Vivre avec le soleil (cycle 3)

3- Soleil et atmosphère
Auteurs : david Wilgenbus(plus d'infos)
Pierre Cesarini(plus d'infos)
Dominique BENSE(plus d'infos)
Résumé :
L'atmosphère agit comme un filtre protecteur L'intensité des UV varie en fonction du lieu (latitude, altitude)
Publication : 28 Août 2012
Objectif :
- Faire le lien entre la hauteur du Soleil dans le ciel et l'épaisseur d'atmosphère traversée par la lumière - Comprendre comment varie l'intensité des UV en fonction du lieu (latitude et altitude) - Comprendre le rôle protecteur de l'atmosphère

Sommaire

Objectifs

  • Faire le lien entre la hauteur du Soleil dans le ciel et l'épaisseur d'atmosphère traversée par la lumière
  • Comprendre comment varie l'intensité des UV en fonction du lieu (latitude et altitude)
  • Comprendre le rôle protecteur de l'atmosphère.

Séance 6 - Qu'y a-t-il entre nous et le Soleil ?

Objectifs

  • Faire le lien entre l’épaisseur d’atmosphère traversée par les rayons du Soleil et la position du Soleil dans le ciel
  • Comprendre pourquoi on reçoit plus d’UV en montagne

Durée

1h30

Matériel

Pour chaque groupe :

  • 1 fiche de fabrication du modèle Terre/atmosphère à photocopier (fiche 5)
  • 1 boule d’environ 5 cm de rayon (pamplemousse, grosse orange, boule de polystyrène…)
  • 1 cure-dent
  • 1 compas
  • 1 feuille de bristol A4
  • 1 paire de ciseaux
  • 1 règle
  • du scotch
  • pâte à modeler

Déroulement

Les élèves ont constaté lors des deux précédentes séances que les risques liés au Soleil sont plus importants quand le Soleil est haut dans le ciel. L’objectif de cette séance est de comprendre le rôle joué par l’atmosphère dans ce phénomène.

1 - Première discussion collective

L’enseignant demande aux élèves : Qu’y a-t-il entre nous et le Soleil ?, l’objectif étant d’amener les élèves à parler de l’atmosphère. Cette discussion permet une première approche du rôle de l’atmosphère : elle filtre la lumière et stoppe une partie des UV. Ce mécanisme sera étudié plus en détail à la séance 6 ter qui est optionnelle. On peut montrer des illustrations de la Terre entourée de son atmosphère

2 - Première modélisation

L’enseignant propose aux enfants de réaliser un dispositif représentant la Terre et son atmosphère. Pour les aider, il peut leur montrer un exemple de ce modèle qu’il aura préparé avant la séance. Les élèves, répartis par groupes, réalisent leur propre modèle à l’aide de la fiche de fabrication (fiche 5). Cette fiche permet de construire un modèle simple de la Terre (vue « de haut », c’està- dire depuis le Pôle Nord) et de son atmosphère.

Une fois tous les modèles réalisés, l’enseignant pose la question suivante à la classe : Que peut-on dire du chemin que parcourt la lumière dans l’atmosphère aux différents moments de la journée ? Le modèle nous permet de répondre à cette question. Pour cela, on matérialise un rayon lumineux par un cure-dent. Selon le moment de la journée, et donc selon la position du Soleil, le cure-dent sera plus ou moins incliné, tout comme le sont les rayons lumineux. On peut alors tracer ces « rayons » sur notre atmosphère et mesurer la longueur du trajet parcouru.

Les enfants constatent alors que les rayons lumineux traversent une couche plus épaisse d’atmosphère lorsqu’ils arrivent inclinés sur la surface de la Terre (c’est-à-dire quand le Soleil est plus bas sur l’horizon). Les élèves font le bilan de cette modélisation. En faisant le lien avec les résultats des précédentes séances (plus le Soleil est haut dans le ciel – midi, été –, plus on reçoit d’UV), ils peuvent formuler une première conclusion.

3 - Première conclusion

L’atmosphère est une couche de gaz (l’air) qui entoure la Terre et nous permet de respirer. Plus le Soleil est haut dans le ciel, plus sa lumière traverse une couche fine d’atmosphère avant de nous atteindre. On reçoit alors davantage d’UV.

4 - Deuxième discussion collective

L’enseignant revient alors sur ce qui avait été évoqué à propos des saisons : « On n’attrape pas de coups de soleil en hiver, sauf si l’on est en montagne ». Il demande alors :Pourquoi, d’après-vous, est-ce qu’on peut attraper plus facilement des coups de soleil en montagne ? Les élèves vont émettre des hypothèses, comme par exemple : « On est plus près du Soleil, donc il y a plus d’UV » ou encore « En montagne, on a une épaisseur plus fine d’atmosphère au dessus de nous, donc on reçoit plus d’UV ». La seconde hypothèse est bien sûr la bonne, et le modèle va permettre d’en convaincre les élèves.

