Notre brochure 2015
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Les élèves de l’atelier scientifique du collège Alphonse Karr Destination Mars... Ou la vie extra­terrestre Tome 1 : Année scolaire 2014 ­ 2015 Avant­propos Mars, une planète particulière Sa place dans l’Univers Quelques paramètres permettant de comparer la Terre et Mars La structure interne de Mars L’atmosphère martienne Les calottes polaires de Mars L’eau sur Mars La conquête de Mars Actualités astronomiques de l’année Expériences réalisées au cours de l’année La gravité sur Mars Fabrication de l’atmosphère de Mars Étude des propriétés de l’atmosphère de Mars Fiches d’activités expérimentales Fiche 1 : Fabrication de l’atmosphère de Mars Fiche 2 : Les deux glaces martiennes Fiche 3 : La sublimation du dioxyde de carbone Fiche 4 : Le vent martien Vocabulaire Sites internet Crédits photographiques Avant-propos Dès 1510 Nicolas Copernic propose un modèle dans lequel la Terre n’est plus au centre de l’Univers. A la suite de cette “révolution copernicienne”, de nouveaux outils comme la lunette astronomique furent inventés et permirent la découverte d’autres “mondes”. Mars, un des astres les plus proches de la Terre a toujours fasciné l’Homme. Cette planète, connue depuis la préhistoire, apparaît comme une étoile brillante de couleur rouge dans le ciel nocturne. A cause de cette couleur rouge, faisant penser au sang, elle a été nommée Mars en référence au dieu de la guerre de la mythologie romaine. Elle a inspiré les auteurs de science­fiction, les observateurs et les scientifiques du monde entier. Dans cette brochure les élèves de l’atelier scientifique du collège Alphonse Karr de Saint­Raphaël vous présenteront cette planète si particulière. Carte de Mars dessinée par les astronomes allemands Johann Heinrich von Mädler et Guillaume Beer en 1840 . Mars, une planète particulière Mars est une planète tellurique* (= rocheuse) par opposition à d’autres planètes du système solaire qui sont des géantes gazeuses. Elle est connue depuis la préhistoire et a toujours fasciné les Hommes. Sa place dans l’Univers Une planète est un astre qui gravite autour d’une étoile et qui n’émet pas de lumière visible. Elle brille car elle diffuse la lumière qui provient de l’étoile autour de laquelle elle gravite. Une étoile est une boule de gaz qui émet de la lumière (et d’autres rayonnements). Il règne une température très élevée en son centre (plusieurs millions de degrés). Le système solaire (les échelles ne sont pas respectées) Mars est une des 8 planètes du système solaire, elle gravite autour du Soleil, notre étoile. Notre système solaire comprend de nombreux objets dont 8 planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars (les planètes telluriques ) et Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune (les géantes gazeuses) ainsi que des astéroïdes et des planètes naines. Notre système solaire se situe dans une galaxie qui se nomme la Voie Lactée, elle a la forme d’une spirale. Elle contiendrait entre 200 et 400 milliards d’étoiles… Représentation de la Voie Lactée La Voie Lactée telle qu’on peut la voir depuis la Terre Il existe de nombreuses planètes en dehors du système solaire. On les appelle les exoplanètes*. On en découvre plusieurs centaines par an. Un des enjeux scientifiques actuels est de chercher si la vie a pu apparaître et se développer ailleurs que sur Terre par exemple sur une des ces exoplanètes. La première exoplanète* ayant des caractéristiques qui ressemblent à celles de la Terre a été découverte par le télescope spatial Kepler dans les années 2010. Elle a été appelée Kepler­186f. De taille similaire à la Terre, Kepler­186f tourne autour d’une étoile de type naine rouge située à 500 années lumières de notre système solaire, dans notre galaxie. Elle se situe dans la zone habitable* de son étoile et pourrait donc posséder de l’eau liquid e. Quelques paramètres permettant de comparer la Terre et Mars Propriété Valeur martienne Valeur terrestre Rayon équatorial 3 396,2 km 6 378,1 km Gravité à l' équateur 2 3,711 m /s 2 9,780327 m /s Durée du jour 1,02749125 jour terrestre soit 24h40 1 jour soit 24h Année 686,971 jours