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L’Océan : En direct! Partout! En tout temps!

Par Ali L. Hochberg
Traduction par Antonie Pluk

Vous recherchez une nouvelle méthode d’enseignement des mathématiques et des sciences qui saura stimuler toute la classe, vous compris? Peut-être essayez-vous tout simplement d’adapter les cours à vos élèves afin d’établir un lien entre la théorie et le monde tel qu’ils le perçoivent autour d’eux. Quelle que soit votre motivation, l’intégration dans vos activités et leçons de données provenant de systèmes d’observation des océans  vous offrira une approche différente pour transmettre les compétences STEM standards (c’est-à-dire en sciences, en technologies, en ingénierie et en mathématiques), ainsi que les concepts qui s’y rattachent.

La culture océanique se définit comme « la compréhension de l’influence de l’océan sur soi, et de l’influence que l’on a sur l’océan ». Si ce concept regorge de matière à enseigner, il faudra mettre au point une variété d’activités interactives pour s’adapter aux élèves d’âges différents et à leur niveau de connaissances ainsi qu’à leur mode d’apprentissage. L’emploi de données enregistrées régulièrement à partir de sites choisis situés en haute mer ou sur les eaux côtières est une façon de promouvoir la culture océanique en classe. Ce genre de données, que l’on appelle « données en temps réel », étant donné leur disponibilité quasi immédiate après enregistrement, permet à toute personne de se connecter à une station de surveillance, à quelques kilomètres ou à l’autre bout du monde, et ce, grâce à internet. Après un certain temps d’observation, on remarquera le rythme d’un site d’heure en heure, de saison en saison, voire d’année en année. On peut aussi utiliser ces données pour en apprendre davantage sur les catastrophes naturelles, comme les tsunamis, les ouragans, la prolifération nocive des algues et les inondations côtières.

Les systèmes d’observation des océans en Amérique du Nord

Le système intégré américain d’observation de l’océan (U.S. Integrated Ocean Observing System, ou IOOS) diffuse plusieurs sources de données océanographiques par l’entremise de ses systèmes régionaux d’observation des eaux côtières (Regional Coastal Ocean Observing Systems, ou RCOOS). Depuis près de dix ans, ces systèmes fournissent tant aux scientifiques qu’aux enseignants les outils nécessaires pour comprendre l’océan et ses régions côtières ainsi que pour en suivre l’évolution. L’IOOS comporte des stations de surveillance dans les océans Pacifique (le Pacifique équatorial compris) et Atlantique Ouest, le Golf du Mexique, les Grands Lacs, en Alaska, à Hawaii et dans la baie de Chesapeake. Comme la collecte de donnée s’effectue sur plus de 1600 plateformes, il ne reste qu’à choisir un site qui correspond aux principes et concepts STEM que l’on souhaite enseigner. Les bouées en eaux profondes, comme les bouées d’observation océan-atmosphère dans les mers tropicales (TAO), sont d’excellentes sources à utiliser pour aborder les notions sur les environnements extrêmes; les bouées côtières, comme celles du National Data Buoy Center, mettent en évidence les nombreux phénomènes océaniques ayant des répercussions sur l’activité humaine, à savoir les activités de plaisance et le transport naval; les tours terrestres fixes, comme les tours météorologiques, peuvent servir à enseigner les conditions et grands principes météorologiques; enfin, les satellites présentent la façon dont on utilise la télédétection, tant dans les domaines scientifiques de pointe que dans la vie quotidienne. Chaque jour, ces plateformes collectent en continu une quantité inestimable de données sur l’océan et la météo, dont la température de l’eau, l’oxygène dissous, la salinité, la vitesse et la direction du vent, les troubles atmosphériques, la concentration en chlorophylle, la hauteur des vagues et leur direction, ainsi que les niveaux de dioxyde de carbone, pour ne citer que celles-ci.

Au Canada, l’Université de Victoria a fondé l’Ocean Networks Canada (ONC), un réseau d’observation de l’océan qui participe à la recherche en eaux côtières et profondes au moyen d’une variété d’instruments et de technologies. L’ONC comporte divers observatoires qui font la collecte de données d’observation des océans en temps réel, parmi lesquels l’observatoire VENUS (anciennement le Victoria Experimental Network Under the Sea) et l’observatoire NEPTUNE (anciennement NEPTUNE Canada).

