Energie - progression

L'énergie

Cycle

Cycle

Une approche progressive

Propriétés fondamentales

Pourquoi cette progression ?

Cliquez pour consulter chaque étape ci-dessous

2 - Mesures et observation des

> Énergie et isolation thermique > Énergie et corps humain > Arbres, matière et énergie

modifications de la matière

1 - Première approche expérimentale

> Appréhender expérimentalementle concept d'énergie :Cratères et météorites

3 - Aborder différentessources et formes d'énergie

> Sources et formes d'énergie / chaînes énergétiques

Enrichissement progressif du concept d'énergie

L'énergie - 1 Première approche expérimentale

Les séquences de cette étape et leurs tutoriels de prise en main

Cycles

3 - 4

Cycle

Cycle

Cycles

3 - 4

Bille qui roule n'amasse pas mousse

Cratèreset météorites

Chaîne énergétique - Chute d’une bille

Cartes et scénarios conceptuels

Descriptif de la séquence Accès au tutoriel associé Accès direct à la séquence

L'énergie - Une approche progressive

L'énergie - 2 Mesures et observation des modifications de la matière

Énergie et isolation thermique

Énergieet corps humain

Arbres, matièreet énergie

L'énergie - Une approche progressive

L'énergie - 2 Mesures et observation des modifications de la matière

Énergie et isolation thermique

Les séquences de cette étape et leurs tutoriels de prise en main

Cycle

Cycles

3 - 4

Cycles

Cycles

3 - 4

3-4

Défi thermique(tutoriel à venir)

L’énergiesolaire

Énergie et isolationthermique

L’énergiedans l’habitat

Descriptif de la séquence Accès au tutoriel associé Accès direct à la séquence

L'énergie - Une approche progressive

L'énergie - 2 Mesures et observation des modifications de la matière

Énergie et corps humain

Les séquences de cette étape et leurs tutoriels de prise en main

Cycle

Cycle

Opérationsurvie

L’activité c’esttoute la journée

Descriptif de la séquence Accès au tutoriel associé Accès direct à la séquence

L'énergie - Une approche progressive

L'énergie - 2 Mesures et observation des modifications de la matière

Arbres, matière et énergie

Les séquences de cette étape et leurs tutoriels de prise en main

Cycle

Cycle

Arbres, matièreet énergie C4

Arbres, matièreet énergie C3

Descriptif de la séquence Accès au tutoriel associé Accès direct à la séquence

L'énergie - Une approche progressive

L'énergie - 3 Aborder différentes sources et formes d'énergie

Les séquences de cette étape et leurs tutoriels de prise en main

Cycle

Cycle

Cycle

Cycles

Cycle

3 - 4

D’où vientl’énergie ?

Bille qui roule n'amasse pas mousse

Défi :A l’abordage !

Sources et formes d’énergie

Chaîne énergétique - Chute d’une bille

Descriptif de la séquence Accès au tutoriel associé Accès direct à la séquence

L'énergie - Une approche progressive

Propriétés fondamentales de l'énergie abordées dans cette progression

• La quantité totale d'énergie dans l'Univers est constante et finie.
• L'énergie se conserve, elle n'est ni créée, ni détruite.
• L'énergie peut prendre différentes formes et passer d'une forme à une autre.
• Une "source" d'énergie ne crée donc pas d'énergie.

Séquence"L’énergie solaire"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Durée : 2 activités de 30 min et 1 activité de 2h Les activités se présentent sous forme de fiches - élèves

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Déroulé : Les élèves découvrent le transfert d’énergie thermique lié à l’absorption des rayons solaires. Ils mettent en œuvre des expériences pour mettre en évidence cette absorption. Message à emporter : L’énergie solaire (les rayons du Soleil) peut transférer de l’énergie thermique à de la matière ou des objets. L’énergie solaire peut être également utilisée pour produire de l’électricité.

Projet "Arbres, matière et énergie (cycle 3)"

Résumé : Les arbres sont des êtres vivants qui fascinent. Ils jouent un rôle clé dans les écosystèmes. Ils rendent de nombreux services à nos sociétés.

Le bois, notamment, est un matériau et une forme d’énergie renouvelables dans certaines conditions. Il représente ainsi une alternative aux énergies fossiles, polluantes et limitées. Ce projet permet aux élèves de comprendre les liens entre la biodiversité et la gestion des ressources naturelles indispensables à nos sociétés. 5 séquences d'activités : - L’organisation d’un végétal - Les besoins des végétaux pour leur croissance - Chaînes alimentaires et interactions entre espèces

- Le cycle de vie des végétaux - L’exploitation d’une ressource naturelle (le bois)

Séquence "Opération survie"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Durée : 5 séances de 55 min Déroulé : Dans ce défi, les élèves quantifient l’énergie apportée à l’organisme par les aliments en croisant chimie et SVT.

