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Activité sur les variations d'énergie solaire reçue

Mise à jour le 06/05/2021
Par Vincent Voisin
Le Soleil transmet à la Terre de l’énergie par rayonnement. Cependant, selon l'endroit où l'on se place à la surface terrestre, selon le moment dans l'année et selon l'heure de la journée, l'énergie solaire reçue varie. L’objectif est de comprendre comment la sphéricité de la Terre, sa rotation sur un axe incliné et sa révolution autour du Soleil contrôlent 1) la quantité d’énergie solaire reçue en fonction de la latitude (la répartition des différents climats), 2) l’alternance des saisons et 3) les variations journalières d’énergie solaire reçue.

Cette activité comprend trois ateliers possédant chacun trois grandes parties permettant à l'élève de construire ou d'exercer les compétences suivantes :

- Partie 1 : S'informer en extrayant et organisant des données afin de mettre en évidence des variations d'énergie solaire reçue ;

- Partie 2 : Modéliser la variation d'énergie solaire reçu de manière analogique ;

- Partie 3 : Communiquer avec un diaporama de manière fluide.

Chaque atelier est organisé avec ces trois mêmes parties.

Evaluations :

- par compétences : sur la fiche d'activité, 6 éléments de réussite sont listés par compétence et constituent un guide et/ou un outil d'autoévaluation pour l'élève et/ou d'évaluation pour l'enseignant.

- notionnelle : un QCM est proposé pour tester les connaissances des élèves avant et/ou après l'activité.

Ergonomie : la classe est divisée en groupes de 3 ou 4 élèves. Chaque groupe prend en charge un atelier. Plusieurs groupes ont donc le même atelier.

Progression spiralaire

Différenciation pédagogique : possibilité de constituer des groupes hétérogènes, deux types de fiches d'aide mineure et majeure (des "coups de pouce") sont proposés si besoin.

Matériels requis :

  • Globes terrestres,
  • Lampes ou possibilité d'utiliser la fonctionnalité "lampe torche" de téléphones,
  • Surfaces cartonnées trouées pour modéliser des rayons solaires,
  • Potences et/ou systèmes de fixation,
  • luxmètres ou possiblité d'utiliser la fonctionnalité "luxmètre" de téléphones.

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Fichiers en téléchargement :

Introduction des 3 ateliers 

Fiches énoncé et consignes Atelier 1  Atelier 2  Atelier 3 
Coups de pouce mineurs et majeurs

1.1 

1.2 

2.1 

2.2 

3.1 

3.2 

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Questionnement scientifique : Le Soleil transmet à la Terre de l’énergie par rayonnement. Cependant, selon l'endroit où l'on se place à la surface terrestre, selon le moment dans l'année et selon l'heure de la journée, l'énergie solaire reçue varie. L’objectif est de comprendre comment la sphéricité de la Terre, sa rotation sur un axe incliné et sa révolution autour du Soleil contrôlent 1) la quantité d’énergie solaire reçue en fonction de la latitude (la répartition des différents climats), 2) l’alternance des saisons et 3) les variations journalières d’énergie solaire reçue.

1) Comment expliquer la diversité des climats observés sur Terre ? 2) Comment expliquer l’alternance des saisons ? 3) Comment expliquer la variation de la puissance solaire reçue en fonction de l’heure de la journée ?

Le premier atelier permet d'apporter une réponse à la question 1) Comment expliquer la diversité des climats observés sur Terre ?

Atelier 1 : Les climats de la Terre

Consignes et éléments de réussite

Utiliser le dossier de documents ci-après et les matériels à disposition pour expliquer la diversité des climats terrestres. S'exercer par rapport aux compétences en répondant aux consignes suivantes :

 

Compétence – S'informer : extraire et organiser des données  

Une description des documents est proposée...

...avec prise en compte des paramètres mesurés ;

Des valeurs pertinentes sont extraites ;

Des climats de la Terre sont présentés ;

Les notions de climatologie et de météorologie sont définies ;

Une justification est formulée pour expliquer en quoi l'étude des zones climatiques relève de la climatologie et non de la météorologie.

 

Compétence – Modéliser un phénomène physique par analogie

Une modélisation analogique faisant varier l'angle entre la tangente de la surface terrestre et la trajectoire du rayonnement solaire est réalisée ;

Des données d'énergie lumineuse reçue selon l'angle indiqué et la latitude sont obtenues ;

La variation de l'énergie lumineuse reçue selon l'angle indiqué et la latitude est expliquée ;

Pour plusieurs points à la surface de la Terre, les configurations sont identifiées pour lesquelles la puissance reçue par unité de surface est :

minimale ;

intermédiaire ;

maximale.

