Séquence 5 - Au-delà de l’habitat individuel

Objectifs de la séquence

  • Cette séquence de cinq séances (dont trois optionnelles) permet de dépasser l’image naïve de la maison écologique isolée sur sa colline.
  • Les élèves comprennent que l’habitat collectif est plus écologique que l’habitat individuel (car il permet des économies d’énergie et de matériaux) et qu’un habitat n’est véritablement écologique que s’il est intégré au sein d’un environnement qui l’est également.
  • Ils étudient les principes d’un éco-quartier et proposent des évolutions de leur propre quartier afin de mieux répondre aux besoins des habitants tout en minimisant l’impact sur l’environnement.

Attention ! Les activités proposées ici prennent sens dans un contexte urbain et périurbain. L’enseignant exerçant en milieu rural devra sans nul doute procéder à quelques adaptations…

 

Séance 5-1 : Appartement ou maison : est-ce pareil ?

Durée 1h 15
Matériel

Pour chaque groupe :

  • 12 cubes (en plastique, en bois, en sucre…)
  • une photocopie de la fiche XVI
Objectifs Constater que l’habitat collectif permet d’économiser de l’espace au sol, mais aussi des matériaux et de l’énergie
Compétences
  • Mesurer l’aire d’une surface grâce à un pavage effectif à l’aide d’une surface de référence (dont l’aire est prise pour unité)
  • Se repérer dans l’espace
  • Approche des solides dans une situation concrète (nombre de faces visibles, mitoyennes, au sol…)
Dominante Mathématiques
lexique Surface habitable, surface au sol, volume, mur mitoyen

Question initiale

La séance commence par un bref sondage sur les habitations des élèves. Habitent-ils majoritairement des logements individuels ou collectifs ? Le maître demande aux enfants de se mettre dans la peau d’un maire ou d’une équipe municipale qui doit loger des familles arrivant dans sa ville.

Douze cubes représentant chacun le logement d’une famille sont distribués à chaque groupe d’élèves. La consigne est la suivante : Trouvez trois solutions différentes pour disposer ces douze logements sur un terrain à bâtir. Il faudra veiller à ce que chaque logement ait au moins une face (c'est-à-dire un mur) en contact avec l'extérieur (pour éviter d'avoir un cube entouré par d'autres cubes de tous les côtés, ce qui correspondrait à un logement sans fenêtre !).

Note pédagogique

  • Bien insister sur le fait qu’un cube représente un logement, pas une pièce.
  • Il faut utiliser tous les cubes !
  • Les éléments doivent être cubiques, et pas parallélépipédiques (on trouve des sucres cubiques en supermarché), car les calculs ultérieurs nécessitent que toutes les faces soient identiques.

Recherche (expérimentation)

L’enseignant leur distribue la fiche XVI qui permettra de comparer les constructions entre elles. Les consignes nécessitent une explication et une démonstration, notamment pour ce qui concerne les murs mitoyens. L’enseignant peut utiliser deux cubes collés et montrer qu’il n’y a qu’un mur séparant les deux logements : c’est le mur mitoyen. Les élèves travaillent par groupes et proposent des configurations très variées. Par exemple :

  • 12 cubes bien séparés (maisons individuelles : l’espace entre deux cubes peut être un jardin, une route…) ;
  • 12 cubes collés les uns aux autres, mais sur un seul étage (une « barre ») ;
  • 2 étages de 6 cubes chacun ;
  • 3 étages de 4 cubes chacun ;
  • une combinaison de maisons individuelles et d’immeubles de tailles et formes diverses…
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Les formes sont entièrement libres, on peut donc concevoir des agencements plus ou moins compacts, plus ou moins « biscornus ». Il est nécessaire de passer dans les groupes afin de s’assurer que les élèves comptent convenablement les surfaces en contact avec l’extérieur… et surtout les surfaces mitoyennes.