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Message à emporter : La valeur énergétique des aliments (donnée par les tableaux d’information nutritionnelle) correspond à l’énergie de combustion complète de ces aliments dans le dioxygène. Certains aliments (comme les noix) brûlent mieux que d’autres (comme les nouilles). Il existe différentes unités d’énergie. On peut utiliser l’énergie issue de la combustion d’un aliment pour élever la température d’une quantité d’eau. On transforme alors en partie l’énergie de combustion de l’aliment en énergie thermique de l’eau. La totalité de l’énergie de combustion n’est pas transférée à l’eau. Une partie est transférée au récipient et à l’air environnant qui voient leur température augmenter, ou est transformée en énergie lumineuse. Il est possible de prévoir des dispositifs permettant d’optimiser l’énergie transférée à l’eau.

Séquence "L’activité c’est toute la journée"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Durée : 1h Disciplines : SVT ; EPS

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Déroulé : Les élèves élaborent un protocole de mesure précis leur permettant de comparer l’effort demandé par trois exemples d’activités physiques, puis les classent de celle qui demande le moins d’effort à celle qui en demande le plus. La synthèse permet d’introduire le terme « énergie ». Ils recensent ensuite les activités de leur organisme occasionnant une dépense énergétique afin de les catégoriser. Cette activité leur permet d’aller au-delà de la seule dépense liée à l’activité physique. Enfin, de manière très visuelle, ils représentent leur propre dépense énergétique d’un mercredi type et la comparent avec l’énergie qu’ils dépenseraient au cours d’une journée de repos allongé. Message à emporter : La dépense d’énergie de l’organisme dépend du type d’activités réalisées et de sa durée. Elle n’est pas uniquement liée à l’activité physique.

Projet "Arbres, matière et énergie (cycle 4)"

Résumé : Produire de la nourriture, de l’électricité, de la chaleur, déplacer des humains ou des objets… toutes ces tâches requièrent de l’énergie. Aujourd’hui, l’exploitation de

l’énergie pose question car, d’une part, certaines ressources sont finies et leurs stocks s’épuisent, et, d’autre part, l’utilisation des énergies fossiles est à l’origine du changement climatique actuel. Ce projet permet aux élèves d’approfondir leur compréhension des liens entre la biodiversité et la gestion des ressources naturelles indispensables à nos sociétés. 5 séquences d'activités : - L’arbre, producteur de matière organique L’arbre qui stocke du carbone L’arbre, au cœur d’un réseau d'interactions

- L’arbre, source de chaleur - L’arbre, témoin des changements globaux

Séquence "Bille qui roule n'amasse pas mousse"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Cette seconde situation expérimentale permet de consolider les notions abordées avec "Cratères et météorites". Durée : 3h découpées en 3 séances

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Déroulé : A l'aide d'un dispositif simple, les élèves mettent en évidence les transformations d’énergie de position en énergie cinétique et inversement. Message à emporter : L’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique lors de la descente de la bille, et l’énergie cinétique se transforme en énergie de position lors de sa montée.

Séquence "Sources et formes d’énergie"

Durée : 3 séquences de 3h à 4h30 Les activités se présentent sous forme de fiches - élèves Déroulé : Les élèves abordent différentes sources et formes d’énergie et leur exploitation dans nos sociétés d’un point de vue technologique : l’énergie solaire, l’énergie hydraulique et l’énergie éolienne.

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Message à emporter : L’énergie solaire peut transférer de l’énergie thermique à de la matière ou des objets. Elle peut être également utilisée pour produire de l’électricité. L’énergie hydroélectrique est l’énergie électrique issue de la conversion de l’énergie cinétique de l’eau (eau en mouvement) en électricité. C’est une énergie renouvelable propre (dont l’utilisation n’émet pas de CO2) et dont la source (l’eau) se renouvelle naturellement et rapidement. Le vent est une source d’énergie, c’est de l’air en mouvement. Une éolienne couplée à un alternateur peut produire de l’électricité.

Séquence"L’énergie dans l'habitat"

Durée : ... "L’énergie dans l’habitat" peut s’envisager comme un réinvestissement de "Énergie et isolation thermique", ou être traité comme un projet indépendant.

Déroulé : Cette séquence traite d’un aspect fondamental de la conception bioclimatique de l’habitat : la maîtrise de l’énergie. Après avoir étudié le rôle des isolants thermiques et leur utilisation dans le bâtiment, les élèves imaginent un dispositif de ventilation permettant de combiner efficacité énergétique et habitat sain (le puits canadien). Ils comprennent comment orienter le logement pour profiter au maximum de l’énergie solaire, tout en se protégeant des fortes chaleurs. Enfin, ils explorent comment les énergies renouvelables peuvent être utilisées dans l’habitat, à travers un exemple : le chauffe-eau solaire.

Séquence"Cratères et météorites"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Appréhension expérimentale du concept d’énergie

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Durée : 4h environ

Déroulé : Dans un premier temps, les élèves constatent expérimentalement que le diamètre d’un cratère dépend de la masse et la hauteur de lâcher de la bille. Mais ils ne peuvent relier, par eux-mêmes, ces deux grandeurs à l’énergie possédée par la bille. Dans un second temps, l’enseignant introduit le concept d’énergie. Il propose ensuite aux élèves de réexaminer la situation expérimentale du point de vue de l’énergie mise en jeu. Message à emporter : Le diamètre d’un cratère créé par la chute d’une bille dans de la semoule dépend de deux paramètres : la masse de la bille et sa hauteur de lâcher. Ces deux paramètres sont liés à l’énergie que possède la bille. Plus la bille a d’énergie, plus le diamètre du cratère est grand.

