accompagnement du matériel...

Centre pilote départemental main à la pâte 46 -2015 - p 1

Accompagnement du matériel 2015

Centre Pilote du département du LOT

GUIDE PEDAGOGIQUE L’Énergie solaire

Ceci est une proposition d’activités pour le cycle 3 (CM1/CM2/6e)

Ce document est proposé par le Centre pilote main à la pâte du département du Lot pour accompagner sa malle

pédagogique « énergie solaire ». Vous y trouverez donc le matériel nécessaire à la réalisation des trames pédagogiques

proposées ci-dessous, permettant d’aborder le sujet sous différents axes.

Des documents annexes sont destinés soit à l’enseignant (mise à jour des connaissances, détail de mise en œuvre

d’expérience) soit à l’élève (ressources documentaires, fiches de recherche).

Certaines séquences s’appuient ou reprennent d’autres ressources pédagogiques : ces ressources associées sont

incluses dans la malle ou/et disponibles en ligne).

S’il existe des enchainements logiques, il n’y a pas d’ordre privilégié dans les séquences proposées: il appartient à l’équipe

pédagogique de chaque école de l’intégrer dans sa programmation en définissant une progressivité sur une ou plusieurs

classes, si possible en liaison avec le collège.

Enfin ce sujet, intégré à une éducation au développement durable, se prête particulièrement bien à un travail

interdisciplinaire, non explicité dans ce document et laissé à l’appréciation des enseignants.

Vous trouverez dans cette malle une sélection d’ouvrages jeunesse utilisables en complément des séquences proposées.

Comprendre l’énergie solaire : les entrées possibles, les sujets d’études associés.

1. Le ciel et la Terre : source et transmission de l’énergie solaire (le Soleil notre étoile, le système solaire, les

saisons sur la Terre, le climat et l’effet de serre, la couche d’ozone protectrice contre les rayonnements UV )

2. Énergie : exploiter l’énergie solaire, la transformer en d’autres formes d’énergie

- la photosynthèse (origine de la matière vivante et son devenir, séquestration du carbone)

- les filières thermiques (haute et basses températures) et effet photovoltaïque

- Le solaire, un exemple d’énergie renouvelable

3. Technologie : construire un objet technique utilisant une chaine de transformation de l’énergie

solaire (thermique basse ou haute température, photovoltaïque)

4. Hygiène et santé : la protection contre le rayonnement solaire, les dangers des UV.


Références aux programmes

Références aux programmes 2008 Cycle 3 SCIENCES EXPERIMENTALES et TECHNOLOGIE

Références aux programmes 2016 Cycle 3 (BO spécial n°11 du 26 nov 2015) SCIENCE et TECHNOLOGIE

Le ciel et la Terre - Le mouvement de la Terre (et des planètes) autour du Soleil, la rotation de la Terre sur elle-même ; - la durée du jour et son changement au cours des saisons

La planète Terre, les êtres vivants dans leur environnement - Situer la Terre dans le système solaire - Caractériser les conditions de vie sur Terre (température, présence d’eau liquide).

� le Soleil, les planètes � position de la Terre dans le système solaire � Histoire de la Terre et développement de la vie.

- Décrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-même et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons).

L’énergie - Exemples simples de sources d’énergies (fossiles ou renouvelables). - Besoins en énergie, consommation et économie d’énergie

Identifier différentes sources et connaitre quelques conversions d’énergie - L’énergie existe sous différentes formes - Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer… - Reconnaitre les situations où l’énergie est stockée, transformée, utilisée.

� Exemples de sources d’énergie utilisées par les êtres humains � Notion d’énergie renouvelable

- Identifier quelques éléments d’une chaine d’énergie domestique simple. - Quelques dispositifs visant à économiser la consommation d’énergie

Les êtres vivants dans leur environnement -L’adaptation des êtres vivants aux conditions du milieu.

Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent Expliquer l’origine de la matière organique des êtres vivants et son devenir - Relier les besoins des plantes vertes et leur place particulière dans les réseaux trophiques (Besoins des plantes vertes). - Identifier les matières échangées entre un être vivant et son milieu de vie

Les objets techniques - Objets utilisant des circuits électriques - Objets mécaniques, transmission de mouvements.

