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source principale recommandée pour les notions physiques et une multitude de petites expériences: l'eau, l'air, le temps qu'il fait, guide du maître, col. R. Tavernier, Bordas, 1976
les liens de cette page renvoient à une page d'annexes de formulation plus complète, une page sur l'atmosphère et une page sur les carbonates.
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l'air pur n'existe pas; l'air est plein de substances odorantes dont certains sont des messages chimiques entre les êtres vivants; l'air peut être pollué |
l'air est peu dense et donc peu porteur mais il peut facilement être mis en mouvement l'air transporte et aide à la dissémination de spores, pollen, fruits et graines de nombreux êtres vivants |
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l'air peut être très chaud ou très froid, il change facilement et vite de température : c'est donc un milieu de vie peu protecteur |
dans l'air un être vivant a tendance à perdre son eau |
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certains gaz de l'air sont nécessaire à la vie: la vapeur d'eau, le dioxygène, le dioxyde de carbone; d'autres sont moins utilisés: le diazote et les gaz rares |
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l'air est un milieu de vie pour de nombreux êtres vivants |
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les carbonates sont formés principalement par des êtres vivants à partir du gaz carbonique de l'air |
des "obstacles" à surmonter ou des erreurs à corriger:
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l'air est visible comme une fumée |
la fumée est composée de gaz, parfois incolores (les gaz les plus dangereux comme les gaz soufrés sont souvent incolores) ou colorés, de vapeur d'eau (gaz invisible) et de gouttelettes d'eau (parfois visibles) et de toutes petites particules de cendres (la combustion des pneumatiques provoque le dégagement de fumées noires car ils comportent des composés carbonés ou noir de carbone mélangés lors de leur fabrication aux caoutchouc afin de contrôler leur élasticité). |
au dessus de l'eau chaude on voit de la fumée on voit de la vapeur au-dessus d'une casserole d'eau qui bout |
la vapeur d'eau est un gaz incolore mais il peut se condenser en eau. Alors les gouttelettes d'eau en suspension dans l'air peuvent former des nuages d'eau (et non de vapeur d'eau) qui sont alors visibles (les gouttelettes, plus ou moins sphériques diffractent la lumière). Lorsqu'elles ne sont pas visibles les gouttelettes d'eau ont des diamètres inférieures au micromètre (millionième de mètre). Dans un brouillard épais il n'est pas rare d'avoir des gouttelettes de 50 à 60 micromètres de diamètre. Cependant la quantité d'eau contenue dans un brouillard reste faible: quelques dizaines de grammes tout au plus par mètre cube d'air. |
l'air est sensible par le vent |
le vent correspond effectivement à un mouvement d'une masse d'air mais ce n'est pas parce que l'on a pas conscience de la pression exercée sur nous par l'air, qu'elle n'existe pas (l'air n'est pas "palpable") |
l'air est transporté par le sang |
ce sont le dioxygène et le dioxyde de carbone seuls qui sont transportés par le sang fixés à un pigment respiratoire; l'hémoglobine pour la quasi totalité des vertébrés |
l'air qui entre dans les poumons (inspiré) est riche en dioxygène, et pauvre en dioxyde de carbone; l'air qui ressort des poumons (expiré) est pauvre en dioxygène et riche en dioxyde de carbone |
l'air expiré est toujours riche en dioxygène et est très enrichi en dioxyde de carbone mais il reste encore pauvre par rapport aux autres gaz et notamment le dioxygène (pour des valeurs exactes il faut utiliser les pressions partielles, ce qui est déjà un niveau de formulation assez élaboré) |
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l'air est peu dense ("léger") par rapport à l'eau |
l'air est peu porteur |
se déplacer dans l'air nécessite de diminuer sa masse et d'augmenter sa surface portante (ailes faites de membranes, de plumes....) |
voler (activement): l'aile d'insecte, l'aile des oiseaux, l'aile des chauves-souris... et l'adaptation au vol voler (passivement): quelques grains et de pollen, fruits et graines dispersés par le vent |
