I) Introduction

        Cette page, plus particulièrement consacrée aux enseignants des écoles élémentaires, fait la synthèse d'un projet d'astronomie en classe de CM2 à l'école Pablo Picasso de Pontault-Combault dans la Seine et Marne. Ce projet, qui doit se dérouler tout au long de l'année scolaire 1999/2000, est issu d'une collaboration entre un enseignant de cette école, A. Neri, et un enseignant de la formation AIM de l'Observatoire de Paris ,  F. Taris.
L'idée qui est à la base du projet est la construction d'un petit télescope d'initiation pour les élèves de la classe de Mr Neri. Les détails précis de la construction de cet instrument seront donnés un peu plus loin, dans la deuxième partie de ce texte, afin que d'autres enseignants puissent s'inspirer des méthodes, des matériaux... que nous avons employés.
Il nous est rapidement apparu que la construction de ce télescope ne pouvait se faire sans donner un minimum d'explications aux élèves. Par ailleurs Mr Neri ayant déjà commencé à enseigner un certain nombre de notions astronomiques aux enfants (cadrans solaires...) le terrain était propice à un apport supplémentaire de connaissances dans ce domaine. Nous avons donc décidé d'un commun accord que je ferrai un certain nombre de visites à l'école P. Picasso afin de parler d'astronomie aux enfants. Les thèmes de chacune des visites ainsi que nos impressions concernant la réceptivité des enfants, leurs questions ou interrogations seront détaillés dans une troisième partie. Nous montrerons également dans cette partie du texte que l'astronomie est une science qui se prête particulièrement bien à la transversalité des compétences (mathématiques, histoire, technologie, informatique, Français, Anglais).
Mr Nery ayant prévu de partir avec sa classe dans les Alpes de Haute Provence (classe d'environnement) nous en avons profité pour mettre au point une expérience de mesure du rayon de la Terre par la méthode d'Eratosthène. Le principe de cette méthode sera exposé dans le paragraphe trois puisqu'il fait partie des thèmes abordés lors de mes visites à l'école alors que l'ensemble des activités à caractère astronomique effectuées lors de ce séjour fera l'objet de la quatrième partie de ce texte.
Les premières observations avec le télescope seront effectuées lors de cette classe d'environnement: il nous a donc semblé intéressant d'aller un peu plus loin avant le commencement du séjour. Nous allons proposer aux enfants un projet d'observation des taches solaires afin qu'ils puissent mettre en évidence la rotation différentielle de la photosphère de notre étoile. Des observations des satellites de Jupiter sont également prévues qui permettront l'identification des satellites visibles ainsi que la détermination de leur période de révolution. Par ailleurs certains parents menuisiers, mécaniciens... ou bricoleurs amateurs ont mis "La main à la pâte" pour aider à la construction du télescope. Nous allons donc organiser une soirée d'observation, en présence de tous les parents, ou les enfants pourront montrer ce qu'ils ont fait et ce qu'ils ont appris. Le compte-rendu de toutes les observations effectuées avec le télescope se trouve au paragraphe 5.
Afin de faire découvrir un peu plus le monde de l'astronomie aux enfants nous avons également programmé une visite de l'Observatoire de Paris sur ses sites de Paris et Meudon. Si la météorologie le permet une séance d'observation avec les télescopes de 60cm  ou de 1m de la section de Meudon devrait permettre aux enfants de comparer les observations qu'ils auront effectuées avec leur instrument à celles que l'on peut obtenir à l'aide d'un télescope professionnel. Le paragraphe 6 présentera un compte rendu de cette journée qui a été prévue au premier trimestre 2000.
Un avant dernier paragraphe résumera l'ensemble des projets de recherche que les enfants ont souhaités élaborer. Le programme de ces projets a bien sûr fait l'objet de discussions avec Mr Neri et moi même afin qu'ils soient réalisables dans leur globalité. L'idée de base étant de laisser libre cours à l'imagination des enfants pour les amener à ce qu'ils se posent des questions et à ce qu'ils les résolvent en faisant des observations avec leur télescope. Une vérification ultime des résultats obtenus pouvant être entreprise à l'aide des puissants instruments de l'Observatoire de Paris-Meudon.
Enfin la dernière partie de ce texte fera référence à une page Web crée par les enfants pour d'autres enfants afin qu'ils puissent faire partager les découvertes qu'ils auront faites.
De notre coté nous avons prévu de diffuser le plus possible les résultats que nous allons obtenir avec les enfants afin que d'autres enseignants qui souhaiteraient s'investir dans l'enseignement de l'astronomie dans les écoles élémentaires puissent bénéficier de notre expérience. Nous allons en particulier réaliser, par l'intermédiaire de l'Observatoire de Paris, un CDrom qui décrira la totalité de notre projet. Afin que les enseignants qui ne sont pas encore connectés à l'Internet puissent aussi bénéficier de notre expérience deux articles, l'un dans les Cahiers Clairault, l'autre dans le journal des instituteurs, résumeront nos démarches. Les références de ces articles ainsi que d'autres références bibliographiques et des liens multimédia seront donnés dans la dernière partie de ce texte pour guider les enseignants qui souhaiteraient se lancer dans l'aventure... Nous pouvons également vous apporter de l'aide si vous le souhaitez.
Les idées et les commentaires de toutes celles et ceux qui liront cette page seront les bienvenus!! Nous en ferons une compilation afin que chacun puisse en profiter.
 

