LA MATIERE...,

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LA MATIERE..., à l'école élémentaire

• États et changements d'état
• L'eau dans la nature
• Mélanges et solutions
• Matérialisation de l'air
• Annick DEBORD, CP mission mathématiques-sciences
• Stéphanie CAGNY, professeur de sciences physiques
  en collège

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En CP CE1Découvrir le le monde de la matière et
des objets
Cours préparatoire Cours élémentaire 1ère année
Découvrir le monde de la matière et des objets Solides et liquides - Manipuler des solides et des liquides et repérer ce qui permet de les distinguer. Changements détats de la matière - Observer la fusion et la solidification de leau. - Savoir que leau, sous forme liquide et sous forme de glace, est une même substance. - Utiliser des thermomètres pour mesurer la température de leau placée dans diverses conditions. , Découvrir le monde de la matière et des objets Solides et liquides - Identifier quelques ressemblances et quelques différences entre plusieurs solides, entre plusieurs liquides. Changements détats de la matière - Identifier les facteurs de fusion et de solidification de leau. - Connaître les états liquide et solide de leau dans la nature et en relation avec certains phénomènes météorologiques observés (formation de glace, neige, grêle, brouillard). - Savoir que certaines substances peuvent passer de létat solide à létat liquide et inversement.
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SOLIDE-LIQUIDE

•    pouvez-vous me citer des solides et des
  liquides? 
• On classe les réponses au tableau et on commente.
• Ils ne penseront pas à citer le sable, les
  solides pulvérisés.
• On demande à l'écrit de formuler une définition
  des mots liquide et solide. On garde une trace
  pour confronter leurs premières définitions avec
  la terminale. On écoute quelques propositions
  sans aller trop loin.
• On devrait avoir  un liquide coule  un solide
  ne coule pas.
•   on prend deux verres et on y ajoute dans un de
  l'eau et dans l'autre un stylo ou solide cité
  précédemment  que constatez-vous? 
• réflexion individuelle , puis réflexion
  collective
• trace écrite par la classe  Un solide ne peut
  pas prendre la forme du récipient  Il a une
  forme propre 
• Un liquide prend la forme du récipient qui le
  contient ( si on le transvase, il y a toujours la
  même quantité de liquide, il conserve son volume)

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solide-liquide

• Démarche d'investigation   le sel de cuisine
  est-il un solide ou un liquide? 
• Indices  -peut-on faire un tas avec du sel fin
  et avec de l'eau ?
• -donner du gros sel
• Trace écrite  Il existe deux types de solide 
  les solides compacts qui possèdent une forme
  propre et un volume bien défini  les solides
  pulvérisés sous forme de poudre, c'est un
  ensemble de tous petits solides compacts ( on
  utilise souvent un récipient pour les transporter
  et on peut en faire des tas à l'inverse des
  liquides)
• On peut imaginer une séance d'entrainement 
  classer différentes substances  associer des
  mots.....

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Changements d'état  fusion-solidification

• 1- un glaçon dans la classe, que va-t-il se
  passer ?
• Vous devez prévoir le devenir du glaçon et
  dessiner vos prévisions. (pendant ce temps
  déposer un glaçon et le projeter à l'aide d'une
  webcam par exemple)
• Afficher quelques dessins et faire un bilan en
  classe en notant ce qui manque  échelle, titre
  et bien placer dans l'ordre chronologique.
• Le glaçon est de l'eau solide qui est devenu de
  l'eau liquide  c'est une fusion  le passage de
  l'état solide à liquide est appelé fusion .

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Changements d'état  fusion-solidification

• 2- en lien avec l'énergie  comment faire fondre
  un glaçon le plus rapidement possible ?
• Apport de chaleur ! Mise en place des différents
  protocoles proposés plausibles !
• Mais comment être sure que c'est celui qui est
  éclairé avec une lumière très proche ? ( on peut
  utiliser un chronomètre, mesure ou suivre
  l'évolution de la température...).

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Changements d'état  fusion-solidification

• 3- comment fabriquer de la glace ?
• On confirme ainsi que la glace est bien de l'eau
  à l'état solide !
• Les élèves proposent de placer un récipient
  contenant de l'eau au réfrigérateur, congélateur,
  glacière, dehors si c'est l'hiver ! Ces
  expériences peuvent être faites en classe ou à la
  maison sous forme de défi photos...
• Pourquoi avoir choisi un congélateur ? Parce que
  ça fait du froid ! Oui mais combien  de froid?
  Comment savoir à quelle température ( ou valeur
  si le mot n'a pas encore été prononcé) l'eau
  devient-elle de la glace ?
• Relevons les températures des différentes
  expériences 

