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

Séquence 3.1 : Identifions quelques changements
Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
On constate que des changements peuvent intervenir sur la matière. Les changements sont différents selon la matière observée : certains peuvent s’effectuer indépendamment de l’action humaine (la graine qui se change en plante ou le glaçon qui fond à la chaleur), d’autres sont uniquement provoqués par l’homme (de la matière usinée). Dans tous les cas, l’homme peut influer sur ces changements ou les utiliser, pour satisfaire ses propres besoins. La matière évolue sans cesse. Dans tous les cas proposés dans ce troisième module, des changements sont identifiés à l’échelle macroscopique. C’est l’occasion de familiariser les élèves, par l’observation et les manipulations concrètes, au fait que des changements affectent la matière, que ces changements peuvent prendre des formes variées et résulter de mécanismes différents. L’étude d’interactions entre le vivant et le non-vivant est approfondie. Au cours des saisons, le vivant subit des transformations. On trouve des formes différentes : fleurs, graines, spores, etc. A travers plusieurs exemples, on s'intéresse à trois types de changements. Le premier nécessite des transformations chimiques mettant en jeu plusieurs sortes de molécules (« le vivant au cours des saisons », « d’où viennent les couches du sol ? », « la matière dans le système solaire, quels changements ? »). Le second ne met en jeu qu'un seul type de molécules (« du glaçon au verre d’eau »). Le troisième est une transformation mécanique (« de la matière à la pièce fabriquée »). Toutefois les explications à l’échelle moléculaire ne sont pas encore accessibles aux élèves de sixième. Elles seront progressivement introduites ultérieurement au cours de la scolarité (collège et lycée). A l’occasion de l’observation de changements d’état, on constate que la masse reste la même, au début et à la fin de l’expérience. La matière a été conservée. L’aspect énergétique des changements d’état sera étudié en classe de cinquième. On a posé les premières bases du concept de conservation de la matière, à partir d’un cas particulier très simple. La généralisation de ce concept ne pourra s’effectuer que dans les classes de niveau plus élevé.
Publication : 26 février 2013
Matériel :

Séquence 3.1 : Identifions quelques changements

Fil directeur :

On constate que des changements peuvent intervenir sur la matière. Les changements sont différents selon la matière observée : certains peuvent s’effectuer indépendamment de l’action humaine (la graine qui se change en plante ou le glaçon qui fond à la chaleur), d’autres sont uniquement provoqués par l’homme (de la matière usinée). Dans tous les cas, l’homme peut influer sur ces changements ou les utiliser, pour satisfaire ses propres besoins.

La matière évolue sans cesse. Dans tous les cas proposés dans ce troisième module, des changements sont identifiés à l’échelle macroscopique. C’est l’occasion de familiariser les élèves, par l’observation et les manipulations concrètes, au fait que des changements affectent la matière, que ces changements peuvent prendre des formes variées et résulter de mécanismes différents.

L’étude d’interactions entre le vivant et le non-vivant est approfondie. Au cours des saisons, le vivant subit des transformations. On trouve des formes différentes : fleurs, graines, spores, etc.

A travers plusieurs exemples, on s'intéresse à trois types de changements. Le premier nécessite des transformations chimiques mettant en jeu plusieurs sortes de molécules (« le vivant au cours des saisons », « d’où viennent les couches du sol ? », « la matière dans le système solaire, quels changements ? »). Le second  ne met en jeu qu'un seul type de molécules (« du glaçon au verre d’eau »). Le troisième est une transformation mécanique (« de la matière à la pièce fabriquée »). Toutefois les explications à l’échelle moléculaire ne sont pas encore accessibles aux élèves de sixième. Elles seront progressivement introduites ultérieurement au cours de la scolarité (collège et lycée).

A l’occasion de l’observation de changements d’état, on constate que la masse reste la même, au début et à la fin de l’expérience. La matière a été conservée. L’aspect énergétique des changements d’état sera étudié en classe de cinquième. On a posé les premières bases du concept de conservation de la matière, à partir d’un cas particulier très simple. La généralisation de ce concept ne pourra s’effectuer que dans les classes de niveau plus élevé.

