Questions aux experts

Bonjour,

Vous pouvez regarder le site de météo france ? http://www.meteofrance.com/accueil , les vidéos.
Il y a aussi le site du MEN : http://education.meteofrance.fr/, avec les activités école.

Bien cordialement,
Marie-Thérèse Lehoucq

Bonjour,

Il faut toujours partir du constat des élèves pour les questionner et les amener vers la démarche scientifique qui est: on se questionne, on expérimente, on en déduit un résultat.
Ici il ne neige pas, ok, mais c'est quoi en faite la neige?
La neige c'est de l'eau, ok mais pourquoi il y en a un qui est liquide ?
puis les amener au changement d'état avec l'évaporation, la solidification
comment se produise ces changements d'états, l'influence de la température...

Voir ensuite avec eux comment on peut mettre en évidence ces changements d'états de façon expérimentale... etc

Étant scientifique et non pédagogue, les quelques éléments de réponse qui suivent ne seront asurément pas adaptés à une utilisation directe en classe. Néanmoins, j'espère qu'ils pourront être utiles.
La relation entre la pluie et la neige n'est pas directe, dans le sens qu'il ne s'agit pas d'un simple changement d'état au sens de la physiue des états de la matière. Que la pluie soit de l'eau liquide ne devrait pas poser beaucoup de difficulté : il suffit d'en collecter dans un système à entonnoir, par exemple.
La relation entre la glace et la neige est tout au contraire extrêmement ardue. La neige accumulée ne devient naturellement glace que par une transformation, un "métamorphisme", qui est loin d'être une chose simple (un des centres de recherche voisins de mon propre labo, est l'unité de recherche de Météo-France qui s'appelle "centre d'étude de la neige", sur le domaine universitaire de Grenoble). En fait, je suggère que passer outre cette complexité en remarquant que dans les zones où l'on trouve beaucoup de neige, les montagnes et les terres de hautes latitude, se forment les glaciers ou les calottes : la neige naturellement accumulée devient glace. Et si l'on a la chance d'avoir un épisode neigeux au bon moment, on peut faire l'expérience de collecter de la neige... /pas trop froide/, de la tasser au plus dur que l'on peut à la main (sans gant, c'est mieux, un peu de chaleur douce aide÷), puis de tasser le tout dans une bassine, par exemple avec une planche, si possible dans une endroit pas trop froid ! On finit par avoir un matériau assez dur, qui n'est pas loin d'une glace d'eau obtenue par gel, sinon que cela contiendra encore pas mal d'air. Et si on a accès à de la neige fraîche, ne pas manquer de la regarder à la loupe, de voir les cristaux… de glace, arrangés en une superbe architecture jamais deux fois identique. On peut compléter par quelques photos collectées sur internet (article "flocon de neige" de Wikipédia, par exemple, ou la photo en fausses couleurs de l'article "neige" de Vikidia)… On y voit les flocons agrégat très ordonnée d'une collection des microcristaux de glace. Mais pas plus qu'un tas de pièces de puzzle, même en piles joliement disposées, ne fait pas le puzzle, ces flocons, bien que composés de microcristaux de glace ne sont pas de la glace. La conformation de l'assemblage qu'est le flocon suit des règles, et au final cela donne à la neige des propriétés mécaniques, optiques, etc. qui ne sont pas du tout celles de ce qu'on l'on appelle de la glace.