Matériaux et objets techniques - Repérer les évolutions d’un objet dans différents contextes (historique, économique, culturel). - Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions - Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.

Le fonctionnement du corps humain et la santé - Hygiène et santé: actions bénéfiques ou nocives de nos comportements

Adopter un comportement éthique et responsable (compétence) Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé, de sécurité et d’environnement.


L’Énergie solaire, proposition d’activités, utilisation des fiches et des documents annexes

PLAN

AXE n°1 : source et transmission de l’énergie solaire

• page 5: Le Soleil notre étoile

• pages 6 et 7 : Comment le Soleil réchauffe-t-il la Terre ? (l’effet de serre, l’effet albédo)

Documents annexes

� fiche connaissance pour l’enseignant « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »

� fiche documentaire pour l’élève « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »

� fiche pédagogique « Effet de serre » (connaissance pour l’enseignant, démarche pédagogique et fiche de

recherche pour l’élève)

Ressources associées

� document Main à la pâte "Le Climat, ma planète et moi…", http://www.fondation-lamap.org/fr/climat,

� site jeune public de l’association AIRPARIF http://www.airparif.asso.fr/enfants/

� document Main à la pâte " Ma maison, ma planète... et moi "http://www.fondation-lamap.org/fr/ecohabitat

AXE n°2 : exploiter l’énergie solaire

• page 8 : Les plantes utilisent l’énergie du Soleil pour se développer, la photosynthèse

• pages 9 et 10 : Chauffer grâce au Soleil (filières thermiques, basse ou haute température)

• page 11: Convertir directement la lumière solaire en électricité : le photovoltaïque

Documents annexes

� fiche connaissance pour l’enseignant « L’énergie du Soleil : comment l’exploiter ?»

� fiche documentaire pour l’élève « Photosynthèse »

� fiche de construction d’un cuiseur solaire

� fiche documentaire élève « Concentrer la lumière »

� fiche pédagogique « Utilisation des concentrateurs solaires » (connaissances pour l’enseignant, proposition de

démarche pédagogique et fiche de construction d’un concentrateur)

� fiche pédagogique « Montages électriques simples avec des cellules photovoltaïques» (connaissances pour

l’enseignant, proposition de démarche pédagogique et fiche documentaire pour l’élève)

Ressources associées

� Document Main à la pâte « Ma maison , ma planète... et moi », http://www.fondation-lamap.org/fr/ecohabitat

� site CNRS Sagascience « l’énergie solaire » http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosolaire/index_gd.htm

AXE n°3: vivre avec le Soleil

• page 12 : Savoir se protéger des rayons UV (rappel du rôle protecteur de l’atmosphère en particulier de la

couche d’ozone)

Ressource associée :

� document Passerelles.info "Vivre avec le Soleil ", module cycle 3, séquences 1, 2, 3 et 4

http://soleil.passerelles.info/ecole/le-guide-de-lenseignant/


Liste du matériel disponible dans la malle

Axe 1 : Une photographie plastifiée de la Terre, format A4

Fiches annexes :

• fiche connaissance pour l’enseignant « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »

• fiche élève « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »

Axe 2 photovoltaïque :

• 8 cellules photovoltaïques 0,5 V 800 mA

• 16 câbles électriques avec pinces crocodiles

• 8 moteurs solaires avec chacun un objet à entraîner s’adaptant sur son axe

• 5 supports à moteur sur contreplaqué

• 3 supports à moteur seuls

• 3 diodes électroluminescentes vertes

• Un « solar kit 6 en1 » permettant la réalisation de six modèles réduits d’objets techniques

• Un modèle réduit de véhicule solaire déjà monté

• Un animal pivotant avec engrenage solaire déjà monté

Axe 2 thermique :

• 3 thermomètre-sondes

• 1 chronomètre

• 3 boîtes métalliques identiques peintes en blanc en noir et autre couleur (rouge , bleue, verte)

• 2 boîtes métalliques identiques non peintes

• 2 récipients métalliques identiques peints en blanc et bleu foncé

• 3 T-shirts identiques de couleur blanche, noire et rouge, montés sur cintre métallique