L'immense espace aérien a été colonisé. Il n'est pas rare de rencontrer des martinets dormants à 1000 ou 2000m d'altitude (voir le dernier n° de la Hulotte, n°78, p.39). Le transport des pollen et graines par le vent, des chauves-souris, les oiseaux, les insectes, leur permet de passer les barrières des océans. |
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l'air transporte cependant des particules qui ont un grand rôle en géologie (dunes, loess...) |
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l'air peut être facilement mis en mouvement |
en milieu aérien, on observe deux types d'appareils respiratoires: les trachées qui amènent l'air venant de multiples orifices, directement aux organes, les poumons qui amènent l'air venant d'un seul orifice à une surface d'échange fortement irriguée |
appareils respiratoires en milieu aérien: les trachées, les poumons dans la série des vertébrés |
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l'air conduit les sons (et les ultra-sons) moins vite que l'eau mais les atténue moins (les sons se propagent à 331,45 mètres par seconde dans l'air alors qu'ils atteignent 1500 m/s dans l'eau) |
j'entends: l'oreille humaine, l'écholocation, je parle : les cordes vocales |
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l'air laisse facilement passer la lumière (les vitesses de déplacement de la lumière dans l'air et dans le vide (299.792,458 km/s) sont presque égales mais la première n'est pas une constante) |
je vois: l'il humain |
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l'air peu être très chaud et très froid, sa température varie très facilement et très vite (on dit qu'il présente un faible volant thermique ou une faible inertie... par comparaison avec l'eau) |
les animaux qui vivent en milieu aérien se protègent du chaud et du froid |
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l'air, emprisonné dans de petites cavités, est un bon isolant thermique |
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Les organismes qui se déplacent dans l'air peuvent présenter une protection mécanique contre les chocs. D'une façon générale, les carapaces sont plus rares en milieu aquatique qu'en milieu aérien, même si ce paramètre, n'étant que secondaire, n'est pas déterminant à lui seul. |
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l'air est sec...mais parfois humide... c'est un milieu de vie très pauvre en eau par rapport aux autres milieux de vie (eau, sol, êtres vivants). |
l'air sec est hostile à la vie |
les organismes transportés par l'air sec sont des formes de résistance (spores, pollen, graines...) Les organismes d'une part se protègent des pertes d'eau (peau avec kératine imperméable, carapaces et autres cuticules.... mais aussi formes enroulées comme la feuille d'oyat...) et d'autres font des réserves (cactées). |
l'air est peuplé : quelques expériences |
l'air humide empêche les pertes d'eau mais rend difficile les échanges gazeux respiratoires |
certaines plantes (épiphytes) puisent leur eau directement dans l'air humide |
quelques plantes tropicales épiphytes |
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l'échange des gaz (dioxygène et gaz carbonique) entre le sang et l'air humide est chaud des alvéoles au sein des poumons, dépend des pressions partielles des gaz. |
mécanisme des échanges gazeux pulmonaires, volumes respiratoires (voir je respire) |
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l'air est riche en dioxygène |
l'air qui entre dans les poumons est riche en dioxygène; l'air qui en ressort est toujours riche en dioxygène |
l'air ne pénètre pas dans l'organisme: seuls le dioxygène et le dioxyde de carbone sont échangés entre le milieu extérieur (internalisé) et le milieu intérieur |
mécanismes de transport des gaz par l'hémoglobine |
Au début des temps géologiques, l'atmosphère primitive ne renfermait probablement pas de dioxygène. Le dioxygène a été produit par les êtres vivants. |
quelques éléments de nutrition des êtres vivants: source de matière et d'énergie |
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l'air est pauvre en dioxyde de carbone |
