Recréer une éclipse en classe Teach article

Traduit par Claire Debrat. Au cours d'une éclipse, on dirait que le Soleil et la Lune disparaissent. Que se passe-t-il ? Pourquoi ne pas s'interroger sur ce phénomène fascinant en classe, à l'aide d'une maquette simple ?

La couronne solaire brillante
et délicate, photographiée
lors de l’éclipse totale de
Soleil du 7 mars 1970. La
couronne n’est visible à l’œil
nu que pendant une éclipse

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de NSO
/ AURA / NSF

Les éclipses solaires et lunaires sont des phénomènes astronomiques qui ont fait l’objet de mythes et légendes depuis la nuit des temps. Par exemple, dans l’antiquité, les Chinois croyaient que les éclipses avaient lieu lorsqu’un dragon céleste dévorait le soleil. Au point que le mot chinois pour « éclipse », « shí », signifie « manger ».

Les éclipses sont fréquentes et peuvent être observées sans télescope. Voilà donc un sujet idéal pour parler d’astronomie à l’école. Cet article propose une activité simple pour aider les écoliers de 6 à 14 ans à appréhender les éclipses, notre système solaire et les déplacements de la Terre et de la Lune dans ce système. Les écoliers commencent par construire et utiliser leur propre modèle du système Soleil-Terre-Lune. Ensuite, pour bien retenir ce qu’ils ont appris, et pour leur permettre d’aller plus loin, le projet d’astronomie UNAWEw1 (visant à diffuser les connaissances sur l’Univers) les fait travailler avec d’autres écoliers à travers le monde. Quel heure est-il chez eux ? À quelle saison sont-ils ? Que voient-ils dans le ciel à un moment donné ?

Les éclipses de Lune

La Lune apparaît certes brillante la nuit, mais en réalité elle ne brille pas : elle reflète simplement la lumière du Soleil. La forme visible de la Lune dépend à la fois de l’endroit ou l’on se trouve sur Terre et de la position de la Lune par rapport à la Terre. Chaque mois, la Lune complète un cycle, qui commence par un cercle complet (c’est la pleine Lune) qui rétrécit jusqu’à disparaître presque totalement (c’est la nouvelle Lune) puis réapparaît progressivement jusqu’à redevenir un cercle complet. Ces étapes s’appellent les phases de la Lune (figure 1). Pour en savoir plus, voir Mitchell et al., 2008.

Figure 1 : les phases de la Lune. Les cercles représentent l’orbite de la Terre autour du Soleil et celle de la Lune autour de la Terre. Les zones foncées représentent l’obscurité : à tout moment, une moitié de la Terre et une moitié de la Lune sont illuminées par le Soleil.
A: à ce stade de la rotation de la Lune autour de la Terre, s’il fait nuit pour vous sur Terre, vous ne pouvez voir que la moitié de la face illuminée de la Lune. La Lune apparaît donc comme un demi-cercle
B: à ce stade de la rotation de la Lune autour de la Terre,s’il fait nuit pour vous sur Terre, vous pouvez voir la totalité de la face illuminée de la Lune. La Lune apparaît donc comme un cercle complet (la pleine Lune)

Images reproduites avec l’aimable autorisation de Marissa Rosenberg (schémas) et NASA (images de la Lune)
 

En général, lorsque la Terre est entre le Soleil et la Lune (figure 1B), les trois corps célestes ne se trouvent pas exactement alignés. En fait, la Lune est légèrement au dessus de la Terre et est toujours illuminée : nous voyons donc une pleine Lune. Cependant, il arrive que la Terre passe exactement entre le Soleil et la Lune, et que la Lune se trouve complètement dans l’ombre de la Terre – c’est ce que l’on appelle une éclipse de Lune. Cette éclipse peut se voir à l’œil nu, quand la Lune parcours l’ombre de la Terre de bout en bout et prend une belle couleur rouge sombrew2. Pendant que la Lune traverse l’ombre de la Terre, il est même possible de voir une forme de disque (la Terre) qui fait partiellement de l’ombre à la Lune. Cette ombre partielle s’appelle pénombre.

