Les ateliers virtuels !

Toutes les semaines, suivez la création d'un club scientifique et faites la même chose chez vous!

Atelier virtuel n°4 : gaz, liquide, solide, les 3 états de la matière !

Pour ce quatrième atelier, les enfants ont étudié les trois états de la matière, à partir d'expériences simples mais pas si banales sur le plan scientifique !


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Maintenant que les enfants ont davantage confiance en eux pour mener des réflexions scientifiques, une petite séance sur la « matière » nous permet de mettre en place un certain nombre de connaissances et de réflexes.

Introduction préliminaire

La « matière », c’est l’ensemble des atomes qui nous constituent (nous, mais aussi tout ce qu’on voit et touche dans notre vie de tous les jours). Les atomes, ce sont un peu les briques de Lego de notre Univers. En les mettant ensemble, on peut former des molécules, qui elles mêmes forment le sucre, les cellules humaines, et tout et tout…

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Il existe trois états sous lesquels ces atomes peuvent se trouver (voir la magnifique illustration ci-dessus, faite au tableau) :

  1. solide, les atomes se tiennent par la main et sont soudés les uns aux autres (c’est pour cela qu’on peut tenir un « solide » dans ses mains, les atomes sont bien collés et le solide garde sa forme).
  2. liquide, les atomes se tiennent encore les mains mais sans être soudés (il faut donc un contenant pour transporter un liquide, sinon ça « coule »), la liquide prend la forme de son contenant.
  3. gazeux, alors là c’est la folie, les atomes ne se tiennent plus la main et vont au contraire chercher à prendre le plus de place possible (le gaz s’échappe partout où il peut aller !).

Pour passer d’un état à l’autre, on peut utiliser différentes techniques, mais la plus simple est de chauffer. L’exemple le plus facile est celui de l’eau. Si je mets un tas de glaçons dans une casserole, la glace va fondre à partir de 0°C, puis l’eau ainsi formée va bouillir à partir de 100°C. Ces températures de changement d’état varient d’un atome à l’autre : pour l’azote, le gaz devient liquide quand il est très très froid !!! (ps : souvenez-vous votre dernière verrue brûlée chez le dermatologue !)

Programme de la séance

AVANT TOUT : Rappel des consignes de sécurité (et notamment qu’il ne faut ni manger ni boire les produits utilisés, même si c’est du sirop de menthe !) et hop, on enfile tous sa blouse ou son tablier pour ne pas trop se tâcher !

0:00 – 0:15 : Réflexion et explications de base sur la matière. Pour préparer cette discussion, on pourra faire des recherches sur différents aspects : les températures de changements d’état pour d’autres atomes que l’eau (pensez au forgeron, aux techniques de fabrication du verre ou encore à la propulsion des fusées). Pour montrer aux enfants combien les sciences réservent de bonnes surprises, on pourra également leur parler du vide : un atome est composé d’un noyau et d’électrons. Entre le noyau et les électrons, il y a… du vide. Si on retire tout le vide contenu dans les atomes qui composent un adulte, on peut faire rentrer ces atomes dans un verre à eau. Impressionnant !

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0:15 – 00:60 : Expériences. Voir la fiche expérience en bas de cet article ! La première expérience est réalisée par l’enseignant-e, sachant que les enfants doivent cocher des cases dans un tableau : l’huile est un liquide, le crayon est un solide, mais quid du sable ? du dentifrice ? Un bon esprit scientifique comprend que tout ne rentre pas dans des cases, il y a toujours des exceptions, des cas particuliers ! La physique des pâtes et des tas de sable sont des disciplines sur lesquelles travaillent de nombreux et nombreuses scientifiques encore aujourd’hui !

Pour les expériences 2, 3 et 4, un petit groupe de trois enfants travaille sur chacune d’entre elles. Au sein du groupe, les enfants doivent travailler ensemble pour essayer de comprendre ce qu’il se passe et exercer leur esprit critique. Par exemple, pour l’expérience 2, dans notre cas, les liquides ne se sont pas superposés dans le même ordre que sur la feuille d’expérience : une élève a intelligemment remarqué que nous n’utilisions peut-être pas le même produit vaisselle et le même sirop que les auteurs de la fiche expérience, et que par conséquent les densités pouvaient varier !

Pour l’expérience n°3, les enfants ont remarqué qu’il faudrait analyser la vidéo au ralenti pour voir les différences de viscosités entre l’huile et le produit vaisselle !

[vidéo à venir]

Pour l’expérience n°4, l’apparition des gouttes d’eau condensées n’était pas flagrante, du coup nous avons essayé de refaire l’expérience en mettant de l’eau bouillante dans un petit récipient en verre, puis de le couvrir de cellophane et de mettre la glace sur le cellophane. L’expérience a mieux fonctionné comme ça : les enfants ont commencé à apprendre qu’il faut parfois adapter le protocole expérimental pour « voir » un aspect de la physique.

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00-60 – 00:90 : Expérience du lait multicolore pour s’amuser un peu (attention ça marche beaucoup mieux avec du Génie sans frotter à la place du liquide vaisselle !). Et surtout, rangement avant de terminer !

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Ce que les enfants vont apprendre

  1. D’un point de vue scientifique, ils vont découvrir le sens de mots comme « atome », « gaz », « condensation », « viscosité » qu’ils ont pu entendre chez eux ou à la télévision et qu’ils ne connaissent pas toujours très bien à 8-10 ans.
  2. Point de vue scientifique, toujours, ils vont voir que les fluides ont certaines propriétés, comme la viscosité et la densité, qui permettent de les caractériser : l’eau est moins visqueuse que l’huile mais elle est plus dense par exemple.
  3. Côté expérimental, ils vont apprendre à se poser des questions sur le pourquoi des consignes (par exemple, dans l’expérience du cocktail de densités, si on verse le sirop trop vite il se mélange avec l’eau !), sur l’adaptation parfois nécessaire du dispositif expérimental.
  4. D’un point de vue général, on progresse dans la prise de décision, la capacité de faire des hypothèses et d’essayer de donner une explication à un phénomène, d’exercer son esprit critique.

Les Fiches

à télécharger ici (merci à Adrien Bernhaim pour le graphisme!) : Fiche_Experience4

En attendant, le merveilleux site internet où j’ai trouvé certaines idées d’expérience : Espace science – Juniors

Côté histoire des sciences, les présentations ont pris un peu de retard mais l’on pourrait penser à Lavoisier, par exemple. Je reviendrai sur cette partie « Histoire des sciences » prochainement !

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