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Changements d'état  fusion-solidification
lieu Température ( en C) état
Sous le préau 1 LIQUIDE
Dans la classe 20 LIQUIDE
Au congélateur -18 SOLIDE
Au réfrigérateur 4 LIQUIDE
dehors -4 SOLIDE
On note que l'eau est solide quand la température
est en dessous de 0C . On  peut imaginer faire
un travail en mathématiques sur les graduations
et apprendre à lire sur un thermomètre
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Changements d'état  fusion-solidification

• 4- on peut imaginer de leur demander de préparer
  des sucettes glacées (eau sirop).
• préparer une sucette glacée à partir du sirop 
  démarche d'investigation
• (prévoir des aides pour congélateur  quand
  mettre le bâton de glace , comment le faire
  tenir ? (feuille d'alu percée couvrant les pots
  contenant du sirop...)

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Changements d'état  fusion-solidification

• 5- Où trouve-t-on de l'eau dans la nature ?
• Lister les résultats et demander aux élèves de
  faire un classement  peut-être que la vapeur
  d'eau apparaîtra.

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En CE2
Etats et changements d'état - connaître les
trois états physiques de l'eau  -savoir que
d'autres matières changent d'état  -mettre en
évidence les caractéristiques des différents
états physiques observés -isoler des paramètres
intervenant dans l'évaporation (température,
surface libre, ventilation...) Vocabulaire  état
physique, matière, solide, liquide, gazeux,
ébullition, évaporation, vapeur, condensation,
fusion, solidification, glace. Le trajet de
l'eau dans la nature - connaître et représenter
le trajet de l'eau dans la nature ( cycle de
l'eau) - identifier les changements d'état de
l'eau et leurs conséquences dans le
cycle. Vocabulaire  cycle de l'eau, perméable,
imperméable, infiltration, nappe phréatique,
ruissellement, cours d'eau, évaporation,
condensation, précipitations.
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Rappels et compléments sur lair

• Pour comprendre le passage à létat gazeux de
  leau, il est nécessaire davoir des
  connaissances sur lair
• mise en évidence de la matérialité de lair (en
  maternelle)
• compressibilité de lair

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Etats et changements d'états

• Où trouve-t-on de l'eau sur Terre ?
• Lister les réponses et demander aux élèves de
  faire un classement ( travail de groupe),
  restitution et bilan
• L'ensemble des réserves d'eau sur Terre s'appelle
  l'hydrosphère. On trouve de l'eau sous trois
  états physiques solide, liquide et gazeux

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Etats et changements d'états

• Rappels de CE1 ou proposition d'une activité sur
  les caractéristiques des différents états de la
  matière 
• On peut avoir un verre avec de l'eau, un glaçon
  dans un verre, un verre contenant de l'air
  (devant chaque élève ou au bureau)
• Quelles sont les différences macroscopiques
   œil nu  que vous pouvez noter ?
• Noter vos remarques et échanger par groupe.
• L'état solide possède une forme propre et un
  volume bien défini ( état compact et ordonné)
• L'état liquide prend la forme du récipient qui le
  contient mais son volume ne change pas quand on
  le transvase (état compact et désordonné)
• L'état gazeux prend la forme du récipient qui le
  contient et occupe tout l'espace qu'on lui offre
  ( état dispersé et désordonné)

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Etats et changements d'états

• Où va l'eau du linge qui sèche ?
• Attention la question est bien où !
• L'eau liquide du linge devient de la vapeur
  d'eau  elle passe de l'état liquide à gazeux 
  c'est une évaporation
• Vous aurez d'autres réponses ( tombe par Terre,
  entrée dans le linge...)
• Comment faire sécher le linge le plus vite
  possible ?
• Attention il ne faut faire varier qu'un seul
  paramètre à la fois.

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Extrait de  cahier dactivités CE2  physique et
technologie Collection Tavernier Bordas, 2001
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Exemple dévaluation
Extrait de  cahier dactivités CE2  physique et
technologie Collection Tavernier Bordas, 2001
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Etats et changements d'états

• D'où vient la buée ou la rosée... ?
• Expérience sortir une bouteille d'eau fermée du
  frigo, que se passe-t-il ?
• Elle se recouvre d'eau. La bouteille étant
  fermée, l'eau ne peut pas venir de l'intérieur de
  la bouteille, donc elle vient de l'air qui nous
  entoure
• Le passage de l'eau de l'état gazeux à liquide
  s'appelle une condensation. (activité doc sur la
  rosée du matin...)
• Expérience  faire chauffer de l'eau et à l'aide
  d'un couvercle récupérer l'eau évaporée

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Le cycle de l'eau

• On peut partir du questionnement suivant 
• D'où viennent la pluie, les nuages ? comment se
  forment les nuages ?
• Réalisation d'une machine à pleuvoir  que nous
  faut-il ? Voir expérience du matin
• Travail de groupe,
• puis réflexion collective

