Durée du jour et saisons
Explorer l'influence des saisons sur les heures de lever et de coucher du soleil avec l'éphéméride de FizziQ Junior.
Description détaillée
Les élèves utilisent l'éphéméride Soleil-Lune de FizziQ Junior pour rechercher les heures de lever et de coucher du soleil à différentes dates de l'année. Répartis en quatre groupes représentant chacun une saison, ils collectent et comparent les données pour observer les variations de la durée du jour. Ils découvrent ainsi le lien entre l'inclinaison de l'axe terrestre, les saisons et la durée d'ensoleillement, et discutent de l'impact de ces variations sur l'agriculture et les écosystèmes. FizziQ Junior fournit l'instrument éphéméride Soleil-Lune qui calcule directement les heures de lever et de coucher du soleil pour la date choisie, et permet d'enregistrer chaque relevé dans le cahier d'expérience de l'application.
Objectifs pédagogiques
- Comprendre que les saisons sont causées par l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre.
- Utiliser l'éphéméride de FizziQ Junior pour rechercher les heures de lever et de coucher du soleil.
- Comparer la durée du jour entre les différentes saisons.
- Interpréter les variations observées et les relier à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre.
- Discuter de l'impact des variations saisonnières sur l'agriculture et les écosystèmes.
Concepts scientifiques
Instruments et capteurs
Instruments scientifiques
- Éphéméride Soleil-Lune
- Boussole
Capteurs
- Magnétomètre
Fonctionnalités FizziQ
- Cahier d'expérience — Chaque groupe y ajoute une copie de l'instrument éphéméride pour conserver les heures de lever et de coucher du soleil relevées à chaque date.
Matériel nécessaire
- Smartphone ou tablette avec l'application FizziQ Junior
- Cahier d'expérience FizziQ Junior
- Tableau pour la mise en commun des résultats de la classe
- Note : le protocole reste adaptable à toute autre application d'éphéméride solaire comparable.
Protocole expérimental
Demandez aux élèves quel instrument de FizziQ Junior permettrait de connaître l'heure du lever et du coucher du soleil, puis guidez-les vers l'éphéméride Soleil-Lune.
Ouvrez FizziQ Junior, accédez aux instruments de mesure et sélectionnez l'éphéméride Soleil-Lune. Explorez les informations affichées : heures de lever, de coucher, durée du jour.
Chaque groupe recherche les heures de lever et de coucher du soleil pour la date choisie. Les élèves ajoutent une copie de l'instrument au cahier d'expérience.
Demandez-leur de déterminer également les heures de lever et coucher une semaine avant et une semaine après leur date, pour observer l'évolution.
Sur un tableau collectif, créez quatre colonnes (une par saison). Chaque groupe y reporte ses données : date, heure de lever, heure de coucher et durée du jour calculée.
Demandez-leur d'observer les variations entre les saisons. Quelle saison a les jours les plus longs ? Les plus courts ? Les durées sont-elles symétriques entre printemps et automne ?
Discutez avec la classe des raisons de ces variations : l'inclinaison de l'axe terrestre fait que l'hémisphère Nord reçoit plus de lumière en été et moins en hiver.
Récapitulez les conclusions et soulignez l'importance de ces variations pour l'agriculture, les activités humaines et les écosystèmes.
(Optionnel) Demandez-leur d'observer la direction du coucher du soleil avec la boussole de FizziQ Junior à plusieurs dates de l'année pour constater que le point de coucher se déplace aussi.
Résultats attendus
Les élèves observeront que la durée du jour varie significativement entre les saisons. En été, la durée du jour atteint environ 16 heures au solstice d'été (en France métropolitaine), tandis qu'en hiver elle descend à environ 8 heures au solstice d'hiver. Aux équinoxes, la durée du jour est proche de 12 heures. Les élèves remarqueront également que les heures de lever et de coucher du soleil changent progressivement d'une semaine à l'autre, avec des variations plus rapides autour des équinoxes qu'autour des solstices. Les données relevées pourront présenter de légères différences selon la localisation géographique de l'école.
Questions scientifiques possibles
- Pourquoi la durée du jour varie-t-elle au cours de l'année ?
- Que se passerait-il si l'axe de la Terre n'était pas incliné ?
- La durée du jour est-elle la même partout sur Terre à une date donnée ?
