Utiliser les animations en classe

Fiche pédagogique de l'animation : La circulation générale de l’atmosphère


Présentation de l'animation

Cliquer sur l'image pour lancer l'animation.


Cette animation présente les mécanismes de la circulation atmosphérique. Le commentaire s'appuie sur de nombreuses images de synthèse ainsi que des cartes animées constituées d'images satellites. Dans un premier temps le moteur de la circulation est mis en évidence par un bilan radiatif montrant l'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre. Une approche historique qui constitue la particularité de cette animation permet ensuite de présenter la disposition des courants de circulation assurant les transferts d'énergie des basses latitudes vers les 30ème parallèles : hypothèse de Hadley, travaux de Coriolis. Enfin, la description des perturbations des moyennes latitudes et de la subsidence de l'air aux hautes latitudes complète cette étude des circulations atmosphériques.

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

Comment décrire et expliquer les circulations atmosphériques ?

Notions abordées :

• Inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre : causes et conséquences (transfert d'énergie),
• Bilan radiatif latitudinal,
• Modèle de circulation de Hadley (cellule de Hadley : convection, température et densité de l'air, air ascendant et subsident, pression atmosphérique, courants jets et vents),
• Force de Coriolis : causes et conséquences sur les circulations atmosphériques,
• Perturbations atmosphériques : rôle dans les transferts d'énergie aux moyennes latitudes.

Texte(s) de référence

Lycée SVT :

2nde : Thème 2 - Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol

Le soleil : une source d'énergie essentielle

« 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 à l'origine des vents et courants. »

Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010

Terminale S spécialité : Thème 2 - Enjeux planétaires contemporains

Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir

« Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont le siège d'une dynamique liée notamment à l'énergie reçue du Soleil. Elles sont en interaction permanente avec la biosphère et la géosphère. Le climat, à l'échelle globale ou locale, est à la fois le résultat de ces interactions et la condition de leur déroulement. »

Bulletin officiel spécial n° 8 du 13 octobre 2011

Capacités et attitudes niveau lycée qui peuvent être mises en œuvre à travers l'exploitation de l'animation

• Pratiquer une démarche scientifique (observer, questionner, formuler une hypothèse, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser).
• Recenser, extraire et organiser des informations.
• Comprendre qu'un effet peut avoir plusieurs causes.
• Exprimer et exploiter des résultats, à l'écrit, à l'oral, en utilisant les technologies de l'information et de la communication.
• Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique.
• Manifester sens de l'observation, curiosité, esprit critique.
• Être conscient de sa responsabilité face à l'environnement, la santé, le monde vivant.
• Être capable d'attitude critique face aux ressources documentaires.
• Manifester de l'intérêt pour la vie publique et les grands enjeux de la société.

Introduction des programmes de SVT du Lycée 2010 - 2011

Découpage de l'animation

L'animation La circulation générale de l'atmosphère est constituée de cinq parties dont deux comportent des dossiers d'information complémentaires.

Partie 1 : En raison de la sphéricité de la Terre les régions tropicales reçoivent davantage d'énergie solaire par unité de surface que les régions polaires. Cependant l'écart moyen entre les deux zones reste constant au cours du temps, il existe donc un transfert d'énergie de l'équateur vers les pôles. Ce transfert est assuré par les circulations qui animent les deux systèmes fluides de la planète, l'atmosphère et les océans.

Dossier : Bilan radiatif latitudinal
Comparaison de la quantité d'énergie absorbée par la Terre et de la quantité d'énergie émise par le système Terre-Atmosphère : jusqu'aux latitudes inférieures à 40°, la Terre absorbe davantage d'énergie qu'elle n'en émet avec l'atmosphère, le système gagne de l'énergie, au delà, c'est l'inverse.

Partie 2 : Présentation du modèle de Hadley -1735 (approche historique) expliquant comment l'atmosphère véhicule de l'énergie de l'équateur vers les pôles : deux circulations méridiennes de flux et de direction identiques mais de sens opposé, animées par les différences de température et donc de densité de l'air (ainsi que par les variations de pression atmosphérique résultantes), transportent l'air chaud vers les pôles à haute altitude et l'air froid vers l'équateur à basse altitude.

La limite de ce modèle est l'engorgement des flux d'air chaud vers les pôles, la surface de circulation se réduisant à mesure que l'on approche des pôles.

Partie 3 : Correction du modèle de Hadley par Coriolis – 1835 (approche historique) : la Terre en raison de sa vitesse de rotation génère une force qui a pour effet de dévier tout corps vers la droite (est) dans l'hémisphère nord et vers la gauche (ouest) dans l'hémisphère sud. De plus, les courants de hautes altitudes en s'éloignant de l'équateur se rapprochent de l'axe de rotation de la Terre et accélèrent alors leur course vers l'est et définissent un maximum climatologique de vents d'ouest au niveau du 30ème parallèle, par exemple, pour l'hémisphère nord. Ces deux points sont incompatibles avec une circulation organisée de l'équateur aux pôles selon les méridiens : les cellules de Hadley assurent des circulations permanentes d'énergie entre l'équateur et les 30ème parallèles.

