Sciences et technologie · CM2 · La Terre et le système solaire · 2e Trimestre

Mouvements de la Terre et les saisons

Les élèves modélisent la révolution de la Terre autour du Soleil et l'inclinaison de son axe pour expliquer les saisons.

• Programmes Officiels
• MEN: Cycle 3 - Situer la Terre dans le système solaire

À propos de ce thème

L'étude des mouvements de la Terre et de l'origine des saisons est un thème structurant du programme de sciences au Cycle 3. Les élèves de CM2 doivent comprendre que les saisons résultent de la combinaison de deux facteurs : la révolution de la Terre autour du Soleil (un an) et l'inclinaison de son axe de rotation (23,5°). Cette inclinaison fait que les rayons du Soleil frappent la surface terrestre avec un angle variable selon la période de l'année.

La modélisation est au coeur de cette séquence. Avec un globe terrestre et une lampe de bureau, les élèves reproduisent les positions de la Terre aux solstices et aux équinoxes. Ils constatent que lorsque l'hémisphère nord est incliné vers le Soleil, les jours sont plus longs et les rayons plus directs : c'est l'été. Les activités de manipulation et de modélisation en petits groupes permettent de déconstruire l'idée tenace que les saisons sont liées à la distance Terre-Soleil, et de fixer durablement la compréhension du mécanisme réel.

Questions clés

1. Expliquez pourquoi les durées du jour et de la nuit varient au cours de l'année.
2. Analysez l'inclinaison de l'axe de la Terre et son impact sur les saisons.
3. Concevez un modèle pour illustrer la révolution de la Terre et ses conséquences.

Objectifs d'apprentissage

• Démontrer le mouvement de la Terre autour du Soleil et l'inclinaison de son axe en utilisant un modèle physique.
• Expliquer la variation de la durée du jour et de la nuit en fonction de la position de la Terre sur son orbite.
• Analyser l'effet de l'inclinaison de l'axe terrestre sur l'angle d'incidence des rayons solaires dans différents hémisphères.
• Concevoir un schéma illustrant la relation entre la révolution de la Terre, l'inclinaison de son axe et les quatre saisons.

Avant de commencer

La Terre, une planète dans le système solaire

Pourquoi : Les élèves doivent déjà avoir une connaissance de base de la Terre comme planète et de sa place dans le système solaire pour comprendre son mouvement autour du Soleil.

Les formes et les états de la matière

Pourquoi : Bien que moins direct, comprendre que la lumière et la chaleur sont des formes d'énergie qui se propagent est utile pour saisir l'impact du rayonnement solaire.

Vocabulaire clé

Révolution terrestre	Le déplacement de la Terre autour du Soleil, qui prend environ 365 jours et demi.
Inclinaison de l'axe	L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport à son plan orbital, fixée à environ 23,5 degrés.
Solstice	Moment de l'année où l'inclinaison de l'axe de la Terre est maximale par rapport au Soleil, marquant le jour le plus long (été) ou le plus court (hiver).
Équinoxe	Moment de l'année où l'axe de la Terre n'est ni incliné vers le Soleil ni éloigné, résultant en des durées de jour et de nuit approximativement égales.
Rayonnement solaire	L'énergie émise par le Soleil sous forme de lumière et de chaleur, qui atteint la Terre.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Il fait plus chaud en été parce que la Terre est plus proche du Soleil.

Ce qu'il faut enseigner à la place

L'orbite terrestre est quasi circulaire et la Terre est en fait légèrement plus proche du Soleil en janvier (hiver dans l'hémisphère nord). Ce sont l'inclinaison de l'axe et l'angle des rayons qui déterminent les saisons. La modélisation avec globe et lampe permet aux élèves de constater visuellement que la distance ne change presque pas tandis que l'angle d'éclairage varie considérablement.

Idée reçue courante

L'axe de la Terre change d'inclinaison au fil des saisons.

Ce qu'il faut enseigner à la place

L'axe de rotation garde la même orientation dans l'espace tout au long de l'année. C'est le déplacement de la Terre sur son orbite qui modifie l'orientation relative de l'axe par rapport au Soleil. En déplaçant le globe autour de la lampe tout en maintenant l'axe pointé dans la même direction, les élèves vérifient ce principe par eux-mêmes.

