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Bonjour et bienvenue sous le tilleul 🌿
Deux fois par an, une drôle de phrase revient :
« Aujourd'hui, le jour et la nuit durent exactement la même chose. »
Douze heures de jour.
Douze heures de nuit.
Moitié-moitié.
Voilà.
Définition apprise.
Nous pourrions presque refermer le livre.
Sauf que…
ce n'est pas tout à fait vrai.
😂
Et c'est justement là que les choses deviennent intéressantes.
Parce qu'au lieu de demander aux enfants de retenir une définition de l'équinoxe, nous pouvons poser une orange sur la table, allumer une lampe…
et fabriquer un petit système solaire dans le salon!
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Prenons :
une orange ou une balle ronde ;
une lampe ;
un petit morceau d'adhésif ;
un feutre ;
et, si nous le souhaitons, une pièce assez sombre.
L'orange sera la Terre.
La lampe sera le Soleil.
Évidemment, les dimensions et les distances seront complètement fausses.
Si nous voulions respecter les proportions réelles, notre petite expérience deviendrait légèrement moins pratique dans le salon.
😂
Notre modèle ne servira donc pas à représenter les tailles.
Il servira à comprendre l'éclairement de la Terre.
Posons la lampe au milieu de la pièce.
Allumons-la.
Plaçons notre orange devant elle.
Immédiatement, quelque chose apparaît.
Une moitié de l'orange est éclairée.
L'autre reste dans l'ombre.
Voilà le jour et la nuit.
Plaçons maintenant un petit point sur l'orange.
Ce point représente notre maison.
Ou notre ville.
Faisons tourner lentement l'orange sur elle-même.
Notre point arrive face à la lampe.
Jour.
Il continue sa rotation.
Il passe progressivement de l'autre côté.
Nuit.
Puis revient vers la lumière.
Un nouveau jour commence.
Nous venons de fabriquer une journée entière avec une orange.
Depuis notre point collé sur la Terre, nous avons pourtant l'impression que la lampe apparaît, traverse notre ciel puis disparaît.
Cela ressemble exactement à ce que nous observons dehors :
le Soleil se lève ;
se déplace dans le ciel ;
puis se couche.
Mais notre modèle nous permet de changer de point de vue.
Nous regardons maintenant depuis « l'espace ».
Et nous voyons que c'est la rotation de la Terre qui produit l'alternance du jour et de la nuit.
Une rotation complète prend environ 24 heures.
Voilà notre deuxième question.
Si une moitié de la Terre est toujours éclairée…
pourquoi avons-nous de longues journées en juin et de courtes journées en décembre ?
Nous avons oublié quelque chose d'essentiel.
La Terre est inclinée.
L'axe de rotation de la Terre n'est pas perpendiculaire au plan de son orbite.
Il est incliné d'environ 23,4°.
Nous pouvons donc traverser notre orange avec une pique pour matérialiser son axe — manipulée uniquement par un adulte avec les plus jeunes — ou simplement imaginer une ligne reliant le pôle Nord au pôle Sud.
Puis inclinons cette ligne.
Voilà notre Terre.
Un peu penchée.
Et cette inclinaison est l'une des grandes clés des saisons.
Demandons aux enfants :
« Pourquoi fait-il plus chaud en été ? »
Une réponse arrive souvent :
« Parce que la Terre est plus près du Soleil. »
Elle semble parfaitement logique.
Et pourtant, ce n'est pas ce qui explique nos saisons.
Les saisons sont principalement dues à l'inclinaison de l'axe terrestre.
Au cours de son voyage autour du Soleil, cette inclinaison fait qu'un hémisphère reçoit à certaines périodes un Soleil plus haut dans le ciel et davantage d'heures d'éclairement quotidien.
Six mois plus tard, la situation s'inverse.
Gardons la lampe immobile.
Elle représente le Soleil.
Prenons notre orange inclinée.
Puis faisons-la se déplacer autour de la lampe.
Mais voici la règle importante :
l'axe doit continuer à pointer dans la même direction pendant tout le voyage.
C'est là que notre manipulation devient passionnante.
D'un côté de l'orbite, l'hémisphère Nord est davantage orienté vers le Soleil.
Six mois plus tard, il est orienté dans l'autre sens par rapport aux rayons solaires.
Et entre ces deux situations…
nous rencontrons les équinoxes.
À l'équinoxe, aucun des deux hémisphères n'est incliné vers le Soleil davantage que l'autre.