• 5 loupes à main en plastique

• Une cloche en verre

• Un concentrateur solaire cylindro-parabolique

Fiches annexes :

• fiche connaissance pour l’enseignant « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »

• fiche élève « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »

• Montage d’un concentrateur solaire cylindro-parabolique

• Notice de réalisation d’un four solaire

Documents ressources :

� Main à la pâte « Ma maison, ma planète... et moi », Ed le pommier

� Main à la pâte « le climat, ma planète... et moi », Ed le pommier

Axe 3 :

Documents ressources : Passerelles.info "Vivre avec le Soleil ", module cycle 3

Documents complémentaires :

� Il était une fois le Soleil - Dider Leterq, Françoise Rousseau-Hans Ed. Le pommier - les minipommes du

savoir

� Le Soleil, notre étoile - Roland Lehoucq & Magali Bonniol -Ed. Le Pommier- les minipommes du savoir

� La Vie d'une étoile - Alain Bouquet -Ed. Le Pommier- les minipommes du savoir

� Le ciel, le Soleil et le jour - JP Verdet - Ed. Gallimard jeunesse Découverte Benjamin

� Des observations des expériences pour comprendre le Soleil dans la vie quotidienne , Jeannine

Bruneaux, Jean Matricon, Ed Ellipses Marketing

� Solix , Christine Choplin, Rimka éd. ID Solaires


AXE 1 : source et transmission de l’énergie solaire

1.1 Le Soleil notre étoile, le système solaire.

Qu’est-ce que le SOLEIL ? (voir fiche connaissance pour l’enseignant « Carte d’identité du Soleil, notre étoile »)

- Recueil des représentations initiales des élèves (texte et ou dessin, la page 1 de la fiche élève « Carte d’identité du

Soleil, notre étoile » peut être utilisée)

- Mise en commun, verbaliser les différentes représentations

- Recherche documentaire individuelle ou en groupe (les pages 2 et 3 de la fiche élève « Carte d’identité du Soleil,

notre étoile » peuvent être utilisées. Dans ce cas, mieux vaut travailler sur des reproductions en couleur)

- Retour sur les représentations. Synthèse

Ce qu’il faut retenir en élémentaire

Cette formulation est indicative mais les mots importants apparaissent en gras. Le vocabulaire spécifique, dont il

faudra retenir la définition, est indiqué en couleur :

Le Soleil est une étoile, c’est à dire un astre qui rayonne sa propre lumière. Notre planète, la Terre, est un des satellites

du Soleil : elle en fait le tour complet en une année. Le Soleil est très grand par rapport à toutes des planètes qui

tournent autour de lui.

Le Soleil est une boule de gaz à très haute température. Son énorme énergie provient de réactions nucléaires qui s’y

passent. Cette énergie s’échappe du Soleil et arrive sur Terre sous la forme de rayons lumineux.

Le Soleil est une étoile ordinaire parmi des milliards qui existent dans l’univers. Les lumières des autres étoiles ne sont

visibles que la nuit car elles se trouvent très loin de notre planète.

Sélection d’ouvrages complémentaires :

Il était une fois le Soleil - Dider Leterq, Françoise Rousseau-Hans Ed. Le pommier - les minipommes du savoir

Le Soleil, notre étoile - Roland Lehoucq & Magali Bonniol -Ed. Le Pommier- les minipommes du savoir

La Vie d'une étoile - Alain Bouquet -Ed. Le Pommier- les minipommes du savoir

Le ciel, le Soleil et le jour - JP Verdet - Ed. Gallimard jeunesse Découverte Benjamin

L'astronomie - KéZaKo - Philippe Nessmann, Peter Allen, Axel Renaux – Ed. Mango jeunesse

Copain du ciel, le guide des astronomes en herbe - Claudine et Jean-Michel Masson, Ed. Milan jeunesse

Observer l'univers - Danielle Allon & Yann Fastier - Ed. Le pommier - les minipommes du savoir

TUIC : Observer le Soleil en direct ?