3.1.1. Quelles transformations dans le sol ?

Matériel nécessaire :

Pelles, bac de récolte.

Appareil photo et plan quadrillé pour repérer la position des différents objets retrouvés et faire des comparaisons avec ce qui avait été enfoui au cours de la mise en oeuvre du module 1 (voir 1.3.1a. Que trouve-t-on dans le sol?).

Situation déclenchante et exemples d’activités :

Déterrer les objets enfouis lors d’une séance du module 1 en prenant les précautions sanitaires qui s'imposent (gants, etc.).

Comparer la position des objets déterrés avec les plans et les photos initiales. Certains objets sont intacts, d'autres ont « disparu » et d'autres ont été déplacés. La notion de matière biodégradable sera approfondie dans la séquence 3.3.2.

Des transformations ont donc eu lieu dans le sol.

Les questions qui résultent de ces observations servent de support à des expériences :

           « Qu'est-ce qui a déplacé les objets ? »

Hypothèses : les animaux du sol, d'autres élèves, un chat, ruissellement de l'eau, etc. ont bougé les objets.

Il n'est pas toujours possible de répondre avec certitude. Toutefois on peut provoquer des observations en réalisant un élevage de ver de terre qui permet de réaliser du compost. On peut comparer deux composts, l'un sans ver de terre, l'autre avec et constater l'influence de cet animal sur les déplacements de matière.

           « Qu'est-ce qui a fait disparaître le papier, le carton, les feuilles mortes ? »

Hypothèse 1 : l'humidité favorise la décomposition.

En plongeant un morceau de papier dans un verre d'eau, on montre que cette hypothèse est valide.

Hypothèse 2 : le froid favorise la décomposition.

Un morceau de papier placé dans un congélateur reste intact; cette hypothèse est infirmée.

Hypothèse 3 : il y a des choses dans le sol qu'on ne voit pas qui accélèrent la décomposition.

On cherche à savoir si ces choses sont vivantes en comparant un sol stérilisé et un sol non stérile.

Une étude documentaire peut conduire à la notion de bactérie du sol (pour des raisons d’hygiène, il est interdit de les cultiver, mais par contre des observations de bactéries du yaourt ou du sel sont envisageables).

Notions essentielles :

Le sol est un système dynamique en perpétuelle évolution qui est le lieu de la transformation de matières.

L’action des organismes du sol conduit à fractionner certains matériaux (provenant du vivant ou non) en particules fines qui sont ensuite transformées par des bactéries.

3.1.2. Il gèle à pierre fendre

Matériel nécessaire : eau, glace, récipients divers, balance, bouteille d'eau gelée et bouteille de même taille remplie d'eau liquide, roches fissurées, accès à un congélateur.

Situation déclenchante et exemples d’activités :

L’eau est présente ou s’infiltre dans différents matériaux (roches du sol, revêtements de routes fissurés, bouteilles, êtres vivants, etc.). Imaginer des expériences qui permettent d’expliquer les conséquences de ce phénomène quand il gèle.

 

Une bouteille pleine d'eau, placée au congélateur, a explosé. Les élèves proposent des explications à ce phénomène.

Ils peuvent proposer des expériences montrant que la masse de l'eau gelée et liquide reste la même tandis que le volume varie : l'eau solide prend plus de place que l'eau liquide.

Prolongements possibles :

Pourquoi ne faut-il jamais recongeler des aliments qui ont été décongelés ? Les cristaux de glace font éclater les cellules et les bactéries se développent plus facilement que lorsque les cellules sont intactes.

Qu’est-ce que la cryoconservation ? (Un lien est possible avec le professeur de français sur l’étymologie et la littérature et la filmographie relatives à ce sujet). Pourquoi les arbres n’éclatent-ils pas l’hiver ? et les radiateurs de voiture ?

Notions essentielles :

L’eau solide peut se transformer en eau liquide. Lors de cette transformation, le volume de l'eau augmente, la masse ne change pas. La masse volumique de l'eau a changé.

