Nos ateliers !

WAX-Science vous livre tous les secrets pour organiser un atelier sur le volcanisme extraterrestre, un sujet brûlant, pour des élèves de la 4^ème jusqu’à la classe de Première, de 13-14 ans à 17-18 ans. Adapté notamment aux Enseignements Pratiques Interdisciplinaires (EPI), deux à trois heures sur une ou deux séances semble une durée optimale. Les différentes activités et mini-jeux peuvent aussi être organisés de manière indépendante. Go?

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L’objectif principal est de susciter des questions, de titiller les intuitions pour réussir ensuite à aborder simplement le thème du volcanisme extraterrestre, et guider les élèves dans leurs réflexions. Géologie ? Physique ? Chimie ? Au moins un peu de tout ça à la fois.

Le second objectif est de revoir certaines bases disciplinaires de façon ludique, faveurs données à la créativité et au travail d’équipe. Tous les documents utiles sont en téléchargement libre à la fin de l’article, n’hésitez pas à les modifier, les mettre à votre sauce !

1 ] LE VOLCANISME TERRESTRE (≈ 30 minutes)

En prélude, il est important de nous rafraîchir la mémoire sur le volcanisme. Quoi de mieux pour cela que la représentation de nos souvenirs ? À vos feutres, crayons et autres stylos.

• Dessine-moi un volcan

Quelques minutes peuvent être utiles pour expliciter les différences entre un croquis et un dessin d’observation, prémisses indispensables à l’élaboration d’un bon schéma-bilan.

Dès la classe de 4^ème en SVT, on distingue deux types de volcanisme : effusif ou explosif. Les éruptions diffèrent ainsi par la fluidité de la lave, par la présence ou non de nuées ardentes, par un dôme arrondi ou détruit. Outre ces différences extérieures, y-a-t-il des différences notables à l’intérieur ? Plongeons au cœur des chambres magmatiques. Sont-elles toutes les mêmes ? Toutes uniques ? Exit la géologie, on discute maintenant d’un peu de physique-chimie. Quels peuvent être les facteurs influents ? La température, la pression, le volume..? Et puis, s’il existe tant de pierres différentes, c’est aussi que la composition chimique des magmas est très variable.

Serpentinite (en vert) et stichtite (en violet)

2] LES ATOMES DE LA MATIÈRE (≈ 30 minutes)

Transition faite, nous abordons la nature atomique de la matière (mettons pour le moment la radioactivité de côté), déjà présente au programme de 4^ème jusqu’au baccalauréat scientifique. Pour bien comprendre la science de la dé-composition de la matière (c’est-à-dire la chimie) et en adaptant le niveau de détail à la classe, nous présentons le proton, le neutron, l’électron, l’atome quoi. Mais alors ? Qu’est-ce qu’un élément chimique ? Qu’est-ce qu’une molécule ?

Une erreur peut cacher une vérité…

• Jeu de cartes élémentaires

Objectifs :

• Se familiariser avec les éléments chimiques;
• Apprendre quelques anecdotes les concernant ;
• S’amuser.

Matériel :

• Un jeu de 25 cartes recto-verso, par équipe de 1 à 5 participant-e-s (une carte exemple et 24 « cartes élémentaires ») ;
• Des élèves, enfants ou adultes ;
• De la bonne humeur.

Déroulement :

• L’idée est de former des mots avec les lettres et syllabes représentant les éléments chimiques. Le nombre dans la sphère bleue (A) correspond aux points de défense, celui dans la sphère rouge (Z) aux points d’attaque. Les mots se mesurent les uns aux autres, celui ayant le plus grand total de points remporte la manche ;
• Pour parfaire ce mini-jeu, vous pouvez créer vos propres cartes (des planches vierges sont téléchargeables à la fin de l’article) avec d’autres éléments chimiques : il en existe largement assez !

3] DES ÉTATS DÉS-ORDONNÉS (≈ 30 minutes)

Nous imaginons maintenant un peu mieux ce que peut être la composition chimique d’un magma. Selon l’âge des élèves, il est possible d’évoquer des éléments en particulier comme le silicium ou un métal (mercure, zinc, au pif). La composition de la croûte terrestre est au programme de SVT de Seconde. De même, nous pouvons aborder la classification de Mendeleïev.

À l’image (ou pas) des mots construits précédemment, les molécules sont des assemblages précis d’atomes. Chaque atome ayant ses caractéristiques propres et représentant un élément chimique (cuivre, hélium ou oxygène par exemple). Mais c’est encore un peu plus complexe. Les atomes comme les molécules changent d’état en s’adaptant aux contraintes environnantes. Les états solide, liquide et gazeux sont généralement bien connus des adolescent-e-s.

Cela est beaucoup plus rare pour la notion de plasma qui fait intervenir des charges électriques libres, une très haute température et un champ électromagnétique. Et pourtant, l’immense majorité de la matière dans l’univers se présente sous cet état !

• Oh c’est Bô !

Si jamais l’intérêt des élèves n’était pas suscité, une vidéo montrant la jolie réactivité du gallium s’imposerait. Nous pourrions aussi les faire manipuler… Un peu d’eau, de la fécule de maïs  -> une bonne pâte (un liquide non-newtonien, rhéoépaississant précisément) pour illustrer la diversité des états de la matière.

