Sciences et technologie · CM1 · Le vivant, sa diversité et ses fonctions · 1er Trimestre

Le système respiratoire

Les élèves identifient les organes du système respiratoire et comprennent le mécanisme de la respiration et les échanges gazeux.

• Programmes Officiels
• MEN: Cycle 3 - Relier l'approvisionnement des organes aux fonctions de nutrition

À propos de ce thème

Le système respiratoire est étudié en CM1 dans le cadre des fonctions de nutrition, en lien direct avec la circulation sanguine et la digestion. Les élèves identifient le trajet de l'air (nez, trachée, bronches, poumons) et comprennent que la respiration permet l'approvisionnement du sang en oxygène et le rejet du dioxyde de carbone. Ce thème s'inscrit dans les attendus du cycle 3 de l'Éducation nationale sur les fonctions de nutrition.

Les échanges gazeux au niveau des alvéoles pulmonaires représentent un concept abstrait pour des élèves de 9-10 ans. L'analogie avec une éponge (les poumons se gonflent et se dégonflent) et les expériences avec l'eau de chaux (qui se trouble en présence de CO2) rendent ce phénomène observable. Relier la respiration à l'effort physique (fréquence respiratoire au repos vs après une course) donne un ancrage corporel immédiat.

Les activités collaboratives et les mises en situation permettent aux élèves de passer de la description anatomique à la compréhension fonctionnelle. Mesurer sa propre fréquence respiratoire, observer l'effet de l'exercice, tester l'air expiré : ces manipulations transforment un schéma statique en expérience vécue.

Questions clés

1. Décrivez le chemin de l'air dans le corps humain.
2. Expliquez le rôle des poumons dans les échanges gazeux.
3. Analysez l'impact de la pollution de l'air sur le système respiratoire.

Objectifs d'apprentissage

• Identifier les principaux organes du système respiratoire (nez, trachée, bronches, poumons) et décrire leur fonction.
• Expliquer le trajet de l'air dans le corps humain, de l'inspiration à l'expiration.
• Démontrer le mécanisme des échanges gazeux au niveau des alvéoles pulmonaires en utilisant une analogie simple.
• Analyser l'impact de l'effort physique sur la fréquence respiratoire.

Avant de commencer

Le corps humain : notions de base

Pourquoi : Les élèves doivent avoir une compréhension générale de la localisation et de la fonction des organes principaux du corps humain.

Les fonctions de nutrition : introduction

Pourquoi : Une introduction aux fonctions de nutrition, incluant l'apport de nourriture et d'eau, prépare les élèves à comprendre l'importance de l'apport en oxygène.

Vocabulaire clé

Poumons	Organes spongieux situés dans la cage thoracique, responsables de la capture de l'oxygène et du rejet du dioxyde de carbone.
Trachée	Tube reliant le larynx aux bronches, servant de conduit principal pour l'air inspiré et expiré.
Bronches	Ramifications de la trachée qui mènent l'air jusqu'aux alvéoles pulmonaires dans chaque poumon.
Alvéoles pulmonaires	Minuscules sacs d'air dans les poumons où se produisent les échanges d'oxygène et de dioxyde de carbone avec le sang.
Dioxyde de carbone (CO2)	Gaz rejeté par le corps lors de la respiration, produit par l'activité des cellules.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

On respire uniquement par le nez.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La respiration peut se faire par le nez et par la bouche. Le nez filtre, réchauffe et humidifie l'air, ce qui en fait la voie privilégiée, mais la bouche prend le relais lors d'un effort intense. L'expérience de mesure de fréquence respiratoire pendant l'effort permet de constater ce basculement naturel.

Idée reçue courante

L'air expiré ne contient plus d'oxygène.

Ce qu'il faut enseigner à la place

L'air expiré contient encore environ 16 % d'oxygène (contre 21 % dans l'air inspiré). Seule une partie est absorbée par les alvéoles. C'est d'ailleurs pour cela que le bouche-à-bouche fonctionne. Comparer les pourcentages dans un tableau aide les élèves à nuancer leur représentation.

Idée reçue courante

Les poumons se gonflent tout seuls comme des ballons.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Ce sont les muscles respiratoires (diaphragme et muscles intercostaux) qui créent une dépression permettant à l'air d'entrer. Le modèle « poumon en bouteille » rend ce mécanisme visible : sans tirer sur le diaphragme (gant), les ballons restent dégonflés.