- Pourquoi les équinoxes ne correspondent-ils pas exactement à 12 heures de jour ?
- Comment les agriculteurs utilisent-ils la connaissance des saisons pour planifier leurs cultures ?
Explications scientifiques
La cause des saisons est liée à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre et à son orbite autour du Soleil. L'axe de la Terre est incliné d'environ 23,5 degrés par rapport au plan de son orbite. Cette inclinaison fait que, tout au long de l'année, les deux hémisphères reçoivent des quantités variables de lumière solaire et de chaleur.
Lorsque l'hémisphère Nord est incliné vers le Soleil, il reçoit davantage de lumière et de chaleur, ce qui provoque l'été. Pendant ce temps, l'hémisphère Sud est incliné à l'opposé du Soleil, recevant moins de lumière, ce qui provoque l'hiver. La situation s'inverse six mois plus tard.
Les saisons influencent directement les heures de lever et de coucher du soleil. Pendant les mois d'été, les jours sont plus longs car l'hémisphère est incliné vers le Soleil. Dans l'hémisphère Nord, plus l'observateur est situé au nord, plus la durée du jour est longue en été. À la latitude d'environ 66,5 degrés, l'observateur connaît une journée sans nuit au solstice d'été.
À l'équateur, la durée du jour reste approximativement la même toute l'année, soit environ 12 heures. Inversement, pendant les mois d'hiver, les jours sont plus courts, avec des levers de soleil plus tardifs et des couchers plus précoces. Les équinoxes de printemps et d'automne marquent les moments où la durée du jour et de la nuit est égale, soit environ 12 heures chacun. Le mot équinoxe vient du latin aequinoctium qui signifie « nuit égale ».
En France métropolitaine (latitude environ 48°N), la durée du jour varie d'environ 8 heures au solstice d'hiver (21 décembre) à environ 16 heures au solstice d'été (21 juin). Cette variation de 8 heures est directement liée à l'inclinaison de 23,5 degrés de l'axe terrestre. La direction du lever et du coucher du soleil varie également au cours des saisons. Le soleil ne se lève exactement à l'est et ne se couche exactement à l'ouest qu'aux équinoxes.
En été, il se lève au nord-est et se couche au nord-ouest, tandis qu'en hiver il se lève au sud-est et se couche au sud-ouest. Comprendre ces variations est essentiel pour de nombreuses activités humaines : l'agriculture dépend de la durée d'ensoleillement pour la croissance des plantes, l'architecture utilise ces données pour optimiser l'orientation des bâtiments, et la compréhension des écosystèmes passe par la connaissance des cycles lumineux qui influencent le comportement des animaux et la photosynthèse des végétaux.
Extensions possibles
- Comparer les données entre deux villes situées à des latitudes différentes (par exemple Paris et Marseille).
- Tracer un graphique de la durée du jour en fonction des mois de l'année.
- Étudier le phénomène du soleil de minuit dans les régions polaires.
- Observer la variation de la direction du lever du soleil à l'aide de la boussole sur plusieurs semaines.
- Rechercher les heures de lever et coucher de la Lune et comparer avec celles du Soleil.
Questions fréquentes
Pourquoi utilise-t-on l'éphéméride de FizziQ Junior plutôt que d'observer directement le soleil ?
L'éphéméride permet d'accéder aux données pour n'importe quelle date de l'année sans attendre, et évite les problèmes liés à la météo. De plus, il ne faut jamais regarder le soleil directement car cela peut endommager la vue.
Les données de l'éphéméride sont-elles exactes ?
Oui, l'éphéméride calcule les heures de lever et de coucher du soleil à partir de modèles astronomiques précis et de la position GPS de la tablette.
Pourquoi la durée du jour n'est-elle pas exactement 12 heures aux équinoxes ?
Plusieurs facteurs créent un léger écart : la réfraction atmosphérique fait apparaître le soleil avant qu'il ne soit géométriquement au-dessus de l'horizon, et le soleil n'est pas un point mais un disque.
Peut-on faire cette activité sans connexion internet ?
Oui, l'éphéméride de FizziQ Junior fonctionne sans connexion internet une fois l'application installée.
Prêt à commencer ?
Téléchargez FizziQ et lancez cette activité avec vos élèves.