EXAO en classe d’eau : TP sur le terrain Collège Jules-Verne, Les Mureaux (78)

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Des TP en 5è, des mesures avec tablette et sonde température.

Hélène Hervé, professeure de SVT au collège Jules-Verne, aux Mureaux, a emprunté des capteurs EXAO, pour réaliser des TP avec sa classe.
Voici son retour d’usage, et plus particulièrement son témoignage de l’utilisation du capteur iCelsius.

Contexte pédagogique

Dans le cadre de la classe d’eau, 24 élèves de 5ème ont travaillé sur le rôle des végétaux dans le climat, notamment sur leur importance dans la lutte contre la désertification ("Nos amis les arbres, leur influence sur le climat"). Il ne s’agissait pas ici de traiter le rôle de la photosynthèse dans la séquestration du CO2.

Après avoir visionné le film l’Homme qui plantait des arbres, qui traite de cette problématique, ils ont réalisé par groupe, des expériences classiques permettant d’étudier les relations entre les végétaux, l’eau et le sol. Cette séance de 2h a été suivie d’une séance de mise en commun des travaux.
Exemples :

  • Emprisonner des rameaux dans des sacs, ce qui permet de repérer l’évapotranspiration des végétaux en moins d’une heure (la vapeur d’eau qui quitte les feuilles se condense sur la paroi des sacs)
  • Visualiser l’ascension de la sève brute à l’aide d’eau colorée, dans laquelle on met des fleurs blanches et/ou du céleri, puis réaliser des coupes dans les feuilles, la tige, les pétales pour observer les nervures colorées :
  • Observer les stomates au microscope, petits pores qui laissent sortir la vapeur d’eau et entretiennent le mouvement d’ascension. Ainsi on replace les végétaux dans le cycle de l’eau.
  • Expériences de comparaison de terres contenant des végétaux (herbe par exemple) et de terre nue (capacité d’absorption de l’eau, capacité de rétention de l’eau qui coule)
  • Expérience de modélisation de l’impact des racines dans la structure du sol avec des allumettes.
    Sillons beaucoup plus profonds là où il y a le moins d’allumettes.

    Afin de démontrer par la mesure l’importance des végétaux dans la régulation du climat local, notamment en ville, un groupe d’élèves a étudié un article : « Comment les arbres rafraîchissent les villes en été »
    Puis, à l’aide d’iCelsius, ce groupe a effectué des mesures de la température et de l’humidité de la surface du sol à différents endroits du collège, au cours d’une matinée ensoleillée : cour de récréation, pelouse au soleil, pelouse à l’ombre, terre nue, terre herbacée.

Usage de iCelsius – Aspects techniques

La sonde iCelsius est immédiatemment reconnue par la tablette ipad. Pour lire les résultats nous avions téléchargé deux applications iCelsius, ne sachant pas laquelle était la bonne, il s’est avéré qu’elles étaient toutes les deux utilisables, donnant des résultats lisibles. Icelsius 1.x est une version plus ancienne, mais on peut encore la télécharger.
La version actuelle est celle qu’on trouve par défaut en cherchant sur un moteur de recherche.
https://itunes.apple.com/fr/app/icelsius/id434212879?mt=8

  • Facilité d’usage : très facile à manipuler
  • Solidité : lors de leur enquête, les élèves n’ont pas eu de souci particulier mais peu avant qu’ils ne remontent, la sonde a cessé de fonctionner ou de communiquer avec la tablette. Elle a fonctionné à nouveau très bien par la suite, malheureusement le manque de beau temps n’a pas permis de renvoyer un nouveau groupe d’élèves effectuer des mesures.
  • Temps de réaction : long, deux à trois minutes pour que la sonde s’équilibre avec les paramètres extérieurs, ce qui demande de ne la confier qu’à des élèves soigneux et patients.

i-Celsius - Exemples de résultats

(Toutes les photos ont été prises avec la tablette durant la période de mesures)
Zone d’investigation : pelouse au soleil avec arbres à proximité en été (23 juin) autour de 11h.

