SOLAR IMPULSE - LAB WORK - WEATHER (FR)

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Projet : EPFL | dgeo | Solar Impulse

Rédaction : Marie-Noëlle Kaempf

Graphisme : Anne-Sylvie Borter, Repro – Centre d’impression EPFL

Suivi de projet : Yolande Berga

LA MÉTÉO Beau fixe !

Les prévisions météo, dont on se plaît à relever surtout les inexactitudes, sont le fruit de siècles d’observation, de modèles très sophistiqués, d’innombrables mesures et de calculs très poussés. Pour mener à bien la traversée des océans qui durera plusieurs jours, l’équipe de Solar Impulse va devoir repousser les limites des prévisions.

Cette fiche donne l’occasion aux élèves d’aborder un sujet qui touche à la vie de tous les jours : la météo. Après un survol historique, nous aborderons les facteurs qui affectent le temps qu’il fait pour avoir en main les éléments nécessaires à la compréhension des prévisions. La construction de modèles simples d’appareils de mesures météorologiques est proposée. Le perfectionnement de ces dispositifs ou la découverte d’autres modèles peuvent faire l’objet d’un travail de recherche individuel ou en équipe, qui trouve sa place dans le cadre des OCOM ou dans un projet d’établissement. C’est également un sujet qui permet d’entraîner la mesure de différents paramètres et la réalisation de graphiques y trouve tout naturellement sa place.

A relever que la fiche « LES NUAGES » présente plus spécifiquement les différents types de nuages, leur formation et les phénomènes qui y sont liés (pluie, givre, grêle, éclairs, flocons, etc.).

Notions abordéesSciences :

• Cycle de l’eau

• Météorologie et nuages

• Prises de mesures

Géographie :

• Circulation atmosphérique

• Climat

Physique :

• Transformation de l’énergie

• Pression

Mathématiques :

• Conversion d’unités

• Calcul de volumes

• Lecture et tri de données, lecture et réalisation de graphiques

Objectifs d’apprentissage du PER MSN 36 - 35. Analyser des phénomènes natu-rels et des technologies à l’aide de démarches caractéristiques des sciences expérimentales :

• en utilisant un modèle pour expliquer et/ou pré-voir le fonctionnement d’un objet technique.

• en choisissant et en utilisant des instruments d’observation et de mesure.

• en organisant des prises de mesures et en formalisant les résultats d’une expérience.

MEP 33 - 31, MSN 35. Modéliser des situations, poser et résoudre des problèmes mobilisant des notions, des concepts, des raisonnements propres à la physique.

SHS 31. Analyser des espaces géographiques et les relations établies entre les hommes et entre les sociétés à travers ceux-ci :

• en utilisant les données permettant de déter-miner les caractéristiques climatiques, hydro-logiques et le relief d’un espace.

• en analysant des espaces à l’aide de données statistiques et de l’outil cartographique.

Disciplines et options concernéesSciences : 10e et 11e

OCOM - Sciences * : 10e et 11e

OS MEP * : 10e et 11e

Durée de l’activitéIntroduction aux notions théoriques : 3 périodes

Exercices : 2 périodes

Activités pratiques : à voir selon le projet choisi

* Disciplines spécifiques à la scolarité vaudoise OCOM : options de compétences orientées métiers OS MEP : option spécifique mathématiques et physique

LA MÉTÉO - GUIDE 3/15

UN PRÉCÉDENT...

Si personne en Suisse n’a pu ignorer l’exploit du tour du monde de Breitling Orbiter 3 en 1999, nos élèves par contre n’étaient peut-être pas encore nés. Un petit rappel s’avère sans doute nécessaire, d’autant que Bertrand Piccard était déjà à l’origine de ce premier projet.

Voici une vidéo qui résume l’aventure :http://www.ina.fr/video/CAC99012266

ina, Record tour du monde en ballon

L’aventure se termine bien. Le ballon, parti le 1er mars 1999 de Château d’Oex, se pose 19 jours plus tard en Egypte, après avoir parcouru le plus long vol sans escale de l’histoire de l’aviation, en termes de durée et de distance.

Plus de renseignements sur le site :http://bertrandpiccard.com/tour-du-monde-en-ballon

bertrandpiccard.com, Tour du monde en ballon

VOUS AVEZ DIT MÉTÉOROLOGIE ?