Un module interactif permet de faire varier la latitude du maximum climatologique de vent d'ouest dans l'hémisphère nord en fonction de la vitesse de rotation plus ou moins grande de la Terre et donc d'une force de Coriolis qui lui est proportionnelle : si la vitesse de rotation était trois fois plus lente, le maximum climatologique serait situé vers 49°N, si elle était trois fois plus rapide, vers 17,5°N.

Partie 4 : Au delà du 30ème parallèle, les transferts d'énergie sont principalement réalisés par les dépressions au sol qui tirent leur énergie des courants jets d'altitude comme le montre l'animation à base d'images satellites permettant de suivre un train de perturbation sur l'Europe le 21 janvier 2012.

Dossier : Conséquence de l'orientation des courants jets sur la vitesse des avions : les vols sont plus rapides de New-York vers Paris que l'inverse.

Partie 5 : Bilan de l'animation

Deux mécanismes principaux régissent les transferts d'énergie dans l'atmosphère :

• les cellules de Hadley jusqu'au 30ème parallèle,
• les perturbations atmosphériques au delà des 30ème parallèles (et subsidence de l'air aux pôles)

Suggestions d'exploitation pédagogique en classe

On pourra proposer à des élèves de seconde ou de Terminale S spécialité, en binôme, de traiter la problématique suivante ici formulée sous forme de tâche complexe :

En raison de la sphéricité de la Terre, un mètre carré au sol à l'équateur reçoit plus d'énergie solaire qu'un mètre carré aux pôles. Cependant, les écarts de température sont constants entre ces deux zones : il existe donc un transfert d'énergie de l'équateur vers les pôles. Ce transfert est en partie réalisé par les circulations atmosphériques.

Comment s'organisent les circulations atmosphériques de l'équateur vers les pôles ?

En utilisant les fonctionnalités et les données de l'animation La circulation générale de l'atmosphère vous quantifierez dans un premier temps la répartition inégale de l'énergie solaire de l'équateur aux pôles à partir du dossier « Bilan radiatif » de la partie 1. D'après les deux parties suivantes vous exposerez ensuite le modèle de circulation atmosphérique de Hadley ainsi que la correction apporté par Coriolis. Enfin, en vous appuyant sur la partie 4, vous rendrez compte des modalités de transfert de chaleur dans l'atmosphère pour les latitudes supérieures aux 30ème parallèles.

Capacités évaluées en situation d'apprentissage :

indicateurs de réussite :

Evaluation :

Elève :

Professeur :

• Exploiter des résultats en utilisant les techniques de l'information et de la communication

• Les fonctionnalités de l'animation sont correctement maîtrisées.

   

• La sélection des données est pertinente.

   

• Raisonner avec rigueur

• Les informations de la partie 2 et 3 sont reliées de manière claire

   

• Recenser, extraire et organiser l'information

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

   

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

   

• Communiquer dans un langage scientifiquement approprié

• La réponse rédigée est correcte

   

ECA : en cours d'acquisition - A : acquis


Aide à la démarche de résolution :

Partie 1

1. D'après le graphique du dossier « Bilan radiatif », présentez, valeurs à l'appui, le bilan d'énergie en dessous du 40ème parallèle et au dessus.

Partie 2

2. Décrivez le modèle de circulation atmosphérique imaginé par Hadley en 1735.

Partie 3

3. Présentez la force de Coriolis et expliquez la présence d'un maximum climatologique de vent d'ouest, par exemple, dans l'hémisphère nord autour de 30° de latitude.

Parties 4

4. Indiquez le rôle des perturbations atmosphériques aux moyennes latitudes et leur relation avec les courants jets.

Apports de savoir-faire :

Apports de connaissances :

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

Ressources complémentaires

Consulter le dossier se rapportant aux mouvements de l'atmosphère dans les dossiers thématiques.

Sur le site.tv :L'origine des vents :

Résumé

Dans ce sujet, le météorologue Georges Dhonneur explique l'origine, le mécanisme et le rôle des vents. Il donne la définition de la brise de terre, de la brise de mer et de l'atmosphère, en expliquant les notions de vent d'ouest, de vent calme ou de vent d'est qui s'y rattachent. Le météorologue évoque ensuite la météorologie populaire des vents et commente la carte des vents en France. Dans la dernière partie du sujet, il explique pourquoi les vents régulent les températures et les climats. Au cours du reportage, Georges Dhonneur illustre ses propos à l'aide de schémas et de cartes.

http://www.lesite.tv/videotheque/0209.0248.03-lorigine-des-vents