Résultats obtenus avec iCelsius 1.x

  • Température et humidité de l’air à hauteur de la chaise :
  • Température et humidité de l’air à hauteur d’un sol piétiné fréquemment :

    Conclusion : Température et humidité plus élevées au sol.

  • Dans la rue (bitume)
    • Au soleil

      Conclusion : température similaire à celle du sol piétiné, mais humidité beaucoup plus faible.

    • A l’ombre des arbres

      Conclusion : température beaucoup plus agréable, humidité beaucoup plus élevée que sur la zone au soleil située juste à côté.

  • Retour à la pelouse, mais cette fois-ci dans une zone moins proche de la maison, moins piétinée, au soleil

    Température similaire, un peu plus basse que celle du bitume au soleil et de la pelouse piétinée mais taux d’humidité un peu plus élevé que sur la partie piétinée.

  • Même pelouse, sous l’ombre d’un genévrier :

    La sonde met du temps à se stabiliser :

    11h15
    11h16
    11h18
    11h19

Conclusion : il faut peut-être utiliser des résultats arrondis, qui permettent tout à fait de tirer des conclusions de ce genre d’étude. Dans ce cas le résultat final retenu pourrait être :
T= 23°C
H = 88°C
A l’ombre des arbres, une terre herbacée est beaucoup plus humide et a une température beaucoup plus douce qu’une terre exposée au soleil.
Par rapport à une partie bétonnée, la température est un peu plus basse et le taux d’humidité beaucoup plus élevé.

  • Autre zone à l’ombre d’arbres (laurier, pommiers)

    Après une minute de mesure

    Un résultat similaire du point de vue de la température à la mesure précédente, mais une humidité encore plus importante.

Cette étude permet donc de montrer le rôle des arbres sur le climat local (par l’ombre qu’ils créent, qui limite les excès de température et limite également l’évaporation de l’eau du sol et des végétaux situés en dessous). Ils permettent ainsi le maintien d’une température supportable pour les êtres vivants et maintiennent une atmosphère humide. Ainsi une étude locale permet aux élèves de confirmer l’étude menée dans l’article « Comment les arbres rafraîchissent la ville », mais elle peut permettre également d’éclairer une analyse à plus grande échelle (pour des mêmes conditions géographiques, une zone contenant une forêt recevra beaucoup plus de pluies qu’une zone défrichée, on peut alors évoquer les graves conséquences des déforestations des forêts tropicales).

L’usage d’iCelsius est donc intéressant pour tout ce qui touche à l’étude de la météo et du climat.

Par ailleurs, cette sonde peut être utilisée dans toutes les situations expérimentales où on utilise un thermomètre en classe, à condition qu’on laisse bien la sonde s’équilibrer en début d’expérience.

Intérêt de la dernière version de l’application iCelsius

  • Possibilité de prendre des photos pendant que les mesures continuent de se faire et d’être enregistrées graphiquement (tant que la fonction « recording » n’est pas stoppée).
  • Possibilité d’envoyer ou de réaliser une capture d’écran pendant que les mesures continuent d’être enregistrées.
  • Possibilité d’annoter le graphique.
    Pelouse, partie piétinée devant la maison, maintenant à l’ombre.

En résumé

Points positifs

  • Sonde maniable, utilisation simple et intuitive ;
  • Intérêt par rapport à un thermomètre classique : la connexion avec la tablette qui permet de visualiser, d’enregistrer et d’annoter les données très facilement.

Points négatifs

  • À manier avec précaution, seule la partie métallique peut entrer en contact avec un liquide ;
  • Il faut lui laisser le temps de s’équilibrer avec les températures et humidités extérieures (3 minutes au moins).

(Note : 7/10)

Hélène Hervé, professeure de SVT
Collège Jules-Verne, Les Mureaux (78)

Matériel prêté dans le cadre de Créatice