Le Soleil se trouve alors à la verticale de l'équateur à midi solaire, et le terminateur — la limite entre la partie éclairée et la partie sombre de la Terre — passe approximativement par les deux pôles.
Sur notre orange, observons cette frontière entre lumière et obscurité.
Puis faisons tourner la planète.
Pour un point situé loin des pôles, le temps passé dans la lumière et celui passé dans l'ombre deviennent alors très proches.
Voilà l'idée fondamentale de l'équinoxe.
Voilà le piège.
😂
Dans notre modèle idéal, nous pourrions obtenir quelque chose qui ressemble très fortement à :
12 heures éclairées ;
12 heures dans l'ombre.
Mais lorsque nous regardons les heures réelles de lever et de coucher du Soleil, les choses sont légèrement différentes.
Pourquoi ?
Entre autres parce que le lever du Soleil est généralement défini lorsque le bord supérieur du disque solaire apparaît à l'horizon, et le coucher lorsqu'il disparaît.
Nous ne chronométrons donc pas le passage du centre du Soleil.
Et il existe un autre phénomène.
La lumière du Soleil traverse notre atmosphère.
Près de l'horizon, elle est légèrement déviée : c'est la réfraction atmosphérique.
Résultat étonnant :
nous pouvons voir le Soleil alors que, géométriquement, il se trouve encore légèrement sous l'horizon.
Le matin, nous le voyons donc un peu plus tôt.
Le soir, un peu plus longtemps.
C'est l'une des raisons pour lesquelles, le jour de l'équinoxe, la durée indiquée entre lever et coucher du Soleil peut être légèrement supérieure à douze heures.
Nous avions commencé avec :
« À l'équinoxe, le jour et la nuit durent douze heures. »
Puis nous avons observé.
Mesuré.
Questionné la définition.
Et découvert :
« Ils sont presque égaux, mais la réalité observable est un peu plus compliquée. »
Ce n'est pas un problème.
C'est exactement ce que fait la science.
Une définition simple nous aide d'abord à comprendre.
Puis l'observation nous oblige à l'affiner.
Traçons approximativement :
l'équateur ;
le pôle Nord ;
le pôle Sud.
Puis ajoutons trois petits points :
Liège ;
un endroit proche de l'équateur ;
un endroit situé très au nord.
Nous allons maintenant faire tourner notre Terre.
À l'équinoxe, observons les trois points.
Puis plaçons notre Terre dans une position correspondant approximativement à l'été de l'hémisphère Nord.
Faisons de nouveau tourner.
Que remarque-t-on ?
Notre point situé en Belgique passe davantage de temps dans la zone éclairée.
La journée est longue.
Plaçons ensuite la Terre de l'autre côté du Soleil, en conservant correctement l'orientation de son axe.
En hiver, le même point passe moins longtemps dans la lumière.
La journée est courte.
L'enfant peut alors voir ce que signifie « les jours raccourcissent ».
Pour les plus jeunes, nous pouvons abandonner l'orange quelques minutes.
Un enfant devient la Terre.
La lampe reste le Soleil.
Collons ou imaginons un petit repère sur son ventre.
Il tourne lentement sur lui-même.
Quand son ventre regarde la lampe :
jour !
Quand son dos lui fait face :
nuit !
Voilà pourquoi j'aime l'idée d'un globe vivant.
Le phénomène n'est plus seulement dessiné dans un manuel.
Il passe par le corps.
Tourner.
Voir la lumière.
Entrer dans l'ombre.
Revenir vers la lumière.
Plaçons une minuscule figurine sur notre orange avec un peu de pâte adhésive.
Elle représente un observateur.
Demandons :
« Pour elle, est-ce le matin, midi, le soir ou la nuit ? »
Puis faisons tourner l'orange.
L'enfant suit le voyage de la figurine.
Elle arrive vers la lumière :
lever du Soleil.
Elle fait face à la lampe :
le Soleil est haut.
Elle quitte progressivement la zone éclairée :
coucher.
Elle passe derrière :
nuit.
L'astronomie devient soudain une histoire.
Notre expérience ne doit surtout pas rester enfermée sur la table.
Maintenant que nous avons construit un modèle…
allons vérifier dehors.
Pendant plusieurs semaines, relevons les heures de :
lever du Soleil ;
coucher du Soleil.
Une ou deux fois par semaine suffit largement.
Pas besoin d'en faire un devoir quotidien.
