Modéliser pour transmettre : L’Astronomie de la Terre aux Étoiles en Ile-de-France

Essentiels / Essentielles
Figure 3 : Les participants déterminent des critères d'identification de météorites avant de les chercher dans une « boite à gravier »

Introduction

Le programme « Sciences pour Tous » de la Région Île-de-France permet la mise en place d’événements visant à promouvoir les sciences auprès des scolaires et du grand public. En 2020 et 2021, les associations F-HOU (France – Hands On Universe), SpaceBus France, la SAF (Société Astronomique de France) et le projet de sciences participatives Vigie-Ciel ont conçu puis mis en place le projet ASTRE (Astronomie de la Terre aux Etoiles1) financé par ce programme. Romane Koenig, stagiaire du Master Événementiel, Médiation des Arts et des Sciences (EMAS) de l’université UVSQ, a rejoint le projet ASTRE dès ses débuts. Ce projet a ainsi bénéficié de compétences complémentaires en didactique des sciences, astronomie et médiation scientifique pour construire un parcours didactique. Composé de trois ateliers, conçus pour des élèves de CM1 à la 6ème, il permet de découvrir le Système Solaire (sur un Planétaire humain), les Météorites et les Exoplanètes. Le parcours amène tous les participants à observer, modéliser, expérimenter, et donc à faire siennes les connaissances scientifiques.

2. Un parcours cohérent autour d’une démarche de modélisation

Les trois ateliers ASTRE reposent sur une démarche de construction de savoirs, basée sur le principe de la modélisation, qui permet la mise en place d’une méthodologie scientifique transposée à un contexte d’apprentissage2. Un livret pédagogique (disponible sur demande) a été conçu afin de créer du lien entre les ateliers et de permettre aux participants de repartir avec une trace écrite, un support visuel qui les amènera plus facilement à réexpliquer ce qu’ils ont appris.

L’activité de modélisation est basée sur la connexion entre les registres empirique et théorique. Le premier est constitué d’objets, de phénomènes et d’actions sur des objets et des phénomènes (réalisation d’expériences et de mesures instrumentées). Le second est constitué de concepts et de relations entre concepts (lois) qui forment les éléments de modèles (ou de théories). Ces deux registres sont associés traditionnellement aux disciplines scolaires de physique-chimie (empirique) et de mathématiques (théorique). Les activités menées au sein des ateliers ont pour but d’inventer un modèle (représenter le monde observé), d’appliquer un modèle (prédire et classer), de compléter un modèle (heuristique).

3. Les ateliers du projet ASTRE

Les trois ateliers mettent l’accent sur des aspects différents de l’astronomie « de la Terre aux Étoiles », tout en gardant une cohérence de démarche et des liens entre les notions. La réussite à l’ensemble des ateliers a été récompensée par l’obtention d’un diplôme et d’une petite météorite (très appréciée).

3.1. Le planétaire

L’atelier « Planétaire Humain » permet aux participants de reproduire avec leur propre corps le mouvement des corps du Système Solaire et de comprendre ainsi l’origine des météorites et des étoiles filantes. Le Planétaire est une grande bâche, sous forme d’une carte « spatio-temporelle », sur laquelle les participants se déplacent sur l’orbite d’une planète ou d’une comète. Le médiateur donne un rythme en tapant dans ses mains. À chaque clap des mains, les élèves avancent d’un pas sur leur orbite.

Cet atelier permet d’enrichir le modèle initial des participants sur le Système Solaire à travers des expériences vécues, faisant émerger la notion de vitesse, les objets « comète » et « étoiles filantes ». Il permet également de transposer ce modèle vers celui des exoplanètes.

3.2. Les météorites

L’atelier « Météorites » a pour objectif de savoir reconnaître une météorite perdue au milieu de cailloux. Il est basé sur l’utilisation des mallettes du projet Vigie-Ciel (Figure 3).