L’observation directe étant proscrite (bien avertir les élèves du danger pour les yeux), vous pouvez utiliser un

« solarscope » (achat sur http://www.solarscope.com/fr/ ) ou bien ces deux sites utilisables en classe :

� Le site de le cité de l’espace à Toulouse

propose une observation en direct du Soleil

via le satellite SOHO http://www.cite-

espace.com/actu-spatiale/en-direct-de-

lespace/le-soleil-par-soho/

� Le site de la NASA relaie les images du

satellite SDO http://sdo.gsfc.nasa.gov/

Image du Soleil par SDO le 16 octobre 2015


1.2 Comment le Soleil réchauffe-t-il la Terre ? l’effet de serre, l’effet albédo, (la couche d’ozone

protectrice contre les rayonnements UV sera traitée en Axe n°3 page 12)

1.2.1 Qu’est-ce que l‘effet de serre ? (connaissance pour l’enseignant, voir p 1 fiche pédagogique « Effet de serre »)

• Mise en œuvre, à partir de recherches documentaires (au choix ou combinées, voir p 2 fiche « Effet de serre »)

- utilisation de l’ouvrage Main à la pâte "Le Climat, ma planète et moi…", séquence 3 Quelles sont les origines du

changement climatique?, en particulier la séance 1 Qu’est-ce que l’effet de serre ? http://www.fondation-

lamap.org/fr/climat,

- utilisation du site jeune public de l’association AIRPARIF http://www.airparif.asso.fr/enfants/ (voir support élève p 3 de

la fiche « Effet de serre »)

• Modélisation expérimentale, par analogie avec une cloche de verre (voir p 2 fiche « Effet de serre »)


Cette formulation est indicative mais les mots importants apparaissent en gras. Le vocabulaire spécifique, dont il

faudra retenir la définition, est indiqué en couleur :

L’effet de serre est un phénomène bénéfique car sans cela la température moyenne sur Terre serait de -18° !

Cet effet de serre est du à certains gaz comme le gaz carbonique et le méthane qui sont naturellement présents dans notre

atmosphère. Cependant en brûlant d’énormes quantités de pétrole, de gaz naturel ou de charbon, on augmente

beaucoup la quantité du gaz carbonique dans l’air.

La température de la Terre augmente, les climats changent rapidement, ce qui menace l’équilibre de la vie sur notre

planète.

TUIC : modéliser l’effet de serre et bilan carbone

De nombreuses ressources en ligne existent mais elles sont souvent plus adaptées aux niveaux collège cycle 4 et lycée. En cycle 3, vous pouvez utiliser l’Espace Élèves du site "Le climat, ma planète... et moi !" (Animations multimédias flash en accès gratuits : http://www.fondation-lamap.org/fr/climat/eleves )

� Mécanisme de l’effet de serre

L'effet de serre : qu'est-ce que c'est ? Comment ça marche ?

Un curseur permet de faire varier la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, et voir comment cela modifie la température sur Terre.

� Bilan carbone - teste tes habitudes

Pour agir et responsabiliser les élèves, cette simulation permet de calculer nos propres émissions de gaz à effet de serre et de comparer ce "bilan carbone" à ceux d'habitants d'autres pays.

dans un 2e temps, la simulation permet aussi de trouver des stratégies pour émettre moins de gaz à effet de serre et ainsi aider à lutter contre le réchauffement climatique au niveau individuel ou collectif.


1.2.2 Couleur et température (l‘effet albédo)

(Connaissances pour l’enseignant, voir p 1 de la fiche « Influence de la couleur d’un récepteur sur l’énergie solaire qu’il

peut capter »)

Avant d’aborder ce point au niveau climatique, nous préconisons de partir de la question Comment chauffer de l’eau avec

le Soleil ? Cette question servira également par la suite pour la réalisation technologique de chauffe-eau.