Voici les grandes lignes de l’histoire de la météorologie. Cela vous permettra de répondre à quelques questions ou de raconter quelques anecdotes toujours les bienvenues pour agrémenter les leçons.

Les premières traces d’observations et de prévisions météorologiques se situent au 1er millénaire avant J.-C. en Chine, dans un ouvrage de médecine qui englobe l’homme et son environnement. En Inde, on retrouve les premières mesures de précipitations des moussons en 400 avant J.-C. A cette même époque, les Grecs s’interrogent sur les phénomènes qui les entourent. Aris-tote décrit le cycle de l’eau et Théophraste publie le premier ouvrage de mé-téorologie d’Occident : « Les Signes du Temps ». Le Moyen-Age n’apporte pas de contribution aux bases scientifiques posées dans l’Antiquité. Dictons populaires et observations des nuages sont les outils des paysans.

A la Renaissance, les premiers instruments-clés de la météorologie sont in-ventés. En 1644, Torricelli conçoit le baromètre à mercure pour résoudre les problèmes que posent les fontaines des jardins de Florence. Reprenant ses travaux, Blaise Pascal est convaincu que la pression atmosphérique est exer-cée par l’air qui se trouve au-dessus de nous. Il prévoit donc que la pression diminue avec l’altitude. Il envoie son beau-frère faire l’ascension du Puy de Dôme en septembre 1648, équipé d’un baromètre, et prouve ainsi sa théorie.

Ferdinand II de Médicis, grand-duc de Toscane, plus passionné de sciences que de politique, est l’élève assidu de Galilée, puis de Torricelli. Avec son frère Léopold, il crée la première académie scientifique d’Europe dans son palais de Florence (Palazzo Pitti). En 1654, il perfectionne un modèle à eau pour créer un vrai thermomètre. Celui-ci compte 50 graduations. Il est rempli d’al-cool emprisonné dans un tube de verre.

4/15 LA MÉTÉO - GUIDE

Si en Italie les recherches vont bon train, l’Angleterre n’est pas à la traîne. En 1667, Hooke mène des recherches grâce à un anémomètre. Halley cartographie les alizés en 1686. (cf. encadré de la fiche élève).

Robert Hook (1635 - 1703) est un scientifique passionné par l’expéri-mentation. On lui doit de nombreuses observations faites au micros-cope, notamment la première description d’une cellule. Il perfectionne cet appareil à l’aide d’un système de lentilles. Il a laissé son nom à la loi d’élasticité des ressorts qu’il a découverte.

Il est l’auteur de nombreuses inventions d’appareils. On lui attribue la découverte du téléphone acoustique, d’éléments de mouvements en horlogerie ou encore d’un télescope.

Le météorologue Edward Lorenz énonce le problème, lors d’une conférence en 1972 : « Predictability : does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas ? »Cette question, restée célèbre sous le nom d’« effet papillon », traduit la difficulté de prévoir, dans le long terme, la situation météorologique (ou système chaotique) sans connaître avec exactitude sa si-tuation initiale ni tous les petits événements dont les effets pourraient avoir un impact non négligeable dans le temps. Même si des recherches plus récentes ont montré que ces petits effets sont noyés dans la masse des changements météorologiques, force est de constater, en l’état actuel de nos connais-sances, que les prévisions ne sont guère fiables à plus de cinq jours dans notre région.

Les instruments de mesures se généralisant et les unités s’unifiant, des réseaux d’observations se créent. L’apparition du télégraphe facilite aussi les communications entre les différentes stations de mesures. C’est ainsi que l’on a pu vérifier que les formations nuageuses se déplacent sur le globe et que l’on peut prévoir le temps qu’il va faire. Les lâchers de ballons-sondes au début du 20ème siècle confirment que les masses d’air se déplacent et que, au gré de leurs rencontres, le temps change.

Les armées impliquées dans la Première Guerre mondiale investissent énormément dans les recherches en météorologie. En effet, c’est grâce à celle-ci que l’on planifie le déploiement des troupes, ainsi que celui des flottes aérienne et maritime.

