- enseignement Catholique

HPT
Formation scientifique
UAA11
AUTEURS : Brigitte Janssens, Pascale Papleux
Fiche d’investigation 3
Le changement climatique
Au travers de cette démarche d’investigation, la compétence rencontrée sera :
« Sur base d’une démarche d’investigation, analyser l’impact d’activités
humaines rejetant des polluants dans un écosystème. »
Contexte
On ne peut pas parler de pollution sans parler du changement climatique actuel. D’autant plus que ce
sujet fait régulièrement « la une » aux informations.
Développements attendus principalement visés
À partir d’un schéma, décrire les cycles du carbone et de l’oxygène (C3).
(P) L’élève identifie sur un schéma les principaux échanges gazeux de carbone et d’oxygène :
photosynthèse et respiration, combustion, décomposition.
(TQ) L’élève traduit un schéma en phrases qui décrivent les principales étapes des cycles du carbone et de
l’oxygène.
Établir les liens entre les cycles du carbone et de l’oxygène (A2).
L’élève associe la consommation d’oxygène à la production de CO2 et vice versa.
Sur base de documents, expliquer comment l’être humain remédie à une pollution dont il est responsable
(T3).
L’élève identifie et justifie certaines stratégies mises en place au niveau local ou global pour corriger les
atteintes environnementales auxquelles il participe par son mode de vie.
Problématisation
Il est difficile de ne jamais avoir entendu parler du changement climatique. Dès lors, quelles sont nos
représentations sur le sujet ? De plus, pourquoi craindre ce changement climatique ? Il fera plus chaud,
non ? C’est plutôt bien pour nous, les belges …
Le professeur demande aux élèves :
-
Qu’est-ce-que le changement climatique actuel ?
-
Quelles sont les principales causes de ce changement climatique ?
-
Quelles sont les principales conséquences de ce changement climatique ?
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Les élèves émettent plusieurs hypothèses :
-
La pollution est responsable du changement climatique.
-
Le trou dans la couche d’ozone est responsable du changement climatique. (c’est une constatation
que font toujours les élèves lors du recueil de leurs représentations sur le sujet, donc peut-on la
laisser même si on sait que c’est faux ?)
-
…
Recueil et traitement des informations (cœur de la démarche
d’investigation)
Le professeur demande alors aux élèves qu’est-ce que l’effet de serre ? A quoi est-il dû ? Cet effet
provoque quelles conséquences au niveau de la planète ?
Les élèves répondent :
-
le responsable est le gaz carbonique ;
-
c’est un gaz qui provoque le réchauffement de la planète ;
-
…
Le professeur explique que :
Á l’origine, l’effet de serre est un phénomène physique naturel. Il permet d’avoir sur la Terre une
température propice à la vie (une moyenne de + 15°C). En l’absence de ce dernier, la température
moyenne sur Terre serait de -18°C, température incompatible avec la vie telle que nous la connaissons.
Pourquoi ? Notre atmosphère joue le même rôle que les vitres d’une serre. Cette couche de différents
gaz permet aux rayons lumineux du soleil d’atteindre la surface de la Terre et de la réchauffer, mais
empêche les rayons « calorifiques » (les infrarouges) et donc une partie de la chaleur de s’enfuir dans
l’espace.
Certains gaz à effet de serre existent naturellement dans l’environnement : la vapeur d’eau, le gaz
carbonique (CO2), le méthane (CH4)… Mais de nombreuses activités humaines émettent également
ces gaz ! Principalement la combustion des sources d’énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon…).
Le professeur demande alors aux élèves de retrouver les causes qui conduisent naturellement à la
production du gaz carbonique. Au travers de la fiche d’activité 13, le professeur invite les élèves à
construire le cycle du carbone.
Ensuite, au travers de la fiche d’activité 14, le professeur demande de compléter le cycle du carbone
en montrant l’impact de quelques activités humaines.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Quelle sont les risques d’un réchauffement trop important de la planète ? (suite fiche d’activités 14)
Le professeur demande alors aux élèves d’établir le lien entre cycle du carbone et cycle de l’oxygène
(fiche d’activité 15).
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Lors des pics de pollution, on parle des concentrations en ozone anormalement élevées et pouvant
causer des problèmes respiratoires. Or, dans le cycle de l’oxygène, on vient de voir que l’ozone est
nécessaire car il filtre les U.V. en provenance du Soleil. Finalement, l’ozone est-il bon ou mauvais
pour nous et pour les êtres vivants en général ?
