Titre de la séance : l énergie lumineuse reçue sur Terre.

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Suzanne Lapierre
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1 Partie du programme : Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol Niveau : seconde EXTRAIT DU PROGRAMME L énergie solaire est inégalement reçue à la surface de la planète. La photosynthèse en utilise moins de 1%. Le reste chauffe l air (par l intermédiaire du sol) et l eau (ce qui est l origine des vents et des courants) et évapore l eau (ce qui permet le cycle de l eau). CONNAISSANCES CONSTRUITES L énergie solaire reçue sur la Terre permet pour 1% la réalisation de la photosynthèse. Elle permet aussi l évaporation de l eau, ce qui explique le cycle de l eau grâce ensuite à la condensation puis aux précipitations. La répartition de cette énergie reçue est inégale, ce qui : - chauffe de façon inégale le sol et donc de l air, la différence de température des masses d air est à l origine des vents ; - chauffe de façon inégale l eau, la différence de température des masses d eau est à l origine des courants océaniques. CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE Titre de la séance : l énergie lumineuse reçue sur Terre. Construire une argumentation de nature manipulatoire pour montrer l inégale répartition de l énergie solaire sur Terre. Modéliser les courants hydrosphériques ou modéliser les vents ou modéliser le cycle de l eau. Réaliser un schéma bilan. CONDITIONS MATERIELLES Les élèves travaillent par binôme. A partir d une liste de matériel à disposition, ils proposent et justifient une manipulation dont les résultats montrent l inégale répartition de l énergie solaire à la surface de la planète. Ils recherchent ensuite l effet de l énergie solaire sur un exemple ; la circulation océanique ou la circulation hydrosphérique ou le cycle de l eau. La dernière activité a pour objectif la construction d un schéma bilan qui permettra aux élèves d avoir une vue d ensemble sur la réception de l énergie lumineuse. Remarque : on peut envisager de faire réaliser en autonomie une des activités : 2, 2 et 2 et de présenter les deux autres en démonstration au bureau. COIN LABORATOIRE Matériel globe Réf. : lampe type maglite support Réf : pince pour support Réf : luxmètre Réf : modèle de circulation océanique Réf : modèle du cycle de l eau Réf : lampe Réf : Documents didactiques planche cycle de l eau Réf. : / 6

Le reste chauffe l air (par l intermédiaire du sol) et l eau (ce qui est l origine des vents et des courants) et évapore l eau (ce qui permet le cycle de l eau).

2 DESCRIPTIFS Activité 1: Construire une argumentation de nature manipulatoire pour déterminer l inégale répartition de l énergie sur Terre. Objectif : démontrer comment l énergie solaire est répartie de façon inégale. Support : globe, lampe, support. Proposer une manipulation, en utilisant le matériel à disposition, dont le résultat permettrait de montrer l inégale répartition de l énergie sur Terre. Justifier avec précision la manipulation proposée, la mettre en œuvre, la schématiser, décrire son résultat. L énergie est inégalement reçue à la surface terrestre. Cette énergie chauffe l air et chauffe l eau. Quel est l effet de l énergie reçue sur l eau? Activité 2: Modéliser l énergie solaire sur l hydrosphère pour comprendre son effet sur la circulation hydrosphérique. Objectif : comprendre l origine solaire de la circulation hydrosphérique Support : modèle de circulation océanique. Eau colorée froide (bleue sur la photo), eau colorée chaude (jaune sur la photo). Consigne : Verser simultanément l eau froide dans un des tubes et l eau chaude dans l autre tube. Schématiser le résultat obtenu. «Animer»le schéma en indiquant par des flèches le mouvement mis en évidence. Comment s appelle ce phénomène observé à l échelle du globe? A quoi est il dû? Remarque : L eau chaude est moins dense que l eau froide. 2 / 6

Proposer une manipulation, en utilisant le matériel à disposition, dont le résultat permettrait de montrer l inégale répartition de l énergie sur Terre.