terrestres 365,25 jours Température moyenne au ­63 °C sol 14 °C Tableau comparatif de quelques paramètres de Mars et de la Terre (Wikipedia) L’analyse de ce tableau nous permet de voir que Mars est presque 2 fois plus petite que la Terre, la durée d’une journée martienne est à peu près équivalente à notre journée terrestre, elle est plus loin du Soleil donc son année est plus longue que celle de la Terre et il y fait plus froid. La structure interne de Mars Le sol martien est composé de 50% d'oxygène, 20% de silicium, 2 à 7% d’aluminium et de 14 % de fer. Les données des sondes envoyées sur Mars ne permettent pas de déterminer directement la structure interne de la planète. Cependant des données indirectes mettent en évidence une croûte d’environ 50 km d’épaisseur, un manteau* à peu près semblable à celui de la Terre d’environ 1860 km d’épaisseur et enfin un noyau* probablement liquide d’environ 1480 Représentation de la structure interne de Mars km d’épaisseur. La structure interne de la Terre est également organisée en couches superposées dont voici une représentation très simplifiée. L’atmosphère martienne L’atmosphère* martienne est composée en quasi totalité de dioxyde de carbone et la pression atmosphérique est très faible environ 150 fois moins que sur la Terre. Sa composition est plus précisément : dioxyde de carbone (CO ), 2 95.32 % ; diazote (N ), 2.7 % ; argon (Ar), 2 1.6 % ; dioxygène (O ), 0.13% ; eau (H O), 2 2 0.03 % ; monoxyde de carbone, 0.07 % ; méthane, 10.5 parties par milliard. L’atmosphère de Mars à partir d’une orbite basse (photo prise par la sonde Viking) Dans l’atmosphère de la Terre il y a la couche d’ozone* qui filtre une partie des rayons ultraviolets (UV) émis par le soleil. Les UV sont néfastes pour les organismes vivants car ils altèrent notamment l’ADN*, molécule présente dans toutes les cellules vivantes. Grâce à la couche d’ozone la vie a donc pu se développer sur Terre. Or il y a très peu d’ozone dans l’atmosphère de Mars, il n’y a donc pas de couche d’ozone ce qui pose le problème du développement de la vie sur cette planète. Cependant une équipe de chercheurs a montré qu’il y a une faible proportion de méthane* dans l’atmosphère. Il pourrait donc y avoir une vie microscopique profondément enfouie là où il fait suffisamment chaud pour qu’il y ait de l’eau liquide... Les calottes polaires de Mars Comme la Terre, la planète Mars possède en permanence deux calottes polaires (ci­contre une photographie de la calotte nord, prise par Mars Global Surveyor) . Ces calottes polaires changent durant les saisons martiennes. Durant l’ hiver, elles sont plongées dans l'obscurité continue. Il fait alors tellement froid qu’une partie de l’atmosphère (25 à 30%) se solidifie et retombe au sol sous forme de plaques de glace. Mais attention ce n’est pas de la glace d’eau mais de la glace de dioxyde de carbone (CO ). Ensuite, lorsque ces pôles sont à nouveau exposés à la lumière, les 2 plaques de glace sont sublimées, c’est­à­dire qu’elles passent de l’état solide à l’état gazeux sans passer par l’état liquide. Cette sublimation entraîne une importante libération de CO 2 atmosphérique à la fin de l'hiver et au début du printemps. Ceci s'accompagne de giga­tempêtes qui soulèvent d'énormes quantités de poussières qui restent en suspension dans l'atmosphère pendant des semaines, masquant partiellement ou totalement le sol et qui donnent au ciel une couleur ocre. Images comparatives montrant une tempête de poussière généralisée dans l’hémisphère Sud sur la photo de droite. Prises par le télescope spatial Hubble. Cette image montre un cyclone polaire vu par le télescope spatial Hubble. Avec les télescopes, depuis la Terre puis depuis l'espace, les scientifiques ont pu étudier les variations de taille des calottes, très grandes l'hiver, beaucoup plus petites l'été. En été, la calotte Nord, même si elle est “petite”, fait environ 1000 kilomètres de diamètre, soit plus de trois fois plus que la calotte sud à la même période. L’eau sur Mars Il y a beaucoup moins d’eau sur Mars que sur la Terre. La plupart de l’eau présente sur Mars est sous forme de glace au niveau des calottes et du sol