, identifiés par des couleurs par exemple, et les élèves sont répartis en binômes bicolores :

– les bleus se placent au sud des rouges, puis au nord-est des rouges…
– les rouges se placent au sud-ouest des bleus, puis à l’est des bleus…

À cette occasion, on remarquera que ces repérages sont relatifs : demander aux élèves qui se sont positionnés de dire où se situent leurs camarades par rapport à eux. Dans
les exemples ci-dessus :

– les rouges sont au nord des bleus, puis au sud-ouest des bleus…
– les bleus sont au nord-est des rouges, puis à l’ouest des rouges…

Deuxième activité : repérer la direction d’un objet par rapport à soi
Fournir aux élèves, toujours répartis en binômes, une liste de sites dont ils doivent déterminer la direction. Choisir volontairement des points éloignés (un immeuble, une colline, un clocher…), puis des objets proches (le portail de l’école, la cantine…).
La confrontation des résultats montre un accord pour les objets éloignés et des différences importantes lorsque les objets sont proches. Les enfants vérifieront avec leur boussole que, selon l’endroit où l’on est placé dans la cour, un objet proche peut être à l’est ou au sud par exemple.
En revanche les objets éloignés sont toujours vus approximativement dans la même direction.
Remarque : Les deux compétences travaillées lors des deux activités ci-dessus sont différentes, même si, à nos yeux, elles paraissent voisines. Il est donc indispensable de les travailler toutes les deux. La deuxième activité est en général plus difficile pour les élèves.

Troisième activité : se déplacer dans une direction donnée
Les élèves étant répartis dans la cour, le maître leur demande, au « top ! », de faire quelques pas vers l’est, ou vers le sud-ouest… La plupart partiront dans la bonne direction, et ils pourront alors constater qu’ils se déplacent parallèlement. Les erreurs seront vite repérées (collisions entre élèves !) et nécessiteront un retour sur les conditions nécessaires pour utiliser correctement la boussole.
Pour terminer, on peut proposer un dernier jeu : chaque groupe ou paire d’élèves dispose d’une fiche indiquant un parcours à effectuer, du type : « Faire deux pas vers le nord, puis un pas vers l’est… » Un élève effectue les déplacements et un autre dessine sur le sol, à la craie, le chemin parcouru. Chaque groupe est ainsi amené à dessiner une ou plusieurs lettres qui composeront un message : VIVE MARCO POLO, LA BOUSSOLE, BRAVO… au choix du maître.

Exemple d’activité de décodage d’un message secret (voir annexe)

Dans la cour : Aligner les élèves sur une ligne est-ouest face au nord et les grouper par deux. Chaque binôme devra dessiner une lettre du message. Répartir les binômes sur la ligne en laissant des espaces entre les mots et distribuer à chacun sa consigne en respectant l’ordre des lettres du message.
Un des élèves du binôme se déplace, à l’aide d’une boussole, en suivant les indications de la fiche pendant que l’autre dessine les déplacements de son camarade à la craie sur le sol.

