Combien d’air nos poumons peuvent-ils contenir ?

• Seau
• Récipient de grande taille ou bassine
• Ballons de baudruche
• Eau
• Verre doseur
• Facultatif: Planche à découper ou couvercle de casserole plus grand que le seau
• Facultatif: serviettes ou chiffons

Le matériel listé suffit pour une seule expérience. Vous devez donc adapter les quantités données en fonction de la méthode de travail (nombre d’élèves, travail individuel ou travail en groupe, etc).

L‘expérience n’est pas dangereuse.

Vous pouvez poser une planche à découper ou un couvercle de casserole sur le ballon et l’utiliser pour enfoncer le ballon. Cela évite que des doigts ou des mains ne se retrouvent dans l‘eau, ce qui fausserait le résultat.

Il est judicieux de montrer une fois l’expérience à la classe, puis de laisser aux enfants répartis en groupes le temps nécessaire pour que chacun puisse mesurer son volume pulmonaire. Dans ce cas, chaque groupe a besoin d’un seau, d’un récipient, de ballons,  d’un verre doseur et d’une planche/d’un couvercle.

Cette expérience se prête bien à être réalisée à l'extérieur. Sinon, préparez des serviettes ou des chiffons pour essuyer l'eau qui s'est renversée.

L'activité proposée peut être intégrée dans un projet plus large sur la respiration en C4, mais elle peut aussi être menée indépendamment.

Vous pouvez emprunter gratuitement un modèle des poumons auprès du SciTeach Center

La rubrique « Idées pour l’enseignement des sciences à l’école fondamentale » a été élaborée en coopération avec le Script (Service de Coordination de la Recherche et de l’innovation pédagogiques et technologiques) et est destiné principalement aux enseignantes et enseignants de l’école fondamentale. L’objectif de cette rubrique est de vous épauler, dans votre rôle d’enseignant, avec de petits articles, afin de vous aider à transmettre la méthode scientifique. Pour ce faire, il n’est pas nécessaire que vous saviez déjà tout sur le thème de sciences naturelles en question. Il s’agit plutôt de créer un environnement dans lequel les élèves pourront expérimenter et observer. Un environnement, dans lequel les élèves apprendront à poser des questions et à formuler des hypothèses, à développer des idées et à trouver les réponses à travers l’observation.

C’est pourquoi nous structurons toujours nos articles selon le même schéma (question, hypothèse, expérience, observation/conclusion),* que l’expérience soit réalisée de façon autonome en classe ou qu’elle soit présentée par visionnage d’une vidéo. Ce schéma peut en fait être appliqué à tous les thèmes scientifiques.

Nous fournissons, en plus des connaissances de base, des explications supplémentaires afin de permettre aux enseignants intéressés de s’informer et de pouvoir répondre aux éventuelles questions. Cela donne également la possibilité aux élèves d’effectuer eux-mêmes des recherches sur science.lu.

Nous espérons que nos articles vous seront utiles et que vous pourrez les appliquer en classe. Nous serions heureux que vous nous fassiez part de votre feedback et de vos suggestions et nous sommes prêts à améliorer constamment nos articles. Vous pouvez nous contacter ici.

*Dans la pratique, le processus scientifique ne se déroule pas toujours de manière aussi linéaire. Cependant, pour des raisons de simplicité, nous procédons normalement de manière linéaire dans cette rubrique.

Les poumons constituent un organe vital qui permet la respiration, et donc, l’absorption de l’oxygène de l’air dans le sang. Contrairement à ce que laisse supposer le rythme de l’inspiration et de l’expiration, l’absorption d’oxygène ne se fait toutefois pas par à-coups, mais de façon continue. La raison en est que tout l'air n'est pas expiré, mais qu'il reste toujours un certain volume d'air dans les poumons. Quand on expire calmement, il reste environ 1,4 à 2,4 litres dans les poumons. Lorsqu'on expire une nouvelle fois après une respiration normale, un volume supplémentaire de 0,7 à 1,2 litre (volume de réserve expiratoire, VRE) peut être évacué des poumons. Il reste alors aussi quelque 0,7 à 1,2 litre d’air dans les poumons (capacité résiduelle fonctionnelle, CRF). Lorsqu’on inspire et expire calmement, environ un demi-litre d’air (volume courant, VC) est déplacé. Après une inspiration calme, un volume d’air supplémentaire de 2,3 à 3,1 litres (volume de réserve inspiratoire, VRI) peut être inhalé. La somme de ces volumes correspond à ce que l’on appelle la capacité pulmonaire totale (CPT). La capacité pulmonaire totale correspond au volume d’air maximal qu’un poumon normal est capable d’absorber. Elle est en moyenne de 4,2 litres chez les femmes et de 6 litres chez les hommes. Les sportifs se situent en règle générale au-dessus de cette valeur. En déduisant la capacité résiduelle fonctionnelle de la capacité pulmonaire totale, on obtient ce que l’on appelle la capacité vitale (CV). Elle est en moyenne de 3,5 litres chez les femmes et de 4,8 litres chez les hommes.

La capacité résiduelle fonctionnelle empêche les alvéoles pulmonaires de s’effondrer et de s’accoler en maintenant la pression interne dans les alvéoles. Par ailleurs, elle permet de garantir un échange gazeux continu pendant la pause respiratoire entre l'inspiration et l'expiration.