Cette succession d’images montre la Lune pendant qu’elle traverse l’ombre de la Terre (de bas en haut et de droite à gauche)
Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dylan O’Donnell / deography.com

Les éclipses de Soleil

L’effet « anneau de diamant »
est visible lorsqu’une toute
petite portion du Soleil est
visible autour de la Lune
pendant une éclipse totale
de Soleil

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de Bill
Livingston, NSO / AURA / NSF

À l’inverse des éclipses de Lune, les éclipses de Soleil sont très rares. La plupart des gens n’en verront jamais car les éclipses de Soleil ne sont visibles à chaque fois que depuis des zones de la Terre relativement petites. Les éclipses de Soleil et de Lune ont des origines différentes : pendant les éclipses de Soleil, c’est nous qui sommes dans l’ombre. Lorsque la Lune passe exactement dans l’axe reliant le Soleil à la Terre, elle projette une ombre sur la Terre. La taille apparente de la Lune étant beaucoup plus petite que celle du Soleil, cette ombre ne sera visible que sur une petite zone de la Terre.

Pour comprendre, mettez votre pouce devant le Soleil de façon à le couvrir complètement. Vos yeux seront dans l’ombre de votre pouce, mais cela n’aura aucun effet pour la personne à côté de vous, car elle ne se trouvera pas dans cette ombre. Elle verra le Soleil normalement. Lorsque la Lune se trouve entre la Terre et le Soleilw3, le ciel prend une inquiétante couleur de crépuscule qui perturbe les animaux. L’air se refroidit et, pendant une éclipse totale, la Lune apparaît comme un disque noir dans le ciel, entouré d’une croix de feu. Cette croix n’est rien d’autre que le Soleil derrière la Lune. Au fur et à mesure que la Lune sort de l’axe Terre-Soleil, la lumière

Reproduire des éclipses en classe

En construisant le système Soleil-Terre-Lune décrit ici,vos élèves découvriront comment et pourquoi les éclipses ont lieu. Ils pourront comprendre exactement ce qui se passe s’ils voient un jour une vraie éclipse. Ce modèle n’est pas à l’échelle, et prend environ 45 minutes à construire.

Étape 3: Construire une base
sur laquelle reposera la Terre

Image reproduite avec
l’ aimable autorisation de
Marissa Rosenberg

Matériel

Pour chaque maquette, il vous faut :

  • Du ruban adhésif
  • De la colle
  • Deux tubes de carton (par exemple, ceux du papier wc)
  • Une lampe torche
  • Des ciseaux (qui coupent le carton)
  • Du papier aluminium
  • Un fil métallique rigide mais flexible (de 35-50 cm)
  • Une boule de polystyrène de la taille d’une orange
  • Une balle de ping-pong (ou une boule de polystyrène de la même taille)
Étape 5: Poser la Terre sur
son support

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de
Marissa Rosenberg
  • Une grande plaque de carton (environ 60 cm de longueur et au moins 20 cm de largeur)
  • Une pile de livres ou de magazines

Marche à suivre

  1. Répartir les élèves en groupes de trois ou quatre. Donner à chaque groupe le matériel dont il a besoin pour construire la maquette.
  2. Prendre un des tubes de carton, et découper des petites entailles verticales (2 cm) espacées régulièrement sur toute la circonférence, aux deux extrémités.
  3. A chaque extrémité du tube, plier les languettes vers l’extérieur, de manière à créer un pied d’un côté et une sorte de fleur de l’autre (voir photo). Poser le tube à la verticale.
  1. Avec du ruban adhésif, attacher le pied du tube à la plaque de carton, à 30 cm au moins de l’un des bords du carton. Voici la base de la maquette.
  2. Avec du ruban adhésif ou de la colle, accrocher la plus grosse balle au sommet du tube de carton (en le posant sur la « fleur »). Cette balle représente la Terre.
  3. Envelopper la petite balle dans une feuille de papier aluminium, face brillante vers l’extérieur. Voilà la Lune.
  4. Étape 10: Plier le câble pour
    que les équateurs de la Lune
    et de la Terre soient à la
    même hauteur. Cliquer sur
    l’image pour l’agrandir.