Exercices en classe

Matériel : 1 feuille d'exercices par élève (voir en annexe), Une rose des vent sur papier calque.
Expliquer qu’au lieu de travailler dans la cour avec des boussoles les élèves vont maintenant faire des exercices du même type, mais sur un plan. En effet, les divers exercices reprennent sur papier l’essentiel des activités menées dans la cour.
Pour remplacer la boussole, le maître distribue une rose des vents sur papier calque (cf. dessin précédent).
Pour chaque exercice, faire lire la consigne par un élève et, si nécessaire, l’expliciter ensuite. Le travail est fait individuellement, puis la correction est collective.
Les trois premiers exercices s’appuient sur le plan d’un quartier (ici, le quartier Boutonnet, ou se trouve l’école Charles Daviler de Montpellier). Chaque classe peut bien sûr adapter les exercices en utilisant le plan de son propre quartier. Dans l’exemple proposé en annexe, le plan est associé à une photo aérienne (souvent disponible sur les sites Internet des grandes agglomérations). Un travail préliminaire consiste à identifier collectivement sur le plan et la photo quelques lieux caractéristiques (stades, avenues bordées d’arbres, ou non, rond-point) du quartier à partir de la position de l’école,
repérée par une croix.
L’exercice 1 consiste à colorier des bâtiments situés dans une direction donnée par rapport à la cour de récréation (N, O, SO…).
L’exercice 2 est un peu plus difficile : il demande aux élèves de préciser la position d’un site (N, NE, E, SE, S, SO, O, NO) par rapport à plusieurs lieux.
On insistera sur le fait qu’un même site observé depuis des points de référence différents ne sera pas forcément dans la même direction : dire qu’un lieu est « au nord » n’a pas de sens si on ne précise pas par rapport à quel point de référence.
L’exercice 3 consiste à repérer un lieu dont la position est donnée par rapport à deux points de référence (l’école et un stade par exemple).
Cet exercice introduit ce qui sera fait plus tard, dans les séances 7 bis à 8 bis, lors des chasses au trésor : un objet, s’il est placé dans une direction donnée, peut être situé à 1 cm comme à 1 km.
Cela permet d’introduire ici le fait que, pour repérer un objet, il est nécessaire d’avoir deux points de référence et deux directions associées : il n’y a alors qu’une seule possibilité, tandis qu’avec une seule direction et un seul point de référence, il y a une infinité d’endroits où placer l’objet.
L’exercice 4 optionnel peut consister à coder un message secret. Il reprend la dernière activité réalisée dans la cour, mais cette fois-ci les élèves devront rédiger un message« secret » utilisant les points cardinaux à destination des autres classes impliquées dans le projet. Le groupe-classe se met d’accord sur un message à coder (en relation avec le thème de Marco Polo) et les élèves se répartissent le travail de codage (chaque groupe peut coder un certain nombre de lettres). Attention, il faut se mettre d’accord sur l’orientation de la flèche du nord, le plus simple étant de l’orienter vers le haut de la
feuille. Le message complet sera envoyé aux autres classes pour décodage.
L’exercice 5 propose des questions du même type, mais une difficulté supplémentaire est ajoutée : le nord n’est plus dirigé vers le haut de la feuille. Or les élèves sont habitués à lire des cartes où, par convention, le nord est « en haut ». La difficulté essentielle de cet exercice réside donc dans l’orientation de la rose des vents par rapport à la flèche du nord indiquée dans l’exercice.

Trace écrite

Les élèves collent les exercices sur leur cahier d’expérience et notent le texte suivant : La direction d’un objet est toujours donnée en fonction d’un point de référence.
Pour donner la direction d’un objet ou se déplacer dans une direction, il faut faire attention à la direction du nord (orientation de la rose des vents).

Prolongements possibles

En français et arts visuels :
Le texte du Livre des merveilles (avec un extrait plus long accompagné d’une gravure) peut aussi servir d’indication pour dessiner le palais de Kubilay Khan avec son lac et sa colline. Les élèves peuvent être invités à rechercher des informations complémentaires dans le Livre des merveilles, qui contient de nombreuses descriptions du palais.
En mathématiques :
Demander aux élèves de dessiner une rose des vents avec les quatre directions principales, puis les quatre directions intermédiaires. Pour y parvenir, il leur faudra se munir d’une règle et d’un compas pour réaliser le tracé des bissectrices ou procéder avec un gabarit d’angle droit plié en deux.


Séance 6 : les azimuts

Résumé

Les élèves repèrent les villes étapes du voyage de Marco Polo par rapport à Venise et Pékin.

Objectifs

Apprendre à se repérer de façon plus précise avec la boussole en utilisant les azimuts.

Matériel

Pour chaque groupe de deux élèves :
• Une boussole à cadran rotatif.
• Une photocopie sur papier calque d’un cadran de boussole.
• Une carte du voyage de Marco Polo (donnée
en annexe
).

