Utiliser les animations en classe

Fiche pédagogique de l'animation : Ozone stratosphérique, le fragile équilibre


Présentation de l'animation

Cliquer sur l'image pour lancer l'animation.


Cette animation présente, de manière simple mais précise et grâce à un commentaire s'appuyant sur de nombreuses séquences animées claires et accessibles, la localisation de la « couche d'ozone » stratosphérique, son rôle protecteur pour le vivant, les modalités de sa formation ainsi que le rôle des CFC anthropiques à l'origine du « trou » se développant dans cette couche durant le printemps austral et les moyens mis en œuvre depuis 1987 pour contrer son extension et permettre un retour à l'équilibre naturel de l'ozone à l'horizon 2060.

Une particularité de cette animation est d'exposer le cycle de formation/destruction de l'ozone (cycle de Chapman) et l'action destructrice pour l'ozone des produits de dissociation des CFC (chlorofluorocarbures) grâce à des équations bilans animées qui favorisent grandement la compréhension des phénomènes décrits.

La problématique de cette animation pourrait être formulée de la manière suivante :

Comment assurer le retour à l'équilibre naturel de l'ozone stratosphérique, indispensable aux êtres vivants, que les activités humaines ont perturbé au point de générer un déficit entrainant la formation d'un « trou » saisonnier au dessus de l'antarctique ?

Notions abordées :

• Couche d'ozone stratosphérique
• Ozone stratosphérique / UV A, B, C / Vivant
• Mesure de la concentration d'ozone : unité Dobson
• La destruction de l'ozone dans le vortex austral
• Cycle de Chapman
• Action de l'Homme sur son environnement :

• Déficit d'ozone stratosphérique / « trou d'ozone » saisonnier / CFC
• Interdiction des émissions de CFC - 1987 / Retour équilibre naturel - 2060

Texte(s) de référence

Collège :

• Thèmes de convergence : Développement durable / Introduction communes aux programmes de collège - 2008
• SVT 3ème : Responsabilité humaine en matière de santé et d'environnement (cancer de la peau, limitation des pollutions de l'air) / Programme de SVT - 2008

La mise en œuvre de cette animation permet par ailleurs la validation pour partie de certaines compétences du palier 3 du socle commun de connaissances et de compétences, notamment des compétences 3 et 4 (B2i).

Palier 3, compétence 3 : les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique

Pratiquer une démarche scientifique, résoudre des problèmes

Items :
- Rechercher, extraire et organiser l'information utile
- Communiquer à l'aide d'un langage adapté

Environnement et développement durable

Item :
- Mobiliser ses connaissances pour comprendre des questions liées à l'environnement et au développement durable

Palier 3, compétence 4 : la maitrise des techniques usuelles de l'information et de la communication

Créer, produire, traiter, exploiter des données

Item :
- Différencier une situation simulée ou modélisée d'une situation réelle

S'informer, se documenter

Items :
- Consulter des bases de données documentaires
- Identifier, trier et évaluer des ressources
- Chercher et sélectionner l'information demandée

Lycée :

- TPE 1ère S : Environnement et progrès – Axes de recherche : Évaluation du progrès et de son impact sur l'environnement, Interaction environnement - progrès : la place de l'homme, Environnement, enjeux politiques, économiques et culturels / Travaux personnels encadrés, Classe de première – série scientifique (S), Thème spécifique – 2011.

Découpage de l'animation

L'animation Ozone stratosphérique, le fragile équilibre est constitué de six parties dont trois comportent des dossiers d'informations complémentaires:

Partie 1 : Localisation de l'ozone stratosphérique dans la structure de l'atmosphère terrestre à travers des vues 3D et un commentaire descriptif.

Partie 2 : Absorption différentielle des UV C, B, A par la couche d'ozone stratosphérique en lien avec son rôle protecteur du vivant (brulures, lésion ADN, cancer de la peau, photosynthèse)

Dossier : Mesure de la colonne atmosphérique d'ozone -
Unité Dobson

Partie 3 : Evolution mensuelle et géographique de la répartition de la colonne atmosphérique d'ozone sur une carte du monde. Possibilité de déplacer un curseur pour choisir le mois à afficher.

Dossier : Cycle de formation/destruction d'ozone (Cycle de Chapman) illustré par des équations bilans animées et commentées.

Partie 4 : Origine et localisation du trou dans la couche d'ozone durant le printemps austral. Mise en évidence du rôle du vortex (vents tournants forts autour du pôle sud qui empêche les échanges) à l'intérieur duquel l'ozone est rapidement détruit.

Dossier : Destruction de l'ozone par les produits de dissociation des CFC anthropiques. Présentation du cycle catalytique du chlore qui détruit l'ozone sous forme d'équation animées et commentées.

Partie 5 : Comblement naturel du trou d'ozone lors de l'été austral mais persistance d'un déficit cumulé.

Partie 6 : Interdiction des émissions de CFC depuis 1987 et retour à l'équilibre naturel de l'ozone attendu pour 2060.

Suggestions d'exploitation pédagogique en classe

On pourra proposer à des élèves de troisième en binôme ou de première S dans le cadre de leur groupe de TPE de traiter la problématique suivante ici formulée sous forme de tâche complexe :

L'ozone (O3) est un gaz atmosphérique présent dans la basse atmosphère (troposphère), où il peut être, pour certaines concentrations, à l'origine de troubles respiratoires. Il est aussi présent dans la haute atmosphère (stratosphère) où son interaction avec les rayonnements solaires ultra violets (UV) le rend, à l'inverse, indispensable aux êtres vivants.