    Image reproduite avec
    l’aimable autorisation de
    Marissa Rosenberg

    Insérer une extrémité du câble au sommet de la Terre, de façon à ce que le câble soit à la verticale.

  1. Former un coude à angle droit avec le câble, à environ un doigt au dessus de la Terre. Le câble est donc maintenant à l’horizontale.
  2. Insérer l’autre extrémité du câble dans la Lune.
  3. Environ à mi-chemin entre la Terre et l’extrémité de la plaque de carton, former un coude à angle droit vers le bas, d’environ un doigt. L’équateur de la Lune doit se trouver à la même hauteur que celui de la Terre.
  4. Poser la lampe torche sur un pile de livres ou de magazines à l’autre extrémité de la plaque de carton par rapport à la Terre. Vérifier la hauteur : le milieu du faisceau de la lampe doit être au niveau de l’équateur de la Terre. Si le faisceau est trop large, attacher le deuxième tube de carton à la lampe pour canaliser la lumière. Il ne doit rien y avoir entre la Terre et la lampe, ni entre la Lune et la lampe. Si la lumière n’est pas assez forte, rapprochez la pile de livre.
Étape 11: Ajuster la position
de la Lune et du Soleil de
sorte que la lumière du Soleil
arrive à l’équateur de la
Terre et que la Lune puisse
bloquer la lumière du Soleil
à la Terre

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de
Marissa Rosenberg

Comment utiliser la maquette

Durée : 30-45 minutes

Créer une éclipse de soleil.
Cliquer sur l’image pour
l’agrandir.

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de
Marissa Rosenberg
  1. Demandez à vos élèves s’ils ont déjà vu une éclipse. Savent-ils ce qu’est une éclipse de Lune ? Une éclipse de Soleilw4? Expliquez que les éclipses de Soleil sont très rares, mais qu’ils vont pouvoir voir les deux types d’éclipses aujourd’hui.
  2. Créez une éclipse de Soleil. Placez-vous devant la lampe torche et faites pivoter le fil métallique jusqu’à ce que la Lune cache la Terre. Si cela est nécessaire, baissez les lumières dans la classe. La Lune se trouve à présent entre la Terre et le Soleil et bloque la lumière du Soleil pour les personnes se trouvant sur Terre. Faites observer aux élèves que seules les personnes se trouvant exactement dans l’ombre voient une éclipse totale de Soleil. Vous pouvez montrer le déplacement de l’ombre en faisant pivoter le fil lentement.
  1. À présent, créez une éclipse de Lune. Placez-vous devant la lampe torche et faites pivoter le fil métallique jusqu’à ce que la Lune soit derrière la Terre. La lumière ne devrait pas atteindre la Lune, car la Terre se trouve entre son satellite et le Soleil, et projette son ombre sur toute la surface de la Lune. Expliquez qu’à l’inverse de l’éclipse de Soleil, qui n’est vue que par un petit nombre de gens, tous ceux se trouvant du côté de la Terre où il fait nuit voient l’éclipse de lune.
Créer une éclipse de lune.
Cliquer sur l’image pour
l’agrandir.

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de
Marissa Rosenberg

Collaboration internationale

Travailler avec d’autres écoles à travers le monde est un moyen d’aider vos élèves à mieux comprendre le sujet.

  1. Prenez contact avec UNAWEw1 pour organiser un appel via Skype avec une école ailleurs dans le monde. UNAWE fera son possible pour mettre en relation des écoliers parlant la même langue.
  2. Regroupez les élèves par paires ; chaque paire parlera avec une paire d’élèves de l’autre classe.
  3. Demandez à chaque paire de préparer une liste de cinq questions pertinentes à poser à leurs camarades internationaux. Les deux premières questions pourraient être les suivantes :

De 6 à 10 ans :

  • Comment est le ciel chez vous maintenant ? Quelle heure est-il ?
  • Est-ce que vous connaissez des histoires ou légendes expliquant l’origine des éclipses ?

