Thématique 2 : Les Cassini et la création de l’Observatoire de Paris, le repérage et la cartographie

• Objectifs :
  Le travail sur la cartographie et le repérage a été initié depuis le début des projets Astro en 2013. Les cinq années de recul nous permettent de faire le point sur ce qui est indispensable et envisageable pour que les élèves comprennent les enjeux de la problématique. Notre point de départ est de croiser les disciplines HG / Math autour du repérage lors de TD à deux voix à l’aide de différents supports, cours, médias, sites internet, etc … et des TD d’approfondissement disciplinaire pour pouvoir avancer dans la compréhension des découvertes d’aujourd’hui abordées lors des documentaires visionnés en début d’année. Cet approfondissement est parfois ambitieux mais très guidé et encouragé : les ouvertures sont appréhendées comme des exemples de travaux indispensables à la poursuite d’études en lycée (TPE et formation du futur étudiant).
  Sur ces TD de début d’année, les méthodes sont explicitées pour accéder petit à petit à l’autonomie demandée en phase 2 de recherche. Un test de présentation orale de la synthèse des recherches est organisé pour évoquer la force et les faiblesses de ce genre de présentation.
  Les cinq collègues de chaque discipline (français, SVT, HG, math, physique) se rassemblent ensuite autour de ce thème lors de la sortie à Saint-Jean de Dône qui est un temps fort de la phase 1 (sept-déc). Le repérage spatial est une notion transversale que les élèves doivent maîtriser en seconde de façon plus ou moins approfondie. Un compte rendu de la sortie est réalisé par groupe avec pour consigne de le traiter sous forme d’article de journal.
  
• Démarche :
  Exploitation d’un documentaire / approfondissement et compréhension des notions évoquées en TD-MPS ou dans les cours disciplinaires / retour sur la position de l’élève dans son environnement avec la sortie à Saint-Jean de Dône / ouvertures vers l’astronomie.
  
• 1) Autour de la dynastie des Cassini, la cartographie et la méthode de triangulation : HG / Math
  • Mise en œuvre :
    L’ensemble de cette partie du thème est construit autour du TD math / HG sur les Cassini : créneau MPS 2h du 29/09, séance de deux heures classe entière avec les deux professeures HG et math. La première heure est commune classe entière : le documentaire du Dessous des Cartes est visionné puis étudié (Série de Jean-Christophe Victor, le Dessous des Cartes, Les Cartes de Cassini, une épopée cartographique, émission diffusée la première fois en mars 2011). La classe se partage ensuite en deux dans deux salles informatiques pour les recherches internet sur des sites bien ciblés. Le travail se fait par groupe de 2 ou 3, l’objectif étant de se saisir des informations trouvées et de les synthétiser rapidement.
    
  • Partie HG : cours + TD MPS sur les globes (voir lien) + TD Cassini (voir lien) + méthodes de recherche documentaire et de présentation orale
    • Pour pouvoir aborder les problèmes de cartographie, un TD préparatoire sur le repérage sur les globes (voir lien dans le titre) est nécessaire pour revoir les notions de latitude et de longitude. Il a été prévu sur le premier créneau de MPS, s’y ajoutent quelques mises au point sur les méthodes de représentation cartographique (Mercator, etc. ). Cette séance est devenue indispensable depuis les réformes successives du collège.
    • Le TP sur la dynastie des Cassini permet de revenir sur des notions d’histoire et de géographie qui rentrent dans le programme de seconde : (voir entrée disciplinaire HG) Les attendus pédagogiques sont bien détaillés et n’ont pas posés de problèmes particuliers. Ils nous ont permis de cibler les difficultés de synthèse des élèves et de repérer les élèves en difficulté en début d’année. La passage à l’oral devant les deux professeurs et la réalisation d’un diaporama par groupe de deux permet aussi de mesurer les différences d’appropriation de l’outil numérique selon les élèves.
      
  • Partie mathématique : TD Cassini (MPS) (voir lien) + TD historique triangulation (MPS + cours) (voir lien) + appui des acquis sur le repérage sur la sphère avec le logiciel GeoGebra3D et calculs de distances sur le globe (cours voir lien + fichiers GeoGebra voir lien).
    • Dans le documentaire visionné pendant le TD sur la cartographie des Cassini (voir lien dans le titre), la méthode mathématique de triangulation est évoquée, ainsi que les enjeux sur la précision de la méthode et les instruments fabriqués pour la réalisation des mesures de terrain. L’exploration de la méthode, la compréhension et l’utilisation des formules seront reprises la semaine suivante en TD disciplinaire de math. La formule utilisée ne sera pas tout à fait celle évoquée dans le documentaire mais celle des sinus énoncée en 1S qui découle de la trigonométrie vue au collège pour les angles aigus. Les recherches autonomes sur les différents sites évoquent les mathématiques (les sciences en général) qui ont été nécessaires à la réalisation de ce vaste projet royal.
      