Introduction des azimuts


Cadran de boussole

Présenter la carte du voyage de Marco Polo aux élèves (cf. annexe). Dans la séance 5, Marco Polo décrit le palais du Grand Khan à Pékin. Où la ville est-elle située ? Quelle est la prochaine étape de son voyage (Xi’an) ? Quelle direction doit-il emprunter ? Les élèves disent qu’il doit s’orienter vers le sud-ouest pour atteindre Xi’an. Sur un agrandissement de la carte affiché au tableau, un élève va tracer la direction sud-ouest à partir de Pékin et la classe constate que le chemin suivi par Marco Polo ne suit pas exactement cette direction. Pour être sûr d’arriver à bon port, quelle direction précise doit-il suivre ? Comment la repérer avec la boussole ?
Rappeler aux élèves le mode d’emploi de la boussole et les interroger sur l’intérêt des nombres indiqués sur le cadran. La discussion permet de dégager l’idée que ces indications donnent des informations plus précises que les seuls points cardinaux : entre la direction du nord et celle de l’est, par exemple, il existe une infinité de directions autres que celle du nord-est. Préciser que ces nombres indiquent des azimuts.
Un enfant peut venir au tableau avec une boussole et tendre son bras horizontalement
dans les directions :
– du nord, – de l’azimut 10, – du nord-est (azimut 45), – de l’azimut 70, – de l’est.
Les élèves de la classe observent leur camarade et constatent qu’il tourne progressivement son bras entre la direction du nord et celle de l’est.
Dessiner le cadran d’une boussole au tableau, y matérialiser la direction du nord en rouge et tracer les autres directions (sud, est, ouest). Demander à différents élèves de venir dessiner des objets dans différents azimuts (un arbre dans l’azimut 30, une maison dans l’azimut 70, un autre arbre dans l’azimut 30, une fleur dans l’azimut 90…) et relier ces objets au centre de la boussole.
Les enfants sont alors invités à essayer d’expliquer ce qu’est un azimut. Voici un exemple des premières remarques : « Ça sert à trouver des endroits plus précis qu’avec les points cardinaux », « Azimut 30, ça veut dire 30 à partir du nord, le 0 est pile au nord », « Plus le nombre est grand, plus ça tourne », « Ça s’écarte quand l’azimut augmente », « Ça tourne comme les aiguilles d’une montre », « Ça s’ouvre à partir du Nord »… Les réactions seront, bien sûr, différentes selon que les élèves ont étudié ou non les angles en géométrie. Mais ils connaissent tous l’angle droit depuis le cycle 2 et s’exclament souvent, lorsqu’on dessine la direction de l’est : « Là, ça fait un angle droit avec le nord ! Les autres, ce sont aussi des angles, mais ils ne sont pas droits ! » À partir de cette remarque, si les élèves n’ont pas étudié les angles auparavant, expliquer que chaque direction forme un angle avec la direction du nord qui sert de référence et que c’est cet angle qu’on appelle l’azimut. Il se mesure en degrés. Il peut y avoir plusieurs objets situés dans le même azimut, à des distances différentes de la boussole (exemple des deux arbres dans l’azimut 30).
Conclusion : l’azimut est l’angle que forme une direction donnée avec la direction du nord.
Faire repérer par les élèves les azimuts correspondant aux points cardinaux (0° pour le nord, 90° pour l’est, 180° pour le sud et 270° pour l’ouest).

Manipulation avec des boussoles dans la cour

Se rendre ensuite dans la cour avec une boussole pour deux élèves et reproduire rapidement les activités de la séance 5, mais avec des azimuts. Leur demander :
1. De se diriger dans la direction de l’azimut 60, ce qui permet de s’assurer que tous les enfants savent utiliser les azimuts indiqués sur la boussole (ils doivent tous se déplacer parallèlement).
2. D’indiquer les points sur l’horizon situés dans l’azimut 30, 120, 200… (choisir des valeurs pour lesquelles il existe des repères nets sur l’horizon).
3. De donner l’azimut d’un repère éloigné qui leur est indiqué : tous les élèves doivent donner la même indication.
4. De répondre à la même question pour un objet proche (le portail ou un panneau de basket, par exemple). Cette fois-ci, les réponses doivent être différentes, ce qui permet aux élèves de constater que l’azimut d’un objet, tout comme sa direction indiquée avec les points cardinaux, dépend du point où l’on se trouve.
Conclusion : pour repérer un objet ou une direction, il faut indiquer un point de référence dans l’azimut par rapport à ce point de référence. Par exemple, on dira qu’un point est dans l’azimut 35 par rapport au panneau de basket. Ces deux notions (point de référence et azimut) sont importantes et cette manipulation permet de les mettre concrètement en évidence.


Exemples de travaux d’élèves : tableau de relevés d’azimuts et analyse des résultats.

Note scientifique :
Si les élèves disposent de boussoles simples, les azimuts seront « lus » approximativement : le cadran de la boussole étant bien orienté par rapport à la direction du nord indiquée par l’aiguille, on vise dans la direction de l’azimut indiquée sur le cadran pour repérer la direction d’un objet ou, au contraire, on vise un objet et on repère l’azimut correspondant sur le cadran.
Si les élèves disposent de boussoles à cadran rotatif, les manipulations sont facilitées et les repérages plus précis :
– on vise l’objet dont on cherche à déterminer l’azimut avec la grande flèche (rouge le plus souvent) du support de la boussole, puis on tourne le cadran de la boussole pour faire coïncider le nord du cadran avec le nord indiqué par l’aiguille ; enfin, on lit l’angle indiqué sur le cadran dans la direction de la flèche rouge ;
– inversement, si on cherche un objet situé dans un azimut donné, on fait pivoter le cadran de manière à ce que la flèche du support corresponde à cet azimut, puis on fait pivoter l’ensemble pour faire coïncider le nord du cadran avec le nord indiqué par l’aiguille ; l’objet recherché est dans la direction de la flèche.