Prenons une grande feuille.
Écrivons :
| Date | Lever du Soleil | Coucher du Soleil | Durée approximative du jour |
|---|---|---|---|
| 23 septembre | … | … | … |
| 30 septembre | … | … | … |
| 7 octobre | … | … | … |
| 14 octobre | … | … | … |
| 21 octobre | … | … | … |
Nous compléterons avec les horaires correspondant réellement à notre lieu.
Et semaine après semaine, quelque chose apparaîtra.
Le Soleil se lèvera plus tard.
Il se couchera plus tôt.
La durée du jour diminuera.
Ce que l'orange nous avait montré devient maintenant une série de nombres.
Avec un enfant plus grand, calculons la durée entre lever et coucher.
Exemple imaginaire :
Lever : 7 h 30.
Coucher : 19 h 30.
Durée du jour :
12 heures.
Puis quelques semaines plus tard :
Lever : 8 h.
Coucher : 18 h 40.
Nous devons maintenant calculer.
Ce simple relevé astronomique devient aussi :
mathématiques ;
lecture de l'heure ;
durées ;
tableaux ;
comparaisons ;
graphiques.
Une seule observation peut traverser plusieurs apprentissages!
Sur une grande feuille quadrillée :
horizontalement : les dates ;
verticalement : la durée du jour.
Chaque semaine, ajoutons un point.
Puis relions-les.
La courbe descend.
Nous voyons littéralement l'automne avancer.
Voilà quelque chose que j'aime particulièrement.
Nous n'apprenons plus seulement :
« En automne, les jours raccourcissent. »
Nous pouvons répondre :
« De combien ? »
Nous pouvons également chercher des indices dans notre quotidien.
À quelle heure faut-il allumer les lampes ?
Le petit-déjeuner se déroule-t-il encore dans la lumière naturelle ?
Fait-il sombre pendant le repas du soir ?
Le soleil entre-t-il encore par la même fenêtre ?
Les ombres semblent-elles différentes ?
L'astronomie n'est soudain plus très loin.
Elle est dans notre cuisine!
Choisissons une fenêtre bien exposée ou un endroit extérieur sûr.
À la même heure, une fois par semaine, observons l'ombre d'un objet fixe.
Nous pouvons la photographier.
Ou marquer sa position lorsque l'endroit s'y prête.
Au fil des semaines, l'ombre évoluera.
Parce que la hauteur apparente du Soleil dans le ciel change au cours de l'année.
Notre maison devient un petit observatoire.
Voilà une autre surprise.
Choisissons un endroit depuis lequel l'horizon est suffisamment visible.
Observons le coucher du Soleil à plusieurs semaines d'intervalle.
Photographions-le depuis exactement le même point.
Le Soleil ne disparaîtra pas nécessairement derrière le même arbre, le même toit ou le même bâtiment.
Son point de coucher se déplace au fil des saisons.
Nous pouvons ainsi observer le mouvement annuel apparent du Soleil sans aucun instrument compliqué.
Nous ne regardons jamais directement le Soleil.
Ni avec une loupe.
Ni avec des jumelles.
Ni avec un télescope dépourvu de filtre solaire adapté.
Notre expérience avec la lampe et l'orange ne nécessite évidemment pas de fixer une source lumineuse puissante non plus.
Pour observer le ciel, nous travaillons avec les horaires, les ombres, le paysage et les changements de lumière.
Les yeux n'ont pas besoin de participer directement à l'expérience solaire.
Voilà une excellente question pour les enfants plus grands.
Pendant que nous entrons dans l'automne…
que se passe-t-il en Argentine ?
En Australie ?
En Afrique du Sud ?
Leur printemps commence.
Reprenons notre orange.
Regardons l'hémisphère Sud.
Lorsque notre hémisphère reçoit progressivement moins d'heures de lumière, l'autre évolue vers des journées plus longues.
Les saisons deviennent soudain un phénomène planétaire.
Autre expérience.
Plaçons notre figurine près de l'équateur.
La durée du jour y varie beaucoup moins au cours de l'année que sous nos latitudes.
Puis déplaçons-la très loin vers le nord.
Les variations deviennent beaucoup plus importantes.
Nous pouvons alors aller jusqu'aux régions polaires et découvrir des phénomènes étonnants :
le Soleil de minuit ;
la nuit polaire.
Tout cela partait d'une orange posée sur la table.
