Sciences exprimentales

Et technologie

MEN / DGESCO - Janvier 2013

Module de formation

destination des quipes de circonscription

Cycle 3

Lnergie

Modules de formation pour lenseignement des sciences et de la technologie 3

Une formation pour les enseignants de cycle 2 et 3

Chaque module a vocation tre mis en uvre au niveau des circonscriptions sur le temps de

formation statutaire (animations pdagogiques) sur des dures de 3, 6 ou 9 heures

Il dbouche sur llaboration de squences denseignement proposes ou labores pendant la

formation qui, aprs mise en uvre dans les classes, font lobjet dun temps de retour sur exp-

rience, sous la responsabilit de lquipe de circonscription.

Une prsentation en 5 rubriques

Les connaissances que lenseignant doit matriser son niveau

Identification et prsentation explicite des connaissances ncessaires lenseignant dans le domaine concern pour enseigner les contenus prsents dans le module.

Proposition dactivits pour le groupe de stagiaires permettant de faire merger les connais-sances matriser, les comptences mises en jeu (mise en situation...).

Identification de ressources disponibles (documents complmentaires fournis, ressources en ligne)

Lidentification des connaissances faire acqurir aux lves

Reprage, en appui sur les programmes et les progressions, des connaissances que les l-ves doivent acqurir. Une confrontation au contenu des manuels utiliss dans les classes des stagiaires peut tre mene ce niveau.

Place de cet enseignement dans la progression

Reprage des capacits et connaissances pralables, ncessaires aux lves pour acqurir les capacits et connaissances cibles ; identification des obstacles les plus frquents. Mise en vidence des liens avec dautres notions disciplinaires au programme de lcole primaire.

laboration dune squence dapprentissage

Les sances visent explicitement faire acqurir les connaissances-cibles et sont structures en squence dapprentissage. Les formateurs peuvent sappuyer sur les propositions faites dans les modules ou les laborer avec le groupe de stagiaires. Une des sances au moins sera dve-loppe. Des indications sont donnes pour permettre une formalisation crite des connaissances (ce qui a t compris et retenu par les lves en fin de sance, en fin de squence).

valuation des acquis des lves

Lvaluation est traite tout au long de la squence dapprentissage, notamment dans la di-

mension lie la gestion des apprentissages des lves par les enseignants dans le cadre de la

diffrenciation pdagogique. Elle apparat spcifiquement en terme de bilan de ce qui a t com-

pris et retenu par les lves en fin de squence. Les modules de formation comportent des

exemples et des outils daide lvaluation des lves.

Prsentation des modules de formation

4 Lnergie

Connaissances pour lenseignant

Sujet du module : lnergie

Cycle et enseignants concerns : cycle 3

Quest-ce que lnergie ?

L'nergie d'un systme (ensemble dlments interagissant entre eux selon certaines rgles) est

une grandeur qui caractrise laptitude du systme produire des actions : clairer, chauffer, met-

tre en mouvement, etc. L'nergie d'un systme se trouve sous plusieurs formes, par exemple :

Lnergie peut se transfrer dun systme un autre : la chaleur (qui est une forme d'nergie) peut

se transfrer par conduction (lorsqu'on se brle en touchant un objet chaud par exemple), par

rayonnement (entre la Terre et le Soleil) ou par convection (les mouvements de l'eau dans une

casserole chauffe par le bas).

Au sein de certains systmes, l'nergie peut tre convertie d'une forme une autre, on parle de

transformation dnergie : dans une pile, l'nergie chimique est convertie en nergie lectrique ;

dans l'alternateur, l'nergie mcanique est transforme en nergie lectrique.

La caractristique la plus remarquable de lnergie est quelle se conserve toujours. Lorsquelle

est transfre dun systme un autre, ou lorsquelle change de forme, il ny a jamais ni cration

ni destruction dnergie. Si l'nergie d'un systme a diminu, l'nergie d'un autre systme a obli-

gatoirement augment d'autant.

