Ombres et lumière | Le site de la Fondation La main à la pâte

Ombres et lumière

Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
[Module] - Souvent source de rires, parfois de peurs, presque toujours de jeux, l'ombre devient rapidement familière aux enfants et, finalement, tellement banale qu'elle ne suscite plus chez eux de questionnement réel. C'est à l'enseignant qu'il revient de créer des situations, des jeux, des ateliers capables d'interpeller la curiosité des enfants, qui conduit les élèves à s'interroger sur ce qui préside à la formation des ombres, en mettant en évidence le rôle de la lumière.
Publication : 2 Octobre 2008
Objectif :
DOMAINE SENSORIEL - décrire, comparer et classer des perceptions élémentaires (visuelles), - associer à des perceptions déterminées les organes des sens qui correspondent. COMPÉTENCES DANS LE DOMAINE DE LA STRUCTURATION DE L'ESPACE - repérer des objets ou des déplacements dans l'espace par rapport à soi ; - décrire des positions relatives ou des déplacements à l'aide d'indicateurs spatiaux et en se référant à des repères stables variés ; COMPÉTENCES RELATIVES AUX FORMES ET AUX GRANDEURS - différencier et classer des objets en fonction de caractéristiques liées à leur forme; - reconnaître, classer et nommer des formes simples : carré, triangle, rond
Durée :
4 séquences
Copyright :
Creative Commons France. Certains droits réservés.

 

Dossier publié sous le label La main à la pâte dans la revue LA CLASSE MATERNELLE en janvier 2008    

Pour les petits de maternelle, l’ombre est un phénomène qui attire spontanément la curiosité : celle qu’ils observent d’abord – la leur – a pour particularité de bouger, suivre leur corps, changer de position, de forme, bref, de se comporter presque comme un personnage animé. Souvent source de rires, parfois de peurs, presque toujours de jeux, l’ombre devient rapidement familière aux enfants, et finalement, tellement banale qu’elle ne suscite plus chez eux de questionnement réel, certains l’assimilant à un simple reflet. C’est à l’enseignant qu’il revient de créer des situations, des jeux, des ateliers capables d’interpeler la curiosité des enfants, et de les amener à s’interroger sur ce qui préside à la formation des ombres, en mettant en évidence le rôle de la lumière.

Il y a un des écarts entre ce que les enfants perçoivent des phénomènes lumineux, ce qu’ils peuvent en dire, et ce qu’ils peuvent représenter. Cependant, il est intéressant de faire s’exprimer les élèves sur l’ombre et la lumière, car les propos des uns ou des autres peuvent présenter des décalages et susciter des réactions.
"Faudrait de la lumière pour regarder notre ombre!
- L'ombre, c'est quand on se voit par terre.
- Comme dans une glace ?
- Oui… !"

Des événements, des faits, des propos entendus peuvent interpeller les enfants, les surprendre, pour peu que l’enseignant les incite à observer et décrire ce qui les entoure, et à réagir aux propos qu’il entend.




Sommaire des séquences 


L'ombre, c'est mon ombre. (pdf 2 pages)
Familiarisation, premières explorations.

1 - Partir des représentations
2 - Premières investigations: la taille de mon ombre

L'ombre d'objets. (pdf 4 pages)
Familiarisation, premières explorations.
1 - Des dispositifs pour des ateliers
2 - Premièrs explorations: à la découverte de l'ombre et du noir
3 - Dessiner le contour des ombres, spot fixe
4 - Observer la taille et la forme de l'ombre, spot mobile

Mon ombre au soleil  (pdf 5 pages)
1 - Ce que les enfants disent de la lumière
2 - Premières observations
3 - Dessins
4 - Marquer à la craie le contour de nos ombres
5 - Je joue au soleil
6 - Une dernière phase de représentations

Vers le théâtre d'ombres; des ombres verticales en classe (pdf 3 pages)
1 - Projection de l'ombre de mes mains
2 - Marottes et lampes de poche


Documents complémentaires

 