Le professeur distribue la fiche d’activité 15 concernant l’ozone.
Les élèves constatent que, selon la localisation de l’ozone, il est bénéfique ou nocif :
-
situé dans la stratosphère, l’ozone est indispensable à la vie sur Terre car il filtre les rayons U.V. du
Soleil ;
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-
par contre, l’ozone troposphérique est nocif pour les êtres vivants : puissant oxydant, il attaque
notamment les voies respiratoires, causant asthme et bronchite ; de plus, c’est un gaz à effet de
serre renforçant le changement climatique actuel.
Communication
Le professeur réalise une synthèse avec ses élèves :
 Le cycle du carbone concerne l’échange de carbone, constituant indispensable à la vie, sous ses
diverses formes, entre les différents réservoirs que sont la biosphère (l’ensemble des êtres vivants
et le milieu où ils vivent), la lithosphère (ou l’écorce terrestre), l’hydrosphère (l’ensemble de l’eau sur
Terre) et l’atmosphère (mince couche d’air autour de la Terre). Les principaux mécanismes de
l’échange de carbone sont la photosynthèse, la respiration et l’oxydation.
 Le cycle de l’oxygène concerne l’échange de l’oxygène sous ses diverses formes (O, O 2, O3) entre
trois réservoirs : la biosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère. La majorité de ces échanges se font
également grâce à la photosynthèse, la respiration et l’oxydation de matières minérales.
 Le cycle du carbone et le cycle de l’oxygène sont intimement liés au travers des réactions de la
photosynthèse et de la respiration :
-
lors de la photosynthèse, de la matière organique est produite à partir du dioxyde de carbone
présent dans l’atmosphère, tandis que du dioxygène est libéré dans cette même atmosphère.
-
lors de la respiration, la matière organique est brûlée, libérant du dioxyde de carbone dans
l’atmosphère après avoir utilisé le dioxygène de cette même atmosphère comme comburant.
 Grâce à la présence des gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère, la vie est possible sur Terre.
En effet, cette présence permet l’effet de serre, qui est un phénomène physique naturel, qui permet
de piéger momentanément la chaleur obtenue grâce au rayonnement en provenance du Soleil. Il en
résulte une température moyenne globale à la surface de la Terre de +15°C, au lieu des -18°C qui
prévaudrait en l’absence de cet effet de serre.
 Suite aux activités humaines, entrainant l’émission de gaz à effet de serre supplémentaires, nous
assistons actuellement à un changement climatique. Il s’explique notamment par l’augmentation de
l’émission de dioxyde de carbone suite à la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz
naturel) provenant de roches faisant partie de la lithosphère. Le cycle du carbone est donc perturbé :
accumulation de carbone dans l’atmosphère en quelques décennies, au détriment de la lithosphère
où des roches carbonées et carbonatées ont mis des millions d’années à se constituer. C’est l’effet
de serre additionnel.
 Le changement climatique actuel est marqué par une augmentation sensible de la température
moyenne globale de l’eau et de l’atmosphère (jusqu’à 4,8°C d’ici 2100, par rapport à la période 19852005). Cela ne sera pas sans conséquence, parmi les plus fréquemment citées :
-
Fonte des glaces, entrainant une montée du niveau des océans ;
-
Suite à la montée des eaux, de nombreuses zones côtières seront inondées, menaçant les
récoltes ;
-
Ecosystèmes perturbés, entrainant l’extinction de nombreuses espèces ;
-
Aggravation de phénomènes climatiques (par exemple, cyclones plus fréquents et plus puissants)
-
…
 L’ozone, tout comme le dioxyde de carbone, est un gaz à effet de serre, mais il a deux impacts bien
distincts selon sa localisation dans l’atmosphère :
-
l’ozone stratosphérique est bénéfique pour les êtres vivants en filtrant les rayons U.V. en
provenance du Soleil, rendant la vie possible sur les terres émergées ;
-
l’ozone troposphérique (qui s’accumule dans le smog photochimique) est nocif pour les êtres
vivants car c’est un puissant oxydant attaquant notamment les voies respiratoires.
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Bibliographie
-
Environnement : pollutions, pressions, nuisances
http://www.notre-planete.info/environnement/ (page consultée le 19 août 2015)
-
Le cycle du carbone
http://www.ipsl.fr/Pour-tous/Les-dossiers-thematiques/Le-cycle-du-carbone (page consultée le 19
août 2015)
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