L'AIR ET LES GAZ A EFFET DE SERRE

ECOLE HENRI LAPIERRE SAINT-LOUIS ANNEE SCOLAIRE 2012-2013 MODULE DE SCIENCES L'AIR ET LES GAZ A EFFET DE SERRE CLASSES DE CM2 Mr ERIC LIMOUSIN-Mme CATHERINE POTONIE-Mme ROSIE IDMOND

L'air façon Lavoisier trois séances introductives à l'effet de serre Mise en évidence des principaux gaz à effet de serre de l air La combustion : facteur principal de gaz à effet de serre Ces séances sont un préambule à une séquence sur l'effet de serre. Ce projet est l occasion pour les élèves d acquérir des connaissances sur l'air et les gaz à effet de serre qui le composent afin de ré-investir les acquis dans une séquence ultérieure sur l'effet lui même. Ce projet qui guide les élèves durant les premières séances consacrées aux prérequis leur laisse ensuite l initiative, allie le plaisir du jeu et de la création avec l apprentissage structuré de notions scientifiques. Objectifs visés prise de conscience des différents gaz de l'air Être capable de mettre en évidence différents gaz présents dans l'air Savoir que la physique est régie par des lois (ici conservation de la matière) Être capable de mettre en place un protocole expérimental Savoir que la combustion produit du CO2 et de la vapeur d'eau Savoir ce qu'est une combustion Être capable de mettre en évidence différents gaz issus de la combustion Matériel 2 pompes à air + tuyau ( type aquariophilie) verres bougies récipients type barquette grand bocal vitre assiettes eau de chaux ( la commander en pharmacie) glaçons eau + encre Séances Ressources pour l'enseignant Séance 1 : L'air façon Lavoisier Séance 2 : La combustion 1 Séance 3 : La combustion 2 Gaz à effet de serre http://fr.wikipedia.org/wiki/gaz_%c3%a0_effet_de_serre http://fr.wikipedia.org/wiki/effet_de_serre mise en évidence des gaz de l'air http://education.meteofrance.com/jsp/site/portal.jsppage_id=12188&document_id= 21705&portlet_id=56802 http://fr.wikipedia.org/wiki/air combustion http://fr.wikipedia.org/wiki/combustion http://fr.wikipedia.org/wiki/combustion_du_carbone_%28r %C3%A9action_chimique%29 http://www.as-sl.com/fr/pdf/information-6-frances.pdf

Compétences du socle commun développées durant la séquence APPRENTISSAGES LANGAGIERS ET SITUATIONS D APPRENTISSAGE LIES AUX DIFFERENTS CHAMPS DISCIPLINAIRES Dire Utiliser le lexique spécifique des sciences dans les différentes situations didactiques mises en jeu. Formuler des questions pertinentes. Participer activement à un débat argumenté pour élaborer des connaissances scientifiques en en respectant les contraintes (raisonnement rigoureux, examen critique des faits constatés, précision des formulations, etc.). Lire Lire et comprendre un ouvrage documentaire, de niveau adapté, portant sur l'un des thèmes au programme. Écrire Traiter une information complexe comprenant du texte, des images, des schémas, des tableaux, etc. Prendre des notes lors d'une observation, d'une expérience, d'une enquête, d'une visite. Rédiger, avec l'aide du maître, un compte rendu d'expérience ou d'observation (texte à statut scientifique). Rédiger un texte pour communiquer des connaissances (texte à statut documentaire). CONNAISSANCES, CAPACITES ET ATTITUDES : Connaissances Capacités Savoir que l air est un mélange de gaz dont certains sont responsables de l'effet de serre. Être capable de : Pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner, formuler une explication possible (hypothèse), en utilisant éventuellement un modèle simple et chercher à la valider. Manipuler et expérimenter : Participer à la conception d un protocole expérimental et le mettre en œuvre en utilisant les outils appropriés, y compris informatiques. Attitudes Développer des habiletés manuelles et techniques. Exprimer et exploiter les résultats d une mesure ou d une recherche : Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l oral. Maîtriser les principales unités de mesure des grandeurs inscrites au programme. Regrouper dans un même document du texte et des images. Le sens de l observation. La curiosité pour la découverte des causes des phénomènes observés. L imagination raisonnée. L esprit critique : Confronter ses idées dans des discussions collectives. Distinguer le savoir scientifique de ce qui relève d une opinion. Situer une information dans son contexte.

