Dynamique des enveloppes fluides

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1 I3 Activité 1 Dynamique des enveloppes fluides Appréhender, explorer et expliquer des notions Problème : Comment sont mis en mouvement Co.3 sur la planète Terre, l'environnement et l'action les enveloppes fluides de la Terre? humaine. Situation de départ : Dans les sujets de société actuelle, on peut trouver ce genre de titre : «L'atmosphère et l'océan se réchauffent. En conséquence, les courants océaniques se modifient et influent sur le climat». C'est du moins ce que suggèrent des chercheurs norvégiens dans une étude publiée dans la revue Nature Communications. Le but est de comprendre comment les enveloppes fluides comme les océans ou l'atmosphère sont mises en mouvement. Consignes Compétences Exigences Conseils 1 A partir de chaque atelier, concevoir une démarche expérimentale permettant d'expliquer la mise en mouvement des enveloppes fluides de la Terre. Pour concevoir une démarche expérimentale, suivre les étapes suivantes : - Se mettre par groupe de 4 et travailler sur un des 4 ateliers. (Mé.1 Mé.2) - A partir des documents 1 et 2, formuler une hypothèse par rapport au problème. (Dé.2) - A partir du matériel proposé (document 3), concevoir des expériences en construisant. (Dé.3) - Réaliser l'expérience après validation par le professeur. (Dé.4) - Valider ou invalider alors l'hypothèse formulée pour conclure et expliquer la mise en mouvement des enveloppes fluides. (Dé.5) 2 A partir de l'ensemble des informations de chaque ateliers, réaliser un schéma-bilan expliquant la mise ne mouvement des enveloppes fluides de la Terre. Réaliser un schéma le plus complet possible qui prend en compte toutes les informations : (La.6) - Répartition inégale de l'énergie solaire et donc des températures sur Terre. - les mouvements verticaux et horizontaux des masses d'air (formation des vents). - les mouvements des masses d'eau (courants océaniques). Évaluation de la compétence La.6 Dé.2 Dé.3 Dé.4 Dé.5 Critères de réussite et d'évaluation INTÉGRALITÉ : J'ai réalisé un schéma (éléments, légendes, titre). EXACTITUDE et CONFORMITÉ : Les éléments et les informations doivent être corrects et utilisés avec les bons symboles pour chacun(e)s. SOIN : Le schéma doit être propre et soigné (orthographe, flèches, trait à la règle, etc.). PERTINENCE : J'ai exprimé une solution provisoire (ou partielle) en rapport avec le problème sous forme d'une phrase affirmative. CONFORMITÉ et COHÉRENCE : La solution exprimée doit être plausible, non contradictoire (et doit isolé un seul paramètre). PERTINENCE : J'ai conçu un protocole en lien avec la ou les hypothèses à tester. CONFORMITÉ : J'ai bien isolés les paramètres, prévu une expérience témoin et j'ai exprimé le résultat auquel on s'attend en admettant que l'hypothèse formulée avant soit juste (= conséquence vérifiable). INTÉGRALITÉ : J'ai suivi toutes les étapes du protocole. CONFORMITÉ : J'ai respecté correctement les consignes, pas à pas (lecture des consignes) et obtenu un résultat conforme à ce qui est attendu (aux consignes). PERTINENCE : J'ai observé et sélectionné les résultats indispensables à la comparaison et en lien avec le problème (et donc la ou les hypothèses). EXACTITUDE et COHÉRENCE : J'ai identifié sans erreur les résultats qui sont en accord et ceux qui sont en contradiction pour décider de la validation ou du rejet de l'hypothèse en justifiant ma décision.

2 Atelier n 1 : La répartition de l énergie solaire à la surface de la Terre Document 1 : La répartition de l'énergie solaire absorbée par la surface du globe Document 2 : Les rayons de lumière du Soleil Le Soleil est tellement énorme par rapport à la Terre (environ 109 fois plus grand). Donc les rayons de lumière qui sont envoyés par le Soleil arrivent sur Terre tous parallèles. Soleil Terre Document 3a : Matériel à disposition - Lampe/laser - Diaphragme - Globe - Papier millimétré - Règle Document 3b : Tableau présentant la correspondance entre la latitude et la surface de la lumière reçue Latitude Forme de la tâche Surface en cm² de la tâche lumineuse 0 45 Nord 60 Nord 89 Nord