- utilisation de l’ouvrage Main à la pâte " Ma maison, ma planète... et moi ",

en particulier la séquence3 « l’énergie dans l’habitat » et la séance 3.5

http://www.fondation-lamap.org/fr/page/9499/s%C3%A9quence-3-l%C3%A9nergie-dans-l%E2%80%99habitat

Séance 3.5 Comment chauffer de l’eau avec le Soleil ? (voir détails dans fiche extrait)

La mise en commun fait ressortir différents paramètres dont l’influence de la couleur du récipient

utilisé

- Mise en œuvre d’expérimentations sur les couleurs (voir p 2, 3 de la fiche « Influence de la couleur ... » + p 5 en option)


Cette formulation est indicative :

Dans nos expériences, on a constaté que la température de l’eau augmentait plus vite dans le pot noir que dans les

autres pots. De manière générale, la température de l’eau augmente plus vite dans les pots de couleurs plus

foncées. C’est parce que les objets de couleur foncée absorbent plus la lumière du Soleil : ils captent donc plus

d’énergie venant du Soleil. (ajouter une phrase de généralisation si dernière expérience présentée p 5 est utilisée)

L’effet albédo, analogie expérimentale avec ce qui précède (voir p 4 de la fiche « Influence de la couleur ... »


Cette formulation est indicative (le terme albédo n’est pas obligatoire):

Notre planète, la Terre, est surnommée « la planète bleue » car elle est en grande partie recouverte par les océans.

Vue de l’espace, ses couleurs sont le bleu foncé des mers, le jaune et le vert des continents. Mais on voit aussi

beaucoup de blanc qui sont la couleur des nuages et des calottes polaires (banquises et glaciers).

La lumière du Soleil est plus absorbée par les couleurs foncées. À cause du changement climatique par l’effet de

serre, il y a de moins en moins de régions glacées. La température de notre planète va donc monter encore plus.

TUIC : modéliser l’effet albédo

De nombreuses ressources en ligne existent mais elles sont souvent plus adaptées aux niveaux collège cycle 4 et lycée. En cycle 3, vous pouvez utiliser l’Espace Élèves du site "Le climat, ma planète... et moi !" (Animations multimédias flash en accès gratuits : http://www.fondation-lamap.org/fr/climat/eleves )

� Couleur et température

Après un rappel (Pourquoi au Soleil, il fait plus chaud dans un véhicule noir que dans un blanc ?), l’élève va pouvoir faire varier la surface des continents et des calottes glaciaires d’une planète virtuelle. Il vérifiera ou constatera que si le ration continent/océan a peu d’influence, la montée ou la baisse de la température moyenne sont corrélées à la surface des zone glacées.


AXE 2 : exploiter l’énergie solaire (voir fiche connaissance pour l’enseignant « L’énergie du Soleil : comment l’exploiter ?»)

2.1 Les plantes utilisent l’énergie du Soleil pour se développer : la photosynthèse

La mise en œuvre se fera à partir de recherches

documentaires.

En effet la modélisation expérimentale n’est pas à la portée

des élèves de cycle 3.

De même, on évitera le bilan chimique de la photosynthèse

qui n’est pas au programme du cycle 3.

On peut utiliser la fiche documentaire pour l’élève

« Photosynthèse » et demander de répondre

individuellement ou en groupe à certaines questions.

Par exemple :

Comment peut-on constater que les plantes ont besoin de

lumière pour se développer ?

Récit du vécu avec les plantes d’intérieur, peut être

référence aux plantes héliotropes comme le tournesol ;

L’enseignant pourra aussi proposer de renouveler

l’expérience historique pour démontrer l’existence du

phototropisme, cette aptitude des plantes à se diriger

vers la lumière : pour cela, il faut laisser germer une

pomme de terre à l’intérieur d’une sorte de labyrinthe

clos, avec une seule sortie, source de lumière. Au cours

de la croissance, la plante suivra le plus court chemin

vers la source de lumière.

Quel gaz prennent les plantes dans l’atmosphère ?

Quel gaz rejettent-elles ?

Pourquoi peut-on affirmer que la source d’énergie donnée par le pétrole vient en fait

de l’énergie solaire ?

Ressource complémentaire : début de l’émission FRANCE 3 « C’est pas sorcier »

le pétrole

Une trace écrite peut comporter une version simplifiée du dessin ci-dessus et un texte de synthèse élaboré en commun

Ce qu’il faut retenir en élémentaire (formulation indicative)

La lumière du Soleil permet aux plantes de capter le gaz carbonique de l’air pour le transformer en matière vivante

constituant les végétaux. C’est pour cela que les plantes ont besoin de lumière pour grandir.

Les plantes peuvent ensuite nourrir tous les animaux.