Nous aimerions également réunir des enseignants du primaire et des enseignants-chercheurs de l'Observatoire de Paris afin de créer une équipe pédagogique spécialisée dans la didactique de l'astronomie. Les membres de ce groupe seraient donc à même d'apporter une aide aux enseignants désirant enseigner l'astronomie à l'école primaire dans la cadre d'un projet comme celui qui est décrit ici. L'aide en question pourrait être une aide à distance par le biais d'Internet ou préférentiellement une aide personnalisée sur le terrain (établissements scolaires et/ou Observatoire). Si une telle expérience vous tente envoyer nous un petit message en nous décrivant votre démarche pédagogique en astronomie dans votre établissement.

    II) La construction d'un télescope Newton 115/900
 

 Pendant les jours qui ont précédés la première séance les enfants ont découpé et collé sur le barillet les trois blocs d'appuis latéraux du miroir. Ils ont collé les quatre grands panneaux du tube, les tasseaux de maintien et ont peint l'intérieur de ce tube en noir mat. Le miroir est un miroir de 115mm de diamètre et de 900mm de distance focale. Le miroir secondaire de 20mm de petit axe et son support (araignée) ont été acheté ensemble. Le tube optique du télescope est pratiquement achevé le 25 novembre 1999. Les trous pour le porte-oculaire, l'axe de déclinaison et la fixation du barillet au tube ont été effectués par les services techniques de la ville de Pontault-Combault. Le 18 décembre 1999 le télescope est pratiquement achevé. La monture à fourche ainsi que le pied de l'instrument ont été construits et peints en blanc. Les plans du télescope, la liste du matériel, la suite des opérations nécessaires à sa construction (fournitures, outils, adresses des fournisseurs, prix,...) ainsi qu'un certains nombre de photos prises pendant les séquences sont également disponibles.
 

    III) Thèmes abordés lors des visites dans la classe

- Le télescope de Newton, principe optique, la monture, l'entraînement horaire, le montage des divers éléments
- Le soleil, les danger de l'observation avec un instrument d'optique quelconque, les taches, la rotation différentielle, le nombre de Wolf
- Jupiter et ses satellites
- La mesure du rayon de la Terre par la méthode d'Eratosthène (Histoire/Astronomie). Le travail effectué par Mr Neri avec ses élèves concernant la méthode d'Eratosthène (et l'astronomie en général) est accessible ici. Des transparents servant de base à un cours que des PE2 de l'IUFM de Paris ont pu suivre à l'Observatoire en décembre 1999 sont également à la disposition du lecteur.
- Les puissances de dix, maquette du système solaire
- Diaporamas et vidéos sur le système solaire, l'univers et les instruments d'observation

Première séance (25/11/99):