Idées d'apprentissage actif

Investigation collaborative : Mesurer sa respiration

Les élèves mesurent leur fréquence respiratoire au repos, puis après 2 minutes de course sur place. Ils notent les résultats dans un tableau et calculent la moyenne du groupe. La mise en commun permet de discuter du lien entre effort physique et besoin en oxygène.

30 min·Binômes

Rotation d'ateliers : Explorer les poumons

Station 1 : gonfler un ballon pour visualiser le volume d'air expiré. Station 2 : souffler dans de l'eau de chaux pour détecter le CO2. Station 3 : observer un schéma des alvéoles pulmonaires et compter leur nombre estimé. Station 4 : comparer la respiration d'un poisson (branchies) et d'un humain (poumons). Chaque groupe remplit une fiche de synthèse.

45 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Pourquoi tousse-t-on ?

L'enseignant projette une image de poumons sains et de poumons exposés à la pollution. Les élèves réfléchissent seuls à la question « Pourquoi le corps nous fait-il tousser ? », échangent leur hypothèse avec un camarade, puis partagent avec la classe. L'enseignant guide vers la notion de mécanisme de protection des voies respiratoires.

20 min·Binômes

Modélisation : Construire un poumon en bouteille

Chaque groupe construit un modèle de poumon avec une bouteille plastique coupée, deux ballons (poumons) et un gant en latex (diaphragme). En tirant sur le gant, les ballons se gonflent, simulant l'inspiration. Les élèves dessinent le modèle et annotent chaque élément avec l'organe correspondant.

40 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Les pneumologues, médecins spécialisés dans les maladies respiratoires, utilisent leur connaissance du système respiratoire pour diagnostiquer et traiter des affections comme l'asthme ou la bronchite.
• Les athlètes professionnels, comme les coureurs de marathon, travaillent avec des entraîneurs pour optimiser leur capacité respiratoire et leur endurance, en comprenant comment leur corps utilise l'oxygène pendant l'effort.
• Les pompiers portent des appareils respiratoires autonomes pour se protéger des fumées toxiques lors d'interventions, illustrant l'importance de protéger les voies respiratoires dans des environnements pollués.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Sur une carte, demandez aux élèves de dessiner le trajet de l'air dans le système respiratoire et d'identifier deux organes clés. Posez la question : 'Pourquoi l'air que nous expirons est-il différent de celui que nous inspirons ?'

Vérification rapide

Pendant la leçon, montrez une image du système respiratoire et demandez aux élèves de pointer et nommer les différents organes au fur et à mesure. Posez des questions ciblées comme : 'Où se font les échanges gazeux ?'

Question de discussion

Après une activité sur l'effort physique, lancez une discussion : 'Comment votre respiration a-t-elle changé après avoir couru ? Pourquoi pensez-vous que cela s'est produit ? Qu'est-ce que cela nous apprend sur le rôle des poumons ?'

Questions fréquentes

Comment expliquer les échanges gazeux aux élèves de CM1 ?

L'expérience de l'eau de chaux est la plus parlante : l'élève souffle dans un tube plongé dans l'eau de chaux, qui se trouble en présence de CO2. On compare ensuite avec de l'air ambiant soufflé via une pompe. Cette différence visible prouve que notre corps rejette du dioxyde de carbone.

Quelle est la fréquence respiratoire normale d'un enfant de CM1 ?

Un enfant de 9-10 ans respire en moyenne 18 à 25 fois par minute au repos. Après un effort, cette fréquence peut doubler. Faire mesurer ce rythme par les élèves eux-mêmes, chronomètre en main, rend le concept de fréquence respiratoire concret et personnel.

Quel est l'impact de la pollution sur les poumons ?

Les particules fines et les gaz polluants irritent les voies respiratoires et réduisent la capacité des alvéoles à échanger les gaz. Chez les enfants, les poumons sont encore en développement, ce qui les rend plus vulnérables. Comparer des images de poumons sains et exposés à la pollution ouvre une discussion sur la santé publique.

Quelles méthodes actives pour enseigner la respiration en CM1 ?

La construction d'un modèle de poumon (bouteille, ballons, gant) engage les élèves dans une démarche de modélisation scientifique. Coupler cette activité avec des mesures corporelles (fréquence respiratoire, volume d'air expiré dans un ballon) ancre les concepts dans le vécu. Les ateliers tournants permettent de couvrir plusieurs aspects en une seule séance.