une plante perd beaucoup d'eau pour absorber peu de dioxyde de carbone |
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la teneur en dioxyde de carbone de l'air augmente ainsi que la température moyenne de l'air : c'est l'effet de serre |
structure de l'atmosphère, effet de serre |
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le dioxyde de carbone de l'atmosphère se dissous dans l'eau: c'est ce carbone qui est à l'origine de la formation des calcaires (voir page sur les carbonates) |
les équilibres des carbonates en solution |
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l'air n'est pas si inodore que cela |
l'air contient un grand nombre de molécules naturelles qui sont des signaux de communication (messages chimiques) entre les êtres vivants : l'air pur n'existe pas (mélange de gaz parfaits) |
composition chimique de l'air |
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l'air peut être pollué |
quelques polluants de la basse et de la haute atmosphère |
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la course de véhicules roulants |
les enfants doivent construire des voitures avec des éléments Lego - plan libre - but: réaliser un véhicule qui roule, glisse.... sur un plan incliné puis le PLUS LOIN possible |
résistance de l'air, frottements |
le vol plané |
les enfants construisent des maquettes d'objets planant
(voir aussi plus bas des idées d'avions
en papier) avec une feuille A4 uniquement; le but
étant que la maquette plane le PLUS LONGTEMPS
possible, une fois lâchée d'une hauteur fixe:
par exemple 2 m |
résistance de l'air, gravité |
le vol passif |
les enfants récoltent des objets naturels dans la nature qui ont été transportés par le vent ou qui servent à transporter des organismes dans l'air (plumes, feuilles mortes, graines ailées....). Une étude comparative permet de les classer par exemple en fonction de deux paramètres: leur masse (peut être difficile à évaluer dans le cas de graines ou de fruits-graines très petits: on peut alors utiliser leurs dimensions....) et la distance qu'ils parcourent par exemple lâchés à un mètre de hauteur dans un flux d'air généré par un sèche-cheveux fixe. Des observations complémentaires à la loupe binoculaire peuvent permettre de compléter la notion de surface portante par exemple. |
résistance de l'air, gravité, portance |
éclairer une fumée dans l'obscurité |
Dans l'obscurité, avec une lampe on peut éclairer une fumée (de cigarette par exemple, c'est l'occasion de parler des particules toxiques de la fumée de cigarette...). On note bien que la lumière n'éclaire pas l'air (de façon visible) mais que le faisceau lumineux passe à travers l'air. |
composition de l'air (molécules de gaz invisibles et particules visibles diffractant la lumière) |
filtrer l'air - observer de la poussière |
avec une pompe à vélo montée en
pompe aspirante (piston inversé, voir Tavernier,
ancienne édition sur l'eau, l'air, p 173 et s.), un
embout souple monté sur un entonnoir recouvert de
papier filtre, on peut recueillir une suffisament grande
quantité de poussière pour que l'on puisse
l'observer dans une goutte d'eau sous le microscope (gratter
le papier filtre au-dessus de la lame, ajouter la goutte
d'eau): on distingue des fibres (celulose, laine, fibres
synthétiques....), des acariens (arthropodes à
4 paires de pattes), des grains de pollen et autres spores
difficilement identifiables. Mis en culture sur un bouillon
de gélose, on obtient de nombreuses
bactéries. |
l'air est peuplé (organismes vivants ou formes de résistance transportées) et pollué (résidus de l'activité humaine...) |
le transport d'un son par l'air |
Différentes configurations peuvent être
testées pour lesquelles on obtient des vitesses de
propagation (non mesurables facilement) et des
atténuations de l'intensité du son
différentes. Par exemple: |
le transport des sons par l'air est rapide et l'air atténue peu les sons; le son peut contourner un obstacle (surtout sons graves) |
le transport d'une odeur par l'air |
les élèves sont placés selon les
rayons de cercles concentriques de plus en plus
éloignés d'un flacon odorant (essence de rose,
de mandarine... ou autre parfum pour pâtisserie...)