On découvre par hasard que les radars utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale enregistrent des échos dus aux précipitations. Considérés dans un premier temps comme un désagrément, on les uti-lise rapidement pour améliorer la récolte de données météo. Mais les deux outils qui vont révolutionner la météo sont les satellites dès 1960 et l’informatique. En effet, les données recueillies par les satellites sont précises et couvrent de larges zones, dont beaucoup sont inhabitées et difficilement atteignables comme les pôles, les déserts et les océans. Les traitements informatiques des données, ainsi que la puissance de calcul des ordinateurs pour appliquer les modèles numériques, ont permis d’obtenir des prévisions dont nous connaissons la fiabilité.


Quiz

Attribue l’instrument à ce qu’il mesure :

Pluviomètre

Héliomètre

Baromètre

Thermomètre

Anémomètre

Girouette

Hygromètre

• Vitesse du vent

• Direction du vent

• Pression atmosphérique

• Précipitations

• Humidité

• Rayonnement solaire

• Température

•

•

•

•

•

•

•

Voici des liens vers deux baladodiffusions (Podcast) de l’émission « Si ça n’existait pas... » de la RTBF sur l’histoire et le fonctionnement de deux appareils de base en météorologie : le baromètre et le ther-momètre.

http://www.rtbf.be/lapremiere/article_invention-le-barometre?id=6985123 rtbf, invention, Le baromètre

http://www.rtbf.be/lapremiere/article_invention-le-thermometre?id=6093273 rtbf, invention, Le thermomètre

LE CYCLE DE L’EAU

Les élèves ont vu le cycle de l’eau (MSN 26 – matière). Cette fiche permet d’affiner un peu le modèle. Vous trouverez une petite animation de 1 minute 30 secondes qui en trace les lignes principales :

http://www.edumedia-sciences.com/fr/a88-cycle-de-l-eau Edumedia, Cycle de l’eau

Vous trouverez également un quiz en ligne qui reprend les points développés par la vidéo :http://www.edumedia-sciences.com/fr/a751-quiz-cycle-de-l-eau

Edumedia, Quiz cycle de l’eau


LA FORMATION DES NUAGES

Il s’agit de la description du mécanisme général de la formation d’un nuage. Pour entrer plus en détail dans les mécanismes de celle-ci, vous pouvez consulter la fiche « LES NUAGES ». Vous y trouverez la classification des différents types de nuages et des exercices. Selon les cas, la condensation et le refroidissement de l’air vont être causés par différents facteurs. De même, la présence ou l’absence de mouvements des masses d’air durant leur formation va favoriser et modifier le développement et la forme des nuages.

Bricotest

Version journée chaude. Ce n’est pas la bouteille qui transpire ! L’air refroidit au contact de la bouteille. La couche d’air proche de la bouteille est plus froide que son environnement. Elle passe au-dessous du point de rosée. La vapeur excédentaire contenue dans l’air se condense contre le verre de la bouteille.

Version journée froide. Nos poumons contiennent de l’air humide saturé d’eau dont la température est environ celle du corps (37°C). Lorsqu’on expire dans un environnement froid, dont la température marque un fort contraste avec notre corps, l’air expiré, en se refroidissant, passe au-dessous du point de rosée. L’excès de vapeur se condense, formant de la « buée ».

ÇA SOUFFLE !

Voici un complément d’information sur la circulation atmosphérique qui crée des courants et influence les climats. Cela permet d’avoir une idée générale des causes de beaucoup de phénomènes clima-tiques (saison des pluies, mousson, sécheresse, etc.).

Les régions équatoriales génèrent des masses d’air chaud qui s’élèvent, créant des zones de basses pressions qui attirent l’air chaud et humide situé entre les 30èmes parallèles N et S. Sur tout le pourtour

L’aspect des couleurs est développé dans la fiche « LA LUMIÈRE ».

Cette animation est accompagnée par une fiche pédagogique ainsi que par des dossiers complémen-taires :

http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=14689&document_id=22495&portlet_id=77665

Météo France – éducation – composition de l’atmosphère – animation, Le bleu du ciel

de la Terre où le Soleil est au zénith, une ceinture de nuages va être créée (photo ci-contre).