L’observatoire VENUS est doté d’instruments, dans l’anse de Saanich, le détroit de Georgia, et le delta du Fraser, qui recueillent des données sur la circulation de l’eau, sur les propriétés de l’eau (par exemple la température, les nutriments et la salinité), et sur la faune marine de ces étendues d’eau. Des hydrophones, placés dans le détroit de Georgia, ont enregistré les vocalises (ou les bruits) des épaulards et des dauphins à flancs blancs du Pacifique, ce qui a révélé d’intéressantes données au sujet de la vie sous l’eau. On utilise les données de l’observatoire VENUS pour en apprendre davantage sur les phénomènes naturels de chaque site et sur la façon dont l’activité humaine affecte le monde aquatique.

Les installations de l’observatoire NEPTUNE, situées au large de la côte ouest de l’île de Vancouver, en Colombie-Britannique, forment un grand réseau de capteurs et d’instruments qui collectent des données dans une variété d’environnements sous-marins, dont le plateau continental, la pente continentale, les canyons sous-marins, les plaines abyssales, la dorsale océanique et les régions sismiques actives. Les données recueillies de chacune de ces locations fournissent aux chercheurs les informations nécessaires pour étudier les tremblements de terre, les ressources marines (comme les dépôts métalliques et le poisson), les changements climatiques, les écosystèmes des eaux profondes, et plus encore. Tout comme les données de l’observatoire VENUS et du réseau IOOS, celles de l’observatoire NEPTUNE sont accessibles sur internet, ce qui en fait une ressource stimulante et inestimable pour enseigner les concepts STEM de base et aborder des notions avancées en sciences de la Terre et en océanographie.

La réunion de ces systèmes d’observation et de leurs données offre aux enseignants une vue d’ensemble de l’océan et de ses côtes sans même avoir à quitter la classe, fournissant, tant aux professeurs qu’aux élèves, des façons innovatrices et engageantes d’en apprendre au sujet de l’océan. De plus, les données d’observation des océans peuvent être utilisées pour enseigner les concepts STEM de base, la pensée critique, et d’autres habiletés essentielles pour les futurs travailleurs du 21e siècle. Afin de faire valoir ces données auprès des enseignants, les réseaux IOOS/RCOOS et ONC ont mis au point une variété de ressources pédagogiques, disponibles sur leurs sites web. Ces ressources ont été conçues avant tout pour les titulaires de classe dans le but d’instruire leurs élèves en utilisant les systèmes d’observation des océans et les représentations de données comme les graphiques et les tableaux.

Utiliser les données dans l’enseignement

Avec les jeunes élèves, les données d’observation des océans peuvent fournir une nouvelle vision du monde et une nouvelle façon d’apprendre les phénomènes terrestres et océaniques tels que l’augmentation de la température de l’air le jour et sa diminution la nuit. Par contre, comme leur capacité à bien comprendre les données est limitée, l’emploi de données d’observation des océans dans l’enseignement des concepts STEM est mieux adapté aux élèves à partir de la cinquième année.

Chez les 11-14 ans, les applications des données d’observation des océans en classe sont quasi illimitées. Les enseignants peuvent utiliser ces données pour enseigner des concepts mathématiques (la représentation graphique de données et la compréhension des fonctions linéaires; les concepts de base en statistique, dont la moyenne, la médiane et la valeur modale; la variation et les relations entre les données), des concepts scientifiques (l’analyse du changement au fil du temps et les tendances des données à long terme; les liens entre l’océan et la météorologie; la répartition des animaux dans l’océan; les effets de la géographie sur les courants et autres propriétés de l’océan), en plus de couvrir des sujets en technologie et en ingénierie (l’élaboration d’équipements de recherche pouvant résister à l’environnement de l’océan; les bases en robotique et en électronique; les tendances en recherche technologique). On peut aussi utiliser les données d’observation des océans pour aborder les sujets d’actualité en science de l’environnement, comme les changements climatiques, la prolifération nocive des algues (p. ex., les marées rouges), et la protection des espèces menacées.