que l'on débouche à un instant donné;
les temps d'arrivée sont notés par un enfant
testeur (qui lève la main dès qu'il sent
l'odeur - qui doit rester inconnue au départ, seules
étant validées les réponses des enfants
ayant reconnu l'odeur) et un enfant observateur qui note
avec un chronomètre le moment où son camarade
lève le bras. Dans un grande pièce bien
fermée sans mouvement de convection trop nets on peut
arriver à des vitesses de plusieurs mètres par
seconde. Avec des courants d'air on a bien sûr des
vitesses encore plus rapides. Le problème de ces
expériences est qu'il ne faut pas rater l'unique
essai possible (on peut faire des répétitions
sans déboucher le flacon). |
diffusion dans les gaz (solubilité) |
former des dunes éoliennes |
Verser 1 kg de sable (diamètre voisin de 0,01 mm)
en un tas allongé (dune droite) au centre d'une
surface lisse. Dirigez le flux d'air d'un
sèche-cheveux perpendiculairement au tas. |
transport de particules par le vent (La terre, 50 expériences pour découvrir notre planète, André Prost, p 8-11, Belin, 1999) |
observer et classer des grains de sable |
si l'on dispose d'une loupe binoculaire il est assez facile d'observer et de classer des grains de sable en fonction de leur origine. Les émoussés mats (usure par les chocs des grains entre eux) étant considérés comme caractéristiques d'un transport éolien (par le vent). A comparer avec des sables fluviatiles (transportés par les eaux de rivière:non émoussés luisants) et ceux transportés par la mer (émoussés luisants). |
dunes, sédimentation, transport par le vent |
former des vagues et de la houle |
avec un sèche-cheveux dont le souffle est
orienté le plus parallèlement possible
à la surface d'un grand récipient d'eau, on
voit se former des vaguelettes. |
dynamique des fluides: ondes (La terre, 50 expériences pour découvrir notre planète, André Prost, p 14-15, Belin, 1999) |
bulles d'air et bulles de gaz carbonique |
bulles et composition de l'air |
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éruption volcanique de type explosif |
l'observation de l'ouverture brutale d'une bouteille de
boisson gazeuse fortement secouée auparavant permet
de voir les principales étapes d'une éruption
volcanique avec une composante explosive: |
solubilité du dioxyde de carbone dans l'eau, explosion et dégazage, volcanisme explosif (La terre, 50 expériences pour découvrir notre planète, André Prost, p 104-105, Belin, 1999) |
on peut aussi utiliser un modèle plus classique en
primaire mais qui est basé sur le même
principe: pour fabriquer des bulles de dioxyde de carbone on
utilise le vinaigre en le faisant agir sur du bicarbonate de
sodium. Pour obtenir une augmentation de pression on utilise
des petits tubes de pellicules photos fermés. Pour
simuler les produits volcaniques on utilise de la confiture
(lave) ou de la farine (cendres). |
volcanisme explosif les petits débrouillards |
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crème chantilly |
la fabrication de la crème chantilly par les enfants, même en cycle 1, peut être l'occasion d'un apprentissage sur l'air et sur la formation des bulles. Fabriquer de la crème chantilly c'est emprisonner le maximum de bulles d'air dans la crème. Pour cela on utilise une crème liquide (fleurette ou crème épaisse à laquelle on ajoute un peu de lait) et un fouet à main. A la température ambiante les bulles sont instables et crèvent. Il est donc nécessaire de placer le saladier dans lequel on aura mis la crème, pendant environ 15 min au congélateur, pour rafraîchir la crème. Elle monte ensuite très facilement. A la fin on ajoute du sucre. |
bulles et cuisine (Hervé This, La casserole des enfants, Belin, 1998, p30) |
déformer un bidon métallique sans effort |
une expérience classique consiste à retirer
l'air d'un bidon métallique ce qui provoque son
effondrement sur lui-même du fait de l'importance de
la valeur de la pression atmosphérique. Voici deux
protocoles dont l'un est plus parlant pour les SVT: |
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mettre en évidence le dioxyde de carbone |
* l'eau de chaux est le moyen le plus connu mais on peut
aussi utiliser l'eau de baryte : |
mise en évidence du dioxyde de carbone l'eau, l'air, le temps qu'il fait, guide du maître Tavernier, p 211-213 Travaux pratiques de biologie, Didier Pol, Bordas, 1994, p 221-223 Voir page sur les carbonates |
l'air contient de nombreux organismes vivants de toute petite taille (microscopiques) en suspension ("poussières") : spores de champignons, spores bactériennes. Pour les observer il suffit de laisser un milieu riche en matière organique à l'air libre (on peut le faire bouillir longuement pour détruire toute trace de vie avant l'expérience - on peut effectuer un contrôle visuel qui n'est pas une preuve mais l'absence d'organisme vivant mobile observable au microscope est un fait) : au bout de quelques jours le liquide se trouble et dégage une mauvaise odeur ; observé au microscope on peut y voir d'innombrables bactéries et certains unicellulaires. C'est bien l'air qui les transporte. Cette expérience peut aussi se faire en utilisant des compte-rendu historiques d'expériences de Spallanzani et de Rédi ou de Réaumur sur la génération spontanée. |
cellule : unité du vivant, forme de résistance, dispersion, milieu de culture, génération spontanée |
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niveau 1 // niveau 2 // expériences