Dans cette zone intertropicale de convergence (ZIC) se forme une grande concentration de cumu-lonimbus. C’est là que convergent les alizés. Ce sont des vents réguliers soufflant des tropiques en direction de l’équateur tout en s’orientant vers


l’ouest. Cette zone de convergence se déplace selon la saison et suit la répartition des terres, sources de chaleur. Lorsque le Soleil est au zénith du tropique du Cancer, c’est l’été dans l’hémisphère nord mais aussi la saison des pluies le long de ce tropique. Depuis des siècles, les marins ont remarqué cette zone de vents calmes (alizés) et sa zone cen-trale dangereuse qu’ils ont baptisée « pot au noir ». Des modifications à long terme de la ZIC peuvent engen-drer des problèmes dans les pays où la mousson est attendue en vain, ou au contraire où des inondations catastrophiques dévastent tout.

Les régions proches des 30èmes pa-rallèles N ou S voient leur air humide aspiré par les alizés et reçoivent en échange l’air chaud et asséché de la région équatoriale après son pas-sage dans la troposphère. C’est pour cela que l’on trouve à ces latitudes les principaux déserts du monde. C’est là que règne le climat subtro-pical aride .

60° N

30° N

30° S

60° S

0°

ZIC janvier

ZIC juillet

alizés en juillet

alizés en janvier

Océan Glacial Arctique

Océan Indien

OcéanAtlantique

OcéanPaci�que

OcéanPaci�que

ÉquatorialTropical Méditerranéen

Mousson OcéaniqueChinois

ArideContinental

MontagnardPolaire

Ce mécanisme de transfert de masses d’air s’appelle la cellule de Hadley. Son origine est thermique et trouve sa source dans la variabili-té de l’énergie solaire en fonction de la latitude.

C’est exactement selon ce même principe thermique que fonctionnent les cellules polaires.

Des cellules de Ferrel se trouvent dans une zone comprise entre les 30ème et 60ème parallèles N ou S. Leur mécanisme n’est pas thermique. Ce sont les cellules voisines (les po-laires et celles de Hadley) qui forcent la circulation de l’air.

30° N

60° N

30° S

60° S

0°

cellule polaire

cellule de Ferrel

cellule deHadley

alizés

cellulede Hadley

cellule de Ferrel

cellule polaire


Quiz

Entre ces cellules se créent des vents canalisés qui peuvent être très forts, les courants-jets (jet streams). Longtemps ignorés car ils sont situés à des altitudes de plus de 6’000 m, ces courants sont utilisés par l’aviation pour gagner 1 h sur les trajets Europe – Amérique. Pour le vol de retour par contre, on les évite. Si dans le projet de Breitling Orbiter 3 les courants atmosphériques ont été abondamment utilisés, les pilotes de Solar Impulse vont éviter soigneusement les vents violents. L’avion ne suppor-terait pas des turbulences trop importantes. Il va chercher les zones de vent calme avec au maximum 110 km/h de vent arrière, 20 km/h de vent de face et 10 km/h de vent latéral !

Voici quelques documentaires sur ces sujets.

Le climat et les courants atmosphériques :http://www.youtube.com/watch?v=sQZlgc41_k8

C’est pas sorcier, la planète sous toutes ses latitudes

Les courants-jets, leur découverte et leurs effets :http://boutique.arte.tv/f2367-jetstreamrivieredevent

BBC - John Groom, Stephen Wilkinson, Jet Stream, la rivière du vent

Une animation accompagnée par une fiche pédagogique ainsi que par des dossiers complémentaires sur le thème de la circulation atmosphérique :

http://education.meteofrance.fr/lycee/animations/utiliser-les-animations-en-classe/fiche-pedagogique-de-lanimation-la-circulation-generale-de-latmosphere

Météo France, La machine climatique – les mouvement de l’atmosphère, Circulation générale atmosphérique

Une séquence d’animation sur le thème de la cellule de Hadley et des courants-jets sur le site suivant :http://files.meteofrance.com/files/education/animations/circulation_generale/highres/popup.html

Un quiz en ligne qui reprend ces différents éléments après un résumé des notions théoriques :http://www.mesexercices.com/exercices/exercice-culture-2/exercice-culture-89282.php

mesexercices.com, Quiz n° 89282: Anticyclones et dépressions

20°O 0° 20° E


LES VENTS LOCAUX

Les vents qui règnent en basse altitude portent des noms variant selon les régions. Un prolongement de cette fiche pourrait consister, pour les élèves, à rechercher des vents typiques de la région, à réper-torier leur direction sur une carte et à établir les paramètres nécessaires pour qu’ils se développent.