3.1.3 Au fil des saisons

Matériel nécessaire : Appareil photo, bocaux, sac de plastique pour des récoltes.

Situation déclenchante et exemples d’activités :

Dans un premier temps, on cherchera à expliquer pourquoi, en France, il fait plus chaud en été qu'en hiver.

Hypothèse 1 : C'est parce que l'on est plus près du soleil en été.

Une recherche documentaire montrera qu'au contraire, en été la Terre est plus éloignée du soleil qu'en hiver.

Hypothèse 2 :             C'est parce que le soleil est plus haut dans le ciel.

On pourra modéliser le phénomène en utilisant une lampe puissante et un thermomètre collé sur une surface plane noircie. Suivant l'inclinaison de la surface, la température change.

Les animations suivantes montrent que l'inclinaison entre la verticale et les rayons du soleil change en fonction des saisons.

http://www.edumedia-sciences.com/a63_l1-4-saisons-2.html

http://www.edumedia-sciences.com/a64_l1-4-saisons-3.html

http://www.space.gc.ca/asc/fr/educateurs/ressources/astronomie/multimedia/module3/reasons_seasons/reasons_seasons.swf

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-satellite-seasons.gif

On a vu dans le module 1 que la température influence la répartition des êtres vivants. On cherche à préciser l'influence des saisons sur les êtres vivants.

Les élèves retournent dans la cour du collège observer les cerceaux qu’ils avaient mis en place au début de l’année. Ils observent les différences et font de nouvelles récoltes. Un débat permet de comparer (absence ou présence de feuilles sur les arbres, de graines, de divers insectes, mollusques, etc.). Au cas où le collège ne comporte aucune zone avec des êtres vivants, l’observation de documents (photographies prises à différentes saisons) permet de lancer ce débat.

En fonction des ressources locales, on étudie les changements de forme (de la graine au fruit, de la larve à l'adulte, etc.) à l'aide de cultures (blé, pois, etc.) et d'élevages (piéride du chou, phasmes, etc.).

Notions essentielles :

L’axe de rotation de la Terre sur elle-même est incliné (d’environ 23°) par rapport à la normale au plan de l’orbite terrestre autour du Soleil. Cela permet d’expliquer les saisons.

Au cours des saisons, certains êtres vivants changent de forme.

3.1.4 La matière du système solaire, quels changements ?

Matériel nécessaire : Papier calque, grande boîte étanche à la lumière, ciseaux, ruban adhésif.

Situation déclenchante et exemples d’activités :

La matière sur Terre (êtres vivants, eau, sol) subit de nombreux changements. On peut se demander si la matière « extraterrestre » change, elle aussi.

Les questions suivantes peuvent être posées aux élèves :

a) La Lune change-t-elle de taille au fil du mois ?

Un recueil et une confrontation des idées des élèves, suivi d'activités de modélisation et de recherches documentaires permettent d'aboutir ) une conclusion.

Non, ce qui change, c’est la façon dont elle est éclairée.

b) Est-ce que la matière du Soleil change ?

On peut s'attendre à deux catégories de réponses différentes :

Le Soleil est tous les jours le même, donc sa matière ne change pas ;

Il paraît que le Soleil va s'éteindre donc sa matière peut changer.

Pour mieux observer le Soleil, on peut utiliser une chambre noire ; l'image du Soleil est projetée sur une feuille de papier calque. Il ne faut jamais regarder directement le soleil sans prendre les précautions adaptées.

L'observation révèle que les taches solaires changent de jour en jour : la matière du Soleil n'est pas figée (les zones plus froides apparaissent sombres et peuvent atteindre plusieurs dizaines de milliers de kilomètres; ces modifications sont dues à des augmentations locales du champ magnétique).

c) Y a-t-il d’autres changements dans le ciel qui concernent la matière composant les corps célestes ?

Notions essentielles :

Même au-delà de la Terre, la matière évolue. Peut-être n’y a-t-il pas de différence fondamentale entre matière “terrestre” et matière “extra-terrestre” ? (occasion possible d’un récit historique).