    • Le TD mathématique d’explication de la méthode de triangulation (voir lien dans le titre) est construit à partir d’un document historique sur l’utilisation de cette méthode par l’abbé Picard (celui qui ira chercher J-D. Cassini en Italie pour mener à bien le projet). Il est issu d’un TD proposé le groupe IREM "mnémosyne" de recherche sur l’histoire des mathématiques. Les compléments verts sont des indications de corrections sur la version élève en noir.
      Le calcul de la longueur du méridien terrestre est l’un des enjeux de cette époque avec la controverse entre Newton et Cassini sur la forme de la Terre. Les expéditions au Pérou et en Laponie ont été étudiées il y a quatre ans (voir lien vers le projet 2014-2015 Comprendre la Terre en observant le Ciel dans le gros dossier zippé contenant les projets des années 2014-2016 http://formation.ac-clermont.fr/pas... ).
      La méthode est réutilisée pour le maillage du royaume de France pour établir les cartes et les dimensions du royaume.
      Les questions sont très détaillées pour ne pas ajouter de difficultés à la compréhension des mathématiques sous-jacentes (la trigonométrie du triangle vue au collège). Une base est mesurée en toises sur le terrain aux alentours de Paris et pour prendre en compte les erreurs de mesures, une autre base de vérification est mesurée sur le terrain vers Perpignan. Un gros travail est demandé sur les conversions d’unités (toises et pieds en km et m). Le travail est poursuivi lors du cours de mathématiques ordinaire.
      La chaine de triangulation est construite autour de la « méridienne » qui n’est pas le méridien de Greenwich mais le méridien passant par l’observatoire de Paris dont la construction précise est évoquée dans le documentaire. Elle passe près d’Aurillac (c’est la méridienne verte) et le triangle utilisé est bien visible sur le terrain. Il sera étudié plus en détail lors de la sortie sur le terrain à Saint-Jean de Dône. Les élèves auront alors tous les outils en main pour se débrouiller avec la partie mathématique du questionnaire interdisciplinaire (voir lien + éléments de correction).
      
    • La difficulté du repérage sur la sphère est toujours importante surtout en utilisant les angles au centre pour la latitude et la longitude (coordonnées sphériques). C’est une approche différente de celle utilisée traditionnellement en géographie. Les années précédentes nous avaient conduites à faire ces séances ensemble devant la difficulté croissante des élèves. Cette notion ayant été remise au programme de collège, nous pensions que nous affronterions moins de difficultés cette année, mais ce n’a pas été le cas. Le TD de mathématiques sur la sphère (voir lien dans le titre) a été entièrement remodelé cette année pour l’utilisation du logiciel GeoGebra3D, tout en gardant la maquette en carton « palpable ». Nous mettons ainsi toutes les chances de notre côté pour que les élèves s’approprient cette notion fondamentale pour la compréhension de certains thèmes des dossiers de recherche de la phase 2. Ce TD a été discuté, testé et remodelé par l’équipe du groupe IREM Lycée d’Aurillac pour être mis dans la brochure d’activités GeoGebra3D proposées pour le lycée .
      
• 2) La sortie à Saint-Jean de Dône (effectuée le vendredi 13 octobre matin 8h-12h)
  La décision de faire cette sortie est prise par l’équipe dès le mois de juillet précédent. Les conditions matérielles nous imposent de faire la sortie à pied autour d’Aurillac.
  • Cette sortie pédagogique a plusieurs objectifs transdisciplinaires :
    • Réunir les élèves et les enseignants dans un évènement inhabituel, sortir des cadres (de la classe, de l’établissement, de nos disciplines) afin de resserrer les liens autour du projet fédérateur.
    • Permettre aux élèves de travailler « in situ » des compétences et des connaissances des TD de la phase 1 et ceci de façon transdisciplinaire.
    • Faire comprendre aux élèves que ces dernières servent d’abord à comprendre le monde en général et leur environnement en particulier (l’espace familier, le patrimoine naturel et culturel).
    • Un questionnaire papier est construit comme un support qui doit aider les élèves à prélever des informations pertinentes afin de comprendre les enjeux de cette sortie et de réaliser ensuite un compte rendu.
      Des logiques différentes sont utilisées selon les choix des disciplines :
      • En histoire-géographie : (lien vers questionnaire) connaître Aurillac son lieu de vie + utilisation des outils nomades + Dône
        
