énergie solaire et circulations des enveloppes fluides
Des ressources pour la partie du programme de seconde consacrée aux énergies renouvelables issues de la circulation des enveloppes fluides de la Terre.
L'étude des particularités de la planète Terre a mis en évidence l'importance de l'énergie solaire et de l'effet de serre pour le développement et le maintien de la vie sur Terre. Une ressource pédagogique intitulée "Energie solaire : du local au global" s'attache à l'étude du flux d'énergie solaire et à l'exploitation directe de cette énergie par l'homme. Une autre ressource propose des activités concernant l'exploitation de cette énergie par les végétaux. Dans cette troisième ressource, l'inégale répartition des flux d'énergie à la surface de la Terre apparaît comme le moteur des circulations des enveloppes fluides. Elle permet l'exploitation par l'homme des ressources hydrauliques et éoliennes.
Ces ressources sont de simple propositions d'activités que l'on modulera en fonction des conditions de l'enseignement et de ses choix pédagogiques. Elles ne sauraient être considérées comme une progression.
Ces activités pourront être insérées dans une démarche pluridisciplinaire en rapport avec la partie "L'enjeu énergétique" de l'enseignement de géographie dans le cadre de projets pédagogiques. Elles font appel à des notions de SVT étudiées au collège comme le cycle de l'eau.
Ces données ont permis de construire des indices à partir de traitements mathématiques de signaux bruts. L'onglet "Energy" permet de choisir les données relatives à nos préoccupations.
Ici c'est l'insolation moyenne en W/m² (Solar Insolation) au mois de juillet 2009 qui a été choisie. Il est bien entendu possible de choisir la période de mesure dans la liste en dessous de l'image.
La commande "View" actualise l'affichage tandis "Analyze this image" la charge dans une boîte de choix dans la partie droite de l'écran
La commande "Configure/launch analysis" charge un nouvel écran avec des onglets de choix. On se contentera dans ce cas précis de cliquer sur "Launch analysis"
Attention ! Si l'on utilise Internet Explorer, il faut autoriser l'exécution des contenus bloqués par la sécurité (sic) du navigateur.
Après un délai d'affichage qui peut être assez long en fonction de la connexion, l'image est chargée et l'outil "Probe" permet d'accéder à la valeur de l'insolation en n'importe quel point du globe durant le mois étudié.
Les élèves notent que cette réflexion est importante pour les étendues glacées, les zones nuageuses et les déserts. Elle est très faible dans les zones océaniques.
Une analyse sur deux canaux : l'insolation et la réflexion dans le visible, permet de valider cette hypothèse.
Le pointage successif de zones identifiées avec l'outil "probe" permet de faire une première approche du bilan énergétique.
La réalisation d'un transect méridien permet de comparer les flux entrants et sortants de différentes zones. On notera pour éviter tout malentendu que les échelles utilisées ne sont pas exactement les mêmes pour les deux flux.
Les zones nuageuses de l'Atlantique nord interceptent une grande partie de l'énergie qui n'arrive donc pas au sol et réfléchissent la quasi totalité de l'énergie interceptée. L'Atlantique central et la forêt amazonienne reçoivent beaucoup d'énergie mais n'en réflechissent qu'une très faible part. En ce mois de juillet, l'Antarctique ne reçoit que très peu d'énergie qu'il réfléchit presque en totalité. Les élèves émettent l'hypothèse d'une absorption de l'énergie par l'eau qui conduit à son échauffement.
On voit ici clairement que ce sont les océans tropicaux qui ont le bilan le plus positif tandis qu'en ce mois de juillet 2009 l'Antarctique tout entier a un bilan négatif. Les déserts, qu'ils soient glacés ou chauds, ont des bilans très faiblement positifs ou nuls du fait de la réflexion très élevée. Les élèves sont donc conduits à se poser la question du devenir de cette énergie absorbée par l'eau des océans.
Mettre en évidence et modéliser la circulation thermo haline océanique
L'utilisation des données "Sea Surface Température" de l'onglet "Ocean" de Neo Nasa montre clairement la corrélation entre un bilan énergétique positif et une température superficielle de l'océan assez élevée. La définition de cette image n'est cependant pas suffisante pour bien voir les courants chauds.
Pour faciliter la lecture, une échelle des teintes est fournie avec chaque image.