Document extrait de  Enseigner les sciences
expérimentales à lécole élémentaire physique et
technologie R Tavernier, Bordas, 2009
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Le cycle de l'eau
Document extrait de  Enseigner les sciences
expérimentales à lécole élémentaire physique et
technologie R Tavernier, Bordas, 2009
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Le cycle de l'eau

• Démarche d'investigation en utilisant de la
  terre, du sable, des cailloux, de la pâte à
  modeler, etc pour mettre en place les mots 
  infiltration, imperméable, perméable,
  ruissellement.
• Modélisation dune nappe phréatique et dune
  source

Une nappe phréatique se forme par accumulation
des eaux dinfiltration au-dessus dun terrain
imperméable qui interdit leur progression vers le
bas. On les exploite en réalisant des forages.
Schéma extrait de  la Terre 50 expériences pour
découvrir notre planète.  André Prost Belin ,
collection pour la science 2002
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Le cycle de leau
Modélisation dun puits
Modélisation dune source
Schémas extraits de  la Terre 50 expériences
pour découvrir notre planète.  André Prost
Belin , collection pour la science 2002
La source est le point où leau souterraine
réapparaît en surface.
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Le cycle de l'eau

• Une fois tout le vocabulaire rappelé par les
  élèves, essayons de comprendre le trajet de l'eau
  ( on peut utiliser aussi des poésies, des sites
  internet  curiosphère.tv....)
• Le cycle de l'eau est réalisé !

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CM1

• Mélanges et solutions 
• Distinguer deux types de mélanges  homogènes et
  hétérogènes.
• Apprendre à séparer les constituants des mélanges
  par l'expérimentation.
• Identifier les procédés permettant de séparer les
  constituants des mélanges homogènes et
  hétérogènes
• Connaître quelques caractéristiques des mélanges
  homogènes (conservation de la masse,
  saturation) .
• Vocabulaire  mélange, miscible, solution,
  soluble, dissolution, saturation, homogène,
  hétérogène, suspension, décantation, filtration.

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CM1

• L'eau, une ressource, le maintien de sa qualité
  pour ses utilisations
• Connaître le trajet de l'eau domestique de sa
  provenance à l'usager.
• Différencier eau trouble, limpide, pure, potable.
• Connaître des méthodes de traitement permettant
  d'obtenir de l'eau potable.
• Vocabulaire  potable, pure, limpide,
  décantation, filtration, réseau d'eau, station
  d'épuration, traitement domestique, eaux usées,
  canalisations.

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Le circuit de leau domestiquehttp//www.ac-reims
.fr/ia52/ien.st-dizier/ien/file/David/eau_domestiq
ue.pdf
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Document Mme Feuillade, maître de
conférences, ENSIL
28
Document Mme Feuillade, maître de
conférences, ENSIL
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Mélanges et solutions

• On peut partir de deux récipients contenant pour
  l'un de l'eau boueuse et l'autre de l'eau et du
  sirop 
• Quelles différences constatez-vous ?
• Ils vont répondre au début  la couleur, puis ils
  viendront au fait que l'on ne distingue plus
  l'eau du sirop alors que l'on voit la terre et
  l'eau même si elle n'est plus propre...
• On peut ainsi donner les définitions suivantes 
• Un mélange est dit homogène si on ne peut pas
  distinguer plusieurs constituants
• Un mélange est dit hétérogène si on peut
  distinguer plusieurs constituants

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Séparation des constituants d'un mélange
hétérogène

• Démarche d'investigation  comment enlever la
  pulpe de ce jus d'orange ?
• Faire une liste de matériel nécessaire 
• Prévoir des jokers (photo cafetière, ou
  principe )
• Ils trouveront facilement la filtration. Pour la
  décantation, on peut partir de la pub de
  l'orangina   agiter sinon la pulpe, elle reste
  en bas !
• Ainsi, on trouve deux méthodes qui permettent de
  séparer les constituants d'un mélange hétérogène
  (schémas légendés)

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Séparation des constituants d'un mélange homogène

• On peut faire une chromatographie des colorants.
• Quand à la distillation !!!
• Proposition de démarche d'investigation avec une
  évaluation expérimentale
•  A votre santé! 

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Caractéristiques des mélanges homogènes

• TP  tous les solides et liquides se
  mélangent-ils à l'eau ?
• On constate par exemple que le sel se mélange
  avec de l'eau, on dit qu'il est soluble dans
  l'eau. A l'inverse, le sable ne se dissout pas
  dans l'eau.
• On constate que le sirop est miscible à l'eau
  alors que l'huile est non miscible dans l'eau.
• TP  peut-on dissoudre autant de sel que l'on
  veut dans l'eau ?
• On constate que l'on peut dissoudre une grande
  quantité de sel, mais au bout d'une certaine
  quantité cela devient impossible  on a atteint
  la saturation .