De mme, lorsque lnergie change de forme au sein d'un systme, ce systme conserve la

mme quantit dnergie.

Lnergie s'exprime en Joule (J). A titre indicatif, 1 Joule est lnergie ncessaire pour soulever une

pomme denviron un mtre.

On ne mesure que des grandeurs lies aux formes d'nergie : la vitesse pour l'nergie cintique, la

hauteur pour l'nergie potentielle de pesanteur, la masse pour l'nergie chimique Il ne faut pas

confondre nergie et source dnergie.

Systmes Formes d'nergie Illustrations

Corps en mouvement nergie cintique (nergie mcanique)

Une masse d'air en mouvement possde une nergie cintique qui peut tre transfre aux pales de l'olienne.

Corps en hauteur nergie potentielle de pesan-teur (nergie mcanique)

Une pomme accroche un arbre possde une nergie potentielle de pesanteur.

Combustible nergie chimique

Le propane possde une nergie potentielle chimique qui pourra tre rcupre par com-bustion.

Un corps une temprature donne

nergie interne Un corps chaud peut transfrer de l'nergie lorsqu'il est en contact avec un corps plus froid (le glaon dans l'eau : l'eau transfre de la cha-leur au glaon et le fait fondre)

Un corps radioactif nergie nuclaire La fission du noyau d'uranium libre de l'ner-gie.

Un volume deau lair libre nergie interne L'vaporation, au cours de laquelle l'eau passe

de la phase liquide la phase gazeuse,

consomme de l'nergie, ce qui refroidit le syst-

me.

Modules de formation pour lenseignement des sciences et de la technologie 5

Comment classer les diffrentes sources dnergie ?

Les sources dnergie peuvent tre primaires ou secondaires :

Les sources primaires dnergie sont l'ensemble des produits nergtiques non transfor-

ms, exploits directement. Elles sont parfois dites naturelles.

Les sources secondaires dnergie sont obtenues par la transformation d'une nergie

primaire (en particulier llectricit d'origine thermique).

Quelles sont les diffrentes sources primaires dnergie ?

Les ressources en nergies renouvelables sont inpuisables lchelle humaine, contraire-

ment celles dites puisables qui spuisent, ne se renouvellent pas.

Scientifiquement, il faudrait parler de sources dnergies renouvelables . Dans lusage, le ter-

me nergies renouvelables est employ.

Comment les sources d'nergie sont-elles transportes ?

Les sources dnergie ne sont que rarement situes dans les zones forte consommation ner-

gtique. Il faut donc les transporter de leur lieu de production leur lieu d'utilisation (oloducs,

camions citerne, tanker).

Llectricit est un cas particulier car cest une source dnergie secondaire. Elle est produite

puis transporte par les lignes lectriques.

Quest-ce que lisolation thermique ?

Les changes d'nergie sous forme de chaleur s'effectuent par convection, conduction ou rayon-

nement.

La convection thermique s'effectue par mise en mouvement dun fluide.

La conduction thermique s'effectue au sein d'un systme ou par contact entre deux systmes

conducteurs. La chaleur est dfinie comme l'agitation dsordonne des particules (atomes ou mo-

lcules) au sein du systme.

Sources dnergie Lieux de production dnergie

Non renouvelables

Uranium Centrale nuclaire

Ptrole

Gaz

Charbon

(sources dnergie dites fossile )

Centrale thermique

Renouvelables

Vertes

Eau des fleuves et rivires Centrale hydrolectrique

Eau marine

Mare motrice

Centrale hydrolienne

Eau du sous-sol Centrale gothermique

Air en mouvement (vent) Eolienne

Soleil

Capteur solaire

Chauffe-eau solaire

Agro-ressources

Algues

Centrale thermique

Chaudire

6 Lnergie

Les matriaux conduisent plus ou moins facilement la chaleur. Ceux qui la conduisent mal sont ap-

pels isolants (laine de verre, polystyrne...) par opposition aux conducteurs (mtaux...).

