Les énergies. Les énergies et le socle commun Pilier 3 : principaux éléments de culture scientifique et technologique Connaissances.

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1 Les énergies Les énergies et le socle commun Pilier 3 : principaux éléments de culture scientifique et technologique Connaissances Exemples simples de sources d énergie (fossile ou renouvelable) Besoins en énergie, consommation et économie d énergie Capacités Pratiquer une démarche d investigation Observer, questionner, modéliser de façon élémentaire Manipuler, expérimenter Mobiliser des connaissances dans d autres champs disciplinaires Exprimer et exploiter les résultats d une recherche Attitudes Curiosité pour la découverte des causes des phénomènes naturels Imagination raisonnée Esprit critique Intérêt pour les progrès scientifiques et techniques Responsabilité face à l environnement Niveaux d exigence Etymologiquement «Energie = force en mouvement» C est une force en action qui permet d éclairer, de chauffer, de mettre en mouvement. Il existe différentes sources d énergie utilisables. Certaines sources d énergie sont renouvelables : hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, biomasse Certaines sont épuisables : les sources d énergie fossile telles le charbon, le gaz, le pétrole - les sources nucléaires L électricité est une énergie obtenue par transformation. Pour vivre, pour se chauffer, pour se déplacer, pour s éclairer, les êtres vivants ont besoin d énergie. Des sources d énergie s épuisant (pétrole, gaz ), l homme doit apprendre à les économiser, et doit trouver des énergies de remplacement.

2 Entrées possibles - A partir d un défi techno Après un travail sur les objets techniques, moyens de locomotion Après une séance d EPS Après un travail sur la nutrition Après un travail sur le cycle de l eau Après un travail sur la transformation des déchets (compost, jardinage ) Après un travail sur l étude des volcans, le ciel et la Terre Situations déclenchantes - Lecture d images (éoliennes, moulin vent et eau, char à voile, ). Exemple : Kit pédagogique développement durable n 3 «Energie» - Questionnement à partir de situations vécues dans la classe, dans l école - Sorties, visites (déchetterie, plate forme de compost, incinération...) - Classes de découverte - Faits d actualités - Vidéos (Les cités d Or ) - Albums, livres, BD - Situation - problème liée un défi-techno Exemple de module d apprentissage au cycle 3 Séance 1 Faire émerger le mot «énergie» et comprendre que l alimentation fournit l énergie nécessaire au fonctionnement du corps Recueil de conceptions initiales : - à partir d un questionnement écrit ou oral. - à partir d un mur d images - à partir d emballages alimentaires Question pour faire émerger le mot «énergie» A quoi sert la nourriture que tu viens de manger? Et si tu as de l énergie, qu est-ce que tu peux faire? Energies musculaire et mécanique

3 Me réchauffer, Bouger, Faire du sport Synthèse En transformant la nourriture (digestion), nous libérons l énergie qu elle contient et l utilisons dans le corps (chaleur, mouvement ) On arrive ainsi à une première définition de l énergie : «force qui permet de se mettre en mouvement, de produire de la chaleur»... Séance 2 Mettre en évidence à partir d exemples la transformation d énergie Expérimentation : exemple à partir d un vélo Matériel : un vélo muni d une dynamo 1ère étape : énergie musculaire Des enfants font du vélo au cours d une séance d EPS par exemple. Observation d un enfant en train de faire du vélo : transformation de l énergie musculaire en énergie mécanique. 2ème étape : On introduit un obstacle ou un plan incliné pour montrer le lien entre les deux énergies : il faut plus d énergie musculaire pour obtenir la même énergie mécanique. 3ème étape : On met en place la dynamo Observation : les enfants s aperçoivent qu il y a de la lumière sans pile (penser à une dynamo transparente). Comparaison avec d autres sources d éclairage à piles. Synthèse Source d énergie : l alimentation Transformation en énergie musculaire énergie mécanique énergie électrique énergie lumineuse Le vélo avance La dynamo Le phare éclaire Séances 3 et 4 La 3ème séance fait l objet de recherches documentaires et au cours de la 4ème séance, les élèves présentent à la classe leurs recherches.

4 Identifier les diverses sources d énergie et mettre en évidence la transformation de l énergie Recueil des conceptions. Connaissez-vous d autres sources d énergies? Le vent, l eau, le pétrole, le gaz, le charbon, le bois, le soleil, la géothermie, le nucléaire, les déchets Energie éolienne Energie hydraulique Energie hydraulique Energie fossile (pétrole) Energie fossile (pétrole) Energie fossile (charbon) Energie de la biomasse (bois) Energie de la biomasse (colza) Energie solaire Energie géothermique Energie nucléaire Recherche documentaire (en groupes) pour : Trouver et/ou valider les sources d énergie Chercher les différentes transformations en partant des utilisations