* Présentation générale de l'ensemble du projet d'astronomie.
* Echelle des distances dans le système solaire et l'univers.
Présentation d'une cassette vidéo de 10 minutes "Les puissances de dix" d'après le livre du même nom, P. Morrisson, P. Morrisson et l'agence Charles & Ray Eames, Pour la science, Diffusion Belin. Les puissances de dix avaient déjà été abordées en mathématique par Mr Neri en début d'année (exposants positifs).
* Le télescope de Newton.
Principe optique, définition de la distance focale, différence entre un télescope et une lunette, première approche essentiellement descriptive des différents types de montures équatoriales à l'aide d'une projection de diapositives sur les télescopes professionnels.
Avant la première séance le principe de la méthode d'Eratosthène a été abordé par Mr Neri.
Avant la deuxième séance Mr Neri doit aborder de nouveau le principe de la méthode d'Eratosthène.

Deuxième séance (02/12/99):

* Le télescope de Newton.
Les planches nécessaires à la construction de la fourche ont été achetées
Présentation de documents montrant un télescope entièrement terminé et semblable à celui que les enfants construisent
* Présentation de la méthode d'Eratosthène (première étape: cas de deux sites d'observation situés sur le même méridien).
Entre les deux séances les enfants ont commencé à faire des mesures de la longueur de l'ombre d'un gnomon.
Questions concernant Eratosthène, qui était-il, quand a-t-il vécu
Définitions relatives au système de coordonnées terrestre: Méridien, latitude, longitude, centre de la Terre, équateur. Un globe terrestre, une boule de polystyrène coupée en deux et des clous pour matérialiser les deux villes ont été utilisés pour que les enfants puissent bien visualiser les notions précédentes.
Questions concernant la position de Méolans-Rével (est-ce au nord, au sud, à l'ouest ou à l'est de la France). Pourquoi appelle-t-on la France l'hexagone. Qu'est-ce qu'un hexagone. Situer les quatre points cardinaux sur l'hexagone.
Calcul de la différence de latitudes connaissant les latitudes individuelles des deux sites. Utilisation des branches d'un compas.
Approche de la proportionnalité (que les enfants ne connaissent pas encore). Connaissant la distance entre Pontault et Méolans (le calcul sera expliqué plus tard aux enfants, il sera effectué à l'aide d'une carte) ainsi que la différence de latitudes, comment trouver le périmètre de la Terre.
Questions de mathématiques. Qu'est-ce que le périmètre d'un cercle. Exemple d'une ficelle enroulée autour d'un cylindre. Formule permettant de calculer le périmètre et exemples d'utilisation. Valeur du nombre pi. Les enfants se demandent comment la formule a été trouvée. Ils calculent le périmètre de la Terre connaissant son diamètre (calculatrice et/ou calcul mental).
Utilisation de l'exemple d'un éventail pour montrer que plus on l'ouvre plus l'angle au centre augmente avec la longueur du bord. On montre par exemple que quand on double, triple ou décuple l'angle, on double, triple ou décuple également la longueur (on choisit un certain nombre d'angles au hasard entre 1° et 360°). Sachant que 1° équivaut à 111km à la surface de la Terre on retrouve par cette méthode le périmètre de la Terre que les enfants ont calculé à l'aide de la formule qui leur a été donnée précédemment (on multiplie par deux, deux, neuf et dix l'angle et la distance de départ).

Malgré le très grand nombre d'informations données aux enfants leur attention a été soutenue pendant près d'une heure. Mr Neri doit revenir sur les différents points abordés lors de ses cours afin de consolider les notions abordées. Des enfants viennent spontanément à la fin de l'intervention afin de poser des questions concernant des diapositives du système solaire qui n'ont pas été projetées faute de temps.