À la découverte des ombres: premières observations


L’ombre, un compagnon des élèves les jours ensoleillés

  • Ils peuvent avoir une ombre au sol ou sur un mur, ou sur d’autres supports. La forme de leur ombre n’est pas toujours la même. Ils peuvent chercher à en modifier la forme, la taille.
  • Leur ombre (portée sur le sol ou un mur) est une zone sans lumière donc sans couleur (en lumière blanche), dont on ne perçoit que les limites. Elle est une zone d’ombre qu’ils créent.
  • Ils peuvent se mettre « à l’ombre »… Quand ils sont à l’ombre, ils n’ont pas d’ombre, ou plutôt, la partie de leur corps qui est à l’ombre ne donne pas d’ombre !
  • Quand ils marchent, leur ombre (portée au sol) est reliée à leurs pieds. Cependant, ils peuvent « décoller » leurs pieds de leur ombre quand ils sautent et leur ombre est en contact avec leurs mains s’ils marchent à quatre pattes…
  • Ils peuvent mêler leur ombre à celle de leurs camarades, ou à celles d’objets, même sans les toucher.


Les ombres d’objets exposés au Soleil

  • Les animaux ont une ombre, les objets aussi ont aussi une ombre.
  • La forme de l’ombre d’un objet est parfois très différente des contours de l’objet, selon la façon dont on le positionne par rapport au Soleil : l’ombre d’un cerceau peut être ovale !
  • L’ombre d’un même objet est parfois différente selon qu’elle se porte sur le sol, sur un mur, sur un arbre.
  • Les murs de l’école ont une ombre. Les ombres des arbres de la cour, celles des murs, du mobilier d’extérieur ne sont pas toujours au même endroit, selon l’heure de la journée ou la saison.
  • Il y a des endroits de la cour qui ne sont jamais à l’ombre.

Ces premières observations constitueront un capital qui permettra aux enfants plus tard, à l’école élémentaire, de s’engager dans une étude de la course du Soleil et des points cardinaux : l’ombre n’est jamais au Sud de l’objet dans l’hémisphère Nord !

Ailleurs qu’au soleil

  • On peut créer des ombres même en l’absence de Soleil.
  • On peut modifier la forme, la taille de l’ombre d’objets selon la façon dont on les place par rapport à la source de lumière.

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Quelques phrases clés

Quand la lumière rencontre un objet opaque :

  • L'ombre portée n'est pas une propriété de l'objet, mais résulte de l'interaction entre la source et l'objet.
  • Les dimensions de l’ombre peuvent être supérieures, ou inférieures à celles de l’objet.
  • Un objet peut avoir des ombres de formes différentes selon les positions relatives de la source et de l’objet.
  • Un objet peut avoir plusieurs ombres quand il reçoit des lumières émanant de plusieurs sources.



A noter qu’on emploie ici le mot « ombre», il faudrait pourtant dire « ombre portée » ! Mais, cela ne sera pas l’objet de précisions à la maternelle !
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Des objectifs à atteindre, à long terme

  • Prendre conscience de la linéarité des rayons lumineux ou de l’alignement source-objet-ombre : où est le Soleil par rapport à moi et à mon ombre ?
  • Si un obstacle opaque s’interpose (mur, arbre) entre le Soleil et moi, je suis à l’ombre et je n’ai donc plus d’ombre.
  • Je peux avoir une partie de mon corps à l’ombre et une au Soleil, mon ombre paraîtra alors « tronquée ».


Vers activités de familiarisation

  • Prendre conscience des formes différentes que je peux créer en jouant sur cette linéarité
  • Seuls les « bords » donnent la forme de l’ombre.
  • Selon les supports sur lesquels l’ombre est portée, elle peut être modifiée


Vers les activités au Soleil : Mon ombre et moi !

  • Prendre conscience qu’un objet peut en général avoir des ombres très différentes selon les positions relatives de l’objet et de la source de lumière qui l’éclaire. 
  • Prolongements possibles : activités d'orientation, étude de la course du Soleil dans le ciel

Voir les activités sur l’ombre des objets observés en lumière artificielle (et reprise de certaines de ces activités au Soleil), théâtre d’ombre… pistes pour une séquence ombres verticales

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Des types d’activités

La liste des activités citées ici n’est pas exhaustive, et ne reflète pas un ordre chronologique privilégié. Cependant, les situations proposées en familiarisation et exploration peuvent être organisées plusieurs fois dans une même année scolaire, et à plusieurs reprises à la maternelle, avant d’entreprendre un travail d’investigation ou de représentation plus systématique.