Exercice en classe

Pour garder le fil rouge de notre projet, les élèves vont ensuite travailler avec la carte décrivant le voyage de Marco Polo donnée en annexe. Cela fournira l’occasion de mieux connaître ce voyage et, pour les élèves, de transférer les connaissances acquises sur la notion d’azimut de l’espace réel (la cour de récréation) à l’espace représenté (la carte).
Distribuer tout d’abord une carte par groupe de deux élèves et leur expliquer qu’ils vont devoir situer les villes visitées par Marco Polo en utilisant les azimuts.
La classe choisit une ville de référence, par exemple Venise, ville de départ de Marco Polo. Demander alors comment faire pour déterminer le plus précisément possible l’azimut des autres villes étapes du voyage de Marco Polo par rapport à Venise.
Chaque groupe essaie de mettre au point un protocole pour déterminer l’azimut de Constantinople par exemple.

Première possibilité
Les manipulations avec les « vraies boussoles » étant délicates à cause des armatures des tables qui font dévier l’aiguille aimantée, il est plus simple d’utiliser des photocopies de cadran de boussole. Chaque paire d’élèves doit effectuer le relevé d’azimut entre Venise et Constantinople. En général, les élèves se focalisent sur la graduation de la boussole et la difficulté principale est de savoir où et comment positionner correctement cette dernière pour relever l’azimut. Plusieurs élèves ne pensent pas à placer le centre de la boussole sur Venise : ils placent les graduations sur cette ville ; d’autres enfants positionnent correctement le centre de la boussole, mais n’orientent pas celle-ci dans la direction du nord.

Ces erreurs peuvent être mises en évidence en confrontant les résultats des groupes. Les désaccords conduisent à un échange qui doit déboucher sur un protocole précis :
1. Relier la ville de départ (Venise) et la ville étape (Constantinople) par un trait sur la carte.
2. Placer le centre de la boussole sur Venise.
3. Orienter le cadran avec le nord en haut (les élèves ont l’habitude d’utiliser des cartes où le nord est « en haut », convention usuelle en cartographie), puis lire sur le cadran l’azimut correspondant au trait dessiné sur la carte (direction Venise-Constantinople).

Deuxième possibilité
Si on utilise de vraies boussoles en classe, il faut les poser horizontalement sur la carte et éloigner d’elles les objets en fer. En fait, il est le plus souvent nécessaire de travailler par terre pour éviter l’influence des armatures et des pieds des tables. Comme précédemment, la méthode pour déterminer l’azimut d’un point sera discutée avec la classe. Il faut :
1. Relier la ville de départ (Venise) et la ville étape (Constantinople) par un trait.
2. Poser le centre de la boussole sur Venise et aligner le nord de la carte avec celui de la boussole.
3. Viser la ville dont on cherche à déterminer l’azimut (Constantinople) avec la grande flèche rouge du support de la boussole.
4. Tourner le cadran de la boussole pour faire coïncider le nord du cadran de la boussole avec le nord indiqué par l’aiguille.
5. Lire l’angle indiqué sur le cadran tournant de la boussole dans la direction de la flèche. Ce sera bien l’azimut de Bagdad, c’est-à-dire l’angle entre la direction de Constantinople et la direction du nord.

Remarque
: Cette méthode est largement illustrée dans l’éclairage scientifique.
Quelle que soit la méthode utilisée, les élèves reproduiront ensuite cette tâche pour déterminer les azimuts des principales étapes du voyage de Marco Polo par rapport à Venise. Puis leur demander de recommencer, par rapport à Pékin cette fois (ville importante du voyage de Marco Polo).

Analyse des résultats

Regrouper les résultats au tableau. Après correction des erreurs éventuelles, les azimuts trouvés par rapport à Venise sont comparés à ceux trouvés par rapport à Pékin. Les azimuts pour une même ville sont différents selon la ville repère choisie. On retrouve donc le même résultat que lors des exercices dans la cour : un endroit donné peut être repéré par plusieurs azimuts à partir de points de référence différents. Il sera important de se le remémorer lorsque le procédé de triangulation sera introduit.
Il est intéressant de faire interpréter les résultats par les élèves :
– les villes étapes se trouvent dans des azimuts compris entre 90° et 180° par rapport à Venise : cela traduit le fait que toutes les villes traversées par Marco Polo se situent entre le sud et l’est de Venise (dans le quart sud-est par rapport à Venise) ;
– les mêmes villes correspondent à des azimuts compris entre 180° et 270° par rapport à Pékin ; elles sont donc situées entre le sud et l’ouest de Pékin (dans le quart sud-ouest par rapport à Pékin).
Revenir ensuite avec la classe sur le fait qu’à un point de référence et un azimut peuvent correspondre plusieurs villes (cas de Xi’an, Chengdu et Pagan, qui sont situées pratiquement dans la même direction par rapport à Pékin).


Evaluation de la séquence 3

Document au format pdf.