Reste la relation entre l'eau liquide et l'eau solide, la glace. Là, on a bien un "simple" changement d'état. Un vase maintenu à 1*C (et pression atmosphérique, de même qu'on n'utilisera bien que de l'eau "pure", type eau du robinet), un vase (en verre transparent, cela permet l'observation de tout le monde ; en fer blanc, genre boîte de conserve recyclée = nettoyée en rendue non coupante, ce sera plus efficace), donc un "vase" maintenu à 1°C ne peut contenir que de l'eau liquide ; la glace y fond puis disparaît. De l'autre côté, un vase maintenu à -1°C ne peut contenir que de l'eau glace, l'eau liquide qu'on y verse gèle. Plus tard, on comprendra que les mots importants dans les phrases précédentes, ce sont les deux "maintenue". Comment maintenir (une température constante) ? une opération… pas forcément simple à mettre en œuvre. Que se passe-t-il quand on "maintient" (une température constante) ? l'explication en est la clé de compréhension /physique/. Avant cela, une autre expérience : prenons de l'eau "assez" froide, et autant de glaçons, et on les met ensemble dans un vase de verre ou de fer selon le nombre et la distance des observateurs. La quantité idéale devrait être de l'ordre d'un quart de litre de chaque, un demi-litre en tout pour un récipient d'un litre (en gros, adaptable). On entoure le vase d'une petite laine ou d'une polaire, histoire de bien l'isoler, qu'il n'attrape pas chaud, ni froid. Et on attend 15 mn, le temps que la température s'homogénéise dans le vase. (Pendant ce temps, relire dans le "petit livre jaune", « La main à la pâte. Histoire des sciences à l'école primaire », 1998, présenté par G.Charpak, chez Flammarion, l'anecdote du glaçon et du pull (de mémoire, il y a aussi un "cancre"…). Ensuite, nous y voilà : il s'agit d'apporter de la chaleur au contenu du vase, et de montrer que de la glace fond, mais que la température, homogénéisée, reste bien à 0°C tant qu'il y a encore de la glace. En toute rigueur, il faut faire l'expérience réciproque, qui est d'enlever de la chaleur au contenu du vase, de constater que la quantité de glace augmente, mais que tant qu'il reste de l'eau liquide, la température, homogénéisée, reste bien à 0°C. Apporter de la chaleur est facile : un sèche-cheveu, ou tremper le récipient (surtout s'il est en fer) dans une eau tiède. Retirer de la chaleur est plus compliquer. Il faut faire par exemple un mélange eau + glace de congélateur pillée + pas mal de gros sel, en fait environ un cinquième de la quantité d'eau+glace (l'idéal = 22%) ; on peut avoir ainsi une eau saumâtre à une température de l'ordre de -15°C à -20°C (cf. article "NaCl" sur Wkipédia, § "salage des routes en hiver"). Mais je conçois que cela puisse être une gène didactique pour les enfants que de voir « de l'eau » à si basse température quand on essaie de leur apprendre les changemetns d'été de l'eau pure. Aussi, peut-être qu'en cachant cette saumure dans une bouillote au moins dans un premier temps, s'évite-t-on le risque de confusion. Une conclusion de cette expérience qu'apporter de la chaleur au mélange eau-glace à 0°C modifie leurs proportions, une espèce, un état au détriment de l'autre, mais ne change pas la température. IEnfin, si on veut boucler l'expérimenttion, il est facile avec l'eau liquide, et plutôt très dur avec la glace, de montrer qu'un apport ou un retrait de chaleur se convertit en élévation ou baisse de la température, sans qu'aucune nouvelle phase n'apparaisse, sauf si on arrive au 0°C du changement de phase.
Voilà. En conclusion, cette trasnition de phase, qui n'est qu'un élément de la relation entre pluie et neige, tout deux produits d'une même source, la vapeur d'eau atmosphérique, cette trasnition de phase fait intervenir des échanges de chaleur, qui se traduisent soit par une variation des abondances relatives d'eau liquide et glace à température constante, ce qui est la transition de phase, soit par une variation de température, quand on est d'un côté ou de l'autre de cette transition.
Après cela, il reste beaucoup de travail de pédagogie, scénario et mise en scène. D'autres sauront mieux vous conseiller que moi. Bon courage

Une ressource intéressante en ce qui concerne les flocons de neige : ce podcast récent du webmag scientifique « [Parlons peu parlons science] », URL "http://www.parlonspeuparlonscience.com/spip.php?article169", qui entre autres, renvoie sur le site (anglophone) "http://www.snowcrystals.com/" de Kenneth Libbrecht, prof. à CalTech ("http://www.its.caltech.edu/~atomic/").

Un court article, très récent : « La formation des flocons de neige » de Marion Guillaumin, étudiante en Master Communication Scientifique et Technique à Grenoble suite au podcast signalé juste ci-dessus.
Et sur le même site d'ÉchoSciences-Grenoble, un autre article plus ancien « ISSW : un rendez-vous international sur la neige et les avalanches » , de Marion Bisiaux, alors étudiante du même Master après une thèse en glaciologie aux États-Unis. Surtout intéressant pour la très belle image, et les liens qui donnent à lire l'état des recherches dans le domaine. En cliquant sur son nom, d'autres de ses articles "montagnards" pourront peut-être vous intéresser, bien que pas directement sur le sujet des cristaux de neige.