Familiarisation
Jouer avec son ombre
Observer les ombres sur le mur, sur le sol
Jouer avec l’ombre d’objets
Obtenir des ombres dans la classe avec une source de lumière artificielle

Exploration
Repérer les conditions pour qu’il y ait des ombres portées visibles
Repérer les ombres d'enfants, leur orientation, leur taille, leurs déformations
Repérer les ombres d’objets plus petits que soi, les ombres de grands objets (qui permettent de se mettre à leur ombre)
Reconnaître un objet à partir de son ombre
Découvrir les différentes ombres possibles d’un même objet

Représentations
Associer un objet, ses silhouettes et ses ombres possibles
Comparer des ombres différentes d’un même objet
Identifier différents tracés réalisés à partir d’un objet : contour des empreintes dans le sol, des ombres, des silhouettes…
Dessiner des ombres, les comparer à celles qu’on voit
Dessiner un enfant et son ombre, en situation, c’est-à-dire en regardant l’enfant et l’ombre.
Dessiner l’ombre d’un même objet sur le sol, à différents moments de la journée, de l’année.
Dessiner son ombre, de mémoire, après une activité de jeu au Soleil.
Observer les photos des situations vécues, et les comparer aux dessins réalisés

Investigation
Faire se former des ombres pour répondre à une exigence (plus grande, plus petite, très grande, d’une autre forme)
Repérer les positions relatives des objets, de l’ombre et de la source lumineuse
Explorer des objets de formes différentes pour essayer de dégager les points communs, les différences, trouver des régularités
Explorer des matériaux non opaques
Argumenter sur la position du Soleil, à partir d’une photo où il y a des ombres portées mais où le Soleil ne figure pas
Prévoir la forme et la position de l’ombre d’un objet, avant d’allumer un spot (il faudra alors faire préciser leurs positions relatives!)
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Par quelle étude commencer ?

Mon ombre, ou l’ombre d’objets ? En lumière artificielle ou au Soleil ? Ombre portée sur le sol ou sur un mur ?
Il peut sembler plus pertinent de faire jouer en premier lieu l’enfant avec son ombre, mais, une difficulté se pose : l’enfant est à la fois l’observateur et l’objet qui fait écran au Soleil, et dont on regarde l’ombre.
Le point important : donner aux enfants, à plusieurs reprises, l’occasion de participer à des ateliers variés de familiarisation qui favorisent la focalisation des enfants sur ce qui nous intéresse, ici l’étude des ombres.
A partir de leurs remarques et des questions qui auront été suscitées, il sera possible de programmer un ensemble d’activités sur la formation des ombres, qui se présente plutôt sous forme d’approches multiples et convergentes que de progression.

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Quelques notions de base pour l'enseignant

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Ce qui produit la lumière est appelé « source primaire ». Ex. : le Soleil, une lampe torche, un ver luisant…
On appelle « source secondaire » un objet qui renvoie de la lumière mais ne la produit pas - la Lune, un miroir- et tout objet suffisamment « réfléchissant » pour permettre d’éclairer un autre objet.
Pour qu’un objet quelconque, c’est-à-dire qui n’est pas lui-même une source primaire, puisse être vu par un observateur, il faut :
-    qu’il soit éclairé ;
-    qu’il n’absorbe pas toute la lumière mais en renvoie au moins une partie ;
-    qu’une partie de cette lumière réémise arrive dans l’œil de l’observateur ;
-    que l’œil soit en état de détecter cette lumière renvoyée (qui peut être différente de celle que l’objet a reçue).
Quand elle est reçue par l’œil la lumière peut être perçue « blanche » ou « colorée », selon ses propres caractéristiques, et celles de l’œil qui la reçoit.

OPAQUE, TRANSPARENT, TRANSLUCIDE ?
•    Un matériau est plus ou moins translucide, c’est-à-dire qu’il laisse passer de la lumière à travers lui. Cette transmission décroît avec l’épaisseur de matériau traversée et dépend de la lumière reçue.
•    Quand il ne laisse passer aucune lumière, on dit qu’il est opaque.

OMBRE OU OMBRE « PORTEE »
Attention : ce qu’on appelle ombre dans la vie courante est bien souvent en fait l’ombre « portée ». Lorsque de la lumière arrive sur un matériau opaque, elle ne peut pas le traverser, qu’il soit absorbant ou réfléchissant.

