Guide 6e - De quoi est fait le monde ? Matière et matériaux

Séquence 2.1 : L’organisation de la matière
Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
Les êtres vivants partagent tous la même « brique de base » : la cellule. Il existe une grande diversité de cellules. Dans l’inanimé on peut observer des cristaux, forme d'organisation de la matière. La matière, quelle qu'elle soit, a une unité et elle est constituée d'atomes qui s'organisent entre eux.
Publication : 26 février 2013

Séquence 2.1 : L’organisation de la matière

Fil directeur :

Les êtres vivants partagent tous la même « brique de base » : la cellule. Il existe une grande diversité de cellules.

Dans l’inanimé on peut observer des cristaux, forme d'organisation de la matière.

La matière, quelle qu'elle soit, a une unité et elle est constituée d'atomes qui s'organisent entre eux.

2.1.1. Dans le vivant, universalité de la cellule

Matériel nécessaire : loupe, lampe, microscope, lames de verre, lamelles, pipettes, pinces fines, papier absorbant, concombre, couteau de cuisine (pour le prof), levures, oignons, accès l’eau et savon pour se laver les mains.

Situation déclenchante et exemples d’activités

La situation de départ peut être une observation très concrète : un concombre placé à température ambiante et un concombre préalablement placé au congélateur n’ont pas le même aspect au toucher. L’un est plus mou que l’autre. On s’interroge sur les raisons de ces différences. Y aurait-il des différences dans la matière ? Comment peut-on y regarder de plus près ? Faisons des coupes très minces et regardons à la loupe par transparence face à une lampe. Puis notons les observations. Si les observations ne sont pas satisfaisantes, on peut essayer de voir à plus fort grossissement. Pourquoi pas en utilisant un microscope ?

Mais que faut-il faire pour que l’observation soit possible ? Que se passe-t-il si la tranche trop épaisse ne laisse pas passer la lumière ?

Cette entrée pourra servir de déclenchement à des questionnements qui déboucheront sur le troisième module. Après dégel, le concombre devient très mou, les cellules mises au froid ont été cassées. Pourquoi ? Par quoi ?

Une autre situation peut-être inspirée par l’histoire des sciences. On voudrait observer ce que l’inventeur du microscope (voir encadré) a vu (des levures, des microbes). A condition de faire attention aux conditions d’hygiène (chaque élève touche seulement sa préparation et va la jeter ensuite dans une cuvette contenant de l’eau de Javel), nous pouvons observer nos propres cellules. Il suffit de passer un coton stérile à l’intérieur de la joue, puis de le frotter sur une lame de verre, après avoir ajouté une petite goutte d’eau rapidement recouverte d’une lamelle. Attention aux bulles d’air !

Les observations se poursuivent avec des levures, des paramécies, des cellules d’élodée ou d’oignon violet. Le choix est large et suscite toujours l’étonnement.

Consulter le site http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/labo/securite_svt/index.htm pour répondre aux questions de sécurité liées à  l'observation d'organismes vivants.

Les enfants font des dessins de ce qu’ils observent, ajoutent des légendes et des commentaires (un titre notamment).

Le calcul du grossissement peut être un travail intéressant à mener en lien avec le professeur de mathématiques.

L’utilisation du microscope par Antoni Van Leeuwenhoek 1632 – 1723

Histoire des sciences et des techniques : l’utilisation du microscope par Antoni Van Leeuwenhoek, marchand drapier de Delft (1632 – 1723). Quand il observe le poivre pour vérifier s'il porte des aiguilles minuscules capables de piquer la langue, Van Leeuwenhoek fait une découverte accidentelle : il voit de petits animaux connus aujourd'hui sous le nom de protozoaires. La "Royal Society of London" reproduit son expérience. Il devient célèbre et ouvre la voie aux chercheurs des générations suivantes.