Séance 1 : L'air façon Lavoisier Cette première séance guide les élèves car elle est consacrée aux prérequis (connaissance des principaux gaz à effet de serre de l'air et techniques de mise en évidence). objectifs : Notionnels prise de conscience des différents gaz de l'air Méthodologiques Être capable de mettre en évidence différents gaz présents dans l'air matériel : pour la classe par groupe 2 pompes à air + tuyau ( type aquariophilie) 2 verres eau de chaux ( la commander en pharmacie) récipients type barquette glaçons vitre déroulement : séparer la classe en 4 groupes (2X2 expériences) durée Matériel et organisation 5' Groupes. tout le matériel activités Distribution des consignes de chaque expérience. Chaque groupe vient chercher le matériel nécessaire à sa réalisation et les protocoles expérimentaux. 5' Groupes Mise en place sur les tables des expériences. Vérification par le maitre. 5' Groupes Faire l'expérience puis la dessiner. Dire de commencer les schématisations en même temps que l'expérience. 10' collective Distribution du texte sur Lavoisier. La lecture du texte «Lavoisier chimiste» permettra aux élèves d'acquérir le lexique et d'orienter les hypothèses. 5' individuelle Consigne(par écrit) : Dans le texte que nous venons de lire, relève les noms des gaz de l'air découverts par Lavoisier. 15' Collective Analyse des observations 1ère expérience (CF annexe 1) eau de chaux se trouble : si aucune question n'émerge de la classe, distribution de la définition (annexe 1) réponse attendue après lecture: il y a du CO2, du gaz carbonique dans l'air. 2ème expérience (CF annexe 1) Il apparaît des gouttelettes de liquide sur la surface de la vitre. C'est de l'eau! réponse attendue : il y a de l'eau dans l'air. Expliquer qu'elle est sous forme de vapeur d'eau, un gaz invisible. 5' collective Formalisation des expériences et des conclusions Nous avons mis en évidence deux gaz de l'air : le gaz carbonique et la vapeur d'eau.

ANNEXES dans l'ordre fiche élève Texte Lavoisier chimiste protocoles expérimentaux élèves définition de l'eau de chaux description des expériences proposées

Nom : L'air façon Lavoisier matériel de la séance: pour la classe par groupe 2 pompes à air ( type aquariophilie) 2 verres identiques eau de chaux ( la commander en pharmacie) 1 récipient type barquette glaçons 1 vitre 1ère expérience Dessine la : Que se passe -t-il quand on fait passer l'air dans l'eau de chaux? Hypothèses : 2ème expérience Que se passe-t-il quand on envoie l'air sur la vitre glacée? dessine le résultat Que voit-on apparaître sur la vitre? Conclusions :

Lavoisier qui a suivi les cours de chimie de Rouelle est avant tout un spécialiste de l analyse chimique. Il a ainsi déterminé la méthode de travail qu il appliquera toute sa vie : peser précisément les corps avant la réaction, peser les éléments qui en résultent et reconstituer le corps de départ avec les éléments issus de la réaction. Il pose ainsi les bases de protocoles expérimentaux reproductibles, socles de la chimie moderne. «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme». Pour Lavoisier, cette loi de conservation de la matière, est applicable à toutes les sciences, et, bien entendu, à la chimie. Les années 1770 marquent l essor de la chimie pneumatique dont les adeptes, l anglais Priestley en tête, pensent que les gaz jouent un rôle actif dans les réactions chimiques. Priestley découvre l air fixe, le CO2 (gaz carbonique) et «l'eau gazeuse» (vapeur d'eau). Lavoisier traduit le livre du chimiste anglais et reproduit ses expériences. Commencent alors pour lui 20 années d expériences sur la chimie de l air. En 1774, Priestley découvre ce qu il nomme l air déphlogistiqué, l oxygène, mais ne le nomme pas. Lavoisier déterminera la composition exacte de l air atmosphérique en 1777. Les nombreuses expériences de «calcination» qu il mène dans son laboratoire de l Arsenal, aboutissent à la conclusion que la combustion est due à l oxygène. A la même époque il définit avec Laplace un troisième état de la matière : l état gazeux. La «conversion» de ses contemporains sera très progressive : ses collègues mathématiciens seront convaincus les premiers, les chimistes ensuite.

