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SUR LA PISTE DE L'AIR DU TEMPS
INTRODUCTION
Le globe terrestre est entouré d'une enveloppe protectrice, l'atmosphère, formée d'un mélange de gaz dont les mouvements sont le support des climats et dont la composition conditionne la vie sur Terre.
OBJECTIFS
• Réaliser que l’ensemble des cycles nécessaires à la vie passent par une phase aérienne.
• Comprendre que le système atmosphérique évolue en permanence et met en jeu des phénomènes de toutes natures aux échelles spatiales comme temporelles.
• Prendre conscience qu’en ce qui concerne la Terre et son atmosphère, aucune donnée n’est indépendante des autres, du fait de la continuité et de la globalité du système (échelle spatiale) ; de plus, qu’il existe de nombreuses inconnues quant à l’évolution et aux changements climatiques au cours des ères géologiques (échelle temporelle).
NOTIONS-CLÉS
Radiation, Cycles de l’oxygène, du carbone, de l’azote, Rayonnement, Effet de serre, Pression atmosphérique.
1. L'air et la vie
• La perception de l’air
- Rechercher ce qui peut rendre l’air perceptible : odeur, couleur, mouvement, sensation épidermique, etc.
- Observer la couleur du ciel et déterminer les raisons des variations de ces couleurs.
- Lister les différentes formes des mouvements de l’air : respiration, vents, déplacements (objets, personnes), etc.
• L’air, milieu de vie
- Observer par un test en apnée la nécessité de l’air pour vivre ; comparer cette durée avec celle correspondant au manque d’eau, de nourriture, de lumière, de pesanteur, d’espace.
- Analyser le fonctionnement de la respiration, son rôle dans la physiologie des êtres vivants, dans les cycles vitaux.
- Analyser les effets des variations de pression atmosphérique et de pesanteur sur la physiologie humaine.
• Les grands cycles de la vie :
- Étudier la participation de l’atmosphère aux grands cycles de la vie : échanges entre la biosphère et les autres zones (respiration, photosynthèse, etc.).
- Analyser le phénomène de photosynthèse et rechercher en quoi il est indispensable aux êtres vivants.
- Dégager le rôle protecteur des couches supérieures de l’atmosphère contre les radiations solaires, les météorites, les déchets spatiaux, etc.
2. Le rôle de l'atmosphère
• Les constituants de l’air
- Rechercher les principaux gaz composant l’atmosphère et leurs proportions respectives ; identifier leur constitution (atomes, molécules, etc.).
- Relever la variabilité de la concentration en vapeur d’eau de l’atmosphère et ses effets.
- Rechercher depuis quand la composition de l’air a été décrite.
- Relever les hypothèses sur les origines et l’évolution de la composition chimique de l’air.
• De l’air au climat
- Observer la circulation des masses d’air à travers les changements de temps (vents, précipitations, températures) d’un jour à l’autre, durant la même saison, en un même lieu.
- Relever les variations saisonnières déterminant le climat local.
• Structure de l’atmosphère
- Identifier les différentes zones de l’atmosphère (troposphère, stratosphère, mésosphère) et leurs interactions.
- Rechercher le rôle de l’attraction terrestre dans la répartition et la constitution de ces zones.
3. Le bilan radiatif à la surface de la terre
• Définir l’équilibre énergétique de l’ensemble Terre/atmosphère (absorption de l’énergie solaire et rayonnement infra-rouge, effet de serre naturel) et en rechercher ses conséquences.
• Relever les longueurs d’ondes qui atteignent la surface terrestre, celles qui sont absorbées, celles qui sont réfléchies ; qu’en conclure sur le rôle des zones de l’atmosphère et sur celui du couvert végétal ?
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Bilan radiatif terrestre :
L’énergie émise par le soleil permet à la vie de se développer sur Terre. En fait, une grande partie des radiations solaires n’atteint pas le sol, elle est stoppée dans l’atmosphère. Ce rôle de philtre de l’atmosphère permet, notamment, de retenir certaines radiations nocives. En définitive, le bilan radiatif de la Terre est toujours proche de zéro. Les gaz à effet de serre se réchauffent sous l’effet de l’énergie réfléchie par la Terre et permettent ainsi à la surface terrestre d’avoir une température moyenne constante de 15°C. |
QUELQUES CHIFFRES
(ordres de grandeur)
• Selon l’activité qu’il fournit, un homme consomme entre 3000 et 5000 litres d’air par 24 heures :
| Gaz |
Air inspiré
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Air expiré
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| Azote [N2] |
78%
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78%
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| Oxygène [O2] |
21%
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16%
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| Dioxyde [CO2] de carbone |
traces
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5%
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• 1 litre de cumulus contient jusqu’à 100 millions de gouttelettes.
• Par temps clair, 80% de la radiation solaire incidente atteignent le sol alors que quand le ciel est couvert, la radiation peut être réduite à 40%.
• La pression atmosphérique de 1 013 hectopascals au niveau de la mer, n’est plus que de 265 hectopascals à 10 km d’altitude et de 11,7 hectopascals à 30 km.
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Fiche extraite du Dossier Air |
