Cycle et niveau de classe
Première Enseignement scientifique
Programme
Thème 2:Le Soleil, notre source d’énergie
2.2 : Le bilan radiatif terrestre
Objectifs pédagogiques : Utiliser un capteur de lumière pour mesurer (en lux) l’éclairement réfléchi par différentes surface et exploiter les résultats obtenus (histogramme avec barres d’erreurs) en tenant compte des incertitudes de mesures.
Compétences travaillées
- Analyser, interpréter et représenter graphiquement des données
- Adopter un esprit critique pour exploiter des résultats
- CRCN 1.3 - Traiter des données
- CRCN 5.2 - Évoluer dans un environnement numérique
Outils numériques - intérêt et limites
Montage comprenant un capteur de lumière (Adafruit BH1750 Stemma QT), un micro-contrôleur (Carte Arduino Uno), un écran LCD et un ordinateur avec logiciel Edu’Python avec programme permettant de construire un histogramme des moyennes avec barres d’erreur
- La connexion du capteur de lumière à une carte et un écran LCD permet une lecture rapide des résultats (sans devoir passer par un moniteur IDE Arduino)
- L’utilisation d’un programme Python avec les bibliothèques matplot et seaborn permet la construction rapide d’un histogramme avec barres d’erreur ( ici de l’intervalle de confiance à 95 % pour chaque moyenne)
- Limite : Le capteur étant très sensible, les résultats peuvent varier entre groupes ou selon les conditions expérimentales (éclairement dans la salle, ombres, etc.)
Présentation de la séance
Organisation
Durée : 1 heure, groupes de 2 élèves
- Une fiche d’activité est distribuée en début de séance avec définition de l’éclairement et de l’albédo, ainsi que l'explication d'une barre d’erreur et d'une différence significative.
- Les élèves mesurent l’éclairement réfléchi par une feuille blanche ( la moyenne sera la valeur de l’éclairement incident sur les surfaces testée lors du calcul de l’albédo)
- les élèves mesurent l’éclairement réfléchi par des échantillons (de sable de rivière, de glace et d’herbe fraîche) puis entrent les résultats dans le programme Python. Son exécution conduit à un histogramme de la moyenne de l’éclairement réfléchi avec barres d’erreur.
- Les élèves déterminent si les mesures mettent en évidence des différences significatives entre les résultats puis calculent les albédos
Consignes
- Mesurer l’éclairement réfléchi par une feuille blanche ( 4 mesures) et par les échantillons fournis.
- Compléter et exécuter le programme python fourni
- Exploiter le graphique pour déterminer s’ il existe des différences significatives entre les moyennes calculées
- Utiliser les moyennes pour calculer l’albédo des surfaces testées
- Conclure sur la validité des mesures d'albedo effectuées.
Capture d’écran de la fenêtre Edu’Python avec résultats des mesures rentrées dans les listes
Pour chaque surface le programme calcule la moyenne, la représente par une barre et ajoute une barre d’erreur de l’intervalle de confiance à 95 %.
Capture d’écran du graphique généré par le programme
Supports
- Fiche d’activité
- Fiche technique (pour le professeur) : Matériel, montage, programme Arduino et programme Python
Production élèves
Bilan et retour des élèves
La séance d’une heure permet d’atteindre les objectifs.
L’exploitation du graphique necessite une lecture attentive du document fourni sur la fiche d’activité pour exploiter les barres d’erreur.
La notion d’intervalle de confiance étant au programme de Terminale, les barres d’eerurs sont ici interpréter en tant que mesure de « l’incertitude de mesure »
Pour aller plus loin / Liens
Le capteur, très sensible, permet de mesurer et comparer la lumière réfléchie par la peau .
Il peut aussi être utilisé pour mesurer l’éclairement en fonction de la distance à une source de lumière .
