Un sablier pour mesurer le temps

A la découverte d'un instrument de mesure du temps

L’intérêt du thème

À l’école maternelle le jeune enfant va peu à peu découvrir le temps et ce qui le caractérise : le cycle, la simultanéité, la durée et sa mesure.

La découverte du temps cyclique s’appuie sur la succession des  activités et l’organisation rythmée de la journée, sur la découverte de l’alternance du jour et de la nuit, du cycle de vie des petits animaux de la classe, des plantes …

Progressivement, le jeune enfant va apprendre à ajuster son temps personnel au temps collectif, découvrir des marqueurs du temps tels que l’horloge ou le calendrier, découvrir et apprendre à utiliser des instruments de mesure du temps. La découverte du sablier par son observation, sa construction, son utilisation selon différents paramètres fera de l’enfant un utilisateur avisé de cet instrument et le rendra autonome dans la gestion de son temps personnel à l’école maternelle. 

Les connaissances de l’enseignant

Qu’est ce qu’un sablier ? A quoi sert-il ?

Le sablier est un instrument de mesure d’une durée : la durée donnée par un sablier est déterminée lors de sa fabrication. Celle-ci  peut être très variable selon l’usage qui en sera fait : de quelques secondes à plusieurs minutes.

Le sablier a été conçu en complément de l’utilisation du cadran solaire  qui ne pouvait pas indiquer les heures durant la nuit.

Mais dans les pays où l’eau est rare les sabliers vont remplacer la clepsydre  et en faire un instrument de mesure couramment utilisé.  La clepsydre donnera d’ailleurs au sablier sa forme conique.

Si cet instrument de mesure d’une durée présente un inconvénient  majeur car il faut souvent le retourner pour mesurer des intervalles de temps relativement longs, il indique avec une bonne précision la durée d'une tâche à accomplir.

De quelle manière le sable s’écoule t-il ?

On sait que dans une clepsydre, la pression dépend de la hauteur d'eau, on  pourrait donc penser que, de la même manière le débit des grains de sable est plus important au début et plus faible quand le niveau des grains dans la partie haute du sablier baisse.

Cependant le débit de l'écoulement du sable dans le goulet d'étranglement entre les deux réservoirs n'est pas dépendant du poids du sable qui se trouve au dessus. Il y a deux raisons à cela :

-         Le goulet d’étranglement est relativement très étroit par rapport à la taille des grains

-         La pression exercée par le sable au niveau du goulet ne dépend pas du volume contenu dans la partie haute du sablier. Les grains de sable forment de nombreuses voûtes croisées, et ce sont donc essentiellement les parois du sablier qui subissent les forces. Si l’on considère les forces en jeu, on peut presque considérer que le sable s’écoule comme si on rajoutait du sable au fur et à mesure. Lorsque le sable s’écoule dans la partie basse du sablier, l’échange d’air se fait sans difficulté.

Comment introduire cette recherche ?

La situation de l’enfant qui interroge l’enseignant pour savoir à quel moment il peut le déranger pour le questionner alors que celui-ci tient un atelier dirigé est l’une des situations les plus proches des préoccupations des enfants de l’école maternelle.   

Quelques  approches possibles :

-         un sablier est apporté et observé ; il est l’objet de l’attention du temps d’échange collectif,

-         la phrase « attends que j’ai terminé le travail avec ce groupe d’enfants, et tu pourras venir me montrer ce que tu as fait », est une excellente occasion d’engager une recherche de solution qui rendra les enfants plus autonomes dans la gestion de ce temps d’ateliers.

-         la lecture d’un album « combien de temps dure un instant » ou « l’instant d’après » de Delphine Guéchot chez Bilboquet orientera la recherche collective vers un instrument de mesure qui indiquera de façon objective et pour tous « que le temps de l’atelier est terminé » …

Le projet de fabrication de sabliers doit être confié aux enfants qui vont chercher des solutions et résoudre les problèmes de fabrication au fur et à mesure que ceux-ci apparaissent. Il ne s’agit pas de donner une fiche de montage aux enfants mais de leur permettre de découvrir de quelle manière cet objet est construit et d’en découvrir la fonction en jouant avec différents paramètres que sont la taille des trous permettant l’écoulement, la quantité de « sable* » et la nature de ses grains.

*par « sable, il conviendra d’entendre l’ensemble des « grains utilisables : sable, sel, semoule mais également  de graines : lentilles, pois chiches …