5 - Deuxième modélisation

En utilisant son modèle Terre-atmosphère, chaque groupe matérialise une montagne à l’aide d’un peu de pâte à modeler et peut alors constater que plus on monte en altitude, plus la couche d’atmosphère au-dessus de nous est fine, et plus on reçoit d’UV. On attrape donc plus facilement des coups de soleil en montagne.Après avoir fait le bilan des résultats des différents groupes, la classe élabore une conclusion que chacun note sur son cahier d’expériences.

5 - Deucième conclusion

En montagne, on reçoit plus d’UV car la couche d’atmosphère au-dessus de nous est plus fine. Les risques de coup de soleil sont plus importants. L’atmosphère nous protège en partie des ultraviolets.

Séance 6bis (optionnelle) - Les risques sont-ils les mêmes sur toute la planète ?

Objectif

  • Étudier la variation de l’intensité des UV en fonction de la latitude

Durée

40 minutes

Matériel (facultatif)

Pour chaque groupe :

  • le modèle Terre-atmosphère réalisé en séance 6

Déroulement

1 - Discussion collective

L’enseignant rappelle une des conclusions de la séance précédente : « Plus la lumière traverse une couche fine d’atmosphère, plus on reçoit d’UV ». Il pose alors la question suivante : Y a-t-il autant de risques d’attraper un coup de soleil sous les tropiques ou l’équateur qu’en Europe ? Il oriente la discussion sur l’épaisseur de l’atmosphère traversée par la lumière solaire : sous les tropiques, les rayons du soleil traversent une épaisseur plus fine d’atmosphère que dans les régions tempérées ou aux pôles. L’utilisation du modèle Terre-atmosphère (voir séance 6) va en convaincre les élèves.

2 - Expérience (par groupes)

Pour étudier l’effet de la latitude, on peut piquer plusieurs cure-dents, dans la boule représentant la Terre, correspondant à des latitudes différentes, puis mesurer l’épaisseur de l’atmosphère traversée. On fera bien attention à ce que les rayons représentés par les cure-dents soient parallèles.

Les rayons du soleil traversent une couche moins épaisse de l’atmosphère au fur et à mesure qu’on se déplace vers l’équateur. Les risques liés au Soleil sont plus importants aux tropiques ou à l’équateur qu’aux pôles !

3 - Traces écrites

Ci-dessous, un extrait de la trace écrite d’une élève de CM1. On peut lire la question que la classe se pose, l’hypothèse de son groupe, la description de l’expérience réalisée (qui est plutôt, dans le cas présent, une modélisation), ainsi que la conclusion du groupe. Plus loin dans le cahier, on trouve la conclusion générale de la classe.

4 - Conclusion

Entre les tropiques, l’atmosphère traversée par la lumière solaire est plus fine : on reçoit davantage d’UV et les risques liés au Soleil sont plus importants.

Séance 6ter (optionnelle) - Quel est le rôle de l'atmosphère ?

Objectif

  • Découvrir le rôle de filtre de l’atmosphère

Durée

1h

Matériel

      • Pour la classe ou par groupe : 3 carrés de papier-UV

Déroulement

 

1 - Discussion collective

L’enseignant demande aux élèves d’imaginer une expérience, avec du papier UV, permettant de vérifier l’hypothèse suivante : « Plus l’atmosphère est épaisse, moins elle laisse passer d’UV. ». Ne pouvant pas faire d’expérience sur l’atmosphère toute entière, il faut faire preuve d’astuce. Connaissez-vous une matière, facile à manipuler, qui soit transparente et qui filtre un peu les UV ? Les réponses viendront assez facilement : « de l’eau », « une vitre », « de l’air dans une boîte transparente », etc.

2 - Expérience

L’enseignant montre alors le matériel disponible : des plaques de verre (lames de microscope par exemple). Ces plaques étant très fines (1 mm), il faudra en empiler plusieurs pour avoir une épaisse couche de verre. En plaçant des papiers-UV sous différentes épaisseurs de verre, on peut vérifier si, oui ou non, celui qui est sous la plus grande épaisseur de verre reçoit le moins d’UV. Pendant cette phase de réflexion, le parallèle sera établi entre le modèle et la réalité : le verre représente l’air ; la position du papier UV sous une plus ou moins grande épaisseur de verre simule l’altitude.

Les élèves placent 3 morceaux de papier-UV comme le montre le schéma. En exposant l’ensemble au soleil pendant environ 30 minutes, on observe que le verre agit comme un filtre : il absorbe une partie des UV. Plus l’épaisseur de verre est grande, plus cette absorption est complète, et moins il reste d’UV « en sortie ». L’analogie avec l’athmosphère se fait alors naturellement.

3 - Conclusion

L’atmosphère agit comme un filtre. Plus la couche traversée est fine, plus la lumière que l’on reçoit contient d’UV. C’est ce qui se passe lorsque le Soleil est haut dans le ciel (midi solaire, été, faible latitude) ou lorsqu’on est en altitude (montagne).