      • En sciences de la vie et de la Terre,
        • une séance de préparation à la sortie permet :
          - les rappels nécessaires du collège pour l’identification des roches susceptibles d’être rencontrées sur le parcours (à l’œil nu, à la loupe et au microscope polarisant + utilisation d’une clé de détermination des roches),
          - la situation sur une carte géologique et topographique avec Google Earth (préparation sortie SVT : fiche élève (voir lien) + lien vers le dossier zippé : fichiers kmz + vidéogramme => ensemble du volcan du Cantal et zoom sur les formations recoupées par le sentier et visibles dans le paysage)
          - la recherche d’informations à partir de documents proposés (vidéogrammes, sites …) et la recherche des plantes susceptibles d’être observées à partir d’un site https://fr.wikipedia.org/wiki/Flore....
          Les groupes d’élèves sont constitués en vue de la sortie.
        • Un travail différent est alors proposé sur le terrain pour chaque groupe, chacun ayant un thème particulier à étudier (objets géologiques à l’affleurement, interprétation géologique du paysage, biodiversité végétale des haies et comparaison avec la ripisylve de la rivière Jordanne étudiée en cours de SVT lors d’une sortie précédente) avec la mission de recueillir des données à insérer lors du compte-rendu sur le fichier kmz utilisé précédemment. (sortie SVT : fiche élève (voir lien) + clés de détermination des roches et des végétaux, coupe géologique montrant l’histoire du Puy Courny (voir lien fichier zippé précédent)).
          Un travail commun de prélèvements d’informations (schéma, tracé GPS, photographies, vidéos…) a été utilisé pour construire le compte rendu afin de réaliser le « reportage » sur la sortie, chaque groupe devant s’assurer qu’il possède bien l’ensemble des informations.
      • En mathématiques : Un questionnaire détaillé autour de la triangulation de J-D. Cassini autour d’Aurillac (voir lien + éléments de corrigés) + aide collègue de physique pour le repérage.
        • le questionnaire est donné à chaque élève et doit être rempli individuellement sur le terrain et à terminer à la maison (voir photo de la localisation des signaux de Cassini par les élèves).
        • Le repérage de l’axe Nord-Sud a été fait avec les boussoles du labo de physique posées sur les cartes Michelin. Les questions du questionnaire ont été traitées dans le désordre mais globalement toutes traitées par les élèves. Le repérage sur le terrain a été une découverte pour beaucoup d’élèves et nombre sont ceux qui n’avaient jamais vu une carte routière (d’où le retard pris par certains) et les avancées du questionnaire ont été très différentes. Heureusement, tous les collègues ont encadré les 36 élèves, 1 enseignant pour 8 élèves, ce qui a permis d’accompagner la progression des élèves selon leur niveau. Le beau temps a permis de s’installer par terre dans l’herbe et de sortir posément cartes et calculatrices. Certains ont fait le lien avec les triangles semblables vus en troisième (donnée de trois angles dans un triangle) et la notion d’échelle est apparue nécessaire, mais non maîtrisée par la plupart des élèves. L’historique des noms des lieux est une approche ouverte qui a permis de nombreux échanges informels montrant la difficulté du passage entre le repérage de terrain et la représentation mathématique.
          La fin des calculs est réalisée par la douzaine d’élèves restés à l’arrêt 2 faute de pouvoir tenir le rythme sportif soutenu pour le grand tour par Saint Jean de Dône.
          Evaluer visuellement des mesures des angles et de distances sur le terrain était une des clés pour la poursuite du projet : il fallait que les élèves soient en mesure, grâce aux calculs des angles de vue de Saturne depuis ses satellites étudiés dans le TD sur la vision, d’apprécier la pertinence des images de Bonestell et des impressions échangées par les protagonistes dans la nouvelle d A. Clarke (Saturne Levant) sur l’implantation d’un hôtel (lien vers l’article du thème Sciences et Fictions).
          