Mise en commun

À tour de rôle, un membre de chaque groupe propose une configuration (différente de celles présentées par les autres groupes), laquelle est « collée » au tableau à l’aide de pâte adhésive.

Note pédagogique

  • Il est préférable d’avoir des cubes qui s’emboîtent les uns dans les autres, pour que la construction « tienne » et puisse être affichée au tableau
  • Dans le cas contraire, on peut se contenter de les disposer sur une table centrale, ou les prendre en photo et afficher les photos.

On vérifie le comptage des faces en contact avec le sol, mitoyennes, ainsi que les totaux. Le maître peut alors poser une question du type : D'après vous, quels sont les agencements les plus respectueux de l'environnement ? Pourquoi ? La question étant un peu difficile, il aura sans doute besoin de les guider : Quelles différences ou similitudes observe-t-on ? Que pourrait-on compter ? Qu'est-ce qu'on a appris avant qui nous servirait ?

Il insiste sur le fait que le volume ne change pas d’une configuration à l’autre : chaque famille a autant de place pour vivre. Les élèves comprennent tout de suite l’intérêt d’avoir une faible surface au sol car, en ville, l’espace est compté.

Note scientifique

  • Les considérations économique et écologique se rejoignent puisque l’étalement urbain est lui-même un fléau environnemental !

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Le nombre total de murs permet d’estimer la quantité totale de matériau nécessaire à la construction : plus il y a de murs, plus il faut de matériau. On cherche donc à minimiser cette quantité (rappel sur l’impact environnemental de matériaux comme le béton, cf. séquence 2)… et il faut pour cela privilégier l’habitat collectif. Le dernier aspect, qui n’est pas évident pour les élèves, est l’importance de la surface en contact avec l’air extérieur. Le maître peut les guider en faisant appel à leur expérience. D'après vous, est-il plus facile de chauffer une maison ou un appartement de même volume ? Les élèves répondent sans problème que l’appartement nécessite moins de chauffage, puisqu’il y a d’autres logements autour qui agissent comme un isolant. En hiver, lorsqu’il fait froid dehors, il est en effet préférable d’avoir peu de surface en contact avec l’extérieur.

Note pédagogique

  • Le lien entre la surface d’échange avec l’air extérieur et la rapidité avec laquelle les échanges de chaleur se font n’est pas forcément évident pour les élèves. Il s’agit plus d’une intuition que d’un savoir construit. C’est pourquoi nous proposons, dans la séance suivante, de l’explorer par une expérience très simple.
  • Au besoin, ceci peut être fait tout de suite, dans le déroulement de cette séance.

Conclusion

Le maître demande aux élèves de conclure individuellement, sur leur cahier d’expériences, en répondant à la question : Appartement ou maison, est-ce pareil ? Quelques élèves lisent leur texte à toute la classe : la conclusion devient alors collective. Exemple de conclusion :
L'habitat collectif est plus économique et écologique que l'habitat individuel : il économise l'espace au sol, l'énergie et les matériaux de construction.

 

Séance 5-2 (optionnelle) : Compacité et perte de chaleur ?

Durée 1h
Matériel
  • Pour chaque groupe :
    • 2 récipients de même matériau mais de forme différente : l’un doit être de grande section, l’autre doit être plus « compact »
    • de l’eau chaude
    • 2 thermomètres
    • une vingtaine de cubes
  • Pour la classe :
    • de l’eau froide
Objectifs Comprendre qu’un logement compact limite les pertes de chaleur
Compétences
  • Manipuler, modéliser et expérimenter en éprouvant la résistance du réel
  • Utiliser un thermomètre
Dominante Sciences et technologie
lexique Compacité

Question initiale

La séance précédente a mis en évidence le fait que deux logements pouvaient avoir le même volume, mais offrir des surfaces d’échange avec l’extérieur (surface de contact avec l’air) très différentes. L’enseignant construit avec quelques cubes deux logements de même volume, mais l’un très compact (cubique par exemple) et l’autre très étalé. Il évoque avec les élèves leur « compacité », en défi nissant ce terme : un logement compact est un logement dont la surface est faible. Le maître pose alors la question suivante : Si l'on coupe le chauffage en hiver, quel logement va se refroidir le plus vite ?

