Utiliser les animations en classe

Fiche pédagogique de l’animation "La structure de l'atmosphère"

Présentation de l'animation "La structure verticale de l'atmosphère"


Cliquer sur l'image pour lancer l'animation.
 

L'animation utilise un point de vue de réalité augmentée pour nous permettre de nous déplacer en altitude au travers de l'atmosphère terrestre. La découverte des différents étages sera accompagnée par la présentation des paramètres physicochimiques à l'origine de cette segmentation.
Le voyage pédagogique permettra de rencontrer successivement les différentes couches de l'atmosphère et en s'arrêtant à chaque étage d'explorer les facteurs spécifiques ou de répondre à des questions (La température de l'atmosphère diminue avec l'altitude  – Formation  des nuages  – Augmentation de température dans la stratosphère – Les mécanismes de production de température dans la thermosphère).
Le fil conducteur est basé sur la mesure en continu de la température et de la pression, ces variations observées par l'élève doivent déclencher un processus de recherche d'explication et d'appropriation des explications scientifiques. Des commentaires permettent aussi de faire un lien entre les conditions du milieu et les possibilités de vie.
La possibilité de modifier le texte explicatif permet d'adapter le contenu aux apprenants et d'intégrer l'animation dans une progression personnelle.
 

Textes de référence
 

Socle commun : Bulletin officiel spécial n° 6 du 28 août 2008

« La Terre. Perçue d'abord par l'environnement immédiat – atmosphère, sol, océans – et par la pesanteur qu'elle exerce – verticalité, poids –, puis par son mouvement, sa complexité se révèle progressivement dans les structures de ses profondeurs et de sa surface, dans ses paysages, son activité interne et superficielle, dans les témoins de son passé. L'étude de ceux-ci révèle, sous une apparence immuable, changements et vulnérabilité. Les couches fluides – océan et atmosphère – sont en interaction permanente avec les roches. »
Compétence3 : rechercher, extraire et organiser l'information utile – Décrire le comportement d'une grandeur.

SVT troisième : Bulletin officiel spécial n° 6 du 28 août 2008

Responsabilité humaine en matière de santé et d'environnement
« Des données statistiques actuelles permettent d'établir un lien entre l'apparition ou l'aggravation de certaines maladies et la pollution de l'atmosphère ou de l'eau. »

Physique quatrième : Bulletin officiel spécial n°6 du 28 août 2008

De l'air qui nous entoure à la molécule
« L'air est un mélange de dioxygène (environ 20% en volume) et de diazote (environ 80% en volume). Le dioxygène est nécessaire à la vie.

SVT seconde : Bulletin officiel spécial n°4 du 29 avril 2010

Thème 1 – La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant : une planète habitée
« La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l'existence d'eau liquide et d'une atmosphère compatible avec la vie. »
Thème 2 Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol
« L'augmentation rapide, d'origine humaine de la concentration du dioxyde de carbone dans l'atmosphère interfère avec le cycle naturel du carbone. »

Enseignements d'exploration

Sciences et laboratoire : arrêté du 8 avril 2010, BO spécial n°4 du 29 avril 2010
Thème : Atmosphère terrestre
Méthodes et pratiques scientifiques - arrêté du 8 avril 2010, BO spécial n°4 du 29 avril 2010
Thème : Science et prévention des risques d'origine humaine - Protection de l'environnement (Qualité de l'air, de l'eau, seuils d'acceptabilité - Gestion des déchets - Pollutions - Effet de serre - Réchauffement de la planète)

SVT TS spé - BO hors série n°5 volume 10 du 30 août 2001

Thème 1 - Du passé géologique à l'évolution future de la planète

B2i Collège- BO n° 29 du 20 juillet 2006

  C.3.6 - Je sais utiliser un outil de simulation (ou de modélisation) en étant conscient de ses limites.
 

Découpage de l'animation
 

Introduction : Depuis l'espace nous traversons rapidement  l'atmosphère pour nous positionner au niveau du sol, une voix off nous informe des caractéristiques de base de l'atmosphère (99% de la masse de l'atmosphère se situe entre 0 et 30 km du sol et 50% de la masse est concentrée en-dessous de 5 500 m). On peut choisir de passer cette introduction.

L'ascension grâce à un levier va nous permettre de s'élever et de découvrir la structure de l'atmosphère.

De 0 à 4000 m : Présentation des variations de pression (baisse) et de température (baisse). La vie est toujours possible. L'ascension nous donne accès à un premier dossier – Pourquoi la température baisse avec l'altitude ?

4000 à 5000 m : Passage dans la troposphère : La traversée des nuages permet de nous poser la question à laquelle répond le second dossier – Comment se forment les nuages ?

8 000 à 11 000 m : Les conditions deviennent difficiles pour la vie (température de – 50°C et dioxygène très rare). L'ozone apparaît.

11 000 m à 50 000 m : Lors du passage dans la troposphère, on observe une augmentation de la température. Le rôle de l'ozone troposphérique est présenté dans le troisième dossier - Mais pourquoi la température remonte-t-elle ?

50 000 à  85 000 m : Passage dans la mésosphère avec à nouveau une baisse, rapide, de température. Le ciel est devenu très sombre. C'est la zone où on peut observer des météorites et des astéroïdes.

Après 85 000 m : Passage dans la thermosphère où le réchauffement est expliqué par le quatrième dossier – Pourquoi la température augmente-t-elle dans la thermosphère ?

36 000 km : L'animation se conclue par un satellite géostationnaire circulant dans un ciel étoilé.

L'ascension ayant été faite complètement on a accès à toutes les étapes et dossier en cliquant sur le graphique présentant la structuration verticale de l'atmosphère.

