Mon cadran solaire en CM2

Un peu d’histoire…

Depuis toujours, l’homme utilise le soleil pour mesurer le temps. Le trajet du soleil est un repère immanquable avec lequel on peut découper la journée en tranches horaires. Les premiers cadrans solaires, à l’origine de nos montres et horloges, n’étaient que de simples bâtons plantés verticalement dans le sol. L’ombre projetée au sol donnait l’heure sur des traits dessinés sommairement. Les premières civilisations les améliorent pour leurs besoins agricoles et religieux. Leur développement et leur perfectionnement ont donné naissance à des cadrans de plus en plus sophistiqués et parfois d’une grande complexité. La réalisation d’un cadran solaire est une occasion unique d’apprendre et de comprendre la mesure du temps qui passe. C’est un incontournable outil pédagogique qui donne bien plus que l’heure du soleil ! 

Notre séquence autour du cadran solaire s’inscrit dans le cadre de la programmation du cycle 3. Nous nous sommes appuyés sur le programme consolidé publié au BO n°31 du 30 juillet 2020 pour construire notre séquence (Ministère de l’Éducation Nationale, de la Jeunesse et des Sports « J’enseigne au cycle 3 », Eduscol, Novembre 2020, https://eduscol.education.fr/87/j-enseigne-au-cycle-3, 24/02/2021).

L’historique de la construction…

Les étapes de construction ont été nombreuses. Pour mener à bien ce travail, nous avons créé un drive pour partager nos recherches et nos productions.
Pour réaliser la base, sur laquelle se repose le style et les inscriptions des chiffres du cadran solaire, nous avons imaginé de construire le cadran solaire avec du carton puis avec une planche de « plexiglass » ou encore avec un plateau en plastique. Nous avons choisi un carreau de carrelage. En ce qui concerne les inscriptions des chiffres sur la base, nous avons choisi le marqueur permanent multi-surfaces.
Pour le style, nous prenons une baguette chinoise, en plastique. Cette tige résistera aux conditions climatiques extérieures. L’avantage de ce choix est que nous en disposons personnellement, cela n’implique donc ni dépense, ni gaspillage. Pour la coller nous avons pensé à la pâte à fixe mais celle-ci ne résiste pas aux intempéries. Nous choisissons la colle chaude pour fixe le style. Pour positionner le style, nous avons fait des recherches. Nous avons découvert qu’il doit être incliné d’une manière bien précise. Son angle est défini par le positon à laquelle nous sommes, la latitude de Quimper, Paris et Nancy, soit 47,7°.
Voici le matériel dont on a besoin ainsi que les étapes à réaliser pour construire le cadran solaire horizontal:

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  • Découper un carré de 30×30 cm de carton rigide.
  • Tracer la droite Est-Ouest en coupant le cadran par la moitié.
  • Tracer la droite Nord-Sud en coupant le cadran par la moitié.
  • Les 2 droites se coupent en O.
  • Tracer un cercle de centre O et de rayon 10 cm.
  • Il coupe la droite Est-Ouest en B et C.
  • Il coupe la droite Nord-Sud en D et E.
  • Ajouter les repères à l’aide du modèle distribué.
  • Tracer les demies droites comme sur le modèle.
  • Numéroter les points de 6 à 18.
  • Fixer sur le point O la baguette (gnomon) à l’aide de colle chaude, inclinée à 47,7°.

Quelques notions scientifiques…

Un cadran solaire est un instrument silencieux et immobile qui indique le temps solaire par le déplacement de l’ombre d’un objet de forme variable, le style (la tige), sur une surface, la table du cadran, associé à un ensemble de graduations tracées sur cette surface formant un arc de cercle (lignes horaires principalement). La table est généralement plane mais peut aussi être concave, convexe, sphérique, cylindrique.

Un cadran solaire fonctionne hiver comme été, tout dépend de l’orientation, de l’inclinaison de la tige. L’inclinaison de cette dernière est dû à la rotation de la Terre, le matin, le soleil est à l’est. A midi, l’ombre du cadran est plus petite et orientée vers le nord. Et le soir, lorsque le soleil est à l’ouest, l’ombre passe vers l’est.

En plus de l’heure journalière, le cadran solaire horizontal permet de connaitre les saisons grâce à l’ombre qui sera, à un même moment de la journée, plus longue en hiver et plus courte en été. Comme elle tourne toujours sur le même axe imaginaire, incliné de 23°, pôle Nord / pôle Sud, la distance qui sépare un endroit précis de la Terre au Soleil est très variable d’une saison à l’autre. L’été, le soleil tape sur l’hémisphère nord, il est haut dans l’horizon, l’ombre du style est de ce fait petite. A l’inverse, l’hiver, le soleil tape sur l’hémisphère sud, il est bas dans le ciel, donc l’ombre du style est plus grande.

Il est indispensable que le style soit parallèle à l’axe de rotation de la Terre pour que le cadran soit utilisable toute l’année. Par exemple, la ville de Lorient est située à 47.7° de latitude. Aussi, il est important d’adapter l’heure solaire lue sur le cadran à l’heure légale de nos montres (+ 2heures en été et + 1 heure en hiver).

En classe…

Les séances autour de la réalisation du cadran solaire illustrent tous les domaines du «socle commun de connaissances de compétences et de culture”, au travers d’une transdisciplinarité importante. En effet, la découverte et la réalisation d’un instrument de mesure du temps utilisé naguère donneront l’occasion de mener quelques activités en vocabulaire,  calcul et histoire. Travailler autour du cadran solaire est un projet pédagogique qui se caractérise par une démarche scientifique qui va permettre aux élèves de questionner le monde qui les entoure. Tout d’abord, les élèves vont découvrir l’objet technique : le cadran. Ils vont devoir pratiquer une démarche scientifique et technologique pour trouver ses caractéristiques et son usage. Notre séquence autour du cadran solaire s’articule autour de 4 séances :

Séance 1 : « Je pense » : Cette séance vise à recueillir les conceptions initiales des élèves relatives aux questions suivantes : Qu’est-ce que cet objet ? – A quoi sert-il ? – Comment il fonctionne ?

Séance 2 : « Les notions scientifiques et historiques » : Dans un premier temps, nous aborderons les notions scientifiques et technologiques mises en jeu. Dans un second temps, nous mettrons en lumière quelques notions d’histoire permettant de comprendre que les cadrans solaires se présentent sous différentes formes, imaginés au cours de nombreux siècles.

Séance 3 : « La construction du cadran » : Après avoir étudié l’histoire de l’objet technique ainsi que la partie scientifique de son fonctionnement lors des deux précédentes séances, chaque élève doit créer son propre cadran.

Séance 4 : « Prolongement vers la transdisciplinarité » : Durant cette séance, nous pouvons élargir le thème de la séquence. Il sera possible de faire des recherches sur d’autres instruments de mesure du temps en restant dans la matière des sciences et des technologies. Il est aussi possible de faire de l’interdisciplinarité en mathématiques, en découvrant le système de numération en chiffres romains. Nous pouvons aussi élargir le champ des apprentissages en français, en histoire ou en arts plastiques.

Auteurs de l’article de blog :

Le Berre Emma

Le Roy Marie Gabrielle

Roudier Sophie

Trouliaux Mikaël

M1 MEEF PE Lorient

emma.leberre

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