Les vents principaux qui soufflent en Suisse sont présentés dans l’exercice 5.

IL PLEUT, IL PLEUT BERGÈRE...

Les perturbations qui traversent l’Europe centrale sont dues à la lutte entre des masses d’air polaire mises en mouvement par des zones de basse pression situées au nord de l’Europe et de masses d’air tropical entraînées par l’anticyclone des Açores. Cette confrontation débute sur l’Atlantique sur un front plus ou moins stationnaire.

a) & b) La masse d’air chaud pénètre dans une zone d’air polaire qu’elle va creuser de plus en plus en formant une dépression.

c) Tout en se déplaçant, elle va tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Il y aura donc deux limites qui se forment, l’une à l’avant de la masse d’air chaud (front chaud) et l’autre à l’arrière (front froid) formant deux bras.

d) La perturbation est alors développée. Le front froid rattrapant le front chaud (occlusion), ils forment un λ.

e) Les deux fronts vont s’annihiler car l’air chaud se trouve retranché de sa source de chaleur en étant soulevé par les deux masses d’air froid (voir figure page 8 de la fiche élève). Les masses se mélangent et les deux fronts se ré-sorbent. L’air continue de circuler par inertie mais la dépression a vécu. Il n’est pas rare de voir passer plusieurs perturbations de suite.

Une jolie animation de Météo France expliquant le phénomène etaccompagnée d’une fiche pédago-gique, est disponible à l’endroit suivant :

http://files.meteofrance.com/files/education/animations/perturbation_atmospherique/highres/popup.html

Météo France, Perturbation atmosphérique : d’où vient le mauvais temps ?

air froid

air chaud

formationde la perturbation

a) création de la zonede dépression

mouvementde l’air

b)

air froid

air chaud

air froid air froid

front froidfront chaud

dépression

air chaud

c) développement de la perturbation

air froid

air chaud

occlusionair froid

d) affaiblissementde la dépression

e)


LIRE UNE CARTE MÉTÉO

Sur les cartes synoptiques de météo se trouve une foule de données que nous ne présenterons pas ici, comme le type de nuages présents, la pression, l’intensité des pluies, etc. C’est un aspect intéressant qui peut être développé dans le cadre d’un projet spécifique.

A noter que la mesure de la vitesse des vents s’effectue en nœuds dans le milieu de la marine et de l’aviation. On qualifie la force des vents en degrés Beaufort. Des exercices de conversion sont dispo-nibles sur la fiche « Sur mesure » :

http://www.elemo.ch/page-56959-fr.html Exploration des eaux lémaniques (elemo), fiches pédagogiques

Quiz Grâce à ce pictogramme, même si tous les éléments ne sont pas indiqués dans la fiche, les élèves devraient déduire logi-quement que le vent vient du Sud-Ouest et qu’il a une vitesse de 25 nœuds environ. Le ciel est couvert, avec 75 % de nuages environ.

L’émission suivante résume bien les différents phénomènes météorologiques et les prévisions : http://www.youtube.com/watch?v=ldlhPV5uOjk

C’est pas sorcier, Météo : le bulletin des sorciers

Bibliographie

Un ouvrage généraliste très complet : Pierre Kohler, Comprendre la météorologie, Hachette

Une brochure résumant bien les situations météorologiques en Suisse :Situations météorologiques typiques dans la région des Alpes, Office fédéral de météorologie et de climatologiehttp://www.meteosuisse.admin.ch/medialib/documents/fr/broschueren.Par.0001.File.tmp/brochure.pdf


ET TOUT CELA EN CHIFFRES...

Exercice 1

Les courants entre deux zones de haute pression ne sont pas très forts. Sur cette carte, on retrouve de larges bandes de hautes pressions au Nord comme au Sud. Elles sont d’origine thermique, comme l’anticyclone de Sibérie.

On peut localiser sur cette carte les cellules de Hadley. L’origine des hautes pressions est alors due à la circulation atmosphérique et non au refroidissement de l’air.

