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L'ENERGIE RECUE PAR LES PLANETES DU SYSTEME SOLAIRE
MODELISATION ANALOGIQUE AVEC EX.A.O. SOUS VISUEL ORPHY
Robert PACCHIONI, Académie de Nice
Objectif:
Proposer dans le cadre du nouveau programme de la classe de 2de, des séquences de mesure de
rayonnement lumineux reçu par les planètes du système solaire dont la Terre à partir d'une
modélisation avec maquette, et montrer les conséquences de l'énergie interceptée sur leur
température moyenne et sur la dynamique des enveloppes fluides.
Problématique :
Le rayonnement solaire se répartit inégalement sur les planètes, en particulier à cause de leur
éloignement variable par rapport à l'étoile, de leur sphéricité modifiant l'angle d'incidence avec le
plan d'interception, ou encore de l'angle formé par l'axe de rotation sur le plan orbital.
Principe:
Le flux lumineux, produit par une lampe à incandescence, modifie la valeur de la résistance d'un
photodétecteur (LDR12). En fonction des paramètres expérimentaux étudiés, la tension mesurée
aux bornes d'une résistance placée en série dans le circuit du capteur, reflétera la valeur du
rayonnement incident.
Supports utilisés :
La maquette de plan méridien terrestre : Il s’agit d’un modèle analogique adapté aux mesures
en ExAO . Réalisé à l’échelle 1/30.106, et supporté par un axe incliné sur un support fixe ou
motorisé (1 tour/minute), il possède 7 capteurs de rayonnement lumineux sur chaque ligne
méridienne, à des latitudes remarquables (cercles polaires, tropiques, 45°N-S, équateur).
Chaque ligne de capteurs est alimentée par une tension de 5V délivrée par le module test
d’ORPHY qui sert aussi de boîte de dérivation pour la liaison avec l’interface ORPHY GTS,
voire toute interface munie d’un adaptateur voltmètre.
L’utilisation d’une deuxième alimentation , indépendante, pourrait permettre l’acquisition
simultanée d’un autre capteur antiméridien.
Visuel ORPHY est un outil de création d’expériences à partir d’une interface classique et d’un
ensemble de capteurs , doté d’un environnement multimédia.
Il dispose d’un ensemble de ressources nécessaires à l’étude d’un phénomène (thèmes d’étude),
regroupées dans des banques .
L’espace de travail s’ouvre avec un éditeur de rapport à 2 colonnes l’une , accessible à l’élève
présente les activités attendues, formulées par le professeur, l’autre verrouillée, lui indique les
capacités testées au cours de l’apprentissage. Un graphe d’acquisition prédéterminé préparé par
le professeur peut lui être associé.
Un éditeur de protocole et de document complémentaire rédigés par le professeur proposent ,
outre les consignes techniques de réalisation, des documents avec des hyper-liens très diversifiés
(graphes, textes, images, vidéos, internet) que l’élève pourra consulter , voire copier et glisser
dans son rapport qui est enregistrable au format HTML.
Thèmes créés :
I. Modélisation en sciences de la Terre (1) : L’énergie reçue par les planètes du système solaire
L’élève est amené à trouver la relation existant entre la distance d’une planète (maquette) au
soleil (source de rayonnement ) et l’énergie radiative qu’elle reçoit ( mesure d’ un capteur ).
Les distances expérimentales calculées à partir des distances réelles (en UA) se traduiront par
une série d’acquisitions au clavier et par la construction simultanée d’une courbe qui pourra ou
non valider l’hypothèse initiale (Graphe 1)
Graphe 1
II. Modélisation en Sciences de la Terre (II) : L’énergie solaire reçue par la Terre et les
conséquences géographiques de ses mouvements.
La répartition de l’énergie radiative sur le globe terrestre n’est pas uniforme.
Le rôle de l’inclinaison des rayons sur la surface terrestre pourra être confirmée
quantitativement, en utilisant le plan méridien avec un axe perpendiculaire au plan orbital ou ,
d’emblée , amplifié avec son inclinaison naturelle sur le plan de l’ecliptique.
Les dérivations effectuées à partir des capteurs d’ une ligne méridienne aboutissent à la
construction directe de la courbe traduisant la répartition inégale de l’énergie solaire d’un pôle
à l’autre de la Terre (Graphe 2).
Graphe 2
La rotation de la terre sur elle même peut être simulée manuellement en utilisant les repères du
disque gradué en degrés et la saisie au clavier, ou automatiquement en utilisant le moteur de
rotation et l’acquisition en fonction du temps (60 s).
Ces mouvements expliquent l’alternance jour- nuit et leur évolution au cours de l’année
sidérale, en fonction de la position orbitale (solstices, équinoxes) définissant les saisons.
Les modifications possibles de la direction de l’axe de rotation par rapport à la perpendiculaire
au plan de l’orbite , peuvent être rapprochées de cas réels de planètes du système solaire.