5 Le vent Energie éolienne Recherche documentaire et/ou fabrication d objets utilisant la source d énergie Véhicule à voile Mouvement rectiligne Moulinets permettant de soulever une charge Transformation du mouvement rectiligne en mouvement rotatif Transformation en : Energie mécanique (mouvement/déplacement ) Char à voile, Moulin à vent ( transformation du mouvement rectiligne du vent en mouvement rotatif grâce aux hélices écrasement du grain, déplacement de charges ) Energie mécanique puis énergie électrique Eoliennes, aérogénérateurs (transformation du mouvement rectiligne du vent en mouvement rotatif, les pales tournent et entraînent un générateur électrique) L eau Energie hydraulique Recherche documentaire et/ou fabrication d objets utilisant la source d énergie Roues à «aubes» permetant de soulever des charges Roue entraînant une dynamo permettant d éclairer une diode Transformation en Energie mécanique (mouvement/déplacement ) Roues à aubes, Moulin à eau ( écrasement du grain, déplacement de charges ) Energie mécanique puis énergie électrique (utilisation de turbines et alternateurs)

6 Les hydrocarbures Energies fossiles Recherches documentaires pour trouver l origine, les modes d extractions, de distillations (raffinage) et de transformations (essence, gazole, fuel, huile, gaz, kérosène, ) Transformation par combustion en énergie calorifique (chauffage) énergie calorifique énergie mécanique (moteur / réacteur) déplacements (véhicules, charges, ) énergie calorifique énergie mécanique énergie électrique (vapeur) (turbine) (centrale, groupe électrogène, ) Bois, végétaux, matières organiques Energie de la biomasse Recherches documentaires ou/et expérimentations (compost-fermentation)) Végétaux et matières organiques d origine animale constituent la biomasse : bois, compost, déchets organiques. La biomasse (exemples : colza, betterave, canne à sucre ) permet aussi la production d agrocarburants. La fermentation de déchets organiques génère du méthane (méthanisation), lequel est utilisé pour la combustion. Transformation par combustion en énergie calorifique (chauffage au bois) énergie mécanique déplacements énergie calorifique énergie mécanique énergie électrique (vapeur) (turbine-alternateur) (centrale, groupe électrogène ) Recyclage des déchets : Transformation par combustion en énergie calorifique énergie mécanique énergie électrique

7 Le soleil Energie solaire Recherches documentaires ou/et expérimentations Transformation en Energie calorifique ( chauffe-eau, chauffage ) Les capteurs solaires transforment l énergie lumineuse en énergie électrique qui va permettre le mouvement (énergie mécanique) énergie lumineuse énergie électrique par l intermédiaire des cellules photovoltaïques (centrale solaire) La chaleur de la terre Energie géothermique Recherches documentaires Chaleur produite par la Terre Transformation en énergie calorifique (chauffage) énergie calorifique énergie mécanique énergie électrique (turbine) (centrale géothermique)

8 Energie nucléaire Recherches documentaires Production à la suite de la fission des noyaux d uranium d énergie calorifique énergie mécanique énergie électrique (turboalternateur) (centrale nucléaire) Séance 5 Identifier et trier énergies non renouvelables et énergies renouvelables S interroger et faire chercher la définition des mots «fossiles», «renouvelables» Faire un tri à partir des recherches faites lors des séances précédentes Synthèse Essayer de répartir les sources d énergie dans le tableau ci-dessous : Energie non renouvelable Les hydrocarbures (fossile) Le charbon (fossile) Le nucléaire Energie renouvelable Le vent L eau La biomasse La géothermie Le soleil Séance 6 Se sensibiliser à l utilisation de l énergie dans la vie quotidienne (1) Enquêtes Questionnaires Observations de l environnement proche Les besoins en énergie : habitat, transport, industrie Enquêtes à la maison, et/ou à l école, et/ou dans le quartier (questionnaire élaboré par les élèves) Faire l inventaire des objets utilisant de l énergie que la famille emploie au quotidien (recenser les besoins du matin au soir)

9 Séance 7 Se sensibiliser à l utilisation de l énergie dans la vie quotidienne (2) Mise en commun, débat et bilan Mettre en évidence l utilisation constante d énergie dans la vie quotidienne. S interroger sur la consommation, le transport de l énergie et sur les transformations. Présentation d une facture d électricité, de gaz, de fuel Séance 8 Comprendre la nécessité de maîtriser notre consommation d énergie, trouver des moyens pour la diminuer dans notre vie quotidienne. Débat, jeux de rôles, recherche documentaire et/ou expérimentations L homme utilise de plus en plus d énergie pour ses besoins. Beaucoup d énergies sont issues de sources non renouvelables, il faut donc les économiser. Emission d hypothèses sur les comportements à adopter. Mise en situation à partir de jeux de rôles. Expérimentations : sur l isolation par exemple Synthèse Consommer l énergie est un geste qui porte à conséquence. Maîtriser la consommation d énergie permet de préserver les ressources et de protéger l environnement. A notre échelle, nous pouvons agir pour maîtriser notre consommation.

10 Prolongements Prolongements liés au développement durable. (Connaître, comprendre, agir) Création d une charte de l école sur les économies d énergie. Ressources : A.D.E.M.E (Agence Départementale de l Environnement pour la Maîtrise de l Energie) Exploradôme Planète sciences Groupe MRST 78, 1er avril 2010