Compétence IV – Communiquer à l'oral

Le discours est :

clair ;

fluide ;

improvisé, la lecture de notes demeure partielle ;

  exact et pertinent ;

Le support de présentation possède :

moins de dix vignettes ;

aucune illustration non titrée.

Dossier de documents

Fig. 1. Climats et zones climatiques (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions Bordas, 2019. p. 78).

 

Fig. 2. Climatologie versus météorologie (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions Bordas, 2019. p. 78).

 

Fig. 3. Influence directe du Soleil (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions Bordas, 2019. p. 79).

Coups de pouce

aide n°1

aide n°2

 

Le deuxième atelier permet d'apporter une réponse à la question 2) Comment expliquer l'alternance des saisons ?

Atelier 2 : Le Soleil de les saisons

Consignes et éléments de réussite

Utiliser le dossier de documents ci-après et les matériels à disposition pour expliquer l'alternance des saisons. S'exercer par rapport aux compétences en répondant aux consignes suivantes :

 

Compétence – S'informer : extraire et organiser des données  

Une description des documents est proposée...

...avec prise en compte des paramètres mesurés ;

Des valeurs pertinentes sont extraites ;

Une corrélation est mise en évidence ;

La notion de corrélation est définie ;

Une hypothèse est formulée sur la corrélation, entre les paramètres mesurés.

 

Compétence – Modéliser un phénomène physique par analogie

Une modélisation analogique faisant varier l'angle entre la tangente de la surface terrestre et la trajectoire du rayonnement solaire est réalisée ;

Des données d'énergie lumineuse reçue selon l'angle indiqué et des positions de la Terre de différents moments de l'année sont obtenues ;

La variation de l'énergie lumineuse reçue selon l'angle indiqué aux différents moments de l'année est expliquée ;

Pour un point à la surface de la Terre, les configurations sont identifiées pour lesquelles la puissance reçue par unité de surface est :

minimale ;

intermédiaire ;

maximale.

Compétence IV – Communiquer à l'oral

Le discours est :

clair ;

fluide ;

improvisé, la lecture de notes demeure partielle ;

  exact et pertinent ;

Le support de présentation possède :

moins de dix vignettes ;

aucune illustration non titrée.

Dossier de documents

Fig. 1. Mouvements célestes (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions Bordas, 2019. p. 80).

 

Fig. 2. Rotation et révolution (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions Bordas, 2019. p. 80).

 

Fig. 3. Puissance solaire reçue sur Terre (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions Bordas, 2019. p. 81).

Coups de pouce

aide n°1

aide n°2

 

Le troisième atelier permet d'apporter une réponse à la question 3) Comment expliquer la variation de la puissance solaire reçue en fonction de l’heure de la journée ?

Atelier 3 : Les variations diurnes d'energie solaire reçue

Consignes et éléments de réussite

Pour expliquer les variations de température en fonction de l'heure de la journée, utiliser le dossier de documents ci-après et les matériels à disposition. S'exercer par rapport aux compétences en répondant aux consignes suivantes :

 

Compétence – S'informer : extraire et organiser des données  

Une description des documents est proposée...

...avec prise en compte des paramètres mesurés ;

Des valeurs pertinentes sont extraites ;

Une corrélation est mise en évidence ;

La notion de corrélation est définie ;

Une hypothèse est formulée sur la corrélation, entre les paramètres mesurés.

 

Compétence – Modéliser un phénomène physique par analogie

Une modélisation analogique faisant varier l'angle entre la tangente de la surface terrestre et la trajectoire du rayonnement solaire est réalisée ;

Des données d'énergie lumineuse reçue selon l'angle indiqué, l'heure de la journée sont obtenues, pour une seule localité de la surface terrestre ;

L'heure de la journée est reliée à la quantité d'éclairement reçu ;

Pour un point donné à la surface de la Terre, les configurations lors de la rotation terrestre sont identifiées pour lesquelles la puissance reçue par unité de surface est :

minimale ;

intermédiaire ;

maximale.

 

Compétence IV – Communiquer à l'oral

Le discours est :

clair ;

fluide ;

improvisé, la lecture de notes demeure partielle ;

  exact et pertinent ;

Le support de présentation possède :

moins de dix vignettes ;

aucune illustration non titrée.

Dossier de documents

Fig. 1. Les variations de température de l'air à 1 mètre du sol et le rayonnement solaire en fonction des heures d'une journée d'avril à Limoges (manuel de SVT niveau seconde, éditions Bordas, 2000. p. 36).

 

Fig. 2. Évolution de la température et de la puissance solaire reçue suivant l'heure (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions lelivrescolaire, 2019. p. 71).

Fig. 3. Bilan énergétique qualitatif du sol en fonction de l'heure de la journée (manuel d'enseignement scientifique de première, éditions lelivrescolaire, 2019. p. 71).

Coups de pouce

aide n°1

aide n°2

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