Depuis les années 1980, a été constaté un déficit en ozone stratosphérique dont la conséquence la plus directe est la formation d'un « trou » saisonnier dans cette couche d'ozone au dessus de l'antarctique durant le printemps austral.

Comment l'Homme a-t-il agi pour combler ce déficit et permettre un retour à l'équilibre naturel de l'ozone stratosphérique à l'horizon 2060 ?

Pour résoudre ce problème, vous préciserez, à l'aide des fonctionnalités de l'animation Ozone stratosphérique, le fragile équilibre, dans un premier temps la localisation de la « couche d'ozone stratosphérique », les bénéfices pour le vivant de son interaction avec les UV ainsi que les modalités des mesures de la concentration en ozone et du cycle de formation-destruction de ce gaz. Dans un second temps vous rechercher les causes du déficit mesuré depuis les années 1980 ainsi que celles de la formation d'un « trou saisonnier » dans la couche d'ozone dont vous fournirez les caractéristiques spatiales et temporelles. Vous relèverez enfin la mesure prise au niveau mondial qui devrait permettre un retour à l'équilibre naturel de l'ozone stratosphérique à l'horizon 2060.

Capacités évaluées en situation d'apprentissage :

indicateurs de réussite :

Evaluation :

Elève :

Professeur :

• Chercher et sélectionner l'information demandée

• Les fonctionnalités de l'animation sont correctement maîtrisées.

   

• La sélection des données est pertinente.

   

• Saisir et organiser l'information utile pour répondre au problème posé

• Le relevé des données permettant de répondre au problème est complet.

   

• La réponse rédigée est claire.

   

ECA : en cours d'acquisition - A : acquis

Aide à la démarche de résolution :

Partie 1

1. Relever l'intervalle d'altitudes dans lequel se trouve l'ozone stratosphérique.

Partie 2

2. Préciser l'action de l'ozone sur les UV C, B et A et indiquer les 4 intérêts majeurs que cela représente pour les êtres vivants.

3. Noter la définition de «unité Dobson » servant à la mesure de la colonne atmosphérique d'ozone à partir du dossier d'information.

Partie 3

4. Préciser comment évolue la répartition de la colonne atmosphérique d'ozone.

5. Expliquer les modalités du cycle de formation-destruction de l'ozone ou cycle de Chapman concourant à son équilibre naturel (concentration constante) au cours du temps à partir du dossier d'information.

Parties 4 (+ dossier d'information) et 5

6. Préciser les causes en détaillant le rôle des produits de dissociation des CFC produits par l'Homme ainsi que la situation spatiale et temporelle du «trou » saisonnier dans la couche d'ozone stratosphérique.

Partie 6

7. Citer quelle mesure permettra le retour à l'équilibre naturel de l'ozone en 2060.

Apports de savoir-faire :

Apports de connaissances :

Se référer aux documents de la rubrique « Ressources complémentaires » ci-dessous.

Ressources complémentaires

L'ozone dans l'atmosphère

Un dossier complet et des compléments d'information.

 


Trou d'ozone : bientôt réparé ?

C'est l'exemple parfait d'un scénario où les scientifiques ont assuré leur rôle d'alerte, où les politiques ont suivi en interdisant les molécules incriminées et où les industriels ont joué le jeu en recherchant activement des substituts moins nocifs. Toutefois, plus de deux décennies après sa découverte, le fameux « trou d'ozone » ne se résorbe toujours pas. Et de nombreuses interrogations subsistent…

Reportage :

http://www.universcience.fr/fr/science-actualites/actualite-as/wl/1248100233933/-/

L'exposition permanente virtuelle du Palais de la découverte, Question d'atmosphère, où la question de l'ozone est envisagée :

http://www.palais-decouverte.fr/index.php?id=895

Sur lesite.tv :

Citoyenneté et responsabilité : planète en péril

Ce module de la série "Galilée" est consacré aux problèmes écologiques liés à l'activité humaine. L'histoire de l'écologie est présentée, de l'Antiquité à nos jours, en passant par la révolution industrielle du XIXe siècle. Les catastrophes écologiques récentes et les risques croissants de bouleversements naturels ont accru la préoccupation de l'homme pour son environnement :

http://www.lesite.tv/videotheque/0264.0354.00-citoyennete-et-responsabilite-planete-en-peril


Regards de climatologues

les scientifiques face aux changements climatiques

Comment reconstituer les climats du passé ? Qu'est-ce qu'un modèle climatique ? Comment observe-t-on les océans et les glaciers ? Quelle sera l'ampleur du réchauffement global ? Que fait la communauté scientifique pour alerter l'opinion et les pouvoirs publics ? Afin de suivre les travaux des climatologues et de comprendre comment ils évaluent les changements passés, actuels et à venir des climats sur la planète, ce double DVD propose : – Chercheurs declimats, un film retraçant les aventures d'une équipe franco-chilienne de glaciologues en Patagonie.

Les « focus », 34 films courts où les chercheurs dévoilent les coulisses de la climatologie : ils expliquent l'étude des climats du passé, l'observation de la Terre actuelle, la modélisation de la « machine climatique » et comment la coopération internationale s'organise autour de cette discipline :

http://www.sceren.com/cyber-librairie-cndp.aspx?l=regards-de-climatologues&prod=360039