Le site traite essentiellement de l'Atlantique ouest. Les meilleures images sont celles qui font la somme de 7 jours consécutifs d'observation. Le gulf stream est en effet constamment couvert de nuages et les températures mesurées ne sont fiables que si le capteur reçoit les radiations infrarouge émises par la mer et non par les nuages. Il s'agit ici de la synthèse de 7 jours d'observations au 14 juillet 2009. Le courant chaud se dirigeant vers le N-E est ici bien visible.
Un manipulation similaire en remplaçant le glaçon par une pincée de sel fin conduit à mettre en évidence le second facteur de la circulation thermohaline.
Au terme de cette activité il apparaît que la circulation thermo haline transfère des quantités considérables d'énergie entre les zones où le bilan radiatif est positif et celles où il est négatif. L'exploitation directe de cette énergie n'a pas encore été entreprise par l'homme car elle se heurte à de problèmes d'implantation des hydroliennes. Les grands courants cheminent loin des côtes et le transport de l'énergie vers les consommateurs a un coût prohibitif. Les rares engins testés jusqu'à présent l'ont été dans de cadre de courants rapides littoraux qui sont peu connectés à la circulation thermohaline et sont plutôt liés à l'effet des marées.
Les stries noires correspondent non pas à des lacunes d'observations mais à des artéfacts de montage des images MODIS qui résultent des caractéristiques orbitales de ce satellite à défilement sur une orbite polaire.
Pour obtenir une image avec une meilleure résolution, il faut sélectionner l'image en question dans la fenêtre principale puis utiliser la fenêtre "Download Options".
L'image acquise de cette manière permet de voir les systèmes nuageux. Ceux-ci sont majoritairement situés au dessus des océans dans la ceinture intertropicale et aux latitudes élevées.
En ce 14 juillet 2009 une dépression importante est en train de naître au dessus de la dérive nord atlantique du gulf stream.
A partir de ces observations et de ses acquis de cinquième, l'élève doit pouvoir retracer la partie "Evaporation" du cycle de l'eau. L'énergie solaire captée par l'eau est donc en partie utilisée par l'évaporation. C'est l'occasion de montrer aussi que la convection atmosphérique est alimentée par l'énergie solaire.
Le site del'Université de Dundee permet de capter gratuitement les images des satellites météorologiques géostationnaires. Il suffit de s'enregistrer sur le site en signalant que l'inscription est motivée par un objectif éducatif.
L'accès aux archives du statellite SEVIRI permet de choisir le type d'image.
Ce sont les images de petite taille avec grille du canal 11 qui ont été retenues.
Une fois la première image affichée, un tableau de pilotage apparaît au dessus de l'image. les signes "+" et "-" permettent de varier les paramètres de l'image. Une série d'images réalisées toutes les six heures sur plusieurs jours a été enregistrée.
Pour les besoins de cette ressource voici une animation de taille réduite des images SEVIRI du 21 au 24 avril 2009 pour le canal 11 en format gif animé montée avec UnFREEZ.
Les élèves perçoivent que les nuages formés sur les océans et les forêts équatoriales sont poussés par les vents sur les continents.
Aux latitudes élevées ce sont des vents d'ouest tandis que dans la zone intertropicale ce sont des vents d'est appellés alizés. Cela permet de compléter la partie "transport" du cycle de l'eau et de rappeler que l'énergie hydraulique résulte de l'action de la gravité sur les eaux continentales.
Cela permet aussi de percevoir que la convection atmosphérique est aussi à l'origine des vents.
Au terme des activités précédentes, les cellules de convection atmosphériques dépendantes de l'énergie solaire sont à l'origine des vents et du transport de l'eau sur les reliefs des continents.
Les dispositifs d'utilisation de ces sources d'énergie pour produire de l'électricité peuvent être présentés rapidement.
Par défaut le projet s'ouvre en visualisant le nombre de kWh par habitant pour chaque pays.
L'équation est écrite comme sur un tableur dans la case Render Expression.
La valeur maximale du pourcentage est de 100 et l'effectif est découpé en 10 classes.
Les résultats en pourcentages peuvent paraîtrent parfois paradoxaux. C'est le cas des USA qui utilisent essentiellement les énergie fossiles et nucléaires et de l'Afghanistan où la production par habitant est très faible et où les autres formes de production électrique n'ont pas bénéficié d'investissements.
Le même travail est effectué pour l'énergie éolienne. La répartition se fait sur 5 classes entre 0 et 15%.
Le même travail peut être réalisé avec Mapwindow selon les modalités définies dans la ressource "l'énergie solaire : du local au global" , On utilisera alors le fichier "sources_énergie_électrique_2008.mwprj"