3 L énergie est inégalement reçue à la surface terrestre. Cette énergie chauffe l air et chauffe l eau. Quel est l effet de l énergie reçue sur l air? Activité 2 : Modéliser l énergie solaire sur l air pour comprendre son effet sur la circulation atmosphérique. Objectif : Comprendre l origine solaire des mouvements atmosphériques Support :encens, bougie. Allumer le bâton d encens, décrire la trajectoire de la fumée (schéma). Allumer la bougie. Approcher le bâton d encens de la flamme, attendre quelques instants puis observer la trajectoire de la fumée(schéma). Utiliser les propriétés de l air chaud pour interpréter le résultat obtenu. Remarque : l air chaud a une densité plus faible que l air froid. Un air moins dense exerce une pression moins importante qu un air froid. Une pression sur une masse d air dévie cette masse d air. L énergie est inégalement reçue à la surface terrestre. Cette énergie chauffe l air et chauffe l eau. Quel est l effet de l énergie reçue sur l eau? Activité 2 : Modéliser l énergie solaire sur l eau pour comprendre son effet sur le cycle de l eau. Objectif : comprendre l origine solaire du cycle de l eau Support : modèle du cycle de l eau, planche du cycle de l eau. Remplir le dispositif ;disposer des glaçons dans les nuages, de l eau dans l océan, allumer la lampe, incliner le dispositif. Décrire les observations. En utilisant la planche du cycle de l eau, donner un nom à l ensemble des phénomènes observés et décrits. Activité 3: Construire un schéma bilan sur les effets de l énergie pour avoir une représentation d ensemble de l effet de l énergie sur la Terre. Construire un schéma bilan des effets de l énergie reçue sur Terre. Récapituler ensuite en une phrase ces effets, en précisant leur origine. Critères de réussite des représentations autoévaluation évaluation Soleil, sol, eau, un végétal chlorophyllien Photosynthèse réalisée grâce à 1% de l énergie solaire Energie solaire envoyée sur le sol et sur l eau Le sol chauffé réchauffe l air, ce qui est à l origine des vents. L eau chauffée permet le cycle de l eau.. L eau ainsi chauffée est le siège de courants océaniques. Titre et annotation (s) 3 / 6

Objectif : Comprendre l origine solaire des mouvements atmosphériques Support :encens, bougie. Allumer le bâton d encens, décrire la trajectoire de la fumée (schéma). Allumer la bougie.

4 Activité 1: Construire une argumentation de nature manipulatoire pour déterminer l inégale répartition de l énergie. La manipulation consiste à projeter un même faisceau de lumière à des latitudes différentes et à montrer que l énergie reçue aux différents points est différente. lampe faisceau de lumière équateur pôle globe Schéma du montage. Résultat : Quand on projette un faisceau de lumière vers l équateur, ur, on obtient un «rond» de lumière très net, de faible diamètre, l énergie mesurée à l aide du luxmètre indique 42 UA. Quand on projette le même faisceau de lumière vers le l pôle, le «rond» de lumière s allonge, il devient plus ovale, moins net,, l énergie mesurée à l aide du luxmètre indique 22 UA. Cette modélisation prouve donc bien que l énergie solaire est donc inégalement reçue à la surface de la planète. 4 / 6

lampe faisceau de lumière équateur pôle globe Schéma du montage.

5 Activité 2: Modéliser l énergie solaire sur l hydrosphère pour comprendre son effet sur la circulation hydrosphérique. Eau froide Eau chaude Mouvement de l eau Résultat du dispositif. On obtient un mouvement de l eau. A l échelle du globe, il s agit des courants marins. L eau chaude, moins dense a tendance à monter alors que l eau froide, plus dense a tendance à descendre. Activité 2 : Modéliser l énergie solaire sur l air pour comprendre son effet sur la circulation atmosphérique. fumée fumée déviée Bougie éteinte encens Bougie allumée encens Résultat des manipulations. Bougie éteinte,, la fumée se dirige verticalement vers le haut. Si on allume la bougie et qu on place la fumée juste à côté de la flamme, f on constate que la fumée est déviée vers la flamme. L air chauffé par la bougie exerce une pression plus faible sur la fumée que l air froid de l autre côté, ce qui explique la déviation de la fumée vers la flamme. C est l origine des vents. 5 / 6

Activité 2 : Modéliser l énergie solaire sur l air pour comprendre son effet sur la circulation atmosphérique.

6 Activité 2 : Modéliser l énergie solaire sur l eau pour comprendre son effet sur le cycle de l eau. Sous l effet de l énergie de la lampe, on observe que l eau de l océan s évapore, puis elle se condense, elle retombe sous forme de précipitations sur la Terre, elle ruisselle et revient aux océans. C est le cycle de l eau. Activité 3: Construire un schéma bilan sur les effets de l énergie pour avoir une représentation d ensemble de l effet de l énergie sur la Terre. Effets de l énergie reçue sur Terre. soleil Energie 1% photosynthèse Cycle de l eau vents Air chauffé Eau chauffée Végétal chlorophyllien Sol chauffé Courants océaniques L énergie lumineuse qui provient du soleil sert directement à la réalisation de la photosynthèse. Elle sert également à chauffer l eau et à chauffer l air, ce qui permet la mise en place des vents, des courants marins ainsi que le cycle de l eau. 6 / 6

C est le cycle de l eau. Activité 3: Construire un schéma bilan sur les effets de l énergie pour avoir une représentation d ensemble de l effet de l énergie sur la Terre.

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