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Utilisation d’une base de données météorologiques en cycle 4

mis à jour le 21/01/18

Mathieu Rajchenbach (enseignant de SVT - cité scolaire Paul Valéry - Paris 12e)

Objectif : travailler avec les élèves sur des données brutes mesurées par des stations météorologiques

Classiquement, dans l’enseignement des sciences de la vie et de la Terre mais plus généralement dans l’ensemble des disciplines, les élèves sont très rarement confrontés à des données brutes. Les documents utilisés pour les activités, les cours et les évaluations sont, le plus souvent, des documents ayant déjà subi un ou plusieurs traitements préalables.

Ces documents, traités en amont par la communauté scientifique, constituent des outils de vulgarisation indispensables mais ne correspondent pas aux données avec lesquelles les chercheurs travaillent au quotidien. Les scientifiques doivent, en effet, déchiffrer des données et les traduire en objets porteurs d’un message. Ainsi, l’exploitation des données brutes peut aboutir à la construction de diagrammes ou schémas qui assurent la communication d’une, ou de plusieurs, informations.

L’enseignement de la météorologie en cycle 4 peut permettre un travail avec les élèves sur l’exploitation des données brutes. À partir de données enregistrées par des stations météorologiques, les élèves peuvent construire des graphiques leur permettant de mettre en évidence différents phénomènes météorologiques comme les vents locaux (mistral, tramontane, brises…), les perturbations (dépressions atmosphériques et pluies associées, tempêtes tropicales…), le brouillard, la neige, les vagues de froid…

Pour permettre la mise en place de ce travail sur les données brutes, on peut envisager de mener, sur plusieurs séances, un projet pédagogique comme celui qui est présenté dans cet article.

Connaissances et compétences associées du programme de cycle 4

Thème 1 : la planète Terre, l’environnement et l’action humaine

      • Expliquer quelques phénomènes météorologiques et climatiques
      • Météorologie ; dynamique des masses d’air et des masses d’eau ; vents et courants océaniques.
      • Différence entre météo et climat.

Compétences du socle commun mobilisées

Domaine 1 – composante 1 : comprendre, s’exprimer en utilisant la langue française à l’oral et à l’écrit

      • S’exprimer à l’oral
      • Écrire

Domaine 1 – composante 3 : comprendre, s’exprimer en utilisant les langages mathématiques, scientifiques et informatiques

      • Exprimer une grandeur mesurée ou calculée dans une unité adaptée
      • Passer d’un langage à un autre
      • Utiliser et produire des représentations d’objets

Domaine 2 : les méthodes et outils pour apprendre

      • Organiser son travail personnel
      • Coopérer et réaliser des projets
      • Rechercher et traiter l’information et s’initier aux langages des médias
      • Mobiliser des outils numériques pour apprendre, échanger, communiquer

Domaine 3 : la formation de la personne et du citoyen

      • Maîtriser l’expression de sa sensibilité et de ses opinions, respecter celles des autres
      • Exercer son esprit critique, faire preuve de réflexion et de discernement

Domaine 4 : les systèmes naturels et les systèmes techniques

      • Mener une démarche scientifique, résoudre un problème

 

Description du projet

Cadre et matériel nécessaire

Ce projet a été mené au cours de l’année scolaire 2016-2017 avec une classe de quatrième. Il s’est déroulé sur sept séances d’une heure en demi-groupe dans une salle équipée d’ordinateurs connectés à internet (liste complète du matériel utilisé).

Un projet comme celui-ci peut être mis en place dans le cadre des EPI (avec l’enseignement de Physique-Chimie, de Mathématiques et/ou de Technologie).

Étapes du projet

Présentation et répartition des sujets

Lors de la première séance, sept sujets sont brièvement présentés à la classe :

- sujet 1 : mistral et tramontane
- sujet 2 : dépression atmosphérique et mauvais temps
- sujet 3 : brises
- sujet 4 : brouillard
- sujet 5 : neige
- sujet 6 : vague de froid
- sujet 7 : tempête tropicale

Des binômes sont constitués et les élèves se répartissent les différents sujets.

Distribution des « fiches sujet »

Une « fiche sujet » est ensuite été distribuée aux différents binômes. Chaque « fiche sujet » est constituée d’une seule page sur laquelle les élèves trouvent une mise en situation amenant plusieurs problèmes à résoudre. Les mises en situation sont variées, par exemple, pour certains sujets, les élèves, après avoir visionné un bulletin météo, doivent enquêter pour vérifier si la prévision météo est correcte.

