Le moulin à eau des CM1

I. Partie élèves.
A. Description de l’objet.

Dans ce post, vous découvrirez comment construire vous-mêmes, à l’aide de votre professeur, un moulin à eau. Dans un premier temps, nous allons vous définir ce qu’est un moulin à eau puis vous construirez vous-mêmes une maquette afin de découvrir toutes les spécificités qui définissent cet objet scientifique. Vous travaillerez de cette manière sur trois notions scientifiques vues en classe de cycle 3 : l’énergie, le mécanisme et le mouvement.

Un moulin à eau est un objet technique puisqu’il a été conçu par l’homme à partir de matières plus ou moins transformées (bois, vis, rouages etc.). Il se compose d’un ou plusieurs éléments ou encore de matériaux divers et variés. Le choix des matériaux se fait en fonction de leurs propriétés (poids, robustesse, coût etc.), mais aussi en fonction de l’aspect esthétique qui est également à prendre en compte. Sa finalité est de répondre à un besoin particulier par le biais de sa fonction d’usage. Le moulin à eau répond à différents besoins (farine, papier…) qui ont évolué au fil du temps.

B. Galerie photos.

Cet article s’arrête ici pour vous ! Si vous souhaitez en savoir plus, demandez à votre professeur de lire la suite et parlez-en ensemble ensuite !

II. Partie enseignants.
A. Quelques concepts scientifiques.

Dans le moulin à eau, trois concepts scientifiques peuvent émerger. Tout d’abord : l’énergie. En effet, elle est essentielle pour produire un mouvement, de la chaleur ou encore de la lumière. Cette énergie provient d’une source, soit l’eau dans le cas du moulin. L’eau est une source d’énergie naturelle puisqu’elle est captée dans la nature et est aussi dite renouvelable. L’eau, en tombant sur les pales, les unes après les autres, engendre le mouvement de ces dernières grâce à son poids et actionne ainsi la rotation de l’axe. L’énergie de ce mouvement est de forme cinétique puisqu’il est mis en mouvement de manière plus ou moins rapide par le flot de l’eau. L’énergie transmise par la source ne disparaît pas, on dit qu’elle est transférée. Les forces motrices exercées par l’eau sur les pales, provoquant leur mouvement, se définit comme un échange d’énergie mécanique et donc comme la production d’un travail mécanique.

Le deuxième concept scientifique présent dans le moulin est le mécanisme. Il peut être défini par l’agencement de différentes pièces reliées entre elles dans le but de transmettre un mouvement. En effet, la source d’énergie entraîne un mouvement transmis par un mécanisme (axe de rotation). C’est ce dernier qui transmet le mouvement. La transmission de mouvement est ici, sans transformation. Le mécanisme présenté est une roue à pale, fixée sur un axe. Le poids de l’eau versé sur les pales entraîne la mise en mouvement du mécanisme. 

Enfin, le mouvement est un concept scientifique primaire de l’objet technique présenté. Afin de décrire le mouvement d’un objet, on le place dans un référentiel. Dans celui-ci, on représente l’objet avec un point appelé centre de gravité et représentant la masse de l’objet. Si l’objet est en mouvement, son centre de gravité, décrit précédemment, change de position, ainsi les positions successives de celui-ci décrivent la trajectoire de l’objet. Il existe deux types de mouvement : la rotation et la translation. Dans la situation de notre moulin à eau, le mécanisme utilisé subit un mouvement de rotation. C’est-à-dire que tous les points qui le composent décrivent un cercle centré sur l’axe. Le mouvement d’un objet est régi par le principe fondamental de la dynamique : un objet de masse m et soumis à une force F subit une accélération dont la valeur est proportionnelle à F et inversement proportionnelle à m. Dans notre cas, c’est la force de l’eau qui régit la mise en mouvement, ainsi plus celle-ci est conséquente, plus la roue tournera vite et inversement avec le poids de la roue, plus celui-ci est élevé, moins la vitesse de rotation sera élevée. Par ailleurs, la vitesse de rotation d’un objet se mesure en tour par minute, si celle-ci est constante, le mouvement est dit uniforme. 

Pour plus d’informations, nous vous proposons de lire la fiche projet : « Faire des Sciences ».

B. Résumé de séquence sur le moulin à eau.

Séance 1 : Représentations initiales d’un moulin à eau
Objectif : Recueil des représentations initiales ; Émergence des premiers questionnements Résumé de la séance : Situation déclenchante : À quoi ressemble un moulin selon vous ? Les élèves font des croquis de leurs représentations, cela sera suivi d’une mise en commun et d’une trace écrite des principaux éléments qui composent un moulin selon eux.
Séance 2 : Visite d’un moulin à eau
Objectif : Découvrir le fonctionnement d’un moulin ; Comparer avec ses représentations initiales Résumé de la séance : Visite d’un moulin à eau avec un guide spécialisé. Les élèves peuvent observer et comparer le moulin avec leurs propres représentations. 
Séance 3 : Comparer plusieurs moulins à eau pour découvrir les différents aspects qui définissent cet objet technique
Objectif : Repérer les évolutions technologiques d’un objet et les évolutions des besoins humains dans différents contextes (historique, économique, culturel) Résumé de la séance : Les élèves font un travail d’investigation et de découverte sur les différents types et aspects des moulins qui existent. Ils utiliseront un corpus de document afin de découvrir plus précisément deux types de moulins. 
Séance 4 : Établir un cahier des charges et commencer un croquis avec une liste
Objectif : Établir le cahier des charges de l’objet ; Programmer sa réalisation Résumé de la séance : Les élèves doivent établir un cahier des charges réalisable qu’ils utiliseront dans les deux prochaines et dernières séances pour concevoir l’objet technique étudié.
Séance 5 : Réalisation des moulins à eau
Objectif : Mettre en oeuvre les solutions techniques proposées lors de la séance précédente Résumé de la séance : Après avoir lu le cahier des charges, les élèves, par groupe, visent à concevoir le moulin à eau en autonomie. Les difficultés rencontrées sont à verbaliser pour ensuite trouver des remédiations en classe.
Séance 6 : Finalisation des moulins à eau et fin de séquence
Objectif : Terminer la conception des moulins à eau fonctionnels Résumé de la séance : Lors de cette séance, les élèves trouvent des remédiations pour finaliser leur projet et le prennent en vidéo dans un dernier temps.

Si vous êtes intéressé.e par la mise en place de cette séquence, nous vous proposons la fiche séquence plus détaillée ici.

C. Quelques astuces à prendre en compte.

  • Utiliser un axe de rotation assez long type aiguille à tricoter, branche de bois etc.
  • Pour coller les pales, utiliser du ruban adhésif ou de la patafix.
  • Bien maintenir, consolider la roue sur l’axe de rotation pour qu’elle reste en équilibre (avec de la patafix, des bouchons de liège coupés en lamelles etc.)
  • Faire attention à ce que l’axe horizontal servant d’arbre à came pour la roue tourne quand l’eau est projetée sur le moulin. La roue et l’axe doivent tourner ensemble.
  • Utiliser des matériaux assez grands et solides, pour pouvoir créer un objet stable et facile à manipuler.

 

Nous n’avons plus qu’à vous souhaiter une bonne réalisation de ce moulin à eau ! En espérant que ces petites astuces vous aient été utiles !

Étudiantes en Première année de Master MEEF

emma.perny

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