Idées d'apprentissage actif

Modélisation : La ronde des saisons

Par groupes de quatre, un élève tient la lampe (Soleil) au centre tandis que les trois autres déplacent le globe terrestre aux positions des solstices et d'un équinoxe. À chaque arrêt, ils observent quelle partie du globe reçoit le plus de lumière et notent la saison correspondante pour la France.

40 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Pourquoi fait-il plus chaud en été ?

L'enseignant projette deux images : la Terre au solstice d'été et au solstice d'hiver. Chaque élève note son explication, la compare avec celle de son voisin, puis les binômes partagent en classe. L'enseignant guide le tri entre les hypothèses valides et les idées reçues.

20 min·Binômes

Progettazione: L'angle des rayons du Soleil

Les élèves éclairent une feuille de papier quadrillé avec une lampe torche, d'abord perpendiculairement, puis en inclinant la lampe à 45°. Ils comptent le nombre de carreaux éclairés dans chaque cas et concluent que des rayons obliques éclairent une surface plus grande mais avec moins d'intensité par carreau.

30 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Les astronomes et les climatologues utilisent la compréhension des mouvements de la Terre pour prédire les cycles saisonniers et analyser les tendances climatiques à long terme, essentiels pour l'agriculture et la gestion des ressources.
• Les fabricants de panneaux solaires optimisent l'orientation et l'inclinaison de leurs installations en fonction de la trajectoire du Soleil tout au long de l'année, maximisant ainsi la production d'énergie renouvelable.
• Les navigateurs et les pilotes utilisent des éphémérides, qui calculent la position des astres basée sur les mouvements terrestres, pour la navigation précise, notamment lors de traversées océaniques ou de vols long-courriers.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Distribuez une fiche avec deux questions : 1. Dessinez un schéma simple montrant la Terre en deux positions différentes autour du Soleil, illustrant deux saisons distinctes. 2. Expliquez en une phrase pourquoi le jour est plus long en été qu'en hiver dans votre hémisphère.

Vérification rapide

Pendant l'activité de modélisation, circulez dans la classe et posez des questions ciblées aux groupes : 'Montrez-moi où est le solstice d'été dans votre modèle.' ou 'Expliquez pourquoi cet hémisphère reçoit plus de lumière solaire directe à ce moment-là.'

Question de discussion

Lancez une discussion en classe avec la question : 'Si la Terre n'était pas inclinée, comment seraient nos saisons ?' Encouragez les élèves à utiliser le vocabulaire appris (axe, révolution, rayonnement solaire) pour justifier leurs réponses.

Questions fréquentes

Pourquoi les jours sont-ils plus longs en été qu'en hiver ?

En été, l'hémisphère nord est incliné vers le Soleil. Le Soleil monte plus haut dans le ciel et suit un trajet plus long au-dessus de l'horizon, ce qui allonge la durée du jour. En hiver, c'est l'inverse : l'hémisphère nord est incliné à l'opposé du Soleil, le trajet apparent est plus court et les nuits sont plus longues.

Comment modéliser les saisons en classe de CM2 ?

Le dispositif classique associe un globe terrestre incliné et une lampe de bureau représentant le Soleil. On place le globe à quatre positions autour de la lampe (les deux solstices et les deux équinoxes) en maintenant l'axe dans la même direction. Les élèves observent la répartition de la lumière sur le globe à chaque position.

Les saisons sont-elles inversées dans l'hémisphère sud ?

Oui, quand c'est l'été en France (hémisphère nord incliné vers le Soleil), c'est l'hiver en Australie (hémisphère sud incliné à l'opposé). Les élèves peuvent vérifier cela sur leur modèle en observant simultanément les deux hémisphères du globe. Cela confirme que la distance au Soleil n'est pas en cause, puisque les deux hémisphères sont à la même distance.

Comment l'apprentissage actif aide-t-il à comprendre les saisons ?

Manipuler un globe autour d'une source lumineuse ancre physiquement le mécanisme des saisons dans la mémoire des élèves. Ils voient la lumière se répartir différemment sur le globe selon sa position orbitale. Le passage par la prédiction (Penser-Partager-Présenter) puis la vérification expérimentale force chaque élève à confronter ses représentations initiales avec la réalité observable.