Les élèves notent leurs hypothèses et réfl échissent à une expérience qui leur permettrait de répondre à la question.

Recherche (expérimentation)

Les propositions sont discutées collectivement afin de vérifier la faisabilité des expériences proposées. Une expérience très simple consiste par exemple à utiliser de l’eau chaude dans deux récipients différents (l’un « compact », l’autre « étalé ») et à observer la vitesse à laquelle l’eau se refroidit.

Note pédagogique

  • Il s’agit d’une modélisation dans laquelle :
    • l’eau représente l’air intérieur de la maison (air qu’on veut maintenir chaud) ;
    • la surface de contact entre l’air et l’eau représente la surface des murs en contact avec l’extérieur ;
    • le récipient n’a pas de rôle précis, autre que de maintenir l’eau dans une « forme » étalée ou compacte.
    • Les deux récipients doivent être du même matériau et de même épaisseur. On peut aussi les entourer d’isolant (sauf la surface du dessus) pour supprimer les transferts de chaleur « par les côtés » (puisque nous nous intéressons uniquement aux transferts de chaleur entre l’eau et l’air).

Chaque groupe réalise son expérience, en fonction du matériel disponible.

Dans l’expérience ci-dessous, la classe a utilisé des récipients alimentaires en plastique et un verre doseur pour mettre la même quantité d’eau (le même volume) dans ces deux récipients. Dans le grand récipient, l’eau a une surface de contact avec l’air ambiant plus importante : sa température diminue plus vite que dans l’autre récipient, plus compact.

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Le maître peut alors demander aux élèves ce qui se serait passé si, au lieu de prendre de l’eau chaude, ils avaient pris de l’eau très froide. Ils en discutent collectivement, et font l’expérience pour vérifier leurs hypothèses.
On constate que, dans les deux expériences, c’est toujours l’eau présentant une grande surface de contact avec l’air qui se réchauffe ou se refroidit le plus rapidement.

Évaluation formative

Cette évaluation formative peut être menée collectivement au tableau, à l’aide des constructions réalisées par l’enseignant au début de la séance (deux logements, l’un compact, l’autre étalé). Il s’agit de répondre aux deux questions suivantes :

  • En hiver, lequel de ces logements sera le plus facile à garder au chaud ? Lequel permettra de faire des économies d’énergie ?
  • En été, lequel de ces logements sera le plus facile à garder au frais ? Lequel permettra de faire des économies d’énergie ?

Pour les deux questions, la réponse est simple : le logement le plus compact est celui qui permet de faire le plus d’économie d’énergie (économies de chauffage en hiver, de climatisation en été).

Conclusion

La conclusion, élaborée collectivement, est notée dans les cahiers d’expériences et sur l’affiche de la classe. Elle peut être par exemple :

Un logement compact est plus économe en énergie. En été il reste frais plus longtemps, et en hiver il se refroidit moins vite. L'habitat collectif est, pour cette raison, plus écologique que l'habitat individuel.

Prolongements

  • On peut, à cette occasion, revenir sur les habitats traditionnels dans différents pays et constater que ceux-ci sont très compacts sous les climats froids. L’exemple extrême étant l’igloo, de forme hémisphérique, la plus compacte possible. Ainsi, les pertes de chaleur sont minimisées.
  • Cette séance peut également se prêter à la réalisation de graphiques (voir le prolongement de la séance 3.1 sur les isolants).

 

Séance 5-3 : Qu’est-ce qu’un éco-quartier ?