De 10 à 14 ans :

  • Y a-t-il dans votre culture des croyances liées aux éclipses ?
  • S’il y avait une éclipse de Lune, pourrions-nous tous la voir en même temps ? Et une éclipse de Soleil ? [les réponses à ces questions dépendront du lieu où se trouvent les deux écoles concernées]
  1. Pendant la liaison Skype, chaque élève peut parler à tour de rôle avec ses camarades pendant que l’autre note les réponses.
  2. Après l’appel, les élèves pourront présenter au reste la classe leurs camarades de l’autre école, ainsi que leurs réponses.
Éclipse de Soleil où les ¾ du
Soleil étaient cachés,
observée avec le télescope
Kitt Peak Vacuum, le 10 juin
2002

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de Bill
Livingston, NSO / AURA / NSF

Discussion

De 6 à 10 ans :

Pendant une éclipse de Lune :

  • Quel objet brillant est dans l’ombre ? Quel objet produit cette ombre ?
  • Est-ce que tout le monde sur Terre la voit ? Qui ne peut pas la voir ?

Pendant une éclipse de Soleil :

  • Quel objet brillant est caché ? Quel objet bloque la lumière du Soleil ?
  • Est-ce que tout le monde sur Terre la voit ? Qui ne peut pas la voir ?
  • Faire un schéma montrant les positions respectives de la Lune, de la Terre et du Soleil pendant une éclipse de Lune et de Soleil. (S’aider du modèle).
  • Les éclipses de Lune sont-elles visibles de nuit ou de jour ? Et les éclipses de Soleil ?
  • Pourquoi les éclipses de Soleil sont-elles beaucoup plus rares que les éclipses de Lune ?

De 10 à 14 ans :

  • Pendant une éclipse de Soleil, que verriez-vous si vous vous trouviez sur la Lune et que vous regardiez vers la Terre ?
  • À quel phase la Lune se trouve-t-elle pendant une éclipse de Soleil ? Pendant une éclipse de Lune ?
  • Pourquoi ne voit-on pas une éclipse de Lune à chaque pleine Lune ?
  • Y a-t-il des éclipses avec d’autres planètes ?

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References

Web References

Resources

Author(s)

Marissa Rosenberg est diplômée de la University of California, Los Angeles (UCLA), en astrophysique. Elle a ensuite poursuivi un master à l’université internationale de l’espace (ISU), à Strasbourg. Elle est actuellement en doctorat en astrophysique à l’observatoire de Leiden, aux Pays-Bas.

Marissa participe au projet EU Universe Awareness, qui vise à informer le public sur l’Univers, en écrivant des articles sur l’astronomie pour les enfants. Elle a aussi suivi trois années de formation pour l’enseignement scientifique avec le programme Teach California de formation d’enseignants à UCLA.


Review

Les éclipses sont une excellente occasion pour faire comprendre aux élèves comment le jour, la nuit et les saisons dépendent de notre position sur la Terre par rapport à la position de la Lune et du Soleil. Cette article décrit des activités pratiques consistant à faire construire aux élèves un modèle du système Soleil-Terre-Lune et à leur montrer des éclipses de Lune et de Soleil. Modéliser des objets célestes permet de rendre ces phénomènes fascinants abordables pour les élèves et de leur faire saisir ce qu’est ce ciel si mystérieux.

Cet article donne aussi la possibilité à des élèves de différents pays d’entrer en contact par vidéo-conférence avec des classes se trouvant ailleurs dans le monde, et donc de mieux comprendre de quelle manière notre position sur la Terre affecte ce que nous voyons dans le ciel à un moment donné. La meilleure façon d’apprendre est de faire l’expérience des choses. De cette manière, ceux qui enseignent et ceux qui apprennent découvrent l’apprentissage en contexte.


Angela Charles, Malta




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