Utiliser les animations en classe

Fiche pédagogique de l'animation : L’effet de serre

Présentation de l'animation

Cliquer sur l'image pour lancer l'animation.


Cette animation rend compte de manière très claire du phénomène de l'effet serre naturel en le situant dans le cadre du bilan radiatif du système Soleil - Terre - Atmosphère sans négliger l'aspect moléculaire de l'interaction infrarouges / gaz à effet de serre. La question de l'effet de serre additionnel dû aux émissions anthropiques de ces gaz est aussi envisagée dans le même cadre, ce qui permet de comprendre le caractère global du réchauffement induit.

Particularité de cette animation : le propos est suffisamment fragmenté pour permettre à l'utilisateur de personnaliser son rythme de progression.

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

Comment expliquer les effets de serre naturel et additionnel ?

Notions abordées :

• Température moyenne théorique / température moyenne mesurée,
• Spectre du rayonnement solaire,
• Rayonnement terrestre infrarouge,
• Atmosphère / masse terrestre / gravité,
• Bilan radiatif du système Soleil - Terre - Atmosphère (flux d'énergie solaire, énergie réfléchie, énergie absorbée, chaleur sensible, chaleur latente, énergie réémise, rayonnement infrarouge, gaz à effet de serre)
• Effet de serre naturel / effet de serre additionnel

Texte(s) de référence

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.
• Enseignement de spécialité – Terminale S

Thème 2 - Enjeux planétaires contemporains

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

L'effet de serre, déterminé notamment par la composition atmosphérique, est un facteur influençant le climat global. La modélisation de la relation effet de serre/climat est complexe. Elle permet de proposer des hypothèses d'évolutions possibles du climat de la planète notamment en fonction des émissions de gaz à effet de serre induites par l'activité humaine.

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 L'effet de serre est constituée de trois parties dont la deuxième, plus longue, est fragmentée ce qui facilite la compréhension et permet une progression personnalisée.

Partie 1 : Situation d'appel

Sans atmosphère, la température moyenne de surface terrestre serait de
-18°C or sa mesure donne une valeur de +15°C.

Cette valeur s'explique par l'effet de serre produit par notre atmosphère relativement opaque aux rayonnements thermiques infrarouges.

Partie 2 : Explication du phénomène naturel de l'effet de serre

Après un bref rappel sur la nature du rayonnement solaire et la présence d'une atmosphère retenue par la Terre en raison de sa masse et de la gravité quelle développe, l'effet de serre est décrit dans le contexte du bilan radiatif du système Soleil - Terre - Atmosphère sur fond de diorama animé.

Le phénomène détaillé à l'échelle moléculaire permet de comprendre le rôle des gaz à effet de serre et notamment l'importance de la vapeur d'eau (H2O : 55%, CO2 + CH4 + O3 + N2O : 30% du phénomène) dans la conservation de chaleur au sein de l'atmosphère expliquant la valeur moyenne de la température observée à la surface de la Terre.

Partie 3 : Effet de serre additionnel

L'effet de serre naturel est bénéfique en générant une température de +15°C. La stabilité de cette valeur moyenne dépend de l'équilibre thermique entre la quantité d'énergie reçue et la quantité d'énergie réémise par le couple Terre-Atmosphère. Or, les bilans radiatifs au sommet de l'atmosphère et au sol montre un déséquilibre : en raison de l'émission de gaz à effet de serre d'origine anthropique, trop de chaleur est conservée dans l'atmosphère par cet effet de serre additionnel ce qui provoque une hausse globale de la température moyenne ou réchauffement climatique.

Suggestions d'exploitation pédagogique en classe

On pourra proposer à des élèves de Terminale S spécialité, 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 :

En raison de sa distance au soleil et sans atmosphère, la température théorique moyenne de la Terre serait de -18°C. Or la Terre possède une atmosphère qui agit comme une serre et permet d'établir une température moyenne de surface mesurée de +15°C favorable à la vie. Cette température moyenne augmente aujourd'hui : à l'effet de serre naturel s'ajoute un effet de serre additionnel lié aux activités humaines à l'origine d'un réchauffement climatique global.

Comment expliquer les effets de serre naturel et additionnel ?

En utilisant les fonctionnalités de l'animation « L'effet de serre », vous expliquerez, après avoir présenté la nature du rayonnement solaire ainsi que la raison de l'existence d'une atmosphère enveloppant la Terre, le phénomène de l'effet de serre naturel dans le cadre du bilan radiatif du système Soleil - Terre – Atmosphère jusque dans sa composante moléculaire en appuyant votre propos sur des valeurs chiffrées. Vous exposerez enfin les causes et conséquences de l'effet de serre additionnel.


 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 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. Visionner cette partie en rappel de la situation d'appel de cette activité.

Partie 2

2. Citer les différents types de rayonnements issus du Soleil.

3. Relever la relation entre atmosphère et masse terrestre.

4. A l'aide du diorama interactif et en progressant à votre rythme, compléter le tableau ci-dessous avec les différents éléments du bilan radiatif système Soleil - Terre - Atmosphère, valeurs à l'appui :

Devenir du rayonnement solaire

Devenir du rayonnement terrestre

 

 

 

 

5. Préciser le mode d'action des gaz à effet de serre vis à vis des rayonnements infrarouges réémis par la Terre expliquant la conservation de chaleur dans l'atmosphère ainsi que leur part dans le phénomène.

Parties 3

6. Citer les calculs de bilan radiatif au sommet de l'atmosphère et au sol, puis expliquer la signification du déséquilibre ainsi mis en évidence entre la quantité d'énergie reçue du soleil et la quantité d'énergie réémise par le couple Terre-Atmosphère.

7. Indiquer les causes et les conséquences de cet effet de serre additionnel.

Apports de savoir-faire :

Apports de connaissances :

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

Ressources complémentaires

Unx article associé sur le site de Météo-France pour explorer les sources de l'animation.


Un logiciel pour modéliser de façon simple le bilan radiatif de la Terre :

Simclimat