Isoler une habitation permet de conserver de la chaleur, de maintenir ainsi une temprature lint-

rieur adapte chaque saison et en consquence de diminuer fortement la consommation dner-

gie.

Quels sont les enjeux lis cet enseignement ?

L'nergie peut tre convertie mais ni cre ni dtruite.

Sur Terre, nous disposons de ressources qui nous sont propres mais sont puisables. Nous dispo-

sons galement d'nergie en provenance du Soleil. L'nergie consomme par les activits humai-

nes ne peut dpasser les ressources disponibles (renouvelables ou non). Il faut trouver un quilibre

entre l'nergie consomme et l'nergie disponible.

Les enjeux de cet enseignement sont donc lis aux problmatiques du dveloppement durable :

diminuer la consommation (moins consommer et mieux convertir en limitant les pertes) ;

limiter les pollutions ;

retarder l'puisement des sources dnergie non renouvelables ;

prparer le passage progressif des nergies fossiles et provenant de l'uranium aux nergies

renouvelables.

Il s'agit de choix politiques, conomiques, sociaux.

Sources :

nergie et climat

Ministre de l'cologie, du dveloppement durable et de lnergie

Quest-ce que lnergie ?

Commissariat l'nergie Atomique et aux nergies Alternatives

conomies dnergie, nergies et matires renouvelables

Agence de lEnvironnement et de la Matrise de lnergie (ADEME)

Les transformations de lnergie

Educapol (site ducatif de lInternational Polar Foundation)

Dfinitions

Institut national de la statistique et des tudes conomiques (INSEE)

Autres ressources en ligne :

Le climat, ma plante et moi !

Ma maison, ma plante et moi !

Sites ddis proposs par la Fondation La main la pte.

Modules de formation pour lenseignement des sciences et de la technologie 7

Connaissances faire acqurir aux lves

Ce que llve doit comprendre et retenir.

Rsum type du cahier de llve (pour le niveau CE2)

Lutilisation dune source dnergie est ncessaire pour chauffer, clairer et mettre en mouve-

ment et pour faire fonctionner de nombreux objets techniques.

Llectricit est une forme dnergie. Elle est obtenue partir de diffrentes sources (luranium,

le ptrole, le charbon, le gaz, le soleil, le vent, leau) qui sont des sources dnergie lectrique.

Ces sources dnergie sont transformes en lectricit dans des centrales (barrages, olien-

nes). Cette lectricit est ensuite transporte sur les lieux de consommation.

A lcole, llectricit provient de .

Chane de production dnergie lectrique

Lnergie peut changer de forme. Dans une pile par exemple, l'nergie chimique est convertie en

nergie lectrique ; dans l'alternateur, l'nergie mcanique est transforme en nergie lectrique.

Production

Transformation Sources

dnergie Transport Consommation

Place de cet enseignement dans la progression

CE2 CM1 CM2

Exemples simples de sources dnergie

- Identifier diverses sources d-nergie utilises dans le cadre de lcole ou proximit.

- Savoir que lutilisation dune source dnergie est ncessaire pour chauffer, clairer, mettre en mouvement.

- Utiliser un dispositif permettant de mettre en vidence la trans-formation de lnergie.

Vocabulaire : source dnergie, lectricit, chaleur, mouvement, consommation, transport, trans-formation.

Exemples simples de sources dnergie

- Connatre diffrentes nergies, leur source et savoir que certai-nes sont puisables.

- Classer les nergies selon quelles soient ou non renouvela-bles.

- Identifier la conversion dner-gie dans une centrale lectrique.

- Connatre les diffrents modes de production et de transforma-tion dnergie lectrique en Fran-ce.

- Connatre des exemples de transport de lnergie sur les lieux de consommation.