Élaboration d’une stratégie

Lors de la première séance les élèves prennent connaissance de leur « fiche sujet ». Dès la deuxième séance, après avoir compris la mise en situation et cerné les objectifs, les binômes tentent d'élaborer une stratégie et d’expliciter une démarche qui permettait de répondre aux problèmes.

Rédaction d’un carnet de bord

Les élèves notent l’ensemble de leurs réflexions sur un carnet de bord numérique assurant ainsi le suivi de la démarche d’une séance à une autre.

Recherche documentaire

Pour chaque sujet, un travail de recherche documentaire sur internet est nécessaire à la résolution des problèmes. Par exemple, pour le sujet sur le mistral et la tramontane, les élèves doivent apprendre à distinguer ces deux types de vents locaux.

Recherche et extraction de données brutes

Pour pouvoir répondre aux différents problèmes, il est indispensable d’utiliser des données météorologiques. Par exemple, si l’objectif est de vérifier une prévision météorologique pour un jour J, les élèves doivent exploiter les données enregistrées, ce jour J, par des stations météo. Les binômes extraient ces données brutes à partir du site www.meteoalecole.org (les données enregistrées par les stations météorologiques du réseau « MÉTÉO à l’École » sont en accès libre). Pour réaliser cette extraction, les élèves sélectionnent judicieusement quelle station météorologique ils utilisent et trouvent, dans les archives, les données météo des dates concernées par leur sujet. Ils extraient ensuite un fichier au format tableur permettant le traitement des données.

Analyse des données brutes

Dans le fichier tableur téléchargé à partir du site www.meteoalecole.org, les nombreuses colonnes correspondent aux différents paramètres enregistrés par les stations météo à chaque heure (température, direction et vitesse du vent, pluviométrie, pression atmosphérique…). Face à autant de données, les élèves sélectionnent les informations nécessaires à la résolution de leurs problèmes. La recherche documentaire, réalisée par les élèves, leur permet de comprendre de quels paramètres météorologiques ils ont besoin. Par exemple, pour le sujet sur le brouillard, les élèves utilisent les colonnes date/heure, température extérieure, point de rosée et vent.

Traitement des données brutes et communication graphique

À partir des paramètres météorologiques sélectionnés et donc des colonnes choisies dans le fichier tableur, les élèves construisent des diagrammes leur permettant de répondre aux problèmes. Certains sujets impliquent la construction de graphiques (courbes ou histogrammes) directement à partir des données brutes, d’autres sujets, en revanche, nécessitent l’utilisation de formules ou de fonctionnalités du logiciel tableur (comme par exemple la construction de tableaux croisés dynamiques).

Dès la fin de la quatrième séance, les différents binômes terminent le traitement des données et la construction des graphiques. Une grande majorité des groupes formulent également, sur leur carnet de bord, des réponses complètes aux problèmes.

Communication des résultats et réalisation d’une vidéo

Un travail sur la communication des résultats est initié dès la cinquième séance. Chaque binôme produit une vidéo dont l’objectif est de présenter le sujet, d’expliquer la démarche menée lors des différentes séances, de décrire les graphiques obtenus et de formuler les réponses aux problèmes. En utilisant la « fiche sujet », leur carnet de bord et leurs productions graphiques, les élèves rédigent un script (qu’ils lisent ensuite à haute voix en s’enregistrant à l’aide d’un microphone) et préparent un diaporama. Grâce au diaporama et à l’enregistrement audio, ils montent ensuite une courte vidéo à l’aide d’un logiciel de montage simple d’utilisation (Windows Movie Maker). À la fin de la septième séance, les différentes vidéos réalisées par les binômes peuvent être visionnées par l’ensemble de la classe.

Exemples de réalisation d’élèves

Sujet 3 : brises

Dans ce sujet, les élèves ont construit des roses des vents (formes graphiques utilisées en météorologie pour représenter la direction des vents).

brise de terre Saint RaphaelRose des vents de la nuit du 21 au 22 août 2016 à Saint-Raphaël (Var)

Pour la nuit du 21 au 22 août 2016, les élèves ont pu observer un vent de nord, donc un vent soufflant de la terre vers la mer (une brise de terre).