Les instruments utilisés étaient très simples : une lentille formée d'une minuscule bille de verre sertie dans une lame métallique. L'échantillon était placé sur une pointe métallique solidaire du support, que l'on déplaçait face à la lentille pour en explorer le contenu. L'ensemble était tenu très près de l'œil, face à la lumière, et permettait d'obtenir des grossissements allant jusqu'à trois cents fois. Leeuwenhoek observa ainsi le premier les globules rouges du sang (1673), les bactéries (1683), les spermatozoïdes (1677), les cellules de la levure de bière (1680).

Un tel procédé permet d'observer des objets de quelques micromètres (1 µm = 1 millième de mm.)  Il est donc suffisant pour observer des cellules qui mesurent, en général, quelques dizaines de micromètres. Signalons que si Leeuwenhoek a observé et décrit de nombreux types de cellules, il n'a toutefois pas réalisé que tous les êtres vivants étaient formés d'un assemblage plus ou moins complexe de ces unités.

http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1677_leeuwenhoek/leeuwenhoek.html

Une étude de l’évolution du microscope depuis son invention par Antoni Van Leeuwenhoek jusqu'à nos jours peut être menée, éventuellement à l'aide des liens internet présentés à la fin de ce document. Cette étude permettra de mettre en évidence le lien étroit existant entre les avancées scientifiques, ici dans le domaine du vivant, et les avancées techniques.

Notions essentielles :

La cellule est la plus petite entité vivante, la brique fondamentale de tout organisme. Elle est constituée d'une membrane qui renferme un liquide visqueux, le cytoplasme, composé d'eau en grande partie. Plusieurs cellules groupées peuvent constituer un tissu ou un organe. Toutes les cellules ne sont pas identiques, mais elles ont toutes des propriétés communes.

2.1.2. Dans l’inanimé, empilements et cristaux

Matériel nécessaire : loupe, divers cristaux (gros sel, sel récupéré à la séquence 1, sucre candy, sulfate de cuivre...) , balles de ping-pong ou boules de cotillons spéciales avec une face plane permettant de les poser en équilibre stable (en vente chez les fournisseurs de matériel scolaire), papier sur lesquels sont tracés des figures (préparées par les élèves avec le professeur de mathématiques, à l’occasion de la leçon sur les aires), images obtenues en microscopie à effet tunnel ou à force atomique (accès internet ou ordinateur si l’image a préalablement été enregistrée par le professeur).

Situation déclenchante et exemples d’activités

On demande aux enfants de dire dans quelles circonstances ils ont entendu parler de sel. Qu’est-ce que cela évoque pour eux ?

Ils répondent : sel de table, sel de bain, marais salants, etc.

Une rapide recherche sur internet révèle encore d’autres aspects du sujet. On a aussi trouvé du sel dans des météorites formées il y a 4,57 milliards d’années (météorite "Zag" tombée au Maroc en 1998). Il y a des lampes à cristaux de sel qui permettent d’avoir une lumière douce.

Comment est-ce organisé ? On observe à la loupe. On dessine là encore ce que l’on voit.

On remarque des faces régulières. Comment expliquer les faces régulières? Peut-on mimer cette régularité en imaginant que la matière est formée de toutes petites boules, que l’on appellera atomes ? Les élèves tentent de disposer ces boules sur différentes surfaces et notent leurs observations.

Les échelles de taille doivent à nouveau être précisées, car la modélisation peut entraîner des confusions dans l’esprit des enfants. Les atomes sont bien trop petits pour être visibles à l'aide d'un microscope optique. Toutefois, on pourra prouver la présence d'atomes à l'aide d'images de microscopie à effet tunnel.

Il est bon de s’assurer que les enfants savent ranger du plus petit au plus grand : atomes plus petits que les cellules.

Notions essentielles :

Toute la matière est constituée d’atomes arrangés de différentes façons. On peut faire un modèle de ces arrangements en considérant que les atomes se comportent comme des petites boules.

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