Exercice 2

a) La surface projetée à l’horizontale du toit qui capte la pluie mesure : longueur ∙ largueur = 25 ∙ 8 = 200 m2

Volume de l’eau qui n’est pas évacuée : surface ∙ hauteur de pluie = 200 ∙ 0,0336 = 6,72 m3

b) Calculons la quantité de pluie qui serait tombée sur Locarno en une journée sur une surface de 1 m2 :

0,0336 ∙ 1 ∙ 6 ∙ 24 = 4,8384 m3 ≈ 4’838 litres Cela voudrait dire qu’il y aurait eu 4’838 – 414 = 4’424 litres de plus au mètre carré.

H H

H

HH H

H

H

H

HB B

BB

BBB

B

B

B

HH

HH


Exercice 3

Seule la pluie qui tombe dans l’entonnoir est recueillie. Elle est captée sur une surface de : π ∙ r2 = π ∙ 92 ≈ 254 cm2 = 0,0254 m2

Pour indiquer le relevé en l / m2, il faut faire le calcul suivant :

Exercice 4

Grâce à sa grande chaleur massique, l’eau de la mer, de l’océan ou des grands lacs a une température stable dans l’intervalle d’une journée. La terre ferme se réchauffe sous l’effet des rayons du Soleil. Cet apport de chaleur crée un courant ascendant. Cet appel d’air induit une brise qui vient du large.

Il faut attendre le début de l’après-midi pour que les contrastes de température soient suffisants.

Le soir au contraire, les rivages se refroidissent rapidement par opposition au large dont la température est relativement stable grâce à l’étendue d’eau. L’air se contracte et crée des courants dirigés vers la mer. Le sens de la brise est inversé. En soirée, la brise souffle donc en direction du large pendant quelques heures.

La valeur numérique est la même lorsqu’elle est indiquée en mm.Le réservoir est rempli dès que les précipitations dépassent de plus de :

On qualifie de faible une pluie continue de 1 à 3 mm par heure. Une pluie modérée consiste en 4 à 7 mm par heure alors qu’une pluie forte est de 8 mm par heure et plus. Cela implique que ce réservoir est petit et qu’il sera facilement rempli. En cas de pluie intense, le réservoir sera rempli avant la fin de la nuit.

103 ∙ 0,0254

103 ∙ 0,0254

nb ml lus sur le cylindre gradué

500 = 19,7 l / m2 = 19,7 mm


Exercice 6

Exercice 5

La situation C correspond à la bise. Les vagues d’air froid polaire passent au nord de la zone de haute pression (Scandinavie). Un air continental sec et tempéré souffle sur la Suisse de direction est, nord-est. Plus rarement, la bise se fait beaucoup plus forte. On parle alors de « bise noire ». Elle est due à la haute pression associée à une dépression active positionnée sur la Méditerranée. Les vents sont violents et accompagnés de précipitations.

La situation A correspond à un vent d’ouest. Il n’y a pas d’anticyclone fort à l’ouest qui empêche le passage de perturbations entraînées d’ouest en est par le courant-jet.

Dans la situation B, le foehn s’installe sur la Suisse. Les isobares sont très serrées. Elles mettent en évidence la grande différence de pression qui règne entre le nord et le sud des Alpes. Le massif mon-tagneux fait barrage. L’air du Sud est soumis à une beaucoup plus grande pression que l’air au nord des Alpes. Pour équilibrer la pression, l’air passe la chaîne montagneuse. En s’élevant, la température baisse et l’humidité se condense. Il y aura de fortes précipitations sur le versant sud. Une fois les sommets passés, l’air asséché se réchauffe. Cet air sec se réchauffe mieux qu’il ne s’est refroidi à la montée lorsqu’il était humide. Il pourrait contenir encore plus de vapeur d’eau. C’est donc un air prêt à absorber l’humidité qui dévale les pentes nord des Alpes. Cet air sec crée un ciel dégagé et net. Sous l’effet du foehn, la neige peut fondre de façon impressionnante. On peut observer de brusques réchauffements de température de plus de 10°C en quelques heures. Selon l’orientation des vallées, ce vent peut être fort et atteindre fa-cilement des pointes de plus de 150 km/h.