Ce phénomène qu’on appelle la photosynthèse, rejette en même temps de l’oxygène dans l’air, un gaz qui permet de

respirer.

Les hommes utilisent les plantes pour se nourrir, se vêtir, se chauffer. Le pétrole et le charbon se sont formés par la

transformation dans le sol de plantes ou d’animaux des temps préhistoriques.

Lumière du

Soleil

Gaz

carbonique

de l’air CO2

Rejet

d’oxygène

O2

Wikipédia, domaine public

EAU


2.2 Chauffer grâce au Soleil

o L’influence de la couleur (voir ci-avant couleur et température)

o L’influence du confinement (voir ci-avant effet de serre)

La mise en œuvre de ces deux effets permet aux élèves de fabriquer un chauffe-eau rudimentaire mais fonctionnel (voir

par exemple le document de la Fondation Main à la pâte, éd le pommier, « Ma maison , ma planète... et moi »,

Séquence 3 « l’énergie dans l’habitat » séance 3.6 « Concevoir un chauffe-eau solaire »

Projet plus ambitieux, on peut construire un cuiseur solaire à confinement tel que celui présenté dans la fiche de

construction disponible en annexe, réalisation d’une classe CM1 (ecole J Teysseyre Cahors 2007)

Extrait du cahier d’expériences de Malika: son explication du fonctionnement du cuiseur solaire

Remarque : l’effet de serre est ici expliqué dans son principe mais pas nommé. Les rayons infrarouges sont nommés

par cette élève « rayons rouges qui ne se voient pas »

o Chauffer en concentrant la lumière par des jeux de miroirs

La difficulté qui consiste à modéliser les trajets des rayons

solaires conduit à réserver cette acticité plutôt en fin de cycle.

On le constate par exemple sur ce dessin d’enfant (issu de « Ma

maison ma planète et moi ») où la convergence n’est pas

représentée)

Des expériences simples peuvent être menées à l’aide de loupes

(peu puissantes pour des raisons de sécurité, employez celles

fournies dans la malle) et d’un thermomètre sonde placé au

foyer. La schématisation, nécessaire, passe par la

compréhension du passage d’un flux de rayons parallèles à un

flux convergent en un point.

Astuce : on peut utiliser un brumisateur d’eau pour rendre visible cette convergence.


Recherche documentaire : On peut utiliser la fiche documentaire élève « concentrer la lumière » présentant un dispositif

technique à base de miroirs et demander de répondre individuellement ou en groupe à certaines questions.

Par exemple :

Comment une bouteille de verre abandonnée dans un endroit ensoleillé peut-elle provoquer un incendie ?

En t’aidant du schéma expliquant le fonctionnement du four d’Odeillo, réponds aux questions suivantes :

• À quoi servent les héliostats ?

• Pourquoi sont-ils mobiles ?

• À quoi sert le concentrateur ?

• Où doit-on placer l’objet où la matière à faire chauffer ?

Document complémentaire

Une recherche

complémentaire sur

internet permet de

trouver les principaux

pays déjà équipé de

centrale solaires à

concentration. Les

élèves trouveront qu’en

l’état, c’est l’Espagne

qui a déjà massivement

investi dans cette filière,

suivi par les États-Unis.

L’onglet « centrales en

construction » montre

l’implication récente de

de la Chine, de l’Inde et

d’autres pays

émergeants.

La mise en œuvre technologique de ce procédé est assez délicate.

Cependant, dans la malle, se trouve un modèle d’un concentrateur cylindro-parabolique qui permet

d’illustrer le phénomène : de l’eau circulant dans le tube noir placé au foyer de ce concentrateur,

convenablement orienté vers le Soleil, montera très vite en température !

Les élèves pourront en fabriquer un modèle plus simple, en carton et papier

aluminium, à l’aide de la fiche de construction jointe au dossier.

Celui-ci sera moins performant mais permettra cependant d’en reproduire

le fonctionnement.

Illustration Régis Olivès

Université de Perpignan

[email protected]

Extrait du site CNRS Sagascience « l’énergie solaire »

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosolaire/index_gd.htm


2.3 Convertir directement la lumière solaire en électricité : la filière photovoltaïque

Connaissance pour l’enseignant, voir page 1 de la fiche pédagogique « Montages électriques simples avec des cellules

photovoltaïques»)

Mise en œuvre :

• Recueil des conceptions initiales : Comment utiliser le Soleil pour produire de l’électricité ?