      • En Français : Description de paysage : "Expression écrite Sortie St-Jean de Done" (voir lien)
        
• 3) Exploitation de la sortie (20 Octobre)
  • Réalisation du reportage voir maquette
    Les 36 élèves sont répartis en 4 groupes de 9 élèves.
    Nous fournissons aussi aux élèves la maquette du reportage à réaliser afin de leur permettre de mieux comprendre et cerner le travail de synthèse qu’ils auront à produire.
    Les 4 groupes sont chargés de :
     Mettre en commun les données récoltées,
     Prendre connaissance des aspects du sujet sur lesquels ils n’ont parfois pas travaillé.
     Se répartir le travail de production des différents articles du reportage.
    L’équipe éducative est présente pour rappeler les consignes, aider les groupes à travailler et gérer les problèmes matériels (utilisation de certains logiciels et mise en forme sur informatique).
    Les élèves sont pour la première fois de l’année confrontés à travailler selon des modalités proches de celles de la phase 2 du projet. S’ils sont tous ravis du déroulé de la sortie et s’entendent tous pour dire qu’elle a permis de partager un moment agréable, de travailler différemment et de mieux se connaître, les compétences travaillées sont, pour certains, loin d’être acquises.
    Exemples de productions élèves (il reste des coquilles) voir CR1 + voir CR2 + voir CR3
    
  • Objectifs pédagogiques disciplinaires et bilan :
    • En HG :
      • Se repérer dans l’espace, repérer un lieu ou un espace sur des cartes à échelles différentes
      • Réaliser un itinéraire
      • Exploiter et confronter des informations
      • Lecture de paysages
      • Travailler en groupe pour réaliser un compte rendu de la sortie
    • En SVT :
      • Manifester un sens de l’observation.
      • Faire preuve d’autonomie dans son travail.
      • Faire preuve d’initiative, d’intérêt et d‘implication individuelle ou en groupe.
      • Recenser, extraire et organiser des informations.
      • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié (oral, écrit, graphique, numérique).
    • En mathématique (+ Physique) :
      • Lecture de cartes / orientation / repérage dans l’espace
      • Calculs et réinvestissement de ce qui a été vu en cours lors du TP sur la triangulation (voir partie1)
      • Ouvertures et perspective historique
    • En Français :
      • Distinguer et maitriser des formes de discours différentes : discours descriptif et discours explicatif ;
      • Identifier ce qui fait un texte littéraire ;
      • Expression écrite à partir de consignes.
        
  • Points positifs :
    Les élèves ont apprécié ce TD « découverte » malgré les difficultés rencontrées (mais qu’ils ont affrontées en groupe) et ont travaillé correctement leur article (même s’il reste quelques erreurs). Le bain interdisciplinaire dans lequel on les a plongés leur permet de s’habituer à croiser les disciplines et les approches et questionnements liées, ce qui leur devient « naturel » lors du travail de recherche de la phase 2.
    Les notions abordées sont réinvesties lors des sorties nocturnes d’observation mais restent difficiles à appréhender pour certains élèves.
    
• 4) Les ouvertures
  • Séance planétarium avec le planétarium du lycée (repérage sur la voûte céleste + carte du ciel avec les constellations qui jouent le rôle des pays sur le globe + explications des saisons avec changements de repères) voir lien
  • Observation de Saturne et de la Lune (repérage sur la voûte céleste pour orientation / utilisation des tablettes du lycée et du logiciel GoogleSky pour le repérage, repérage sur la Lune : besoin de cartographier)
  • La sortie observation du ciel étoilé est annulée faute de beau temps l’hiver 2017-2018 !
    
• 5) Prolongement de la thématique dans les dossiers de recherche de la phase 2 voir lien vers rubrique
  • Le Thème 3 L’aventure cartographique, des Cassini aux SIG (article) est l’approfondissement et la suite logique de ce thème par extension de la cartographie : d’une part pour Terre avec les SIG, d’autre part sur les procédés utilisés pour la Lune et pour Titan.
  • Dans les Thème 1 Autour des images de Saturne (article), Thème 2 Aspect des anneaux de Saturne avec Huygens (article), Thème 7 Des astres actifs dans le système solaire ( article) et Thème 8 Encelade, un des satellites de Saturne (article) : repérage sur la sphère du globe terrestre ou dans le système solaire. Positionnement des découvertes de M. Cassini (division des anneaux et 4 satellites) et Huygens (Titan) liés à l’académie des sciences.