Durée 1h
Matériel
  • Pour la classe :
    • une affiche
  • Pour chaque binôme :
Objectifs
  • Établir une liste des besoins des habitants d’une ville, d’un quartier
  • Définir ce qu’est un éco-quartier, connaître ses spécificités (bâtiments, transports, énergie, services…)
  • Étudier comment son quartier pourrait évoluer pour réduire son impact environnemental
Compétences
  • Lire et étudier des images
  • Les mettre en relation avec son environnement proche pour effectuer une comparaison
Dominante Géographie
lexique Éco-quartier, cadre de vie, infrastructure, mixité

Question initiale

Le maître interroge les élèves sur les besoins des hommes et des femmes à l’échelle de la ville ou du quartier (et non de l’habitat).
De quoi les habitants d'une ville ont-ils besoin ?

Les idées de chacun sont notées au tableau et discutées collectivement. L’enseignant veille à ce que chaque idée soit débattue : Est-ce que cela correspond à un besoin ? Les besoins des habitants d’une ville sont très variés. Les réponses des élèves sont nombreuses, et peuvent être catégorisées selon ces items :

  • se loger ;
  • s’approvisionner ;
  • travailler ;
  • s’instruire ;
  • se distraire…

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(cliquer pour agrandir)

Une fois la liste des besoins établie et classée, la classe discute collectivement des infrastructures nécessaires pour leur satisfaction : habitations, bureaux, écoles, magasins, espaces verts, loisirs… sans oublier les modes de transport qui permettent de passer de l’une à l’autre. L’enseignant distribue alors à chaque binôme une photocopie de la fiche XVII, qui présente le quartier Vauban, à Fribourg (Allemagne).

Note pédagogique

  • Le quartier Vauban est un éco-quartier très célèbre. On veillera cependant à ne pas le présenter comme tel (ce sera le travail des élèves d’arriver à la conclusion qu’il s’agit d’un éco-quartier, tout en définissant ce terme), mais comme un autre exemple de quartier, qu’on va comparer au nôtre.

Recherche (étude documentaire)

Le travail consiste à expliciter, pour chaque photo illustrée sur la fiche, en quoi le quartier Vauban de Fribourg est semblable ou différent du nôtre.

Note scientifique : a propos du quartier Vauban, à Fribourg-en-Brisgau (Allemagne)

  • Ce quartier, achevé en 2006, est né de la volonté de réhabilitation d’anciennes casernes abandonnées et occupées illégalement. Il est situé à moins de 3 km du centre-ville, s’étend sur 38 ha et abrite plus de 5 000 habitants (2 000 logements). Par rapport à un quartier « classique », il se distingue de plusieurs manières :
    • L’implication citoyenne des habitants dès les premières étapes de réfl exion et de construction, encore persistante aujourd’hui à travers une vie associative très riche. C’est un quartier très convivial.
    • La préservation des biotopes : le quartier est traversé par un ruisseau et comporte de vastes espaces boisés.
    • La mixité des emplois, des services et des habitations : une zone d’activités de 6 ha regroupe 600 emplois. Le quartier possède une école, un jardin d’enfants, une église, des commerces, un marché, une maison de quartier, un centre socioculturel…
    • La priorité donnée aux modes de transports « doux » (marche, vélo, tramway). Les piétons et vélos sont rois, la voiture n’occupant qu’une place marginale : des parkings sont disponibles à l’extérieur du quartier, les rues sont donc libérées pour devenir des espaces de jeux sûrs pour les enfants.
    • La réduction de la consommation d’eau des habitants : récupération des eaux de pluie (utilisée pour les toilettes, le jardinage et le lavage du linge), et remplacement du bitume par un revêtement perméable laissant fi ltrer les eaux de ruissellement.
    • Des logements à faible impact environnemental : isolation, exposition, matériaux écologiques, chauffe-eau solaires et panneaux photovoltaïques (faisant du quartier Vauban l’un des plus grands « quartiers solaires » d’Europe), toitures végétalisées…

Mise en commun

Le maître recueille le travail de chaque binôme et invite quelques élèves à évoquer les ressemblances et les différences entre le quartier Vauban de Fribourg et le leur. Les bâtiments, les matériaux, les énergies, la mobilité des habitants, les liens sociaux ou encore la biodiversité ou les nuisances sonores sont autant d’aspects à étudier. Le maître insiste sur le fait que le quartier Vauban est un « vrai » quartier, installé en Allemagne (Fribourg). C’est un éco-quartier : il répond à la plupart des besoins de ses habitants, tout en limitant au maximum son impact sur l’environnement. Il offre de plus un cadre de vie agréable, très prisé par ses habitants.