gelé. Il y a peu d’eau sous forme de vapeur dans l’atmosphère. En effet, les faibles températures et pressions qui règnent sur Mars entraînent une congélation* ou une sublimation* immédiate de l’eau. Il y a très peu d’eau liquide (très salée) dans des canyons au niveau de l’équateur. Les recherches et les découvertes récentes suggèrent que dans le passé, il y avait de l’eau liquide sur une grande partie de la surface martienne. Cela se voit sur certaines roches trouvées qui ressemblent à des roches terrestres se formant en présence d’eau liquide. Histoire hypothétique de l’eau sur Mars (Nasa) Les âges sont en milliards d’années. Roches martiennes (à droite) et terrestres (à gauche). Sur Terre ces roches se forment grâce à l’eau, ce sont des poudingues. La conquête de Mars L’Homme observe les astres depuis toujours mais depuis une cinquantaine d’années il possède des moyens technologiques et scientifiques qui lui permettent de répondre à certaines questions qu’il se pose. Au cours de notre année nous avons eu la chance d’assister à plusieurs conférences proposées par Astrojuniors de l’Association Française d’Astronomie. Éric Lorigny nous a également fait l’honneur de répondre à nos nombreuses questions concernant Mars et son exploration. Les quelques lignes qui suivent résument ce que nous avons pu retenir de ces interventions concernant la conquête de Mars. L’exploration de l’espace consiste à envoyer des objets ou des Hommes dans l’espace. On peut retenir trois évènements majeurs : le premier vol de Spoutnik 1 en 1957, le premier vol habité de Youri Gagarine en 1961 et le premier pas sur la Lune en 1969 par Neil Armstrong. Depuis le début des années soixante, près de quarante sondes et autres atterrisseurs ont été envoyés vers Mars. En effet, Mars étant proche de la Terre on peut facilement y envoyer des engins. Carte de Mars avec les différents Rovers et Landers sur place . Les différentes missions martiennes ont notamment pour objectif de travailler sur l’eau. On cherche en effet à vérifier si les conditions ont un jour été réunies pour que la vie ait pu s'y développer. En effet comme nous l’avons vu, Mars se situe dans la zone d'habitabilité du système solaire. De plus des traces d’écoulement laissent penser que, par le passé, de l’eau a coulé en abondance sur la planète. Traces d’écoulements sur Mars Cette année, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la mission Curiosity car ce rover travaille actuellement sur Mars. Il a été lancé le 26 novembre 2011 et est arrivé sur Mars le 6 août 2012. Il lui a fallu 8 mois et demi de voyage pour parcourir plus de 495 millions de km. Ce robot est le plus lourd et le plus performant de tous les rovers qui ont atterri sur la planète rouge. Il pèse 900 kg et a la taille d’une petite voiture avec 6 roues multidirectionnelles indépendantes. Son atterrissage extraordinaire a été le plus complexe jamais orchestré pour un engin spatial et il aurait pu mal tourner puisqu’il ne restait quasiment plus de carburant à quelques mètres du sol. Curiosity est le fruit d’une collaboration de plusieurs pays dont les États­Unis où il a été fabriqué. Il est important de savoir que sur les 80 kg d’ instruments scientifiques dont il est équipé, 50 kg sont français. Sur Curiosity, on trouve : ● plusieurs caméras et appareils photos très performants ● un puissant LASER appelé CHEMCHAM ● un mini laboratoire appelé SAM ● des appareils étudiant la composition chimique et minéralogique des roches et du sol ● une station météo ● un détecteur de radiations ● une foreuse pour percer le sol et faire des prélèvements Selfie par Curiosity SAM et CHEMCHAM sont les deux instruments français. Eric Lorigny est le chef d’équipe des ingénieurs et des scientifiques qui pilotent ces instruments depuis le CNES à Toulouse. CHEMCAM tire au LASER sur les roches et analyse la lumière qui en résulte. En fonction de celle­ci il est décidé ou non de faire une analyse plus poussée. SAM est une sorte de four à l’intérieur duquel des échantillons peuvent être analysés afin de déterminer l’habitabilité présente ou passée de la planète. En effet, la mission Curiosity a pour but de rechercher si un