Troisième séance (matinée du 18/12/99)

* Le télescope de Newton.
Le début de cette séance a été consacré à la construction, avec A. Neri, du frein/mouvement lent en déclinaison. Les enfants n'ont pas participé à proprement parler à la construction de cette pièce dans la mesure ou l'utilisation d'une scie sauteuse était obligatoire... Les enfants ont donc dû regarder notre travail de loin pour garantir leur sécurité.
* La méthode d'Eratosthène
Après la pause café/pains au chocolat bien méritée pour tout le monde (les enfants étaient en vacances de Noël le midi) nous avons repris le travail sur la méthode d'Eratosthène. J'ai pu constater, à la suite du réinvestissement des connaissances effectué par Mr Neri, les progrès réalisés par les enfants concernant la proportionnalité, les angles ou les notions de géographie nécessaires à la réalisation de la méthode (latitude, longitude, méridien, parallèle). Dans le cas de Pontault-Combault et de Méolans-Rével la situation est plus complexe que dans le cas de la méthode d'Eratosthène classique (Syène/Alexandrie) car ces deux villes ne sont pas sur le même méridien. Il a donc fallu faire comprendre aux enfants que les mesures de hauteur du soleil au dessus de l'horizon devaient être faites avec un décalage temporel correspondant à la différence des longitudes de Pontault et Méolans... A ma grande surprise ce point que je pensais difficile a finalement été très bien et très vite compris par les enfants, preuve que le réinvestissement des connaissances est toujours payant! Il faut expliquer que la Terre doit tourner afin que le soleil soit au méridien des deux lieux, donc à des instants différents (il faut donc se ramener cas du transparent n°1 en laissant tourner la Terre!).
* Système solaire.
Une projection de diapositives représentant quelques planètes du système solaire (Mercure, Vénus et la Terre) a permis aux enfants de bien finir cette matinée (dernière heure avant les vacances de Noël). Un logiciel réalisé par l'IMCCE (F. Colas, J. E. Arlot, et W. Thuillot) permettra a Mr Neri de préparer des observations des satellites des planètes lors de la classe d'environnement à Méolans-Rével. Ce logiciel permet de représenter, à une date quelconque, la position des satellites des planètes Mars, Jupiter, Saturne et Uranus. Un compte-rendu des observations effectuées par les enfants se trouve au paragraphe suivant.

Quatrième séance (matinée du 31/01/00)

* Compte-rendu par les enfants de leur séjour dans les alpes

Ce compte-rendu est accessible sur la page web des enfants.

Sixième séance (Après-midi du 18/12/99)

* Préparation de la visite des parents.

Les enfants me montrent les maquettes qu'ils ont réalisés pour expliquer à leurs parents et aux élèves des autres classes de l'école (y compris les petits des cycles I et II) le travail qu'ils ont fait pendant cette année en astronomie. C'est l'occasion de voir les notions qui ont été assimilées... Les maquettes représentent les phases de la lune, les saisons, les différences d'éclairement de la surface terrestre par le soleil en fonction de la période de l'année, les anneaux de Saturne...et bien sur les télescope. Des affiches ont également été réalisées. Elles montrent un grand nombre de thèmes astronomiques: les galaxies, l'univers, les planètes, le soleil...

    IV) Classe d'environnement à Méolans-Rével (Alpes de Haute Provence)

- Découverte du ciel à l'oeil nu, aux jumelles et au télescope
- La mesure du rayon de la Terre par la méthode d'Eratosthène
- Mouvement des satellites de Jupiter
- Les taches solaires, leur mouvement et leur dimension comparée à celle de la Terre
- Compte-rendu d'observation des enfants

    V) Observations avec les parents à l'école P. Picasso de Pontault-Combault

Soirée "astronomie" du 31/03/00

La soirée organisée par A. Neri comportait trois parties. Les enfants avaient réalisé un certain nombre de maquettes et de posters concernant l'astronomie en général. Ils étaient placés à divers endroits de l'école et attendaient les parents afin de leur expliquer ce qu'ils avaient fait. Les maquettes représentaient les phases de la lune, les saisons, les différences d'éclairement de la surface terrestre par le soleil en fonction de la période de l'année, les anneaux de Saturne...et bien sur les télescope. Les affiches présentaient des galaxies, des planètes, le soleil, la conquète spatiale... Les parents ont souvent été impressionés des connaissances de leur enfant. Après une petite collation bien méritée les enfants ont présenté des diapositives réalisées pendant leur séjour dans les Alpes de Haute Provence. La soirée s'est achevée par un spectacle car le ciel n'était pas au rendez-vous: De gros nuages nous ont empêché de faire des observations. Les instruments apportés par des astronomes amateurs de la région ont cependant permis aux parents de prendre contact avec le matériel d'observation, en plus de l'instrument réalisé par les enfants.

