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Modélisation de l'effet de serre

Thème 2 - Enjeux planétaires contemporains

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.

 

Durée approximative

1h30

 

Compétences que l'on cherche à construire (d'après le BO)

• Connaissances/notions :
   
  L’effet de serre, déterminé notamment par la composition atmosphérique est un facteur influençant le climat global.
   
• Capacités et attitudes :
   
  Manipuler et expérimenter ;
  Exprimer et exploiter des résultats en utilisant les technologies de l’information et de la communication ;
  Communiquer dans un langage scientifiquement approprié ;
  Manifester un esprit critique.

 

Organisation au sein de la classe

Travail par groupe de 2 à 4 en fonction de la disponibilité en matériel.

 

Acquis

• Seconde : composition de l’atmosphère terrestre et augmentation, suite aux activités humaines, de la concentration en CO₂ de l’atmosphère.

 

Modalité de prise en compte de l'hétérogénéité

• Aide sous forme de fiche : concevoir un protocole.

 

Questionnement

Accroche : Graphique de l’évolution des températures moyennes depuis 1000 ans.

Problème : Quelle est l’origine de l’important réchauffement climatique récent ?

 

Déroulement de l'activité
 

Documents de référence :

• graphique représentant l’évolution de la teneur en CO₂ de l’atmosphère et température moyenne depuis les années 1800 ;
• un document expliquant les mécanismes de l’effet de serre (voir ci-dessous) ;

• Un texte expliquant que le CO₂ a une masse volumique 1,5 fois plus importante que l’air.

Déroulement :

Après avoir émis une hypothèse quant à la corrélation entre l’augmentation de température et l’augmentation du CO₂, les élèves proposent une stratégie de résolution utilisant le matériel proposé.
Ils la mettent en œuvre et présentent leurs résultats sous la forme de graphiques (logiciel de traitement de données).
Ils exploitent ensuite les résultats afin de répondre au problème.
L’ensemble du travail est à rendre sous forme numérique (possibilité d’insérer une image du dispositif si possibilité de prise de photo).

 

Supports d'activité (matériel nécessaire et documents fournis)

 

• la température (°C) et de la concentration en CO₂ de l’atmosphère depuis les années 1800 ;

• tableau de la composition de l’atmosphère terrestre : 

 

Constituants de l'atmosphère	Pourcentage (%)
diazote (N2)	78
dioxygène (O2)	21
argon, vapeur d'eau, dioxyde de carbone, ozone, méthane, et autres gaz minoritaires	1

 

• schéma et texte expliquant l’effet de serre, comme celui-ci (d'après Belin) :

 

Indication : + 15°C : température moyenne de la surface de la Terre.
- 17°C : température qui règnerait à la surface de la Terre en l'absence d'effet de serre.

 

• bocaux en verre (2 par groupe), lampe (ampoule à filament), thermomètre, bombe à CO₂ ;

• fiche technique d’utilisation du logiciel Excel.

 

Production attendue

 

Compte-rendu sous forme numérique.

 

Evaluation possible
 

1. Critères et indicateurs de réussite de la stratégie de résolution :

 

L’élève a expliqué :

• ce qu’il pense faire : observer l’évolution de la température dans une enceinte dans laquelle l’atmosphère est enrichie en CO₂ ;

• comment il pense s’y prendre : idée de placer les deux bocaux (l’un contenant une atmosphère enrichie en CO₂ et l’autre une atmosphère « normale ») sous une lampe allumée et de mesurer l’évolution de la température dans chaque bocal en même temps que celle à l’extérieur des bocaux ;

• ce à quoi il s’attend si l’hypothèse est validée : avoir une augmentation de la température plus rapidement dans le bocal contenant une atmosphère enrichie en CO₂ que dans les deux autres milieux dont les températures doivent rester identiques.

 

Niveau A : trois critères réussis
Niveau B : deux critères sur trois réussis
Niveau C : un critère sur trois réussi
Niveau D : aucun critère réussi

 

2. Critères et indicateurs de réussite de la stratégie de résolution :

 

• techniquement correcte : lisible, soignée, mise en page et organisation spatiale pertinentes ;

• bien renseignée : titres, légendes, conditions d’obtention ;

• bien organisée : organisation réfléchie afin de faciliter la lecture, la comparaison, l’interprétation ; couplage avec d’autres modes de communication.

 

Niveau A : trois critères réussis
Niveau B : deux critères sur trois réussis
Niveau C : un critère sur trois réussi
Niveau D : aucun critère réussi

 

3. Critères de réussite de l’exploitation des résultats et réponse à la problématique de départ :

 

• l’ensemble des résultats utiles est prélevé :
  
  Vitesse d’échauffement de l’air plus rapide dans le bocal contenant plus de CO₂ pour en arriver à une même température finale ; l’air extérieur s’échauffe très peu sous l’effet de la chaleur de la lampe ;

• les notions sont intégrées : 
  
  Le réchauffement de l’air devrait être à l’origine d’un mouvement convectif permettant l’évacuation de la chaleur vers le haut du bocal ;

• la conclusion (réponse au problème de départ) est :
  
  Le CO₂ n’est pas le seul facteur intervenant dans l’augmentation de la température de l’atmosphère dans le cadre de la modélisation effectuée.
  Dans celle-ci le réchauffement plus rapide est à attribuer en partie à une faible convection du fait de la masse volumique élevée du CO₂ par rapport à celle de l’air.

 

Niveau A : trois critères réussis
Niveau B : deux critères sur trois réussis
Niveau C : un critère sur trois réussi
Niveau D : aucun critère réussi

 

Pluridisciplinarité

Notion de convection /conduction en sciences physiques.

 

Ouverture vers les métiers

Climatologue.

 

Proposition de Diane LANG-MAYER - lycée Jean Moulin - FORBACH