 

 

brise de mer Saint RaphaelRose des vents de la journée du 22 août 2016 à Saint-Raphaël (Var)

Pour la journée du 22 août 2016, les élèves ont observé un vent de sud, donc un vent soufflant de la mer vers la terre (une brise de mer).

 

 

Sujet 4 : brouillard

Dans ce sujet, après un travail de recherche documentaire, les élèves ont pu comprendre les conditions de formation du brouillard. Celui-ci se forme lorsque la température extérieure est proche du point de rosée et lorsque les vents sont faibles.

graphique brouillard massy webTempérature extérieure, point de rosée et vitesse du vent pour la journée du 18 février 2017 à Massy (Essonne)

Grâce au graphique construit, les élèves ont pu voir que jusqu’à 10 heures environ, la température extérieure et la température du point de rosée étaient proches et que la vitesse des vents était nulle. Les élèves ont alors déduit que jusqu’à 10 heures, les conditions étaient réunies pour que du brouillard se forme.

En revanche, les élèves ont pu constater qu’à partir de 11 heures, la vitesse de vents augmente et qu’à partir de midi, la température extérieure s’éloigne fortement du point de rosée. Ils en ont déduit qu’entre 11 heures et midi, le brouillard avait dû se dissiper.

 

Commentaires sur le projet

Réflexion sur la durée du projet

Ce projet peut être conduit sur une durée plus courte. Selon l’étape que l’on veut développer avec une classe, on peut fournir plus ou moins d’aide sur les étapes qui ne nous semblent pas essentielles. Par exemple, si on souhaite avant tout travailler sur le traitement des données par les élèves et donc sur le passage d’un langage à un autre, on peut donner aux élèves des fiches techniques pour traiter les données brutes, des documents scientifiques se substituant au travail de recherche documentaire, des données brutes directement extraites par l’enseignant en amont, etc.

Pistes pour concevoir des sujets de météorologie

Pour concevoir des sujets comme ceux présentés dans ce projet, un travail de l’enseignant en amont est nécessaire. Ce travail peut se dérouler en plusieurs étapes.

Étape 1 : choix du phénomène météorologique à étudier

Pour trouver des idées de phénomènes météorologiques à étudier, le site www.meteoalecole.org met à disposition un certain nombre de fiches sur sa page « Ressources scientifiques ». Chaque fiche présente un phénomène météorologique, le définit et explique comment le mettre en évidence en utilisant les données météorologiques. Par exemple, la fiche « Canicule », décrit la notion de vague de chaleur : « Pour la France, il faut, pendant au moins 3 jours consécutifs des températures minimales ne descendant pas sous 20°C, et des maximales supérieures à 33°C ».

Étape 2 : recherche de la station et de la période

Il est ensuite nécessaire de trouver une station et une période où l’on peut observer le phénomène météorologique choisi. On peut par exemple, réaliser une recherche dans les médias (recherche dans Google Actualités par exemple). Par exemple, si on cherche un exemple de situation de canicule, on peut trouver que le mois de juin 2017 en France a été marqué par une vague de chaleur. On peut ensuite rechercher des données illustrant le phénomène en utilisant les stations météo du réseau www.meteoalecole.org.

Étape 3 : extraction et traitement des données

Pour vérifier que les données sont complètes et exploitables, il est nécessaire de tester en amont le traitement des données. L’enseignant extrait alors les données brutes et les traite à l’aide d’un logiciel tableur.

Étape 4 : conception de l’activité

Après avoir choisi le phénomène météo à étudier et trouvé un lieu et une période pendant laquelle le phénomène s’observe, on peut concevoir l’activité (mise en situation et problématisation).

Sitographie

  • Site de l’opération « MÉTÉO à l’École » : www.meteoalecole.org
      • données météorologiques : mise à disposition libre des données brutes de nombreuses stations implantées sur le territoire français ;
      • ressources scientifiques ;
      • ressources pédagogiques : exemples d’activités réalisables en classe.
  • Site de Météo France : www.meteofrance.com
      • données météorologiques et climatiques (normales saisonnières par exemple) ;
      • ressources scientifiques et pédagogiques.
  • Chaîne YouTube de Météo France : https://www.youtube.com/channel/UCnBToLuuyq7Qn5j7e5BRhaw
      • bulletins de prévision météorologiques.
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