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Conservation de la masse- rappel évaporation

• 1- Quelle quantité de sel pouvez vous dissoudre
  dans 100g d'eau ? Quelle est la masse de la
  solution finale ?
• On remarque que la masse se conserve au cours
  d'une dissolution.
• 2- Comment récupérer le sel dissout dans l'eau ?

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Comment obtenir une eau limpide à partir de l'eau
de rivière ?

• Filtration, mais cela ne suffit pas !
• http//www.fondation-lamap.org/fr/page/11026/filtr
  ation-de-leau-boueuse
• http//www.fondation-lamap.org/fr/page/11032/la-f
  iltration-de-leau-et-la-recherche-de-bact-ries

Document extrait de  Enseigner les sciences
expérimentales à lécole élémentaire physique et
technologie R Tavernier, Bordas, 2009
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CM2

• Etats et changements d'état
• Savoir que les changements d'état de l'eau se
  font à température fixe (0C et 100C sous
  pression atmosphérique normale)
• Découvrir que la masse d'eau solide occupe un
  volume plus important que la masse d'eau liquide.
• Lair et les pollutions de lair
• identifier par lexpérimentation des propriétés
  qui confèrent à lair un caractère matériel
• caractériser diverses formes de pollution de
  lair
• identifier différentes sources de pollution de
  lair

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Températures de changements d'états

• Comment fabriquer de la glace sans mettre le
  récipient au congélateur ?
• Activité documentaire sur l'utilisation du sel
  sur les routes l'hiver, afin d'éviter le
  verglas ! En effet la température de
  solidification de l'eau salée à pression
  atmosphérique normale est d'environ -20 C pour
  une proportion de sel d'environ 20
• Utilisation d'un mélange réfrigérant,
  construction d'un tableau de données et d'un
  graphique puis analyse  maths! mise en évidence
  du palier de température
• Réinvestissement avec un document et tableau de
  données pour la vaporisation de l'eau pure.

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Volume de glace- volume de liquide

• On peut partir de faits divers  canalisations
  éclatées en hiver- placer une bouteille remplie
  d'eau eau congélateur...
• Pourquoi la bouteille ou la canalisation a
  -t-elle éclatée ?
• Ils répondent que c'est que l'eau a gelé .
  Y-a-t-il plus d'eau qu'avant ? S'agit-il d'un
  plus en volume ou en masse ?
• Attention un seul paramètre à la fois...
• On met un trait d'eau liquide et on regarde le
  volume d'eau solide  Le volume d'eau solide est
  supérieur au volume d'eau liquide
• On prend quelques glaçons  on détermine leur
  masse avant et après la fusion  C'est la même 
  la masse ne change pas au cours d'un changement
  d'état.

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POUR ALLER PLUS LOIN 

• La cire peut-elle se transformer en liquide ?
• Faire remarquer que la température de fusion de
  la cire est différente de celle de l'eau  chaque
  espèce chimique possède donc sa propre
  température de changement d'état.
• Remarquer que le volume de cire à létat liquide
  est supérieur à celui de létat solide.
• On peut par la suite fabriquer des bougies pour
  Noël...
• Comment fabriquer des étoiles en chocolat?
• Recherche documentaire sur la fusion des métaux

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Lair ses propriétés

• Matérialisation de lair voir CE2
• Lair est pesant expérience avec 2 ballons

Document extrait de  Enseigner les sciences
expérimentales à lécole élémentaire physique et
technologie R Tavernier, Bordas, 2009
40
Extrait de  Lair cycle 3  collection sciences
au quotidien Sceren, 2004
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Lair ses propriétés

• compression, détente
• expérience avec seringue
• expérience avec ballon de baudruche et bouteille
  chauffée
• Extrait www.energie-environnement.ch (consulté
  le 20/08/2012)

42
Lair ses propriétés

• Expérience avec ballon de baudruche et ballon en
  verre

Extrait du concours CRPE session 2012, groupement
n 3
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Bibliographie

• Enseigner les sciences expérimentales à lécole
  élémentaire physique et technologie R
  Tavernier, Bordas 2009
• Problèmes de sciences et de technologie pour le
  préscolaire et le primaire Marcel Thouin
  éditions Multi-Mondes
• Construire ses connaissances en sciences par
  lexpérimentation fascicule 3, la matière et
  lénergie. Editions Cépaduès, Sceren 2009
• A la découverte du monde de la matière et des
  objets Jean-Claude Fourneau CRDP des pays de la
  Loire 2000
• Lair (cycle 3) collection sciences au
  quotidien Sceren 2004
• La Terre 50 expériences pour découvrir notre
  planète André Prost Belin collection pour la
  science, 2002
• Manuels scolaires de 5ème