Une zone d’ombre (c’est-à-dire une zone où la lumière issue de cette source n’arrive pas) se crée alors derrière l’objet. La forme, les limites, les contours de cette zone de l’espace, dépendent, entre autres, des contours de l’objet, de sa distance à la source lumineuse et de ses caractéristiques. Cette zone est en soi non visible : ne recevant pas de lumière de la source, cette zone ne peut pas en renvoyer dans l’œil ! L’ombre n’est qu’une absence de lumière.

L’œil perçoit cependant l’ombre portée - la tache plus sombre qui s’est formée sur le sol, un mur ou tout autre surface visible - par différence avec les zones voisines qui, en recevant de la lumière, en renvoient dans l’œil par diffusion.

ON NE VOIT PAS LA LUMIERE « DE PROFIL »
Comment représenter les situations « Sources de lumière - objet opaque -zones d’ombres de lumière - ombre portée » vues par un observateur ?
On peut représenter la lumière comme un ensemble de « rayons » qui matérialisent les trajectoires empruntées par la lumière à partir de la source. Ces trajectoires sont généralement codées par des flèches. On représente seulement quelques rayons, en particulier ceux qui jouent un rôle de « limite » ; ils partent de la source, « affleurent » les bords de l’objet « obstacle », arrivent à l’endroit où l’observateur verra se former l’ombre portée (au mur, sol, sur un écran…), et qui constitue un nouvel obstacle pour ces rayons qui n’ont pas été arrêtés par le premier.
Pour que l’ombre soit vue, il faut que les rayons qui arrivent jusqu’au mur (ou jusqu’au sol ou un autre écran), arrivent ensuite jusqu’à l’œil de l’observateur. Ceci se produit si le mur (ou l’écran) n’absorbe pas cette lumière mais la réfléchit, la diffuse dans toutes les directions. Il n’y a pas d’ombre sur un mur noir, qui absorbe toute la lumière.
Dans les ouvrages documentaires ou les manuels scolaires, on omet souvent de positionner l’œil de l’observateur et de faire apparaître cette diffusion. Les schémas laissent alors croire qu’on voit la lumière de profil ! Ces représentations erronées sont fréquentes et perdurent, induisant des raisonnements incorrects et des prévisions fausses, qui persistent chez les adultes. Habituer les jeunes élèves à penser qu’on ne voit de lumière que celle qui arrive dans l’œil est un objectif qu’il est possible d’atteindre à long terme, pour peu qu’au fil de leur scolarité, cette question soit posée et le phénomène étudié de façon récurrente.

SOURCE PONCTUELLE OU ETENDUE ?
- Si la source de lumière est ponctuelle, le contour de l’ombre portée sur une surface claire et lisse sera net et contrasté.



- Si la source de lumière est étendue, l’ombre portée est floue, et bordée d’une zone de « pénombre » où arrive de la lumière venant d’une partie seulement de la source.
- Si la source n’est pas ponctuelle, il y a sur l’écran une zone d’ombre, où aucun rayon issu de la source n’arrive, encadrée d’une zone de pénombre où seulement certains rayons issus de la source arrivent. En effet, certains rayons ne rencontrent pas l’objet sur leur trajectoire alors que d’autres rayons issus des mêmes points - mais avec des directions différentes - sont arrêtés par l’objet.



La zone de pénombre est plus sombre que la zone éclairée mais plus claire que la zone d’ombre. Représentée ici en coupe, cette zone de pénombre comporte deux parties, de part et d’autre de l’ombre portée.

PARADOXE : LA LUMIERE DU SOLEIL
Le Soleil est une source étendue ; on lui attribue la taille apparente d’une pièce d’un euro placée à environ deux mètres de l’œil de l’observateur. Il est cependant si lointain que l’on peut considérer que tous les rayons qui en viennent et qui arrivent sur la Terre sont quasiment parallèles entre eux.

Bien que le Soleil soit une source « étendue », les ombres portées des objets éclairés par le Soleil sont nettes. Elles le sont moins si la lumière reçue ne vient pas directement du Soleil mais de multiples sources secondaires, c’est-à-dire d’objets diffusants comme le sol ou les nuages, ce qui est le cas le plus fréquent.




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Voir aussi : Documentation pédagogique > comment faire :
Les ombres en lumière blanche: qu'est-ce que c'est et comment les enseigner?  Édith Saltiel.

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