(Source)

Le fonctionnement des volcans sur Terre, quelques bases en physique et en chimie, notre paquetage est presque complet. Un inventaire et gros coup d’oeil sur la carte avant de décoller ?

4] DIRECTION L’UNIVERS (≈ 30 minutes)

Pour débuter, rappelons l’ordre et le nom des planètes du système solaire. Petit moyen mnémotechnique pour les trois les plus périphériques ? Leurs premières lettres assemblées forment un soleil anglais (SUN : Saturne Uranus Neptune, heureusement que Pluton est déclassée…).

Côtoyons maintenant l’infini, grâce à cette super animation en scroll, Scale of the Universe, parfaite pour aborder la question des limites de l’infiniment grand des corps célestes et de l’infiniment petit des particules élémentaires. Malgré quelques incertitudes et approximations (vulgarisation oblige), c’est relativement bien fait.

Vous en avez le vertige..? Équipons-nous pour enfin affronter l’abondance et l’immensité !

• Brainstorming super-robot

Surtout, laissons liberté aux jeunes de s’aventurer. Et s’ils devaient construire un robot spatial ? À l’aide d’un budget illimité, avec des outils et des pouvoirs au choix, ça donnerait quoi ?

Pendant une dizaine de minutes, par petits groupes, en liste ou en dessin, faisons les réfléchir ensemble. Qu’ils s’imaginent comment analyser les galaxies, comment éviter les obstacles interstellaires, ça sera l’occasion de faire présenter le robot à l’oral devant les camarades !

Comparons ces merveilles avec la sonde Cassini, dont certains détails sont en libre accès sur un des sites de la Nasa. Même sans éminent-e-s scientifiques, nous recouvrons bien les mêmes problématiques ! Résister aux contraintes extrêmes pour assurer des mesures directes, être autonome en énergie ou voyager à la vitesse de la lumière, leurs aspirations sont perspicaces !

Nous pouvons décoller le souffle léger vers d’autres lunes, Ganymède en l’occurrence, une des nombreuses lunes de Jupiter.

5] LE VOLCANS DE L’UNIVERS (≈ 30 minutes)

Les petits points de Ganymède

De nos jours, les découvertes spatiales sont quotidiennes. Pas une journée sans qu’une nouvelle galaxie, qu’un nouvel astéroïde soit détecté-e. Oui, c’est comme si nous avions envoyé parcourir l’univers tout plein de super appareils photos numériques ultra-techniques. On a la masse de données ! Il y a énormément de traitement d’images à faire, nous ne pouvons pas encore en écrire des tonnes.

A quoi ressemblent les volcans de l’univers ? Nous chassons des points noirs, des boutons sur une photo d’adolescence galactique. Pour s’éclater, nous les analysons de loin. Pour en tirer quoi ? La compréhension de cycles physico-chimiques originaux, à 1000 lieux de nos certitudes terrestres !

Le cryovolcanisme sur Encelade : de l’eau [H2O], du méthane [CH4], des éruptions de vapeur, des coulées de glace, rien à voir avec notre volcanisme chaud (http://photojournal.jpl.nasa.gov/)

Le volcanisme extraterrestre peut aussi servir de lucarne pour entrapercevoir une once de vie extraterrestre…

• Explosions imaginatives

Un peu de travail pour la semaine prochaine ? Inspirons-nous de cet article du journal Le Monde à propos de Titan (une des nombreuses lunes de Saturne). Entraînons-nous à écrire en inventant, en apprenant.

Pour conclure !

Cette recherche volcanique nous amène tant bien que mal à découvrir les imperfections des sphères célestes.

Il y a plus de quatre siècles, l’invention de la lunette astronomique nous a permis de mieux apprécier l’immensité universelle. Notre lune, celles de Saturne et de Jupiter, étaient alors les premières cibles de cet outil révolutionnaire. Depuis cette époque, nous affinons notre regard sur ces objets, petits, moyens et grands qui tournoient sans cesse, des fois sans aucune loi mathématique.

Hypothèse sur hypothèse, loin d’être inertes, nous irons de surprise en surprise. De la discipline ! Des disciplines ! Il nous en faudra pour bien jouer avec tout ça.

Sources :

• http://www.wikipedia.org/
• http://photojournal.jpl.nasa.gov/
• https://flickr.com/
• http://www.elementschimiques.fr/?fr

Image à la une :

Eruption of Vesuvius, 1817, William Turner

Documents à télécharger :

Jeu de cartes élémentaires

• WAX_Cartes elementaires 1.jpg
• WAX_Cartes elementaires 2.jpg
• WAX_Cartes elementaires 3.jpg
• WAX_Cartes elementaires 4.jpg
• WAX_Cartes elementaires 5.jpg
• WAX_Cartes elementaires vierges 1.jpg
• WAX_Cartes elementaires vierges 2.jpg

Support

• WAX_Volcanisme extraterrestre.pdf

Le format PowerPoint étant trop volumineux pour être chargé ici, n’hésitez pas à nous contacter pour l’obtenir, nous aurons plaisir à vous le transmettre !