On peut retrouver le même principe avec des fortes pressions au nord et des basses pressions au sud du massif. On parle alors de foehn du Nord. Cet effet de foehn a intrigué les scientifiques dès le 19ème siècle. Ce phénomène est commun à toutes les chaînes de montagnes du monde. Ainsi le « Chinook », comme on le nomme en Amérique du Nord, est responsable d’un passage de température de -30 °C à 12 °C en une nuit lors des Jeux de Calgary en 1998 !

En activité complémen-taire, on pourrait de-mander aux élèves de localiser ces villes. Ces données permettent de discuter des différents climats, des saisons in-versées entre les deux hémisphères, etc.

Jan. Fév.0

100

200

300

400

Moyenne mensuelle des précipitations, en mm

GenèveCamberaCalcuttaTombouctou

Québec

Sao Paolo

Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

-10

[°C] [°C]

-4

6

16

-10

0

10

20

∆T ≈ - 6 °C / km

∆T ≈ -10 °C / km

∆T ≈ 10 °C / km{

{


TECHNOLOGIE : CONSTRUIS TA STATION MÉTÉO !

Il existe une foule de modèles de dispositifs pour prendre des mesures de conditions atmosphériques. Ce sont des montages que l’on peut élaborer et perfectionner en partenariat avec le maître d’AC&M. Le matériel utilisé peut être trouvé dans n’importe quel magasin de bricolage. Par contre, il nécessite quelques outils. Il faudra bien encadrer les élèves lorsqu’il s’agira de faire un trou, à l’aide d’une per-ceuse par exemple.

LA GIROUETTE

Il existe des girouettes de formes très variées, elles peuvent aussi être peintes et décorées. Les élèves pourront ainsi laisser libre cours à leur imagination.

Si l’on confectionne un grand nombre de girouettes avec une classe, on peut aller en extérieur par temps un peu venteux pour étudier comment le vent s’engouffre entre des obstacles, comme un angle de bâtiment. Il est alors possible de cartographier la direction des courants.

On peut aussi fabriquer une manche à air dont la structure en fil de fer ser-vira d’ossature. Elle peut faire l’objet d’un travail de couture. Elle ne permet pas d’obtenir des mesures mais d’évaluer la direction du vent et sa force.

Céréales Killer (CC-BY-SA)


LE PLUVIOMÈTRE

Il faudra choisir un entonnoir adapté à la taille du cylindre gradué ou réciproquement. L’étalonnage de l’appareil offre un exercice de géométrie intéressant, qui implique plusieurs notions. Pour sa résolution, il faut se référer à l’Exercice 3.

Nous ne présenterons pas ici de modèles de thermomètres ou de baromètres qui sont souvent construits dans le cadre des cours de sciences. Un document sur cette activité fait déjà l’objet d’une fiche proposée pour les OCOM.

A relever qu’il y a une foule de modèles proposés dans le livre « Météorologie - Eléments de l’activité créatrice manuelle » de Beat Suter et Christian Rohrer aux éditions de la Société suisse de travail ma-nuel et de réforme scolaire.

Il faut profiter d’utiliser ces dispositifs, ou d’autres achetés dans le commerce, pour faire des expé-riences, réaliser des graphiques et entraîner ainsi le chapitre des fonctions.

L’ANÉMOMÈTRE

Pour l’anémomètre, il faudra en étalonner un modèle lors d’un trajet en voiture. Lorsqu’il n’y a pas de vent, on roulera à vitesse constante sur une section de route droite. Cela permettra au copilote de dé-terminer le nombre de tours effectués par le dispositif alors que la vitesse relative de l’air environnant correspondra à la vitesse de la voiture. La précision sera toute relative, mais permettra d’avoir un ordre de grandeur de la vitesse du vent.

Voici les résultats obtenus pour le modèle en photo. Il est constitué de deux baguettes de 80 cm et de demi-balles de tennis. La masse totale de la partie mobile est de 225 g.

Il n’est pas facile de réaliser des mesures à des vitesses plus éle-vées. L’axe de montage étant peu solide, je craignais que la partie mobile ne soit arrachée par la force de l’air.

Vitesse de l’air [km/h]

Nb de tours en 20s

20 4

30 8

40 12

50 16

On peut réaliser de plus petits modèles avec des balles de ping-pong et des baguettes de brochettes :http://lascienceadeuxmains.com/?page_id=126

La science à deux mains, Anémomètres

Technology

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