environnement favorable à l’apparition de la vie a existé sur Mars. Il doit aussi étudier les radiations ainsi que la météo, notamment en vue d’une mission habitée qui pourrait avoir lieu dans les prochaines décennies. Depuis son arrivée sur Mars, Curiosity a parcouru une dizaine de km à l’intérieur du cratère Gale. Son objectif étant le Mont Sharp, une montagne aux pentes douces de 5 km qu’il s'apprête à gravir. Ce site d’atterrissage avait soigneusement été choisi pour les argiles qu’il comporte, preuve de la présence passée de l’eau sur la planète. Le long de son parcours, il a réalisé des centaines de milliers de tirs LASER ainsi que des prélèvements afin d’étudier le sol et les roches. Grâce à ses analyses, plusieurs découvertes majeures ont été faites: ● Il a trouvé dans le sol martien tous les éléments nécessaires à la vie donc on peut en conclure que la vie aurait pu exister ● Il a confirmé que l’eau liquide a bien été présente en grande quantité ● Il a détecté du méthane dont la source (parmi d’autres hypothèses) pourrait provenir de la décomposition de matières organiques ● Il a montré que les doses de radiations pourraient être tolérables par l’homme à condition d’être équipé d’une combinaison adaptée Curiosity va poursuivre sa mission, on espère plusieurs années mais son successeur est déjà en construction. La mission s’appellera ExoMars avec un rover qui devrait décoller de la Terre en 2018 et qui sera notamment capable de forer à 2m sous le sol. Actualités astronomiques de l’année Si Mars a été notre principal sujet d’étude, deux évènements majeurs nous ont amenés à nous intéresser à d’autres domaines au cours de cette année. Tout d’abord à l’automne, l’atterrissage extraordinaire du robot Philae sur la comète Tchouri nous a permis de travailler sur le système solaire, la gravité ainsi que les origines de la vie. Ensuite, au mois de Mars, tous les élèves du club ont pu assister en direct à l’éclipse partielle de soleil grâce à l’intervention du club d’astronomie Copernic de Fréjus qui s’est déplacé au collège avec du matériel professionnel. Expériences réalisées au cours de l’année La plupart des expériences faites durant l’année ont été réalisées grâce à Xavier Penot, le responsable de l’exposition “ Explorations extrêmes” de la Cité de l’Espace à Toulouse qui consacre une partie de ses activités à l’exploration martienne ainsi qu’à la mission Rosetta. La gravité sur Mars Comme nous l’avons dit plus haut, la gravité* sur Mars est environ trois fois moins importante que sur Terre. Par exemple, cela signifie qu’une bouteille de lait de 1 litre (environ 1 kg) pèsera trois fois moins lourd sur Mars… Si on “pèse” cette bouteille sur Mars la balance indiquera environ 380 grammes. Ci­dessus deux bouteilles de lait identiques. A gauche la balance sur Terre, à droite, sur Mars Mais en fait, poids et masse...quelle est la différence ? La masse d’un objet représente la quantité de matière de cet objet. Cette grandeur est donc indépendante du lieu où on se trouve. La masse s’exprime en kilogramme et se mesure grâce à une balance. Le poids d’un objet représente la force d’attraction gravitationnelle exercée sur cet objet. Par conséquent, le poids varie suivant la gravité du lieu où l’on se trouve. Le poids s’exprime en newton et se mesure grâce à un dynamomètre. Ci­dessous, à gauche la bouteille de lait “sur Terre”, à droite la bouteille de lait “sur Mars”. Mais pourquoi confond on si souvent ces 2 grandeurs ? En réalité, le poids et la masse sont proportionnels. Sur Terre le poids d’un objet est environ 9,8 fois plus grand que sa masse. Sur Mars , le poids est uniquement 3,7 fois plus grand que sa masse. Si la masse ne change pas selon le lieu, alors pourquoi, sur Mars la balance affiche­t­elle 330 g au lieu de 1 kg? Sur Mars, la gravité étant plus faible, la bouteille appuie moins sur la balance et on a l’impression que sa masse a changé mais elle contient la même quantité de lait! Fabrication de l’atmosphère de Mars Dans l’expérience ci­dessus on fait réagir de l’acide chlorhydrique sur du marbre. Un gaz s’échappe. On peut le récupérer par déplacement d’eau. Ce gaz est du dioxyde de carbone. Equation de réaction : CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2O Tout comme la Terre, la planète Mars possède une atmosphère (enveloppe de gaz). Il est possible de fabriquer de “l’atmosphère” de Mars en mélangeant du bicarbonate de sodium et du vinaigre ménager. Ceci va provoquer une réaction chimique qui produit de l’eau, de l’éthanoate de sodium et du CO gazeux. 