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Conclusion

La conclusion de la classe est notée dans les cahiers et sur l’affiche collective. Par exemple :

Pour qu'un habitat soit vraiment écologique, il ne suffit pas de choisir de « bons » matériaux de construction ou de limiter sa consommation d'énergie : il faut aussi repenser les villes, permettre une plus grande mixité entre les habitations, les services, les loisirs, et favoriser les modes de transport non polluants.

Travail à la maison (pour les parents !)

Les élèves vont demander à leurs parents de dessiner sur une feuille leurs trajets quotidiens, ainsi que les modes de transport utilisés (voiture, train, marche…). Ils indiqueront également les temps de parcours. De retour en classe, cela permettra de travailler sur la densité, l’étalement urbain, les transports en commun, l'utilisation de la voiture, etc.

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Exemple en région parisienne : Myriam habite Villenoy et travaille à Livry-Gargan (et à Montrouge une fois par semaine). Elle emmène ses enfants à Meaux pour leurs activités sportives, et profite du déplacement pour faire ses courses à Nanteuil. Les déplacements se font en voiture, faute de transports en commun, sauf lorsqu’elle va à Montrouge, via Paris.

 

Séance 5-4 (optionnelle) : Étude de notre quartier (1)

Durée 45 min
Matériel
  • Pour la classe :
    • une affiche
Objectifs
  • Apprendre à observer son quartier
  • Chercher en quoi le quartier répond ou pas aux besoins des habitants
Compétences
  • Prendre des notes
  • Prendre des photos en choisissant le cadrage
  • Lire une carte
Dominante Géographie

Question initiale

Le maître informe ses élèves d’une prochaine sortie autour de l’école, afin d’étudier comment la ville répond aux besoins de ses habitants. Afin que la sortie soit véritablement féconde, il importe que chacun ait quelque chose de précis à chercher et à noter. Il faut donc préparer une « grille de lecture » du quartier, en s’interrogeant sur ce que l’on cherche à observer.

Élaboration de la grille

Le maître interroge les élèves sur les points à observer pour savoir si le quartier répond aux besoins de ses habitants et quel est son impact sur l’environnement. Au besoin, on rappelle ce qui a été vu lors de la précédente séance. Voici, à titre d’exemple, quelques idées d’items à observer.

    • Les types d’habitations :
      • barres, immeubles, maisons mitoyennes, maisons isolées, lotissements… ;
      • les matériaux utilisés : béton/parpaings, brique, pierre, bois, terre… ;
      • l’âge approximatif (neuf, récent, ancien) ;
      • l’orientation de ces logements.
    • L’utilisation de l’énergie :
      • enseignes lumineuses, éclairage public, lumières domestiques, fils électriques, feux de signalisation, sources de chaleur, usines, ascenseurs…
    • Les modes de déplacement et les infrastructures associées :
      • voitures, vélos, bus, métro… ;
      • parkings, routes, trottoirs, pistes cyclables…
    • Les services :
      • poste, école, mairie… ;
      • loisirs ;
      • magasins…
    • La répartition des espaces :
      • publics ou privés.
    • Les flux :
      • l’eau, le gaz… ;
      • les déchets, les poubelles (tri sélectif ou non).
    • La biodiversité :
      • au niveau du sol : limaces, escargots, insectes, herbes, fleurs, arbustes, arbres… ;
      • sur les plantes : insectes, oiseaux perchés… ;
      • de passage : chats, oiseaux, etc.
    • L’esthétique, le plaisir :
      • les couleurs, la propreté ;
      • les espaces verts… ;
      • les bruits ;
      • les odeurs.

