Faire des sciences au cycle 3

Vous cherchez une activité intéressante à mener en sciences avec vos élèves de CM1 CM2 ? Nous vous proposons de réaliser un objet technique en support d’une séquence  sur “les formes et sources d’énergie” avec pour finalité la modélisation d’un barrage hydroélectrique.

Cette séquence aura pour objectif de :

• Découvrir des nouvelles notions sur les énergies
• Découvrir la notion de conversion d’énergie
• Émettre des hypothèses pour la conception d’un objet, les donner à l’oral et sur un schéma
• Travailler en groupe sur la recherche de réponses ou sur l’objet technique
• produire un objet technique
• Expérimenter et manipuler un objet technique

Un objet en accord avec les programmes et les domaines du socle commun : 

Sciences et technologies au cycle 3

La modélisation d’un barrage hydroélectrique répond à plusieurs thèmes vu en sciences en CM1-CM2. Notamment dans les thèmes Matériaux et objets techniques et Matière, mouvement, énergie, information

Les domaines du socle communs

Domaine 1 : Les langages pour penser et communiquer

communication, orale et en production, découverte de nouveaux termes techniques liés aux énergies.

Domaine 2 : Les méthodes et outils pour apprendre

recherche d’information et la collaboration, apprentissage par essaie erreur

Domaine 3 : La formation de la personne et du citoyen

confiance et écoute. Respect des autres et des règles (notamment de sécurité) 

Domaine 4 : Les systèmes naturels et les systèmes techniques

démarche d’investigation, apprendre à observer et à décrire leur environnement. utilisation des connaissances et savoirs-faire pour concevoir et produire l’objet.

Domaine 5 : Les représentations du monde et l’activité humaine

les connaissances acquises sur les énergies et sur la récente histoire de leur utilisation massive participera à une meilleure compréhension du monde actuel et passé

Un objet pour sensibiliser vos élèves :

Le développement durable 

Ce moulin à eau représente une version miniature d’un véritable barrage hydroélectrique, un moyen de produire de l’énergie électrique à partir d’un cours d’eau et de la gravité. L’électricité provenant des barrages hydroélectriques est considérée comme une énergie durable et non polluante. Elle tire sa source du cycle naturel de l’eau qui ruisselle grâce aux cours d’eau jusqu’aux océans.

L’hydroélectricité est la deuxième source d’énergie électrique en France en 2019 selon le gestionnaire RTE. Elle représente 11,2 % du mix énergétique français loin derrière le nucléaire.

Mix énergétique français en 2019 d’après RTE

Tout comme les autres énergies renouvelables, l’hydroélectricité participe à la réduction des émissions de gaz à effet de serre prévues par les différentes conventions environnementales (COP21 de 2015 ou le Sommet de la Terre Rio 1992). Cette réduction des émissions est un enjeu urgent et mondial.

Le développement durable est un développement qui permet de répondre aux besoins actuels sans compromettre ceux des générations futures et l’accès à l’énergie permet de répondre à bon nombre de nos besoins actuels. Cependant il est important de faire comprendre aux élèves la nécessité d’utiliser des énergies renouvelables et durables telles que l’énergie hydraulique.

Les économies d’énergie

Cet objet permet d’initier la formation au développement durable mais il permet également de travailler efficacement sur les économies d’énergie.

Afin de limiter notre impact sur l’environnement, il faut que les citoyens se mettent également en action. Le domaine 3 du socle commun affirme que l’école forme la personne et le citoyen alors il est important que ce citoyen soit conscient qu’il a les moyens d’être un « éco-citoyen”.

Grâce au travail sur les énergies, l’enseignant peut également donner à ses élèves des moyens de faire des économies d’énergie. Cela passe par des gestes très simples au quotidien qui peuvent être adoptés à l’école et à la maison.

Choix des matériaux pour la construction

Afin de rester dans une démarche de développement durable, nous vous conseillons, si vous souhaitez fabriquer l’objet technique, d’utiliser des matériaux issus de la récupération. Nous pouvons vous conseiller des matériaux comme le bois, le liège ou le métal souple. Si vous utilisez du plastique, veillez à ce qu’il soit recyclable (bouteilles, bouchons, bidon, etc.). Vous pouvez vous organiser avec le personnel de l’école pour récupérer des objet de la cantine, du sport, du vieux matériel de classe etc.

Lors de l’utilisation de l’objet, prévoyez un moyen de récupérer l’eau afin de la réutiliser. C’est aussi par l’exemple qu’on enseigne les éco-gestes.

L’objet technique sera effectué vers la fin de la séquence. Un certain nombre de notions auront dû être abordées lors des séances précédentes. 

Identification d’un besoin en énergie

– Identifier différentes sources d’énergie.

– Savoir que l’énergie existe sous différentes formes (énergie associée à un objet en mouvement, énergie thermique, électrique…).

– Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer…

– Reconnaître les situations où l’énergie est stockée, transformée, utilisée.

– Exemples de sources d’énergie utilisées par les êtres humains : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent, Soleil, eau et barrage, pile…»

– Notion d’énergie renouvelable.» Identifier quelques éléments d’une chaîne d’énergie domestique simple.» Quelques dispositifs visant à économiser la consommation d’énergie.

Une fois ces notions abordées, on peut lancer le projet sur 2 séances :

Séance 1 : problème technique et recherche d’idées

L’analyse du problème technologique : se servir de la force de l’eau pour créer de l’énergie électrique

Lors de cette séance, l’enseignant annonce que la classe va se concentrer sur l’énergie hydraulique et plus spécifiquement sur le moulin à eau et les barrages hydroélectriques. On explique leur fonction et fonctionnement.

Recherche d’idées répondant au besoin et aux contraintes :

On demande ensuite à ses élèves par groupe d’imaginer la construction d’un moulin à eau en classe. Pour ce faire, les groupes devront faire un schéma de leur idée avec comme consigne qu’il faut à ce moulin une roue, des pales, un axe et un support. On ramasse les schémas à la fin.

un exemple de schéma d’élève

Séance 2 : réalisation de l’objet 

Cette séance sera plus longue que les autres (1h) et nécessite de préparer la classe avant la séance.

L’enseignant rend d’abord les schémas corrigés aux différents groupes puis annonce le programme de la séance. Il met au défi ses élèves à partir des matériaux qu’ils ont à disposition (matériaux de récupération de préférence), de créer un moulin à eau fonctionnel avec un axe, une roue, des pales et un support déjà fourni. Les élèves ont également à leur disposition 3 pistolets à colle et des gants.

L’enseignant donne les consignes de sécurité à respecter absolument car l’activité est risquée. Les élèves sont répartis par groupes pour élaborer la construction de l’objet technique en autonomie, ils ne suivent pas un protocole mais ils doivent à partir de leur réflexion de la séance précédente et de ce qu’ils savent, construire un moulin à eau qui transforme l’énergie de l’eau qui chute en énergie qui ferait tourner la roue et l’axe. Les élèves qui réussissent à bien faire tourner la roue pourront essayer d’utiliser le générateur pour allumer une petite LED.

Quelques productions d’élèves

                   pour voir un objet en fonctionnement clique

En fin de séance les groupes qui ont relevé le défi peuvent faire la démonstration devant la classe en allumant la LED grâce à de l’eau provenant d’une bouteille récupérée. L’enseignant va également questionner les groupes qui n’ont pas réussi pour leur demander s’ils savent pourquoi ça n’a pas fonctionné et ce qu’il faudrait corriger pour cela.

Pour aller plus loin : On peut améliorer l’objet technique en fabricant un générateur avec un aimant et des bobines de cuivre dans une autre séquence !