Cratères et météorites, question d'énergie !

1. Situation de départ et émission d'hypothèses et protocoles
Auteurs : Katia Allegraud(plus d'infos)
Frédéric Pérez(plus d'infos)
Fatima Rahmoun(plus d'infos)
Résumé :
A partir de photos du sol lunaire, les élèves émettent des hypothèses sur l'origine des différentes tailles de cratères.
Publication : 23 Novembre 2016
Objectif :
Emettre des hypothèses, élaborer un protocole pour les tester, identifier un paramètre.
Matériel :
  • De quoi projeter des images 

Pour un groupe :

  • Entre un et deux paquets de semoule (prévoir environ 8 paquets pour 5 groupes) de 1 kg
  •  D’autres types de « sol » : sable, gravier, farine…pour les élèves qui souhaitent en comparer.
  • 1 bassine ou saladier (diamètre intérieur entre 20 et 25 cm, ne pas prendre de contenant trop grand sinon la couche de semoule ne sera pas assez épaisse et les billes toucheront le fond)
  •  billes en verre de différents diamètres
  •  Pâte à modeler
  •  Pour mesurer le diamètre des cratères et/ou la hauteur de lâcher: compas, régle, mètre ruban
  • 1 balance (pour peser les billes)
  •  pied à coulisse pour mesurer le diamètre des billes si besoin

Situation de départ (10 min)

L’enseignant montre à la classe des images du sol lunaire présentant une multitude de cratères.  

Entre 1966 et 1967, cinq missions ont été lancées dans le cadre de la préparation de la mission Apollo pour identifier les zones d’alunissage possibles et les sites d’intérêt scientifique majeur. Ces photos ont été prises depuis des appareils mis en orbite autour de notre satellite. Le Lunar and planetary institute a mis en ligne une importante collection d’images réalisées lors de ces campagnes. Il ne faut pas hésiter à fouiller le site qui regroupe une quantité d’archives considérable, en particulier des photos des astronautes pendant le vol d’Apollo 11 et des prises de vues du sol lunaire effectuées lors des missions Apollo 11 à 17.

 

L’enseignant demande aux élèves de décrire ce qu’ils voient sur l’image, d’abord individuellement par écrit, puis anime l’échange avec toute la classe. Il porte l’attention des élèves sur les cratères et leur grande disparité de tailles et lance la question centrale de la séquence : pourquoi y a-t-il des cratères de tailles différentes ?

Note pédagogique

Cette introduction sous entend qu’il sera évident pour les élèves que les cratères sont dus à des impacts. S’ils n’ont pas cette connaissance préalable, on peut d’abord centrer la discussion sur ce que sont les trous que l’on voit sur l’image. Si l’hypothèse d’un cratère volcanique est avancée, l’observation de l’absence de coulées et surtout la superposition multiple des cratères, qui n’existe pas pour un volcan, permet de l’écarter. 

Etape 1 : hypothèses et protocoles (20 min)

Les élèves réfléchissent par écrit individuellement, puis s’organisent en binôme ou groupes de quatre et choisissent une hypothèse qu’ils vont tester. 

Extraits de cahiers d’expériences d’une classe de 6e EIST.

Propositions d’élèves :

  •  « Plus la météorite est grosse, plus le cratère est grand » 
  •  « Plus la météorite est lourde, plus le cratère est grand »
  •  « Plus la météorite est rapide, plus le cratère est grand »
  •  « C’est la puissance qui compte » : pour les élèves, la « puissance » mentionnée ici représente la violence de l’impact, qui pour eux est reliée à la vitesse de la météorite.

Chaque groupe établit le protocole correspondant et la liste de matériel, dont il fait une description par écrit, assortie d’un schéma explicatif. L’enseignant fournit le matériel ou propose des solutions alternatives s’il n’a pas le nécessaire.

La météorite est représentée par une bille, boule de pâte à modeler, boule creuse plus ou moins remplie pour ceux qui voudront faire varier la masse à diamètre constant. Pour le sol, les élèves peuvent demander du sable, de la farine, de la semoule, de la pâte à modeler…pour les situations que l’on ne pourra tester en classe (impact d’une météorite dans l’océan par exemple), l’enseignant peut proposer en prolongement l’utilisation d’un simulateur d’impact.

Notes pédagogiques 

  • si les élèves ont du mal à proposer des hypothèses, on peut procéder à une première mise en commun pour en sélectionner quelques unes sur lesquelles travailler.
  • on peut laisser aux élèves un libre choix total de matériel ou leur en proposer une petite sélection (sans trop fermer les possibilités ! Diversifier les types de sols, billes, contenants…) si cela peut les aider à trouver des idées.
Trois lâchers de billes de masse différentes d’une même hauteur pour tester l’influence de la masse. Ce groupe a choisi de travailler à diamètre d’objet constant en utilisant de petites capsules en plastique plus ou moins remplies.

L’enseignant discute avec chaque groupe, fait reformuler les propositions et préciser le vocabulaire. Quels sont les paramètres que les élèves ont choisi de tester ? La « taille » du cratère désigne-t-il son diamètre, son rayon, son volume, sa profondeur ? De même, la « grosseur » de la bille fait-elle référence à sa masse, son diamètre ?

Note pédagogique

  • En 6ème, la différence entre poids et masse n’est pas du tout évidente pour les élèves qui vont également parler de « lourdeur ».  A ce stade, on peut leur signaler que ce n’est pas exactement équivalent et qu’ils préciseront ces notions les années suivantes, et que le poids est ce qui fait qu’on sent que les objets sont « tirés vers le bas ».  Il est difficile d’être intransigeant sur ces termes car ce que nous expérimentons au quotidien de la masse des objets, c’est bien leur poids ! A aucun moment nous n’avons accès directement à leur masse.
  • L’attention sera plutôt portée sur la précision du vocabulaire désignant les paramètres mesurés par les élèves : hauteur, volume, diamètre… Ils auront facilement tendance à les mélanger, par exemple à désigner par le mot « taille » la masse, le volume, le diamètre ou le rayon de la bille.