Vocabulaire : nergie fossile, renouvelable, uranium, charbon, ptrole, gaz, hydraulique, olien-ne, solaire, nuclaire, thermique, gothermique, conduite, ligne lectrique, centrale.

Besoins en nergie, consomma-tion et conomies dnergie

- Comprendre la notion disola-tion thermique.

- Comprendre et mettre en uvre des gestes citoyens pour faire des conomies dnergie dans les situations de la vie quotidien-ne ( la maison, dans les trans-ports).

Vocabulaire : conomie dner-gie, isolation, matriau isolant.

Source : BO n1 du 5 janvier 2012 / Repres pour la progressivit des apprentissages

8 Lnergie

Synthse : Les objets ne fonctionnent pas sans utiliser une source dnergie. Lutili-

sation dune source dnergie est ncessaire pour chauffer, clairer, mettre en mouve-

ment.

laboration dune squence dapprentissage

Dbuter la sance par un moment collectif.

Lenseignant, partir du questionnement sur un appareil lectrique (lordinateur par exemple),

fait identifier que llectricit est ce qui permet son fonctionnement.

Proposer alors un tableau indiquant :

Identifier avec les lves plusieurs objets techniques utiliss au sein de lcole ou proximit, et

qui permettent dclairer, de chauffer ou sont en mouvement lorsquils fonctionnent.

Exemples adapter : le radiateur de la salle de classe, la tondeuse gazon, le four de la canti-

ne, les automobiles, le plafonnier du couloir, la lampe de poche, lclairage public, le tableau nu-

mrique interactif

Proposer ensuite un tableau complter :

Construction en groupe puis reprise de lensemble des propositions au tableau collectif de la

classe.

Squence : Lnergie - Exemples simples de sources dnergie - Identifier diverses sources dnergie utilises dans le cadre de lcole ou proximit. - Savoir que lutilisation dune source dnergie est ncessaire pour chauffer, clairer, mettre en mouvement. - Concevoir un dispositif permettant de transformer une forme dnergie en une autre. Niveau : CE2

Nombre de sances : 3

Dure de chaque sance : 45 minutes

Proposition de

programmation sur

4 5 sances

1re sance Identifier les sources dnergies utilises dans lcole ou proximit.

Relier chacune delle son utilisation.

Objet nergie qui permet son fonctionnement

Un ordinateur Llectricit

Eclairer Se dplacer, tre en mouve-

ment

Chauffer

Objet Ce qui permet son

fonctionnement

Objet Ce qui permet son

fonctionnement

Objet Ce qui permet son

fonctionnement

Modules de formation pour lenseignement des sciences et de la technologie 9

Synthse : Lutilisation dune source dnergie est ncessaire pour chauffer, clairer,

mettre en mouvement.

Certaines sources dnergies existent naturellement (exemples : le vent, le charbon...).

Dautres doivent tre transformes (exemple : llectricit).

Synthse : Llectricit est une forme dnergie. Elle est obtenue partir de luranium,

du ptrole, du soleil, du vent, de leau, qui sont des sources de lnergie lectrique. La

centrale nuclaire, le barrage, lolienne transforment une source dnergie en lectri-

cit. Elle est ensuite transporte jusquaux lieux de consommation.

Reprendre le tableau de la sance prcdente.

Mettre en vidence les objets qui fonctionnent llectricit. Llectricit constitue le plus souvent

lnergie la plus utilise.

Rechercher do provient llectricit. Faire crire dans un premier temps les hypothses des l-

ves.

Un travail documentaire ou un entretien avec un spcialiste local sera organis la suite afin de

valider ou non les rponses proposes.

2me sance Identifier la source de llectricit

utilise dans lcole.

Reprendre le tableau de la premire sance.

Faire complter pour chaque objet le tableau ci-dessous.

Les lves ayant termin rflchiront partir de nouveaux objets techniques.

Comparer les productions des lves et faire laborer la synthse de la squence.

3me sance Identifier diverses sources

dnergie.

Source dnergie utilise pour son fonctionnement

?