• Présentation de la cellule photovoltaïque (introduire ce vocabulaire)

• Montages de circuits simples utilisant des moteurs électriques alimentés par des cellules photovoltaïques

Un travail préalable sur les circuits électriques simples alimentés par des piles et utilisant des ampoules sera nécessaire.

Le travail proposé permettra de réactiver les connaissances acquises (circuit ouvert/fermé) et de créer des parallèles sur

les « consommateurs d’électricité » (ampoule/ moteur électrique), et surtout les générateurs (pile/cellule

photovoltaïque).

• Illustration, rédaction d’un texte court servant de compte

rendu d’expériences.

REMARQUES :

� L’utilisation d’un moteur électrique, qui est polarisé (il tourne

dans les deux sens en fonction du branchement), permettra

de visualiser la notation « + » et « - » aux bornes des

générateurs électriques.

� Le branchement en série de cellules photovoltaïques,

délivrant chacune 0,5V, permet d’augmenter la tension.

Des manipulations expérimentales permettront aussi de dresser des

différences entre pile et cellule photovoltaïque : cette dernière ne

délivre de l’électricité que si elle est correctement positionnée face

aux rayons solaires. Son efficacité dépend aussi de l’intensité de

l’ensoleillement.

Cahier d’expérience d’une élève de CM1

• Complément : recherches documentaires sur les systèmes domestiques ou industriels de production

photovoltaïque (voir page 3 de la fiche « Montages électriques simples avec des cellules photovoltaïques»)

� Usages

� Avantages, inconvénients

Ce qu’il faut retenir en élémentaire (formulation indicative)

Les cellules photovoltaïques permettent de convertir directement une partie de la lumière du Soleil en électricité.

Cette énergie électrique peut servir à faire fonctionner des éclairages ou des objets électroniques, à faire tourner des

moteurs électriques. C’est très utile pour faire fonctionner des installations isolées (des satellites dans l’espace, des refuges

en montagne) ou bien des objets mobiles (téléphone par exemple). On commence aussi à construire des véhicules solaires

(bateaux, avions)

Pour bien fonctionner, une cellule photovoltaïque doit être suffisamment éclairée. On s’en sert le plus souvent pour

recharger une batterie qui permet à l’appareil de fonctionner, même la nuit.

On se sert aussi de ces cellules pour alimenter directement le réseau électrique. Les grands parcs photovoltaïques

fournissent de grande quantité d’électricité.


AXE 3 : vivre avec le Soleil • Savoir qu’une partie du rayonnement solaire est dangereux pour la santé et savoir comment se protéger de ces rayons UV • Rôle protecteur de l’atmosphère et préservation de la couche d’ozone de la haute atmosphère

3.1 Mise en œuvre : nous proposons d’utiliser le document Passerelles.info "Vivre avec le Soleil ", module cycle 3, qui propose quatre séquences « clé en main » http://soleil.passerelles.info/ecole/le-guide-de-lenseignant/ (séquences au choix de l’enseignant) Descriptif

Séquence n°1 Soleil et santé Objectifs : Prendre conscience que le Soleil a des effets positifs et négatifs sur notre santé et que nous sommes inégaux devant les risques.

Séquence n°2 Soleil et ultraviolets Objectifs : Identifier les UV comme composante dangereuse de la lumière solaire Prendre conscience de l’importance du temps d’exposition Comprendre comment varie l’intensité des UV en fonction de l’heure et de la saison.

Séquence n°3 Soleil et atmosphère Objectifs : Faire le lien entre la hauteur du Soleil dans le ciel et l’épaisseur d’atmosphère traversée par la lumière

Comprendre comment varie l’intensité des UV en fonction du lieu (latitude et altitude) Comprendre le rôle protecteur de l’atmosphère.

Séquence n°4 Protection et prévention Objectifs : Savoir reconnaître les situations à risques et utiliser une carte de météo solaire

Savoir protéger sa peau et ses yeux efficacement Être acteur de prévention santé

Un document séquence 3