 

Ressources (en anglais seulement)

L’Ocean literacy framework, site regroupant les bases théoriques de la culture océanique, dont les principes et concepts fondamentaux, des plans d’enseignement, ainsi que des ressources d’enseignement et d’apprentissage : http://oceanliteracy.wp.coexploration.org/

Le catalogue du système intégré américain d’observation de l’océan (IOOS) : http://www.ioos.gov/catalog/

Les systèmes régionaux d’observation des eaux côtières (RCOOS) : http://www.ioos.gov/partners/regional.html

L’équipe d’éducation et sensibilisation du Ocean Networks Canada : http://www.oceannetworks.ca/learning

Le partenariat pour la promotion de l’enseignement des compétences du 21esiècle (Partnership for 21st Century Skills) : http://www.p21.org/

Les données et ressources sur l’observation des océans accessibles par NOAA Bridge, un portail dédié à l’enseignement du monde aquatique : http://www2.vims.edu/bridge/noaa/noaamenusearch.cfm?Menu=OOS

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Activités en classe :
Créer des graphiques à partir de données d’observation des océans

Buts de l’exercice

Après cette activité, les élèves seront aptes à :

  • consulter des ressources internet pour consulter et télécharger des données d’observation des océans;
  • interpréter un graphique sur la température de l’air construit à partir de données amassées par un système d’observation des océans;
  • observer les tendances dans les données et énoncer des affirmations informées à partir de l’analyse des données.

Étape 1 : Utilisez un ordinateur avec un accès internet pour visiter le site web du Monterey Bay Aquarium Research Institute’s Land/Ocean Biogeochemical Observatory (LOBO) situé dans le bourbier Elkhorn Slough : http://www.mbari.org/lobo

Étape 2 : Dans le menu de gauche, cliquez sur introduction. Lisez l’introduction pour en apprendre davantage sur le programme du LOBO. Dans la section Elkhorn Slough de la page, cliquez sur l’hyperlien map pour voir la localisation du bourbier.

Étape 3 : Retournez à la page précédente, et dans le menu de gauche, cliquez sur realtime data. Suivez les instructions ci-dessous pour générer un graphique de la température de l’air sur une période de 2 semaines en mars 2010 :

  1. Dans la colonne de gauche, sous How many graphs?, sélectionnez One;
  2. Sous Data Quality, sélectionnez Good and Quest;
  3. Sous What dates?, sélectionnez Specify Start/End Date;
  4. Sous Change dates, entrez la date 03/01/2010 (1er mars 2010) dans le champ Start Date, et la date 03/14/2010 (14 mars 2010) dans le champ End Date;
  5. Dans la colonne Select Locations, sous Graph 1, faites défiler la liste et sélectionnez CASTROV/Weather;
  6. Dans la colonne Select one X variable, sous Graph 1, sélectionnez Date;
  7. Dans la colonne Select Locations, sous Graph 1, faites défiler la liste et sélectionnez AirTemperature[°C];
  8. Cliquez sur le bouton SEND situé dans le coin inférieur droit de la page.

Étape 4 : Utilisez le graphique affiché à l’écran pour répondre aux questions suivantes :

  1. Quelle a été la température la plus chaude enregistrée? À quelle date a-t-on enregistré cette température?
  2. Quelle a été la température la plus froide enregistrée? À quelle date a-t-on enregistré cette température?
  3. Décrivez l’évolution de la température de l’air au cours d’une même journée. Comment pouvez-vous expliquer ce phénomène?
  4. Avez-vous une explication à donner qui justifierait l’arrêt soudain des observations de la température avant le 13 mars 2010? Expliquez comment ce genre de situation peut se produire.
  5. Les températures enregistrées sont en degrés Celsius. Faites la conversion en Fahrenheit de la température la plus chaude et la plus froide enregistrée (voir la réponse aux questions 1 et 2 ci-dessus). Est-ce qu’il fait chaud ou froid pendant le mois de mars? Est-ce ce à quoi vous vous attendiez pour cette région des États-Unis?

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Ali L. Hochberg est associée de recherche pour l’American Institute of Biological Sciences à Saint Georges, aux Bermudes. Au moment de la publication de l’article en anglais, elle travaillait en collaboration avec le centre océanographique de la Nova Southeastern University, en Floride.

Antonie Pluk est diplômée du baccalauréat en traduction de l’Université de Sherbrooke. Elle est traductrice de l’anglais au français.

Ce qui précède est une traduction de « The Ocean- Live! Anywhere! Anytime! » qui a été publié en Green Teacher 92, Printemps 2011.