Mise en évidence des gaz de l'air 1 Verse dans un verre un peu d'eau de chaux. Place le tuyau d'arrivée d'air au fond du verre. Branche la pompe à air et attend. Au bout d'un quart d'heure, enlève l'arrivée d'air et débranche la pompe. Dans le deuxième verre verse la même quantité d'eau de chaux. Observe le liquide des deux verres posés cote à cote. Que vois-tu? Mise en évidence des gaz de l'air 1 Verse dans un verre un peu d'eau de chaux. Place le tuyau d'arrivée d'air au fond du verre. Branche la pompe à air et attend. Au bout d'un quart d'heure, enlève l'arrivée d'air et débranche la pompe. Dans le deuxième verre verse la même quantité d'eau de chaux. Observe le liquide des deux verres posés cote à cote. Que vois-tu? Mise en évidence des gaz de l'air 2 Rempli le récipient d'eau glacée + glaçons. Pose la vitre dessus Branche la pompe à air. Attention! Concentre bien l'air sur un point de la vitre et attend. Que se passe-t-il? Mise en évidence des gaz de l'air 2 Rempli le récipient d'eau glacée + glaçons. Pose la vitre dessus Branche la pompe à air. Attention! Concentre bien l'air sur un point de la vitre et attend. Que se passe-t-il?

définition de l'eau de chaux L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ). L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium. Elle se trouble ( précipité blanc) en présence de dioxyde de carbone (CO2, gaz carbonique ).

Mise en évidence du CO2 de l'air Pompe à air verre Eau de chaux Faire barboter l'air un quart d'heure dans l'eau de chaux. Verser dans le deuxième verre (identique) la même quantité d'eau de chaux et comparer les solutions. Un trouble apparaît dans l'eau de chaux en contact avec l'air présence de CO2 dans l'air. Le verre témoin est indispensable car le trouble est faible car il y a peu de CO2 dans l'air(0,04%). Mise en évidence de la vapeur d'eau de l'air Pompe à air Des gouttelettes d' eau apparaissent sur la vitre Eau glacée Vitre Les gouttelettes d' eau apparaissent majoritairement a la sortie du tuyau d'air. Il faut dire aux élèves de concentrer l'air sur un point précis de la vitre.

Séance 2 : La combustion 1 objectifs : Notionnels Savoir que la physique est régie par des lois (ici conservation de la matière) Méthodologiques Être capable de mettre en place un protocole expérimental matériel : pour la classe 1 bougie 1 assiette 1 grand bocal eau + encre déroulement : durée Matériel et organisation activités 5' collective Le maitre présente la première partie de l'expérience de combustion d'une bougie jusqu'à son extinction. 5' individuelle Faire remplir la partie «première expérience de la fiche élève. 15' collective Débat sur les hypothèses des élèves. - «quelque chose a disparu» émerge. On relit le texte sur Lavoisier. -soit le texte sur Lavoisier est resté encré et on le relit pour confirmation. Conclusion : «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme» questions : - Qu'est-ce qui s'est transformé? Oxygène (solution dans le texte) - Qu'est-ce qui est «apparu» à la place? Peut être les gaz de l'air que l'on connait? Essayons de les mettre en évidence. 15' 4 ou 5 Groupes Consigne : A partir de l'expérience précédente, proposez une ou des «méthodes» pour mettre en évidence les gaz produits. 10' collective Débat sur les protocoles proposés. En choisir 2 ou 3, en proposer 2. Lister le matériel nécessaire.

Séance 3 : La combustion 2 objectifs : Notionnels Savoir que la combustion produit du CO2 et de la vapeur d'eau Savoir ce qu'est une combustion Méthodologiques Être capable de mettre en évidence différents gaz issus de la combustion matériel : pour la classe par groupe eau de chaux ( la commander en pharmacie) 1 bougie glaçons 1 grand bocal eau + encre 1 assiette matériel proposé par les élèves à la séance précédente déroulement : séparer la classe en 4 groupes (ou plus) durée Matériel et organisation activités 5' collective Chaque groupe vient chercher le matériel nécessaire à la réalisation de son expérience. Le maitre propose a 2 groupes volontaires de suivre les protocoles qu'il leur propose. (annexe 3 ) 10' groupe Faire l'expérience puis la dessiner. 15' collective Débat sur les observations des élèves. Devrait émerger : eau de chaux se trouble. Il y a du CO2, du gaz carbonique produit par la combustion. Il apparaît des gouttelettes de liquide sur la surface de la vitre. C'est de la vapeur d'eau produite par la combustion. 5' Collective et individuelle (copie) Formalisation des expériences et des conclusions Nous avons mis en évidence deux gaz produits par la combustion d'une bougie : le gaz carbonique et la vapeur d'eau. 5' Collective Poser la question : Mais savez-vous ce qu'est vraiment une combustion? Débat puis distribution de la définition. 5' Individuelle écrit Poser la question : Peux-tu lister tout ce qui utilise une combustion pour fonctionner? 10' collective Établir une liste. Doivent apparaître au moins - transports - industries - agriculture conclure que beaucoup d'activités humaines produisent du CO2 et de la vapeur d'eau.