2 Ce qu’il faut retenir de cette expérience : ● L’atmosphère de Mars est principalement composée de CO , à 95%. 2 ● L’atmosphère de la Terre est principalement composée de molécules de diazote, à 78% et de molécules de dioxygène à 21%. Ce mélange est appelé : de l’air. ● La réaction chimique mise en jeu est la suivante : NaHCO + CH CO H ­> CH CO Na + CO + H O 3 3 2 3 2 2 2 (Bicarbonate de sodium + Vinaigre ­> Ethanoate de sodium + Eau + CO ) 2 Étude des propriétés de l’atmosphère de Mars 1) Des bulles qui flottent Le CO 2 est un gaz invisible. Il est possible de révéler sa présence grâce à des bulles de savon. Il suffit de souffler des bulles sur le CO 2 fabriqué précédemment. Comme l’air contenu dans les bulles est plus léger que le CO , les bulles de savon remplies d’air 2 flottent sur la couche de CO . 2 Ce qu’il faut retenir c’est que le CO 2 est plus lourd que l’air. Sur Mars des ballons de baudruches gonflés “à la bouche” s’envoleraient. 2) Peut on respirer sur Mars ? Pour étudier une autre propriété de l’atmosphère de Mars on peut verser le CO 2 fabriqué précédemment sur une bougie allumée. Celle­ci s’éteint. En effet, les combustions nécessitent du dioxygène. En versant le CO , il chasse le 2 dioxygène et la combustion s’arrête. Sur Mars, il ne pourrait pas y avoir d’incendie ! Fiches d’activités expérimentales Les pages suivantes présentent les fiches d’activités expérimentales créées pour réaliser et exploiter les expériences les plus importantes. Plusieurs d’entre elles sont réalisables à la maison ! Afin de pouvoir rentrer dans ce livret quelques étapes ont pu être enlevées, notamment celles parlant des risques liés à l’utilisation de glace carbonique, très froide. L’expérience de Miller­Urey destinée à mettre en évidence une éventuelle origine chimique de l'apparition de la vie sur Terre... Fiche 1 : Fabrication de l’atmosphère de Mars → Tout comme la Terre la planète Mars possède une atmosphère (enveloppe de gaz) ! PREMIÈRE PARTIE Vous allez fabriquer de l'atmosphère de Mars en mélangeant du bicarbonate de sodium et du vinaigre ménager. Ceci va provoquer une réaction chimique qui produit de l'eau, de l'éthanoate de sodium et du CO 2 gazeux. I­ Réalisation de l’expérience A. Matériel Saladier transparent vide. Flacon 75 mL de bicarbonate de sodium. Flacon 200 mL de vinaigre. B. Protocole Verser la totalité du bicarbonate de sodium au fond du saladier. Égaliser le bicarbonate au fond du saladier, tapoter pour enlever les grumeaux au besoin. Verser la totalité du vinaigre sur le bicarbonate, de manière régulière et continuer en effectuant un cercle. Laisser agir. Observer et écouter . Ne plus toucher au saladier, ne pas souffler dedans, éviter de passer la main dessus, ce qui risquerait de disperser le gaz produit par la réaction chimique. Ne plus remuer l'air à proximité du saladier. II­ Exploitation des résultats Observer la réaction chimique. Que se passe­t­il ? Quel gaz est produit ? III­ Des précisions… ● L'atmosphère de Mars est principalement composée de CO2 , à 95 %. ● L'atmosphère de la Terre est principalement composée de molécules de diazote, à 78% (N ) et de 2 molécules de dioxygène, à 21% (O ). Ce mélange est appelé : de l 'air . 