Cet atelier est centré sur le sens de l’observation et une réflexion sur ce qui permet une identification unique. On part ainsi de l’empirique (deux films sur des chutes de pierres) pour construire par une discussion collective un modèle initial cohérent (une petite pierre qui a traversé l’atmosphère). Le modèle est amélioré par observation de plusieurs séries de pierres. Enfin, ce dernier est utilisé pour prédire/retrouver la météorite au milieu du gravier.

3.3 Les exoplanètes

L’atelier « Exoplanètes » a pour but de faire émerger le modèle d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile lointaine et la méthode de détection du passage de la planète devant l’étoile.

Cet atelier, probablement le plus complexe, fait particulièrement travailler le passage entre un monde empirique connu (Vénus, un avion, le Soleil, lumière et éclipse), un monde empirique moins connu (étoile et exoplanète, luxmètre et transit) et le monde théorique (graphe de lumière, vitesse et taille de planète). Ce passage se fait à travers une unique maquette qui représente des objets différents.

Bilan et perspectives

En amont de l’événement, les enseignants ont exprimé leur adhésion pour le projet en raison de l’intérêt des élèves, du lien avec le programme, des difficultés pour enseigner ce sujet et de la pertinence de l’approche en atelier. 

Les élèves ont également répondu à des questions de satisfaction et de connaissances la semaine suivant l’événement.

Au vu des réponses collectées, le contenu et les objectifs des ateliers semblent donc bien adaptés à ces classes pour leur permettre de participer (interactivité) et d’apprendre. L’importance du sentiment d’apprentissage est clairement démontrée.

Si l’objectif du projet ASTRE, a été atteint, plusieurs aspects demandent cependant à être améliorés pour une prochaine édition :

1 – La communication : essentiellement limitée aux annonces locales par les mairies et à une information sur place, elle pourrait être étendue aux écoles et collèges des villes proches et aux réseaux sociaux de nos partenaires à l’aide de vidéos et d’images des ateliers. 

2 – Le lien avec les enseignants : la proposition d’activités en amont des ateliers aux écoles de trois villes n’a pas été suivie de mise en place pour des raisons de temps, mais aussi probablement par manque d’explications sur leurs objectifs. Il faudrait renforcer le partenariat avec les enseignants, sur ce sujet mais également au niveau de l’évaluation des connaissances (en particulier la question concernant les exoplanètes qui n’était probablement pas assez claire). 

3- Le matériel utilisé : la maquette des exoplanètes n’était pas assez stable, ni assez robuste. Les deux aspects de la difficulté d’apprentissage et de la maquette expliquent probablement le moindre succès de l’atelier exoplanète. 

Nous avons donc l’intention de poursuivre le projet ASTRE dans une démarche de recherche-action, itérative et favorisant la collaboration recherche-médiation-institution.

Crédits

Le projet ASTRE a été financé par le programme « la science pour tous » de la région Ile-de-France, le laboratoire IMPMC, les mairies de Cernay et de Pontcarré, l’association du Donjon de Houdan, et la cité éducative de Chanteloup-les-Vignes, partenariat entre la ville de Chanteloup-les-Vignes, l’Éducation nationale et l’État.

Emmanuel Rollindea,b, Romane Koenigb,c, Raphaël Peraltad,e, Brigitte Zandaf,g, Joël Petith,b, Roger Ferleti,b, Gianni Giardinoj

a CY Cergy Paris Université, LDAR, F-95000 Cergy, France – Universités de Paris, Artois, Paris-Est Créteil, Rouen

b Association F-HOU

c Master 2 EMAS ‘Événementiel, Médiation des Arts et des Sciences’

d CEA, DAP, France

e Association SpaceBus France

f Laboratoire de Minéralogie et Cosmochimie du Muséum, MNHN and CNRS UMR 7202

g Vigie Ciel

h Académie Orléans-Tours

i Institut d’astrophysique de Paris, CNRS (UMR 7095), Sorbonne Université

j Centre d’histoire culturelle des sociétés contemporaines, Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines