Utiliser les animations en classe

Fiche pédagogique de l'animation "Le rôle de l'eau dans la circulation générale de l'atmosphère"


Présentation de l'animation "Le rôle de l'eau dans la circulation générale de l'atmosphère"

Cliquer sur l'image pour lancer l'animation.


Cette animation expose comment la présence de l'eau dans l'atmosphère, au travers de ses changements d'état, influence la dynamique de cette enveloppe. Le commentaire s'appuie sur de nombreuses images de synthèse ainsi que des cartes animées  constituées d'images satellites. Dans un premier temps les modalités d'échange d'énergie entre le sol, l'air et l'eau sont présentées en relation avec ses changements d'état. Ensuite le rôle fondamental de la cellule de Hadley est mis en évidence dans l'alimentation de l'atmosphère en eau. Enfin dans une troisième partie dynamique de l'atmosphère et bilan global de la répartition en eau atmosphérique sont mis en relation afin de conclure sur le rôle de l'eau comme moteur interne essentiel de la circulation générale de l'atmosphère. Le recours à des images satellites particulièrement lisibles soutenant le commentaire constitue une particularité de cette animation et permet une compréhension aisée des notions exposées.

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

Comment l'eau influence-t-elle la circulation générale de l'atmosphère terrestre ?

Notions abordées :

  • Eau atmosphérique – changements d'état : rôle dans les transferts d'énergie et la dynamique de l'atmosphère,
  • Inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre : causes et conséquences (transfert d'énergie),
  • Bilan global latitudinal de la répartition de l'eau de l'atmosphère,
  • 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),
  • 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) et évapore l'eau (ce qui permet le cycle de l'eau). »

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 mise 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.

Introductions des programmes de SVT du Lycée 2010 - 2011

Découpage de l'animation 

L'animation Le rôle de l'eau dans la circulation générale de l'atmosphère est constituée de 3 parties :

Partie 1 : Se fondant sur des images satellites dans le canal infrarouge ou canal « vapeur d'eau » cette partie explique les mécanismes de l'ascendance  des circulations atmosphérique chargée en vapeur d'eau. Les transferts d'énergie entre le sol, l'air et l'eau atmosphérique qui ne représente que 0,001% de l'eau disponible sur Terre sont décrits : l'atmosphère est chauffée par le bas (infrarouges réémis par le sol et l'océan après avoir absorbé l'énergie solaire), cet apport d'énergie permet la vaporisation de l'eau des océans, des sol et de la végétation. La masse d'air chaud et humide moins dense que l'air froid environnant s'élève et se refroidit progressivement… La vapeur d'eau se condense alors pour former nuages et précipitations : ce changement d'état libère et restitue à l'air atmosphérique de l'énergie (énergie de chaleur latente) ce qui a pour effet d'entretenir son ascendance. L'énergie excédentaire au sol peut ainsi être transportée, grâce à l'eau, jusqu'à 10 km d'altitude.

Partie 2 : Dans cette partie deux animations permettent de comprendre le rôle essentiel des alizés du nord est et du sud est qui sont les branches inférieures de la cellule de Hadley, dans les apports d'eau à l'atmosphère : ils favorisent l'évaporation alimentant ainsi en eau les ceintures convectives et indirectement en énergie de chaleur latente les secteurs ascendants de la ceinture lors de la condensation de l'eau.

Partie 3 : Cette dernière partie explique d'une part l'influence non plus à l'échelle d'une cellule de Hadley complète mais à celle d'une perturbation météorologique les mécanismes de la restitution de l'énergie de chaleur latente à l'atmosphère : les courants jets entraînent la confrontation de masses d'air chaud et froid, au niveau du contact frontal des masse d'air la vapeur d'eau se condense, ce qui permet la libération de l'énergie de chaleur latente. La quantité d'énergie ainsi libérée est considérable, elle représente 25% de l'énergie totale reçue (Un cumulonimbus de 800 000 tonnes représente 29 fois l'énergie libérée par l'ensemble des centrales nucléaires de la planète).
D'autre part, cette partie permet situer en latitude grâce à l'étude du bilan global de répartition de l'eau dans l'atmosphère (rapport de la quantité d'eau évaporée sur la quantité d'eau précipitée) les zones d'enrichissement en eau de l'atmosphère par évaporation et de son appauvrissement par précipitations et décrit l'effet de cette répartition sur celle de la végétation.

En conclusion : les changements d'état de l'eau qui est partout présente dans l'atmosphère sont associés à des échanges d'énergie qui font de l'eau un moteur interne essentiel de la circulation générale de l'atmosphère.

 

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 :

L'atmosphère terrestre est une enveloppe fluide qui est animée de circulation d'air (courants ascendants, subsidents, courants jets, vents). L'eau, dans l'un de ses trois états, qui y est partout présente participe à cette dynamique.

Comment l'eau influence-t-elle la circulation générale de l'atmosphère terrestre ?

En utilisant les fonctionnalités et les données des trois parties de l'animation Le rôle de l'eau dans la circulation générale de l'atmosphère vous résoudrez ce problème en mettant en relation toutes les informations utiles que vous aurez relevé.

 

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 des 3 parties sont reliés de manière claire

 

 

 

• Recenser, extraire et organiser l'information

 

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

 

 

• Communiquer dans un langage scientifiquement approprié

 

•  La réponse rédigée est exacte

 

 

 

 ECA : en cours d'acquisition     -     A : acquis

Aide à la démarche de résolution :

 

            Partie 1

  • Précisez comment l'atmosphère est chauffée.
  • Montrez la relation entre les changements d'état de l'eau (vaporisation & condensation) et les transferts d'énergie dans l'atmosphère.
  • Finalement d'après le commentaire et les informations du schéma fonctionnel suivant, expliquez comment l'eau peut être un vecteur d'énergie dans l'atmosphère capable d'en animer les circulations.

Partie 2

  • En vous fondant sur le commentaire de cette partie de l'animation, présentez les cellules de Hadley.
  • Montrez ensuite le rôle essentiel (3 arguments) des branches inférieures de ces cellules, les alizés dans l'entretien de ces cellules.

Partie 3

  • En relation avec les informations des parties 1 et 2 expliquez pourquoi la confrontation des masses d'air chaud et froid dynamisée par les courants jets participe grâce à la condensation de l'eau au transfert d'énergie dans l'atmosphère.
  • Précisez dans ce cadre la quantité d'énergie que représente un cumulonimbus.
  • D'après le commentaire sur le bilan global de répartition de l'eau dans l'atmosphère précisez les latitudes dominées par l'évaporation et celles dominées par les précipitations, puis concernant l'atmosphère, indiquez si l'eau est présente partout ou non quelque soit son état.

Pour conclure répondez au problème posé en justifiant l'affirmation suivante : « les changements d'état de l'eau qui est partout présente dans l'atmosphère sont associés à des échanges d'énergie qui font de l'eau un moteur interne essentiel de la circulation générale de l'atmosphère ».

 

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 la rubrique dossiers thématiques.

Article de sciences actualités sur le rôle de la salinité sur les précipitations sahéliennes