Grandeurs mesurées par les météorologues et big data
1. Présentation du scénario :
Cette séance s’intègre dans le thème du programme de cycle 3 :
- La planète Terre, les êtres vivants dans leur environnement.
Les compétences travaillées sont les suivantes :
- S’approprier des outils et des méthodes (domaine 2 du socle)
- Mobiliser des outils numériques (domaine 5 du socle)
Ce scénario pédagogique se déroule en deux séances. Il nécessite aussi au préalable une phase de recherche (en classe ou à la maison) autour des grandeurs météorologiques et leurs appareils de mesure associés (température, hygrométrie, pression atmosphérique et vitesse du vent principalement).
Dans la première séance, il sera demandé aux élèves de rechercher dans une feuille de calculs des informations relatives aux conditions météorologiques mesurées. Les capacités principales travaillées ici sont donc la lecture de tableau et la recherche d’information, à l’exception que cette fois ci, le tableau fait plusieurs milliers de lignes ! Cette séance permettra donc aux élèves de découvrir les fonctionnalités de tri d’un tableur et permettra de les plonger dans l’immensité du Big Data.
La seconde séance sera centrée sur la collecte de données et leur visualisation. Les élèves produiront et visualiseront des graphiques obtenus à partir de données qu’ils auront eux-mêmes mesurées autour du collège.
2. Déroulé de la 1ère séance :
La première séance démarre avec la projection d’un tableau de données issu de Météo-France. S’en suit un temps de dialogue avec les élèves sur la provenance des données, le nombre de lignes et de colonnes...
L’enseignant demande alors « innocemment » quelle est la valeur de la température la plus élevée mesurée et répertoriée dans ce tableau. Des remarques sont attendues de la part des élèves. Le tableau est bien trop grand pour qu’on trouve la réponse juste en le lisant !
L’enseignant propose alors de découvrir la fonction de tri dans un tableur (Calc ou Excel). Les élèves devront l’utiliser pour répondre à une série de questions comme celle posée en introduction.
Pour y arriver, les élèves disposent d’un ordinateur équipé d’un tableur (LibreOffice Calc dans notre exemple) et d’une fiche technique détaillant certaines fonctions, comme le tri, la recherche de valeur maximale ou minimale et la production de tableaux croisés dynamiques.
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Dans les faits, les élèves ont été à l’aise avec la fonction de tri et la recherche de valeur maximale. Les tableaux croisés dynamiques ont été plus difficiles à produire. En revanche, lorsque le tableau était construit, les élèves ont compris l’intérêt de ces tableaux croisés dynamiques afin de trouver des valeurs moyennes plus facilement.
3. Origine des données :
Les données utilisées dans cette séance proviennent du site de Météo-France. Il s’agit des données SYNOP essentielles OMM. Elles sont disponibles gratuitement au téléchargement. Il est possible de les télécharger par archives mensuelles depuis 1996. Météo-France est un organisme de confiance pour la récolte de ces données. Ce point pourra être discuté avec les élèves et permettra de travailler la compétence identifier des sources d’informations fiables.
Le fichier téléchargé est au format .csv. Afin de le manipuler plus aisément, vous pourrez l’enregistrer au format .ods ou .xls à l’aide de votre tableur favoris.
Ces données recensent 62 stations en France métropolitaine et en Outre-Mer. Elles couvrent 39 paramètres météorologiques. Parmi ces données, on peut citer la température, la pression atmosphérique, mais aussi la hauteur de la neige fraiche, le géopotentiel ou bien le point de rosée.
Vous l’aurez compris, il y a un grand nombre de grandeurs mesurées qui ne nous seront pas forcément utiles. De plus, ces données sont « codées ». Chaque colonne porte une mnémonique à retranscrire pour les élèves. Par exemple, les précipitations dans les 3 dernières heures sont codées rr3. Le fichier Descriptif des paramètres de données SYNOP essentielles OMM vous permettra de renseigner la première ligne de chaque colonne avec un descriptif plus simple pour les élèves.
La modification du fichier source ne s’arrête pas là. En effet, les stations portent un code d’identification. Le fichier liste des stations essentielles SYNOP vous permettra d’associer pour chaque code-station le nom de la station. Pour le faire d’une manière simplifiée, le raccourci clavier Ctrl+h vous aidera grandement.
Il faudra aussi, en fonction des paramètres étudiés, convertir certaines données. En effet, la température est en degrés Kelvin, la vitesse du vent en m.s-1, la pression atmosphérique en Pa… et puis les virgules sont remplacées par des points… A rechercher et remplacer dans le document à l’aide de Ctrl+h !
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Cette longue étape de travail des données est indispensable pour qu’elles puissent être traitées plus facilement par les élèves.
4. Déroulé de la 2ème séance :
Dans cette deuxième séance, les élèves vont travailler autour de la visualisation de données. Pour ce faire, ils vont construire des graphiques (toujours à l’aide du tableur) de température, d’humidité et de pression atmosphérique à partir de données mesurées au collège pendant une semaine.
Ces données peuvent être mesurées avec un appareil de type Eve Weather de Elgato. Ces capteurs peuvent enregistrer température, humidité et pression atmosphérique toutes les 10 minutes et les données sont récupérables en Bluetooth sur un iPad ou un iPhone.
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A noter qu’il est possible de coupler plusieurs capteurs avec la même tablette, ce qui permettrait de comparer les données en fonction de l’exposition par rapport au Soleil.
Une application dédiée permet de visualiser directement les données sous forme de tableau ou de graphique. Elle permet aussi d’exporter les données sous forme de fichier Excel. Ainsi on obtient 3 fichiers : un pour la température, un pour l’humidité et un pour la pression atmosphérique. Avec une mesure toutes les 10 minutes pendant une semaine, on obtient aussi un fichier de plusieurs milliers de lignes ! A la différence cette fois ci que ces données concernent une seule station : leur environnement proche.
Afin de produire leurs graphiques, ils disposeront de trois fichiers (Relevé de température.ods, Relevé d’humidité.ods et Relevé de pression atmosphérique.ods) et d’une fiche technique pour produire les graphiques.
En fonction de la rapidité des élèves, il est possible de les faire travailler en groupes et chaque groupe peut être responsable d’un graphique à produire.
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Afin de rendre les graphiques encore plus parlant, il est possible d’y ajouter les informations météorologiques des jours concernés. En effet, sur le site http://www.meteofrance.com/climat/meteo-date-passee il est possible de voir un résumé météo des journées en question. Les jours étudiés dans l’exemple présenté fut très riches en données météo, nous sommes passé d’une quinzaine de degrés avec du soleil à -2°C et de la neige !
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5. Conclusion :
La lecture de tableau et la recherche d’informations sont des capacités régulièrement travaillées en classe. Ici, le tableur permet aux élèves de traiter un nombre de données bien plus grand que dans un tableau classique. C’est ainsi une première approche du Big Data pour les élèves de 6e.
Cette étude leur permet de constater la réalité des mesures effectuées. Les tableaux qu’on leur propose généralement ne sont que l’interprétation de cet ensemble de données. Les valeurs sont généralement les moyennes de celles mesurées pour un temps donné.
Seulement, afin de les rendre accessibles à des élèves de 6e, ces données nécessitent d’être retravaillées.
Cette séance est déclinable au cycle 4 avec l’étude des risques naturels. On pourrait envisager, dans le cadre d’un EPI avec les mathématiques, de faire calculer aux élèves des moyennes ou de faire d’autres études statistiques.
