SNC1D/1P Étude de l Univers / Exploration spatiale Activité par les élèves : Modélisation des phases de la Lune Sujet phases de la Lune Durée préparation : 10 min activité : 25 min Attentes particulières SNC1D A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. D1.4 Expliquer des phénomènes astronomiques observables sur la Terre (p. ex., aurore boréale, lumière zodiacale, scintillement, colonne solaire, phases de la lune, éclipse, halo, lever et coucher d'un astre). SNC1P A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. D1.5 Décrire des phénomènes astronomiques observables sur la Terre (p. ex., aurore boréale, halo, phases de la lune, éclipse, lever et coucher d'un astre). Introduction La Lune est visible à un endroit et à un moment donnés la plupart des nuits. Si l on observe la Lune chaque soir, on constate qu elle se lève chaque fois 50 minutes plus tard que la veille. Et en prêtant bien attention, on constate qu elle se montre un petit peu plus ou un petit peu moins chaque soir, selon sa phase. La Lune parcourt son orbite autour de la Terre en 28 jours. Sa position par rapport à la Terre et au Soleil détermine la surface qui en est visible à nos yeux. Une moitié de la Lune est toujours éclairée par le Soleil et l autre ne l est jamais. Lorsque la Lune se trouve directement entre la Terre et le Soleil, sa face éclairée est du côté opposé à la Terre et l astre n est pas visible la nuit. La Lune se trouve à ce moment à la même longitude écliptique que le Soleil. C est ce qu on appelle la phase de la «nouvelle lune». En orbitant autour de la Terre, la Lune expose chaque nuit un peu plus sa face éclairée. On dit alors qu elle est «croissante». Le croissant lunaire grandit jusqu à la phase du premier quartier où la moitié droite de la Lune est éclairée et, donc visible de la Terre. La Lune, continuant sur son orbite, croît graduellement dans la phase gibbeuse croissante. Environ 15 jours après la Nouvelle Lune, la Lune se retrouve de l autre côté de la Terre, par rapport au Soleil, et toute sa face est éclairée : c est la phase de la Pleine Lune. À partir de ce point de son orbite, la partie éclairée de la Lune diminue chaque nuit. On dit alors que la Lune décroît. Elle franchira successivement la phase gibbeuse décroissante, la phase du troisième quartier et la phase du dernier croissant de Lune, puis elle redeviendra une Nouvelle Lune. Dans cette activité, les élèves modéliseront les phases de la Lune et consigneront leurs observations.
Matériel lampe de poche puissante balle blanche (20 à 30 cm de diamètre) diagramme des phases de la Lune (voir plus loin) Consignes de sécurité Aucune Marche à suivre Divisez la classe en groupes de deux élèves. 1. Prédire Demandez aux élèves de penser à ce qu ils verraient lorsqu ils regarderaient une balle éclairée d un côté depuis différents points. 2. Remettez à chaque paire d élèves une copie du diagramme des phases de la Lune. 3. Observer Assombrissez la classe et installez la lampe de poche à une extrémité du local. L élève n o 1 se tient debout, le dos tourné vers la lumière. 4. Demandez à l élève n o 1 de tenir la balle (Lune) plus haut que la tête du côté opposé à la lumière (position 1 sur le diagramme et dans la figure 1). De son point de vue, il ne devrait pas voir d ombre sur la balle. L élève doit de décrire ce qu il voit sur la balle (moitié éclairée et moitié non éclairée). Fig.1 L élève représente la Terre autour de laquelle orbite la Lune 5. Demandez à l élève n o 2 de noircir sur le diagramme des phases de la Lune la moitié de la balle qui est dans l ombre par rapport à l élève n o 1. 6. L élève n o 1 se tourne ensuite de 45 dans le sens antihoraire, soit la position 2 sur le diagramme. Comme précédemment, les élèves observent les parties éclairée et non éclairée de la surface visible de la balle et transposent leurs observations sur le diagramme en noircissant les parties correspondantes. 7. Répétez l étape 6 jusqu à ce que les huit positions (phases) aient été vues et reportées sur le diagramme. 8. Expliquer
Demandez aux élèves d échanger leurs diagrammes et d expliquer pourquoi les parties ombrées changent lorsqu ils modifient leur position. Invitez-les à faire le lien entre le modèle et la situation réelle de la Lune qui tourne autour de la Terre. Nettoyage Rangez les balles et la lampe de poche en vue d une utilisation future. Qu est- ce qui se produit? Si l on regarde la balle depuis le point de vue de l élève n o 1, toute la surface visible de la balle est éclairée à la position 1 et aucune partie n est ombragée (dans l ombre). Lorsque l élève prend tour à tour les positions 2, 3 et 4, la surface éclairée de la Lune est de moins en moins grande, et à la position 5, la face entière de la Lune est dans l ombre. À partir de ce point, lorsque l élève prend les positions 6, 7 et 8, la surface éclairée de la Lune croît graduellement. Comment ça fonctionne? La moitié de la balle faisant face à la lumière est toujours éclairée. Toutefois, cette portion n est pas toujours visible dans sa totalité par la personne qui tient la balle. Parfois la portion visible est entièrement éclairée, parfois la plus grande partie de la surface éclairée se trouve du côté opposé à l observateur. Par exemple, à la position 3, une moitié de la surface visible de la balle est dans l ombre et l autre moitié est éclairée (troisième quartier). C est ainsi parce que le reste de la surface éclairée de la Lune se trouve du côté opposé de la sphère. À mesure que l élève tourne sur lui-même, une plus grande proportion de la surface éclairée se retrouve du côté opposé de la balle par rapport à l élève, donc une plus grande partie de la surface visible est dans l ombre, et à la position 5, c est toute la face éclairée qui est du côté opposé à l observateur et toute la surface visible qui est dans l ombre. C est la Nouvelle Lune. Le processus se continue aux positions 6, 7, et 8, alors que la surface éclairée croît graduellement. Suggestions/ conseils pour l enseignante ou l enseignant 1. La source de lumière doit se trouver d un côté de la classe et être installée à la même hauteur de la balle. Si elle est placée trop haut, elle éclairera la mauvaise partie de la balle. 2. Expliquez l expression anglaise «Once in a blue moon» qui fait référence au phénomène de la pleine lune supplémentaire dans le même mois. 3. Une alternative à cette activité est décrite dans les modules de l Agence spatiale canadienne. (Consultez la rubrique des ressources supplémentaires.) Prochaines étapes Il serait approprié de parler des marées et des éclipses, car ces phénomènes sont directement liés aux phases de la Lune. Ressources supplémentaires 1. Agence spatiale canadienne Série de plans de leçon sur des sujets ayant trait à l espace, notamment le module «La Terre et la Lune» : http://www.asc-csa.gc.ca/fra/educateurs/ressources/astronomie/plans.asp 2. Diagarmme Moon Connection Understanding The Moon Phases : http://www.moonconnection.com/moon_phases.phtml (en anglais seulement)
3. NASA Starchild Croquis pour répondre à la question sur les phases de la Lune «What are the phases of the Moon?»: http://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/starchild/questions/question3.html (en anglais seulement)
Diagramme Phases de la Lune Earth = Terre Sunlight = Lumière du Soleil