😂
À la fin de l'expérience, essayons de distinguer trois phénomènes.
Jour et nuit
→ rotation de la Terre sur elle-même.
Année
→ révolution de la Terre autour du Soleil.
Saisons et variation de la durée du jour
→ liées principalement à l'inclinaison de l'axe terrestre combinée à sa révolution autour du Soleil.
Ces trois mouvements sont souvent mélangés lorsqu'on commence l'astronomie.
Notre globe vivant permet de les séparer.
Restons très simples.
Une lampe.
Une balle.
Un petit personnage.
Lumière = jour.
Ombre = nuit.
Nous faisons tourner doucement.
Puis l'enfant joue.
Pas besoin d'expliquer la réfraction atmosphérique à trois ans pendant qu'il essaie surtout de récupérer l'orange pour la manger.
😂
Nous pouvons simplement dire :
« La Terre tourne. Quand notre côté regarde le Soleil, il fait jour. Quand il est de l'autre côté, il fait nuit. »
C'est déjà immense.
Nous pouvons aller beaucoup plus loin.
Inclinaison de l'axe.
Équinoxe.
Solstice.
Réfraction.
Calcul de la durée du jour.
Graphique.
Comparaison entre plusieurs villes.
Comparaison entre hémisphères.
Et pourquoi pas une nouvelle question :
« À quelle date, chez nous, le jour dure-t-il réellement presque exactement douze heures entre le lever et le coucher du Soleil ? »
Nous découvrirons alors une notion moins connue : l'équilux, le moment où la durée observable du jour et celle de la nuit sont effectivement les plus proches de douze heures chacune. Sa date dépend notamment de la latitude.
Voilà une jolie enquête à poursuivre.
Pendant tout l'automne, réservons une double page.
LE CARNET DE LUMIÈRE
Chaque semaine :
- lever du Soleil ;
- coucher du Soleil ;
- durée du jour ;
- météo ;
- une observation de la nature ;
- heure à laquelle nous avons spontanément allumé une lampe dans la maison.
À la fin de l'automne, relisons tout.
Nous aurons fabriqué notre propre chronique de la disparition progressive de la lumière.
Puis, après le solstice d'hiver…
nous pourrons continuer.
Et voir la courbe repartir dans l'autre sens.
Après avoir fait tourner notre petite Terre autour de sa lampe-Soleil, nous pouvons prolonger l'expérience avec un épisode ou un extrait de C'est pas sorcier consacré aux saisons et à l'équinoxe ( vidéo en fin d'article ).
Les enfants retrouveront alors autrement ce qu'ils viennent de manipuler : la Terre inclinée, son mouvement autour du Soleil, l'évolution de la durée du jour et les saisons.
Et il y a quelque chose d'assez amusant à voir apparaître à l'écran un phénomène que nous venons tout juste de reproduire sur la table avec… une orange et une lampe.
Pour les plus grands, nous pouvons même garder une petite question avant de lancer la vidéo :
« Est-ce que tu vas retrouver dans l'émission ce que notre orange nous a montré ? »
Ils ne regardent alors plus tout à fait passivement : ils cherchent à reconnaître ce qu'ils ont déjà compris.
Il est facile d'apprendre que les journées raccourcissent en automne.
Nous pouvons l'écrire.
Le réciter.
Le cocher dans un exercice.
Mais il existe une autre manière d'apprendre.
Éteindre la lumière de la pièce.
Allumer une lampe.
Prendre une orange.
Tracer un équateur un peu bancal.
Coller une minuscule maison quelque part en Belgique.
Faire tourner le monde entre nos doigts.
Et soudain comprendre pourquoi notre fenêtre est déjà sombre à une heure où, quelques mois auparavant, le soleil entrait encore dans la pièce.
Puis sortir.
Regarder les ombres.
Noter une heure.
Recommencer une semaine plus tard.
Et voir apparaître une différence.
C'est peut-être l'une des choses que j'aime le plus dans les sciences avec les enfants.
Elles peuvent commencer avec presque rien.
Une lampe.
Une orange.
Une question.
Puis elles nous conduisent jusqu'au mouvement d'une planète entière.
Et lorsque, quelques semaines plus tard, quelqu'un dira simplement :
« Il fait déjà noir ! »
nous pourrons regarder notre petite courbe.
Reprendre notre globe.
Et répondre :
« Oui. Et maintenant, nous savons pourquoi. »
À bientôt sous le tilleul 🌿
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