Remarque : Le vocabulaire et les notions assez complexes présentés dans les trois derniers dossiers sont plus adaptés à un public lycéen que collégien.

Suggestions d'exploitation pédagogique en classe
 

Classe concernée : SVT Seconde : Thème 1 – Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ?

Organisation : Binôme de TP avec 1 poste de travail ayant accès à internet (ou avec l'animation enregistrée) avec un casque pour l'écoute des commentaires ou lecture des textes écrits  en cliquant sur l'icône destinée aux malentendants. Logiciel « Tableur » dans le cas d'un tracé sur tableur/grapheur, sinon feuilles graduées pour un tracé papier.

Compétences : Construction de deux graphiques simples (pression en fonction de l'altitude et température en fonction de l'altitude) ou d'un graphique double (pression et température en fonction de l'altitude).
Utilisation d'un tableur/grapheur en lien avec le b2i
L.3.5 Je sais produire une représentation graphique à partir d'un traitement de données numériques

Questions : (au choix en fonction de la problématique générale)

  • Pourquoi peut-on parler de structuration verticale de l'atmosphère ?
  • Quels sont les facteurs caractéristiques de l'atmosphère et leurs variations ?

Activité : A partir de données de l'animation, compléter le tableau et construire un graphique indiquant la valeur de la pression et de la température en fonction de l'altitude.
Remarque : En fonction de la classe, on peut réaliser un graphique pour la température et un autre pour la pression sur feuille ou sur tableur. Le plus complexe étant de représenter les deux courbes sur un même graphique à partir d'un tableur.

  • Compléter le tableau en s'aidant des données (textes, figures) pour définir les caractéristiques de l'atmosphère.

Nom de la couche

Température

Pression

Sens de l'évolution

Epaisseur

Vie possible

Caractéristiques

Troposphère

 

 

 

 

 

 

Stratosphère

 

 

 

 

 

 

Mésosphère

 

 

 

 

 

 

Thermosphère

 

 

 

 

 

 

  • En prenant les données de l'animation, tracer les courbes de la pression et de la température en fonction de l'altitude. (voir fichier Excel «  activité_seconde_atmosphère  » et «  valeurs_atmos  » pour les valeurs)

                       Remarque : On peut faire ce travail uniquement sur les deux premières enveloppes (stratosphère +  troposphère). En effet les valeurs pour la thermosphère sont peu précises.

(Cliquez sur les images pour les agrandir.)

 

 

Classe concernée : Physique – quatrième - De l'air qui nous entoure à la molécule – Suggestion n°1

Organisation : Classe entière avec vidéoprojecteur pour présenter l'animation comme un voyage à la découverte de l'atmosphère terrestre et/ou Tableau numérique interactif pour annoter les différentes étapes et surligner les mots importants.

Question :

  • De quoi est composée l'atmosphère ?

Activité : A partir de l'observation de l'animation, identifier la composition de l'atmosphère et repérer la nature et la localisation des conditions favorables à la vie.

Classe concernée : Physique – quatrième - De l'air qui nous entoure à la molécule – Suggestion n°2

Organisation : Binôme de TP avec 1 poste de travail ayant accès à internet (ou avec l'animation téléchargée puis enregistrée) avec un casque pour l'écoute des commentaires ou lecture des textes écrits en cliquant sur l'icône destinée aux malentendants. Logiciel « Tableur » dans le cas d'un tracé sur tableur/grapheur, sinon feuilles graduées pour un tracé papier

Compétences : Construction d'un graphique simple (température en fonction de l'altitude). Rechercher, extraire, et organiser l'information utile.

Question :

  • Comment varie la température dans les différentes couches de l'atmosphère ?

Activité : Il est souhaitable de présenter en classe entière au préalable les différentes fonctionnalités de l'animation.
A partir des données observées dans l'animation, donner le sens de variation de la température en fonction de l'altitude.

Réponse attendue : Dans la troposphère la température diminue jusqu'à la valeur de -56°C, puis lorsqu'on s'élève encore dans la stratosphère, la température commence par stagner puis elle augmente jusqu'à un maximum de 0°C . Dans la mésosphère la température diminue pour atteindre la température limite de – 90°C Puis enfin la température augmente dans la thermosphère.

Remarque : Les élèves peuvent utiliser deux sources d'information différentes et complémentaires : L'écran de contrôle pour obtenir la pression, la température ainsi que la teneur en ozone à chaque altitude et le graphique récapitulatif pour répondre directement à la question à la fin du voyage. Ce dernier est plus difficile à lire par des élèves de quatrième.
L'étude pourrait se faire de la même manière sur la pression, mais l'échelle présente sur le graphique n'est pas linéaire, ce qui complique beaucoup la lecture et la pression mesurée sur l'écran de contrôle est nulle à partir de 65 km.

 

Ressources complémentaires

Bibliographie
Pour les élèves :
Atmosphère : quel effet de serre ! V. Masson-Delmotte – 2009 Editions le Pommier
Pour l'enseignant
« Physique et chimie de l'atmosphère » R. Delmas , G. Mégie , , V.t-Henri Peuch – 2005 Belin
« Atmosphère, océan et climat » R. Delmas , S. Chauzy , J-M. Verstraete , H. Ferré – 2007 Belin
« Climatologie et paléoclimatologie » A. Foucault – 2009 Dunod
Sitographie
Le dossier thématique observer et mesurer l'atmosphère.
 

La Fédération ATMO représente l'ensemble des 38 associations, agréées pour la surveillance de la qualité de l'air (AASQA).
http://www.atmo-france.org/fr/index.php