Le système solaire : cours de physique-chimie en 4e

Avant de regarder le ciel, il faut savoir pourquoi on étudie ce sujet et à quel moment. En physique-chimie, le cycle 4 comprend un grand thème intitulé « décrire l'organisation de la matière dans l'Univers ». Ce thème n'est pas traité en une seule fois : il revient tout au long du cycle.²

Le découpage est simple à retenir. En 5e, on étudie le système solaire. En 4e, on passe à l'Univers.² Ce cours se trouve donc à la charnière : tu révises ou consolides ce qui concerne notre voisinage cosmique, pour pouvoir ensuite changer d'échelle et parler de l'Univers dans son ensemble.

Les objectifs de connaissance du programme associent les deux niveaux. L'un d'eux demande de décrire la structure de l'Univers et du système solaire.² Autrement dit, on ne les sépare pas complètement : le système solaire est un premier exemple, proche de nous, d'une organisation de la matière, et l'Univers est le cadre dans lequel il se place.

Quand on parle du système solaire, on pense d'abord aux planètes. Les ressources pédagogiques sur l'exploration de l'espace parlent de « planètes et autres corps célestes ».³ Cette formule rappelle qu'il y a plus que des planètes : l'expression « corps céleste » désigne tout objet naturel que l'on observe dans l'espace.

Tu retiens donc une idée de classement : on ne met pas tout dans le même panier. Au centre se trouve le Soleil. C'est une étoile : il produit sa propre lumière. Huit planètes tournent autour de lui. De la plus proche à la plus lointaine, on trouve d'abord Mercure, Vénus, la Terre et Mars, des planètes rocheuses dites telluriques. Viennent ensuite Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, des planètes géantes formées surtout de gaz et de glaces. Une planète ne produit pas de lumière : elle renvoie celle du Soleil. Beaucoup de planètes ont des satellites naturels, comme la Lune pour la Terre. Le système solaire compte aussi des planètes naines, des astéroïdes et des comètes. Une planète est donc un type de corps céleste, mais pas le seul.

Les sciences qui étudient ces objets portent plusieurs noms. Les sciences de l'Univers regroupent l'astronomie, l'astrophysique, la planétologie et l'étude du système solaire.³ Chacune a sa façon de regarder : l'astronomie observe et mesure, la planétologie s'intéresse aux planètes elles-mêmes. Ce cours reste à un niveau de collège : il t'apprend à décrire et à représenter, pas à faire de la recherche.

Le système solaire n'est pas une photographie figée. Les astres bougent. Le programme le dit très clairement : le chapitre est lié à la partie « caractériser un mouvement », pour étudier le mouvement des planètes dans le système solaire.²

Ce lien est précieux pour toi, car il te permet de réutiliser des outils déjà vus ailleurs : la notion de vitesse, la relation entre distance et durée, le choix d'un référentiel.

Une activité d'animation proposée par le CNES montre bien cette idée. Des participants incarnent les planètes dans une ronde où l'on doit respecter à la fois la vitesse et la distance dans le système solaire.⁴ On comprend alors par le corps ce que les mots veulent dire : une planète éloignée n'est pas placée au même endroit qu'une planète proche, et elle ne se déplace pas de la même manière.

Cette activité demande aussi un espace dégagé, en extérieur ou dans une grande salle, pour modéliser le système solaire.⁴ Cette contrainte te donne une première leçon : un modèle à l'échelle prend beaucoup de place, ce qui prépare la section suivante.

Les astres sont très éloignés les uns des autres et bien plus gros que ce que l'on peut dessiner. Pour les représenter, on construit donc un modèle. Les ressources d'accompagnement du programme posent d'ailleurs la question : quelle(s) représentation(s) du système solaire peut-on proposer ?¹ Le pluriel est important : il n'existe pas une seule bonne représentation, mais plusieurs, selon ce que l'on veut montrer.

Un schéma peut montrer l'ordre des astres, sans respecter les distances. Un modèle à l'échelle respecte les distances, mais il devient très grand. Chaque choix a un avantage et une limite.

La façon dont les humains se représentent le système solaire a changé au fil du temps. Le programme y consacre une ouverture : retracer l'évolution des représentations du système solaire et de l'Univers, tout comme celle des appareils servant à mesurer, crée des ponts avec d'autres disciplines.²

Retiens ceci : une représentation n'est pas la réalité, c'est une réponse à ce que l'on savait mesurer à une époque. Quand les instruments s'améliorent, les représentations évoluent.

Aujourd'hui, l'exploration ne passe plus seulement par l'observation depuis le sol. Elle comprend l'exploration robotique et habitée : des astronautes, la station spatiale internationale, des rovers sur Mars et des drones. On prépare aussi des projets de base lunaire.³ Ces moyens apportent des mesures nouvelles, qui servent à corriger et à préciser nos modèles.

Les satellites servent aussi à communiquer et à naviguer, ce qui montre que l'espace a des usages très concrets, bien au-delà de la recherche.³

La progression du cycle 4 prévoit d'élargir ce que tu sais sur le système solaire à l'Univers.² Pour réussir ce passage, retiens deux idées. D'abord, la méthode reste la même : décrire, situer, mesurer, représenter. Ensuite, les distances changent de nature. À l'échelle de l'Univers, on aborde des unités différentes pour mesurer les distances.²

Le programme prévoit ainsi de réinvestir ce que tu sais du système solaire, puis d'ajouter d'autres objets : étoiles, galaxies et évolution de l'Univers.²