    Cette affiche, mise au propre (traitement de texte), sera imprimée et distribuée aux élèves lors de la sortie (séance suivante). Les élèves seront répartis par groupes, chacun ayant un item et un seul à observer.

     

    Séance 5-5 (optionnelle) : Étude de notre quartier (2)

    Durée 45 min
    Matériel
    • Pour chaque groupe :
      • un accompagnateur
      • un appareil photo numérique
      • une photocopie du plan du quartier ou de la ville (voir ci-dessous)
      • une photocopie de la « grille de lecture » établie à la séance précédente
      • un porte-documents
      • une boussole
    • De retour en classe :
      • un dispositif permettant de montrer à tous les photos prises lors de la visite du quartier : ordinateur/vidéoprojecteur ou, à défaut, les photos imprimées
    Objectifs
    • Exploiter la sortie dans le quartier
    • Chercher en quoi le quartier répond ou pas aux besoins des habitants
    Compétences
    • Découvrir son environnement proche, l’observer, l’analyser, le comprendre
    • Se repérer dans l’espace : utiliser une carte, un plan
    • Prendre des notes
    • Prendre des photos
    Dominante Géographie

    Note pédagogique

    • La présence, parmi les accompagnateurs, d’un membre de la mairie peut éclairer certains aspects de l’aménagement local qui ne pourraient être vus facilement.
    • Il est aisé de trouver un plan de sa ville ou de son quartier, à la mairie ou sur Internet (site de la commune ou, par exemple, site http://maps.google.fr).
    • À défaut de plan (ou en supplément), on peut également utiliser des cartes postales montrant l’évolution de la ville. Cela peut donner des pistes pour identifier les endroits où s’attarder lors de la visite.

    Sortie dans le quartier : observations

    Les élèves sont répartis en petits groupes, chaque groupe étant accompagné par un adulte et ayant une mission particulière (voir la « grille de lecture » du quartier établie lors de la séance précédente). Un groupe se concentrera sur les habitations, l’autre sur les transports, etc.

    Avant la sortie, le maître montre la carte à tous les élèves, et indique le parcours de la sortie. Chaque groupe remplit sa propre fiche d’observations, agrémentée de photos. L’accompagnateur doit encourager les élèves dans leurs recherches, sans pour autant faire le travail à leur place. Il peut les guider par le questionnement : Quels sont les matériaux utilisés ? Quelles sont les constructions les plus anciennes ? les plus récentes ? Quels sont les indices qui vous permettent de dire cela ?

    Retour en classe : mise en commun et conclusion

    Le ma ître récupère les différentes grilles d’obser vations ainsi que les photos prises par tous les groupes. Ces photos sont imprimées ou projetées.
    La discussion s’articule autour de la question suivante : En quoi notre quartier répond-il aux besoins de ses habitants ?

    Le travail effectué sur l’éco-quartier (séance 5.3) est utile pour cette mise en commun.
    Les conclusions et pistes d’amélioration du quartier sont reportées dans les cahiers ainsi que sur l’affiche de la classe. Cette affiche est désormais complète : elle montre comment améliorer nos habitats pour réduire leur impact sur l’environnement (énergie, eau, matériaux, quartier). Elle peut
    être utilisée comme une charte, communiquée aux autres classes de l’école, aux familles, aux élus…

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    (cliquer pour agrandir)

    Prolongement multimédia

    Ce site permet aux classes de mutualiser leurs observations et les conclusions qu’elles tirent à propos de leur cadre de vie. Un blog permet de publier textes, photos et vidéos, et de réagir aux publications des autres classes. Une carte interactive permet quant à elle de localiser, et contacter, chaque classe inscrite au projet.


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    Partenaires du projet

    Fondation La main à la pâte Ministère du développement durable ADEME CASDEN Universcience Fondation des Treilles Editions Le Pommier