Objet

Source dnergie naturelle

Source dnergie secondaire

la tondeuse gazon

le radiateur de la clas-se

Le four de la cantine

les automobiles

le plafonnier du couloir

Le tableau numrique interactif

10 Lnergie

Cette dernire partie de la squence propose de mettre en vidence la transformation de lner-

gie. Selon la modalit pdagogique choisie, elle pourra tre organise en une ou deux sances.

Question initiale : peut-on transformer une forme d'nergie en une autre ?

Le groupe classe est spar en deux groupes, chacun travaillant sur deux transformations diff-

rentes.

Groupe 1 : Concevoir un dispositif utilisant de lnergie lectrique afin dobtenir un mouvement

(transformer de lnergie lectrique en nergie de mouvement).

Groupe 2 : Concevoir un dispositif qui permettrait dutiliser un mouvement pour crer de llectri-

cit (transformer de lnergie de mouvement en nergie lectrique).

Si lenseignant propose du matriel, lactivit sera mene en une sance.

Exemple de matriel mis disposition : moteurs lectriques, fils lectriques, piles, roues, matriel

modulaire, ampoule, alternateurs, dynamos de bicyclette

Si lenseignant ne propose pas de matriel spcifique, deux sances seront ncessaires. La pre-

mire permettra aux lves de prvoir leur dispositif et de lister le matriel dont ils ont besoin. Ce

matriel sera runi et exploit pour la seconde sance.

A lissue, les diffrents dispositifs sont prsents et comments lorsquils sont achevs.

4me (et 5me) sance(s) Transformer une forme dnergie

en une autre.

Synthse : Il est possible de transformer de lnergie lectrique en nergie de mouve-

ment. Cette transformation est possible dans les deux sens.

De faon plus gnrale, il est possible de transformer une forme dnergie en une

autre forme.

Chauffer, mettre en mouvement, clairer correspondent une transformation dner-

gie.

Modules de formation pour lenseignement des sciences et de la technologie 11

valuation des acquis des lves

Nous proposons trois exemples dvaluation.

Exemple 1

Proposer aux lves des photographies ranger dans lordre de la chaine dnergie.

Consigne

Range les vignettes de la source dnergie au lieu de consommation.

Indique les trois tapes suivantes : consommation / transport / transformation.

Types de vignettes utilisables :

Exemple 2

Proposer aux lves une situation dans laquelle ils doivent mobiliser leurs connaissances au su-

jet de lnergie.

Situation 1

Quemporterais-tu pour partir camper dans un lieu isol afin de te chauffer et tclairer ? Justifie

tes choix et utilisant tes connaissances sur lnergie.

Situation 2

Sur un voilier sans moteur, quelles nergies sont utilisables afin dcouter de la musique sur un

lecteur MP3 dont la batterie est vide ? Dessine les lments qui vont de la source dnergie au

lecteur MP3.

Situation 3

La station spatiale internationale accueille six personnes en permanence. Elle tourne autour de

la Terre, dans lespace, et est occupe par un quipage international qui se consacre la re-

cherche scientifique. Quelles sources dnergie les astronautes vivant dans cette station

peuvent-ils utiliser ?

12 Lnergie

Exemple 3

Parmi les situations suivantes, dans quels cas y a-t-il transformation dnergie ? Prcisez alors

cette transformation sous la forme dune chaine dnergie :

1. Un jouet pile se dplace sur un circuit.

2. La porte est ferme cl.

3. Laiguille de lhorloge tourne toujours dans le mme sens.

4. Le char voile est pouss par le vent.

5. Leau contenue dans la casserole pose sur la plaque de cuisson est bullition.

6. Le lampadaire de la rue reste allum toute la nuit.

7. La pomme est pose dans la corbeille fruits.

8. Le radiateur permet de ne pas avoir froid lhiver.

9. .

Forme dnergie de dpart

...

Nouvelle forme dnergie

...