3 Atelier n 2 : Le moteur de la circulation océanique Document 1 : La carte des courants profonds Le Gulf Stream est un courant marin qui transporte les eaux chaudes du golfe du Mexique vers le centre puis le Nord de l Atlantique. Ensuite, les eaux froides et salées de l Atlantique Nord plongent jusqu à 2000 ou 3000m de profondeur, «alimentant» les courants océaniques profonds. Elles s écoulent lentement vers l Atlantique Sud où elles se mélangent aux eaux froides antarctiques. Elles ne referont surface que des siècles plus tard dans l Océan Indien ou le Pacifique. Courant de surface Courant de profondeur Mouvements verticaux océaniques Document 2 : Le Gulf Stream en perte de vitesse Les modèles l avaient prédit, l observation vient de le confirmer : la circulation des eaux océaniques qui ramène la chaleur des tropiques ralentit. Le climat européen pourrait en être affecté, mais les incertitudes restent grandes. Le soleil chauffe beaucoup plus les tropiques que les régions polaires, mais les écarts de température qui en résultent sont modérés par la circulation de chaleur dans l atmosphère et dans les océans. En particulier les eaux de surface plus chaudes, remontent loin dans l Atlantique Nord et contribuent à tempérer le climat européen. Cette circulation a subi un ralentissement au cours des cinquante dernières années. Au cours de leur périple, les eaux chaudes en provenance des tropiques relâchent une partie de leur chaleur dans l atmosphère et deviennent plus denses. Elles s enfoncent dans l océan et finissent par revenir à grande profondeur vers le sud. Le réchauffement global entraînera, entre autres conséquences, une augmentation de l apport d eau douce dans l Atlantique polaire et subpolaire en raison de l augmentation des précipitations, du débit des cours d eau ainsi que de la fonte de la calotte glaciaire du Groenland. Cet apport accru d eau douce réduira la densité de l eau de mer aux latitudes élevées. Les modèles de circulation globale atmosphère-océan prévoient un ralentissement de la circulation océanique dans de telles circonstances et une chute des températures sur le continent européen pouvant atteindre 4 C. Detlef Quadfasel, chercheur à l institut d océanographie de l Université de Hambourg, dans La Recherche juillet août montages constitués de deux éprouvettes reliées par deux tubes horizontaux - Quatre cristallisoirs - Deux colorants - Glace/eau froide et eau chaude Aide : l eau chaude a une densité plus faible que l eau froide. De même, l'eau douce à une densité plus faible que l'eau salée.

4 Atelier n 3 : Le moteur des mouvements atmosphériques verticaux Document 1 : Les systèmes de dépression et d'anticyclone Une surface chauffée de la Terre par le Soleil réémet une partie de l'énergie solaire sous forme de rayonnement infrarouges (invisibles à l'œil nu). Ces rayonnements sont absorbés par l'atmosphère qui va s'échauffer. On peut déterminer la température de l'atmosphère en fonction de la latitude et de l'altitude comme sur la carte cicontre. Pôle Nord Pôle Sud Température très faible Température forte Document 2 : Départ d'une montgolfière Une montgolfière contrôle son altitude dans l'atmosphère en modulant la température de l'air contenu dans son enveloppe. Lorsque l'air contenu dans l'enveloppe est chauffé, il devient moins dense que l'air extérieur : la montgolfière s'élève. - Bâtons d encens - Allumettes - Pâte à modeler ou support - Bloc glacé

5 Atelier n 4 : Le moteur des mouvements atmosphériques horizontaux Document1 : Pressions et lignes isobares L'analyse des données météorologiques permet de suivre le déplacements des perturbations ainsi que les pressions atmosphériques dans le temps et de mieux comprendre les mouvements horizontaux, c'est-à-dire les vents, au contact du sol. Sur les cartes (voir document 2 ci-dessous), on peut voir des lignes isobares rejoingnant les points d'égale pression atmosphérique. Ainsi lorsqu'on trouve des zones de basse pression dans l'atmosphère, on va trouver des courants verticaux ascendants : qu'on appelle aussi dépressions. A l'inverse lorsqu'on trouve des zones de haute pression dans l'atmosphère, on va trouver des courants verticaux descendants : qu'on appelle aussi anticyclones. Document 2 : Exemple de carte isobares et direction des vents Sur la carte, la pression atmosphérique est exprimée en hectopascal (hpa). Ces mesures correspondent à celles du 17 mars Petit rappel : La pression atmosphérique représente le poids de la colonne d air qui s exerce sur une surface horizontale de 1 m 2. Sa valeur moyenne est de hpa au niveau de la mer. Plus le nombre de molécules de gaz dans l air est grand, plus la pression est forte et inversement. - Boîte ou bouteille munie de deux orifices - Une bougie - Bâtons d encens - Allumettes - Pâte à modeler ou support Aide : l air chaud s élève du fait de sa densité plus faible que l air froid qui l environne ce qui crée une dépression au sol.