Les poumons permettent un échange gazeux entre l'air et le sang. Pendant l’inspiration et l’expiration, l’air est envoyé par le nez ou la bouche, puis via la trachée dans le système bronchique des poumons. Le système bronchique est constitué de ramifications de plus en plus petites et ressemble à un arbre renversé. L’échange gazeux a lieu aux extrémités des ramifications, dans les alvéoles pulmonaires. La paroi des alvéoles pulmonaires, appelée membrane alvéolocapillaire, est très fine et est interposée entre l’air et le sang. Au travers de cette membrane, l’oxygène (O2) de l’air inhalé se diffuse dans le sang et le dioxyde de carbone (CO2) du sang est relâché dans l'air qui est ensuite expiré. Le corps humain a besoin d’oxygène pour maintenir la production d’énergie des cellules. Les alvéoles pulmonaires ont un diamètre de 0,2 millimètre. Nous possédons environ 300 millions d’alvéoles pulmonaires, dont les membranes ont une surface totale de 100 m2. Cette surface est 50 fois supérieure à celle de la peau.

Les poumons humains sont constitués de deux viscères situés dans la cage thoracique mobile qui y sont reliés. Le poumon droit est composé de trois « lobes », le gauche en compte deux. Au niveau de la face inférieure, les poumons sont reliés au diaphragme. Le diaphragme est un muscle en forme de double sphère. Lors de l’inspiration, le volume de la cage thoracique augmente grâce au diaphragme, qui s’aplatit par contraction. Lors de la respiration costale, les côtes sont tirées vers l'extérieur par des muscles et le volume augmente également. Une dépression se produit, qui est compensée par l’inspiration. L'expiration est essentiellement passive. Le diaphragme se relâche et se dilate à nouveau. Les muscles pectoraux se détendent également et les côtes s'abaissent à nouveau. L’air s’échappe des poumons.

La fréquence respiratoire des adultes en bonne santé au repos se situe entre 12 à 20 respirations par minute. Chez les enfants, elle est encore plus élevée et peut atteindre 25 respirations par minute. En cas d’effort, cette valeur augmente considérablement et peut atteindre 40 à 50 respirations par minute. Vous pouvez le vérifier dans une expérience. Demandez aux élèves de mesurer leur fréquence respiratoire. Combien de fois respirent-ils par minute ? Vous pouvez consigner le résultat au tableau pour chaque enfant. Ensuite, vous pouvez faire quelques squats et mesurer à nouveau le nombre de respirations. Quelle est à présent la fréquence respiratoire des élèves ? Cette expérience fait également partie de notre dossier « Comment le corps réagit-il à l’effort physique ? »

Pour visualiser la différence entre l’air inspiré (air ambiant) et l’air expiré, vous avez besoin de deux bougies pour chauffe-plat et de deux verres identiques. Allumez les bougies pour chauffe-plat, expirez ensuite dans l’un des verres, puis renversez rapidement et simultanément chaque verre sur une bougie pour chauffe-plat. Observez ce qui se passe. Une flamme a besoin d‘oxygène pour brûler. La bougie pour chauffe-plat qui se trouve sous le verre rempli d’air expiré s’éteint plus rapidement que l’autre bougie pour chauffe-plat, car l‘air expiré contient moins d‘oxygène que l‘air ambiant.

L'expérience montre que le corps absorbe de l'oxygène par la respiration. "L'air inspiré contient environ 21% d'oxygène, l'air expiré n'en contient plus que 16%. L'oxygène manquant a été consommé dans notre corps, l'oxygène passe dans le sang au niveau des alvéoles pulmonaires. En même temps, le dioxyde de carbone s'échappe du sang dans l'air". (Source : Fiches d'aide et d'information, boîte d'expériences "Mir experimentéiere mat Loft")

En cours de sport : prendre une grande inspiration et courir en criant. Celui qui n‘a plus de souffle ne peut plus émettre de son : s’arrêter immédiatement. Qui parcourt la plus longue distance en émettant simultanément un son audible ?

Vous trouverez ici  d’autres liens vers des spécialistes en communication scientifique et des ateliers.

Votre établissement propose également des activités pédagogiques dans ce domaine et vous souhaiteriez que votre lien figure sur le site de science.lu ? Alors contactez-nous ici.

Au SciTeach Center les enseignants peuvent emprunter du matériel d’information, d’expérimentation et d’exposition. Ils peuvent ainsi se familiariser avec l’apprentissage basé sur la „recherche-découverte“ centré sur l’élève lors de formations continues offertes par le centre.

Alors que notre rubrique vise à permettre aux élèves de s’accoutumer à la méthode scientifique à l’aide d’instructions, le concept de l’apprentissage basé sur la recherche et la découverte consiste à donner aux élèves une plus grande liberté de création. En tant qu’enseignant, vous ne ferez que mettre un peu de matériel à disposition ou poser quelques questions. Les élèves décident ensuite eux-mêmes ce qui les intéresse ou ce qu’ils ont envie d’essayer. Votre rôle en tant qu’enseignant est de les accompagner et de les soutenir dans leur travail.

Au SciTeach Center, l’apprentissage des compétences en cours de sciences naturelles doit être encouragé. Pour ce faire, le SciTeach Center offre aux enseignants la possibilité de développer de nouvelles idées et activités pour leurs cours de sciences naturelles, en collaboration avec d’autres enseignants et le personnel scientifique du SciTeach Center. Ce travail collectif a également pour but de renforcer la confiance dans son propre cours et d’évacuer les peurs éventuelles face à des expériences libres en classe. Les réunions sont animées par des collaboratrices scientifiques de l’Université du Luxembourg et par des enseignantes.