ANNEXES dans l'ordre fiche élève protocoles expérimentaux élèves définition de la combustion description des expériences proposées

Nom : La combustion matériel de la séance: pour la classe par groupe 1ère expérience Dessine la : Que se passe -t-il? Hypothèses : Conclusions de la classe : 2ème expérience dessine le résultat Conclusions de la classe :

Mise en évidence des gaz produits par la combustion 1 Dans un bocal, verse un fond d'eau de chaux. Allume une bougie et dépose la dans le bocal. Referme le. Qu'observes-tu? Mise en évidence des gaz produits par la combustion 1 Dans un bocal, verse un fond d'eau de chaux. Allume une bougie et dépose la dans le bocal. Referme le. Qu'observes-tu? Mise en évidence des gaz produits par la combustion 2 sur un bocal renversé dépose quelques glaçons. Allume une bougie puis dépose par dessus le bocal Attention! L'air doit pouvoir circuler librement dans le bocal. Attends 5 minutes. Que se passe-t-il? Mise en évidence des gaz produits par la combustion 2 sur un bocal renversé dépose quelques glaçons. Allume une bougie puis dépose par dessus le bocal Attention! L'air doit pouvoir circuler librement dans le bocal. Attends 5 minutes. Que se passe-t-il?

Combustion La combustion est une réaction chimique. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme dans le cas d'une combustion ou par une explosion. La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un combustible, un comburant, une énergie d'activation en quantités suffisantes. Le combustible peut être : un solide formant des braises (bois, papier, carton, tissu, PVC, etc.) ; un liquide ou solide liquéfiable (essence, gazole, huile, kérosène, polyéthylène, polystyrène, etc.) ; un gaz (butane, propane, méthane, dihydrogène, etc.) ; un métal (fer, aluminium, sodium, magnésium, etc.) ; une huile de cuisson. Le Comburant Le comburant est l autre réactif de la réaction chimique. La plupart du temps, il s agit de l air ambiant, et plus particulièrement de l un de ses composants principaux, le dioxygène. En privant un feu d air, on l éteint. Combustion La combustion est une réaction chimique. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme dans le cas d'une combustion ou par une explosion. La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un combustible, un comburant, une énergie d'activation en quantités suffisantes. Le combustible peut être : un solide formant des braises (bois, papier, carton, tissu, PVC, etc.) ; un liquide ou solide liquéfiable (essence, gazole, huile, kérosène, polyéthylène, polystyrène, etc.) ; un gaz (butane, propane, méthane, dihydrogène, etc.) ; un métal (fer, aluminium, sodium, magnésium, etc.) ; une huile de cuisson. Le Comburant Le comburant est l autre réactif de la réaction chimique. La plupart du temps, il s agit de l air ambiant, et plus particulièrement de l un de ses composants principaux, le dioxygène. En privant un feu d air, on l éteint.

Mise en évidence de la réaction de combustion Bocal bougie gouttelettes d'eau Eau colorée Assiette plate Quand il n'y a plus d'oxygène, la bougie s'éteint, l'eau monte Plusieurs phénomènes sont en cause, on en retiendra qu'un : la réaction entrainant la disparition de l'oxygène, l'apparition du CO2 et de la vapeur d'eau. Pour que l'eau monte nettement dans le bocal, il faut que votre bougie occupe une grande partie du diamètre du bocal et que ce dernier contienne beaucoup d'air. Mise en évidence du CO2 de la combustion Dans un bocal verser un peu d'eau de chaux. Y déposer une bougie allumée. Le refermer, agiter quand la bougie s'éteint. L'eau de chaux se trouble présence de CO2 glaçons Bocal Mise en évidence de l'eau de la combustion Des gouttelettes d' eau apparaissent sur la vitre Les glaçons sont là pour refroidir le bocal. Ce dernier doit laisser entrer l'air pour que la combustion puisse se poursuivre jusqu'à l'apparition de l'eau