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L'ozone dans l'atmosphère

Démarche sur le thème : "L'ozone dans l'atmosphère", proposée par Christiane NICOT, professeur enseignant en MI-SVT au lycée Fragonard (L'Isle Adam). Progression intégrant l'interrogation de banques de données, prolongée par l'utilisation de ressources numériques variées. Illustration des pôles B2i/TICE - DEMARCHE EXPERIMENTALE - AUTONOMIE des thématiques transversales.

 L'ozone dans l'atmosphère

 

Christiane NICOT, professeur enseignant en MI-SVT au lycée Fragonard (L'Isle Adam)

Thème : Planète Terre et environnement global

3ème thème de l’année

Objectifs :

-          Savoir mener une démarche explicative

-          Savoir trouver des données permettant de répondre aux problèmes (images satellitales, données numériques des sites Airparif et de météo France)

-          Savoir exploiter les données permettant de répondre aux problèmes

-          1ère utilisation d’un tableur (Excel)

-          Mesures de surface avec Mesurim

-          Réalisation de comptes-rendus

 

Logiciels utilisés :

            Word ou Writer

            Powerpoint ou Impress

            Excel

            Mesurim

 Mots clés : ozone, ozone troposphérique, ozone stratosphérique, couche d’ozone, trou de la couche d’ozone, pollution à l’ozone, atmosphère.                                                                                                                       

       
 Liens internes vers les ressources utilisées et/ou les productions  réalisées  

Démarche, activités et outils

Thématiques transversales

Point de départ :

Qu’est- ce que l’ozone ?                                                                                         

Quelle est la structure de l’atmosphère ? épaisseur ? différentes couches ?....          

Ou se situe l’ozone dans l’atmosphère ?                                                                  

Documents d’appel: présentation de coupures de journaux sur le trou dans la couche d’ozone et ses dangers, les pics de pollution à l’ozone et les risques  de problèmes respiratoires…

Si l’ozone disparait nous sommes en danger, s’il y a trop d’ozone nous sommes malades…

Mise en place de la problématique du 3ème thème :

Ozone atmosphérique: protecteur ou polluant ?

Méthode pour répondre à la problématique : rassembler toutes les « connaissances » des élèves sur la question ; les noter au tableau ; les prendre comme autant d’hypothèses et chercher à les vérifier


1ère partie : l’ozone de la stratosphère

Comment se forme l’ozone dans la stratosphère?

1ère étape : problème de départ imposé

Problème : Où se forme le trou de la couche d’O3 et comment évolue sa surface au cours du temps ?

Différentes hypothèses émises et testées par les élèves :

  1. Le trou de la couche d’ozone reste localisé aux pôles (aux 2 pôles,  à un des 2.)
  2. le trou de la couche d’ozone est d’apparition récente, il ne se forme que depuis une dizaine d’années.
  3. La surface du trou de la couche d’ozone varie selon les saisons
  4. La surface du trou de la couche d’ozone diminue depuis les 5 dernières années.

 

Conséquences vérifiables :

  1. Si le trou de la couche d’ozone reste localisé aux pôles alors on doit pouvoir le montrer par des mesures de la quantité d’O3 autour de la Terre.

Ø  Comment mesurer des quantités d’O3 dans la stratosphère en différents point du globe ?

Images satellitales (site de la Nasa)

  Ozone Data       http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozone_v8.html

Comment les satellites mesurent la quantité d’O3 dans la stratosphère ?

Mesure de l’O3 par la méthode Dobson

Qu’est- ce que l’unité Dobson ?

Valeur normale d’O3 dans la stratosphère 350 DU


  1. Si le trou de la couche d’O3 est d’apparition récente (une dizaine d’années), alors en observant  des images satellitales d’il y a plus de 10 ans, on doit pouvoir montrer qu’il n’existait pas auparavant.

 

  1. Si la surface du trou de la couche d’O3 varie selon les saisons, alors en faisant des mesures de la surface du trou au cours de l’année sur des images satellitales, on doit pouvoir mettre en évidence une variation de surface.

 

  1. Si le trou de la couche d’O3 a diminué au cours des 5 dernières années, alors en faisant des mesures de surface du trou sur des images satellitales des 5 dernières années, on doit pouvoir mettre en évidence une diminution de cette surface.

 

Ø  Comment mesurer la surface du trou de la couche d’O3 sur des images satellitales ?

 Utilisation de Mesurim (les images utilisées sont celles capturées sur le site de la NASA)                                                                                                                            

Nécessité de rechercher à partir de quelle valeur de concentration en O3 on parle de trou :

            Pour certains <200DU

            Pour d’autres <250 DU   (valeur gardée pour toute la classe)

Rappel valeur « normale » 350 DU

[Utilisation d'une boîte à outils  pour la prise en main autonome de Mesurim]

Comment mesurer une surface ?(en %)

Comment tracer un graphe ?

Voir des collections d'images capturées à partir du site de la NASA : teneurs en  ozone au niveau du pôle Sud d'octobre 1979 à octobre 2007, teneurs en ozone au niveau du pôle Sud de janvier à mars 2007 et d'octobre à décembre 2007.

Voir un diaporama réalisé par un groupe d'élève à propos du trou de la couche d'ozone

Résultats et réponses au problème :                                                                         

1.     Le trou de la couche d’O3 est surtout localisé au pôle sud

2.     Ce trou existe depuis les années 1980

3.     Variation de la surface du trou selon les saisons (plus important en oct. (fin de l’hiver austral)

4.     On note globalement une augmentation de la surface du trou les 10 dernières années mais aussi des variations (forte diminution en 2002 et une légère diminution en 2007)

 Ces résultats suscitent d’autres questionnements :

2ème étape : recherche « libre »

Choisir une ou 2 problématiques et essayer de les résoudre soit par des recherches internet soit par une expérimentation

 Exemples de problématiques choisies :

Ø  Comment expliquer que le trou de la couche d’ozone soit surtout localisé au pôle sud ?