    VI) Visite de l'Observatoire de Paris et observations avec des télescopes professionnels

Cinquième séance (journée du 18/12/99)

* Matinée à Meudon
    Diaporama et présentation de la journée. Tous les enfants sont venus. Ils sont accompagnés par A. Neri cinq parents d'élèves.
    La grande lunette: Elle n'a pu être visitée à cause des dégats causés par la tempête du mois de décembre...
    Les télescopes de 60cm et 1m. Fonctionnement, observations effectuées avec ces instruments...
    Le sidérostat. Le relatif beau temps nous a permis de voir la surface solaire, les taches nombreuses en cette veille de maximum d'activité solaire (2002). La visite a été commentée par un spécialiste de cet instrument.

"Pique-nique" dans une des salle de l'Observatoire

* Après-midi à Paris
    Le bâtiment Perrault
    La coupole Arago et la grande lunette
    Le Laboratoire primaire du temps et des fréquences, l'horloge parlante
    La lunette méridienne

* Les observations à Paris.
Nous avons attendu que les gros nuages qui cachaient les planètes se dissipent mais en vain... Après une bonne heure d'attente nous avons décidé de refermer la coupole vers 21h.

    VII) Les thèmes de recherche développés par les enfants

Ils sont accessibles sur la page web des enfants.

    VIII) La page Internet des enfants

La page internet réalisée par les enfants est accessible ici.

    IX) Pour ceux qui voudraient aussi se lancer dans l'aventure... et enseigner l'astronomie à l'école primaire

Quelques références bibliographiques

Titre/auteur/éditeur

Astronomie, introduction/Acker/Masson
Astronomie, méthodes et calculs/ Acker, Jaschek/Masson
Mille et une lunes/Alter, Hagene/Presses pocket, Col Explora
Histoire du temps/Attali/Fayard
Les horizons chimériques/Bonnet/Dunod
Les découvreurs/Boorstin/Col Bouquins
La Terre et l'univers/Bottinelli, Gouguenheim/Hachette éduc, Synaps
Observer le ciel à l'oeil nu/Bourge, Lacroix/Bordas Multiguide nature
Les comètes/Brahic/PUF Que sais-je
Conversations dans l'univers/Brahic, Debray-Ritzen/Albin Michel
Voyage dans le système soalire/Brunier/Bordas
Histoire de l'astronomie/Celnikier/Tec et Doc Col Histoire des sciences
Le calendrier/Couderc/PUF Que sais-je
Le système solaire/Encrenaz/Flammarion Dominos
La Terre/Farndon/
La nuit des temps/Ferris/Hachette
Les comètes, mythes et réalités/Festou, Véron, Ribes/Flammarion
Méthodes de l'astrophysique/Gouguenheim/CNRS Hachette
A la poursuite du Big Bang/Gribbin/Flammarion
A l'école de l'univers/Hacquard, Genevaux/CRDP Lorraine-CRDP Moselle
Initiation à la cosmologie/Lachieze-Rey/Masson Col De Caelo
L'astronomie en question et par la pratique/Lacourt, Vento, Vidal/CRDP Marseille
De la Terre aux étoiles/Lacroix, Chaix/Bordas Multiguide nature
Vagabonds de l'espace/Lang, Whitney/Springer-Verlag
Le soleil/Lantos/PUF Que sais-je
La lune/Link/PUF Que sais-je
Les trous noirs/Luminet/Seuil Points sciences
Couleurs des étoiles/Malin, Murdin/Masson
L'astronomie/Marcelin/Hachette
Galilée le messager des étoiles/Maury/Découvertes Gallimard
Newton et la mécanique céleste/Maury/Découvertes Gallimard
Comment la Terre devint ronde/Maury/Découvertes Gallimard
Les puissances de dix/Morrisson/Belin Pour la science
L'univers et la lumière/Nottale/Flammario
Le soleil est une étoile/Pecker/Presses pocket
L'astronomie qu'est-ce que c'est?/Pecker/Ophrys
Petit guide du ciel/Pellequer/Seuil
Construire un cadran solaire/Picon/Fleurus idées
L'apparition du vivant/Raulin/Presses Pocket
Poussière d'étoiles/Reeves/Seuil
Patience dans l'azur/Reeves/Seuil
Soleil/Reeves, Very, Dauphin/La Nacelle
Etoiles et planètes/Roth/Bordas
Cosmic connection ou l'appel des étoiles/Sagan/Seuil
L'origine de la Vie/Shapiro/Flammarion
Practical astronomy with your calculator/Smith-Duffett/Cambridge university press
Ciel mon option/Valade/CRDP Lyon
Une histoire de l'astronomie/Verdet/Seuil
Astronomie et astrophysique/Verdet/Larousse
Les trois premières minutes de l'univers/Weinberg/Seuil
Grand atlas de l'astronomie//Encyclopedia universalis
L'univers du visible//Time life
Les planètes proches//Time life
La Terre et le ciel//Gallimard
Le ciel, les étoiles, la nuit//Gallimard
Le ciel par dessus nos têtes//Gallimard
La lumière//Gallimard
Notre planète dans l'univers//Gallimard
Le ciel, le soleil, le jour//Gallimard
Le ciel, l'air, le vent//Gallimard