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Séquence "Chaîne énergétique - Chute d’une bille"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Durée : 50 min Déroulé : Il s’agira pour les élèves d’analyser la chaîne énergétique de la chute d’une bille, abordant ainsi différentes propriétés de l’énergie : les formes d’énergie, l’énergie se transforme, l’énergie se conserve.

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Pour celà, les élèves réexaminent une situation expérimentale qu’ils connaissent : la chute d’une bille dans de la semoule (voir séquence « Appréhension expérimentale du concept d’énergie – Cratères et météorites »). Message à emporter : Au départ, l’énergie potentielle est maximale et l’énergie cinétique est nulle. Au cours de la chute, la bille acquiert de l’énergie cinétique, sa vitesse augmentant. L’énergie potentielle, quant à elle, diminue. On peut dire que l’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. À tout moment de la chute, selon la loi de conservation d’énergie, la somme des énergies potentielle et cinétique est constante (elle ne varie pas). Au moment de l’impact, la vitesse est à son maximum et l’énergie cinétique également. C’est le moment où l’énergie potentielle est à son minimum.

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Séquence "Bille qui roule n'amasse pas mousse"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Cette seconde situation expérimentale permet de consolider les notions abordées avec "Cratères et météorites". Durée : 3h découpées en 3 séances

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Déroulé : A l'aide d'un dispositif simple, les élèves mettent en évidence les transformations d’énergie de position en énergie cinétique et inversement. Message à emporter : L’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique lors de la descente de la bille, et l’énergie cinétique se transforme en énergie de position lors de sa montée.

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Séquence "D’où vient l’énergie ?"

Durée : 1 à 3h Disciplines : Physique-chimie, technologie Thématiques abordées : Différentes formes d’énergie, transformation d’énergie (transfert et conversion d’énergie), chaînes énergétiques.

Résumé : À travers un jeu de plateau, les élèves reconstituent à l’aide de cartes les chaînes énergétiques de six situations distinctes : la lampe s’allume, le vélo roule, l’eau chauffe… Certaines parties des différentes chaînes donnent lieu à des variantes permettant à l’enseignant de choisir le niveau de complexité abordé pour chaque situation.

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Séquence "Chaîne énergétique - Chute d’une bille"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Durée : 50 min Déroulé : Il s’agira pour les élèves d’analyser la chaîne énergétique de la chute d’une bille, abordant ainsi différentes propriétés de l’énergie : les formes d’énergie, l’énergie se transforme, l’énergie se conserve.

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Pour celà, les élèves réexaminent une situation expérimentale qu’ils connaissent : la chute d’une bille dans de la semoule (voir séquence « Appréhension expérimentale du concept d’énergie – Cratères et météorites »). Message à emporter : Au départ, l’énergie potentielle est maximale et l’énergie cinétique est nulle. Au cours de la chute, la bille acquiert de l’énergie cinétique, sa vitesse augmentant. L’énergie potentielle, quant à elle, diminue. On peut dire que l’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. À tout moment de la chute, selon la loi de conservation d’énergie, la somme des énergies potentielle et cinétique est constante (elle ne varie pas). Au moment de l’impact, la vitesse est à son maximum et l’énergie cinétique également. C’est le moment où l’énergie potentielle est à son minimum.

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Pourquoi cette progression ?

L'énergie est un concept clé retrouvé dans toutes les disciplines scientifiques. Pourtant, c'est un concept abstrait difficile à appréhender pour les élèves, étant une grandeur (physique) qui ne se mesure pas directement. Alors comment l'aborder ? Cette progression pédagogique permet une construction progressive du concept d'énergie, pour les Cycles 3 et 4.

Séquence "Énergie et isolation thermique"

Défi : "Qu’est-il arrivéà cette œuvre d’art ?"

Durée : 3 actrivités de 1 à 4h (dont une partie ne nécessitant pas la présence constante de l'élève) Les activités se présentent sous forme de fiches - élèves

Durée : ... Disciplines : ... Déroulé : ... Message à emporter : ...

Déroulé : Comprendre les notions d’isolation et de transfert d’énergie thermique demande souvent aux élèves de passer par au moins trois phases expérimentales successives : 1 - un matériau ou un objet isole du "froid" ; 2 - ou alors il isole du "chaud" ; 3 - puis avec l’aide de l’enseignant, à partir de l’interprétation des deux expérimentations précédentes, de comprendre qu’un matériau isolant limite les transferts d’énergie thermique entre deux systèmes. Mais attention, car au cours de leurs premières expérimentations, les sensations des élèves, au toucher des différents matériaux utilisés pour retarder la fonte d’un glaçon, vont constituer des obstacles à la bonne compréhension des notions visées. Nous conseillons, dans un premier temps, de mettre en œuvre "Conserver un glaçon" pour, dans un second temps, compléter par les deux séquences "Glacière et thermos" et "Matériaux et sensations" dans l’ordre de votre choix.

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