Ø  Qu’est ce qui est responsable de la diminution notable du trou de la couche d’ozone en 2002 ?

Ø  Qu’est ce qui détruit la couche d’ozone ?                                               

Ø  Quelles sont les mesures à prendre  pour éviter son augmentation ?

Ø  Quelle est la répercussion du trou de la couche d’ozone sur les êtres vivants ?

Ø  Comment montrer que la couche d’ozone protège contre les UV nocifs pour la vie ?                                                                                                    

Bilan: l’ozone de la haute atmosphère protège de l’effet nocif des UV et est indispensable à la vie sur Terre.

Le trou de la couche d’ozone résulte de rejets polluants de l’activité humaine ; il met en danger la vie sur Terre ; il faut tout faire pour le  limiter

 

 

 

 

DEMARCHE EXPERIMENTALE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TICE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TICE

 

 

 

 

AUTONOMIE

TICE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AUTONOMIE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ème partie : l’ozone de la basse atmosphère (troposphère)

O3 n’est pas formé naturellement dans la troposphère, il résulte d’une pollution.                 

L’ozone est un polluant de la basse atmosphère, il se forme par pics                       

                                                                                                                          

Problème : Quels sont les facteurs favorisant la formation des pics d’ozone ?     

Hypothèses :

  1. On suppose que la formation d’O3 est liée à l’activité industrielle et aux transports
  2. On suppose que la formation d’O3 dépend de facteurs climatiques (température élevée, absence de vent…)
  3. On suppose que les pics d’ozone sont une conjonction de plusieurs facteurs (T° élevée, activités industrielles …)

 

Conséquences vérifiables :

  1. Si les pics d’ozone dépendent de l’activité industrielle alors on doit pouvoir noter plus de pics d’ozone en ville qu’en campagne ; on doit pouvoir noter plus de pics d’ozone les jours ouvrables que les jours fériés….

 

  1. Si les pics d’ozone se forment  quand il fait chaud alors :
  • on doit pouvoir noter une variation des pics de pollution à l’ozone selon les heures de la journée ou  les saisons avec une prédominance en été.          
  • On doit pouvoir établir une corrélation entre des variations de températures et les taux d’O3 sur une journée ou sur une année…

 

Comment obtenir des mesures de taux d’ozone ? Le site d’Airparif donne des relevés quotidiens du taux d’ozone dans différentes stations.Relevés horaires et moyennes journalières.

 http://www.airparif.asso.fr/

http://www.airparif.asso.fr/pages/resultats/stations

AIRPARIF - Surveillance de la Qualité de l'Air en Ile-de-France

Département 95 - Val-d'Oise

 

Comment obtenir des données climatiques ? Site de météo France Paris Ile deFrance

 http://www.meteo-paris.com/ile-de-france/stations-meteo.html

 

Vérifications des hypothèses en utilisant les données du site d’Airparif

  1. Comparaison dans 2 stations : (dans une station urbaine et dans une station rurale)  Cergy et St Martin du Tertre à une même saison.  Comparaison des taux d’ozone le week-end (ou un jour férié) et en semaine.        

 Traitement des données dans Excel, réalisation d’un graphe à 2 courbes.

Résultats :

Conséquence  non vérifiée (les pics d’O3 ne dépendent pas directement de  l’activité industrielle)

mais insuffisant pour rejeter totalement l’hypothèse

Recherche d’hypothèses explicatives :

O3 se forme en périphérie des zones émettrices de polluants primaires

Mélange rapide des polluants dans l’atmosphère

 

  1. Prendre une station et suivre l’évolution du taux d’ozone au cours d’une  journée, selon les heures de la journée ; au cours d’une année, selon les saisons.      nbsp;      

Faire un relevé des valeurs

Traiter les données numériques : utilisation d’un tableur (EXCEL)

Présenter les résultats sous forme d’un graphe à une seule ou 2 courbes (en campagne et en ville sur la même période).

Conclure

 

  1. Chercher des données météo sur une semaine, ou sur un mois ou une année (T°, force du vent…)

Tracer un graphe à 2 courbes (T° et taux d’O3 )                                                           

Conclure

Voir le travail réalisé par un groupe d'élèves : données capturées et traitées concernant le taux d'ozone troposphérique  dans une station rurale et urbaine ; influence de différentes situations (jour férié-non férié; été/hiver) ; corrélation avec les températures mesurées.

 

2ème étape : recherche « libre »

Exemples de problématiques:

Comment se forme l’ozone dans la troposphère ?

Comment expliquer une pollution à l’ozone aussi importante à la campagne que dans les villes ?

Quels sont les effets de l’ozone sur les êtres vivants ?

Possibilité d’expériences avec des pieds de tabac (indicateurs de pollution)                 

Les effets sur l’Homme ?                                                                                            

Comment réduire l’émission d’ozone ?

Diminuer la circulation automobile ; Intérêt de le faire quand il fait chaud (réduction de la vitesse des voitures)

 

Bilan : L’ozone troposphérique est un polluant résultant de la transformation de l'O2 au contact des oxydes d'azote et d'hydrocarbures. Il diffuse très largement dans l’atmosphère et se retrouve aussi bien en ville qu’en campagne. Une température élevée favorise sa formation.



 

 

 

DEMARCHE EXPERIMENTALE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 TICE

 

 

 

 

 

TICE

 

 

 

 

 

 

 

TICE

 

 

 

 

 

 

 

 

AUTONOMIE