Des liens multimédia concernant l'enseignement...

http://www.inrp.fr/lamap/activites/ciel_terre/temoignages/equinoxe.htm
http://anstj.mime.univ-paris8.fr/
http://www.uvsq.fr/
http://www.univ-orleans.fr/index.html
http://www2.ac-nice.fr/clea/
http://ourworld.compuserve.com/homepages/NOE_education/D112.htm
http://www.ac-orleans-tours.fr/
http://www.mygale.org/08/tonyo/
http://services.worldnet.net/~larroche/capes/sommaire.htm
http://www.cned.fr/Index4.htm
http://www.u-psud.fr/ja.nsf/Accueil?OpenForm
http://www.cnam.fr/instituts/evariste/
http://www.obspm.fr/aim/m.html
http://www.palais-decouverte.fr/html/index.htm
http://www.jeulin.fr:7557/
http://www.inrp.fr/lamap/
http://www.cidj.asso.fr/
http://www.algonet.se/~sirius/eaae/francais.htm
http://www.educnet.education.fr/phy/
http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/enseignement/capes/montphys98.html
http://www.phys.ens.fr/enseign/agregation/index.html
http://www.paris.iufm.fr/
http://perso.wanadoo.fr/site_pbert/
http://206.231.120.15/demarque/Debrouillards/index2.asp
http://www.mcq.org/societe/phases_lunaires/phaseslunaireshig.html
http://cartables.net/index.php3
http://www.creteil.iufm.fr/
http://www.orleans-tours.iufm.fr/
http://www.education.gouv.fr/
http://www.educasource.education.fr/
http://www.cndp.fr/
http://www.ac-rouen.fr/ecoles/rugles/bookmark.htm

... et l'astronomie

http://perso.wanadoo.fr/christophe.ramos/index.html
http://www.astrosurf.com/
http://www.maison-astronomie.com/
http://www.obspm.fr/messier/Messier_f.html
http://astrosurf.org/terre/audine/
http://www.iap.fr/saf/
http://www.obs-nancay.fr/
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http://lupus.gsfc.nasa.gov/
http://www.nfra.nl/jive/evn/evn.html
http://cdsweb.u-strasbg.fr/astroweb.html
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http://lareg.ensg.ign.fr/AGRET/
http://opdaf1.obspm.fr/danof/danof.html
http://www.insu.cnrs-dir.fr/
http://www.insu.cnrs-dir.fr/
http://hpiers.obspm.fr/
http://opdaf1/
http://www.obspm.fr/

La formation AIM pour les enseignants des établissements primaires et secondaires (formation initiale, continue, visites bénévoles dans les classes)