2 ● Le CO2 porte plusieurs noms, quelle que soit son appellation, il s'agit du même gaz : dioxyde de carbone, gaz carbonique… ● Détail de la réaction chimique : NaHCO (s) + CH COOH(aq) → CH COONa(aq) + CO (g) + H O(l) 3 3 3 2 2 NaHCO3(s) : Bicarbonate de sodium. ­ CH3COOH(aq) : Vinaigre CH3COONa(aq) : Ethanoate de sodium H2O(l) : Eau ­ CO2(g) : Gaz. Attention : l'atmosphère de Mars ne s'est pas formée en mélangeant du vinaigre et du bicarbonate de sodium ; elle a été créée par le dégazage des roches en fusion au moment de la formation de la planète, puis par les rejets gazeux des volcans et des impacts de météorites. Le terme air qualifie uniquement le mélange de diazote et de dioxygène. Il n'est donc pas correct de parler "d'air martien". DEUXIÈME PARTIE Nous allons maintenant étudier les propriétés de l’atmosphère de Mars. Le CO est un gaz invisible. Essayons quand même de révéler sa présence grâce à des bulles de savon… 2 I­ Réalisation de l’expérience Matériel Saladier rempli de CO 2 Bulleur de savon. Protocole Ouvrir le flacon à bulles. Se placer à la hauteur du rebord du saladier, avec un recul d'environ 30 cm. Souffler délicatement quelques bulles seulement au­dessus du saladier. Ne pas toucher le saladier, ni les bulles. Éviter de trop bouger autour du saladier. Ne pas passer les mains au­dessus. Refermer le flacon à bulles. II­ Exploitation des résultats Que contiennent les bulles de savon ? Pourquoi flottent elles au­dessus du saladier ? III­ Des précisions… ● Comme l'air est plus léger que le CO , les bulles de savon remplies essentiellement d'air flottent sur la 2 couche de CO . 2 ● Le CO2 est donc plus lourd que l'air. Sur Mars, des ballons remplis d'air s'envoleraient... TROISIÈME PARTIE Pourrait­on respirer l'atmosphère de Mars ? Pour le découvrir, il nous faut une bougie. I­ Réalisation de l’expérience Matériel Saladier rempli de CO 2 Bougie. Récipient vide. Protocole Placer la bougie du bon côté du saladier (à droite pour les droitiers...). Allumer la bougie. Laisser la bougie sur la table. Utiliser le récipient vide pour puiser du CO au fond du saladier. 2 Délicatement, sans geste brusque, positionner le récipient au fond du saladier, à l'horizontale, pendant environ 15 secondes, l'ouverture légèrement inclinée vers le haut, afin de le remplir de CO2 . Toujours déplacer le récipient vers l'avant, d'un côté à l'autre du saladier, sans toucher le liquide. Passer doucement du saladier à la bougie sans à­coup. Verser le contenu du récipient sur la flamme de la bougie. Rester à quelques centimètres au­dessus de la flamme quand on verse le CO pour ne pas brûler le récipient. 2 II­ Exploitation des résultats Pourquoi la flamme de la bougie s'éteint­elle lorsque on fait couler du CO2 ? III­ Des précisions ● ● ● ● ● ● L'atmosphère de Mars ne contient quasiment pas de dioxygène, elle est donc irrespirable et mortelle pour les humains. Si un jour vous allez sur Mars, vous devrez revêtir un scaphandre pour respirer à l'extérieur de la base martienne. Sans dioxygène, pas de combustion possible. Le CO2 ne nous permet pas de respirer. Sans dioxygène, pas de vie possible pour l'humain. Le CO2 est incolore, inodore, mais pas indolore. Et les robots ? Ils n'ont pas besoin de respirer sur Mars, car ils fonctionnent sur batteries rechargées en électricité par des panneaux solaires ou des piles nucléaires. Anecdote 1 : incendie de forêts impossible sur Mars (sauf dans une base martienne). Anecdote 2 : il n'y a pas de végétation sur Mars. Fiche 2 : Les deux glaces martiennes → Découvrir les 2 types de glaces présentes au niveau des calottes polaires de Mars I­ Réalisation de l’expérience Matériel Un récipient creux Une petite cuillère De l’eau du robinet dans un flacon De la glace de CO 2 Protocole Placer la glace de CO2 dans le récipient creux Poser la cuillère à plat dessus en appuyant bien pour qu’elle soit en contact avec la glace Verser un peu d’eau liquide dans la cuillère Observer Démouler le glaçon d’eau en tapant la cuillère sur la table Récupérer de la glace de CO2 avec la cuillère et poser en sur la table à côté de l’autre glaçon Observer le comportement des 2 glaces II­ Exploitation des résultats Que se passe­t­il quand on verse l’eau liquide dans la cuillère ? Que voit­on quand les 2 glaces se réchauffent ? ● Pourquoi l’atmosphère de Mars (­63 °C en moyenne) est­elle plus froide que celle de la Terre ? ● Dans quels états physiques peut on trouver le CO sur Mars ? 2 ● Dans quel état physique trouve­t­on l’eau sur Mars ? III­ Des précisions… ● L'atmosphère de Mars est beaucoup plus froide que celle de la Terre car Mars est plus éloignée du Soleil ● Sur Mars, à cause des basses températures, il peut exister 2 types de glaces à l’état naturel: glace d’eau et glace de CO 2 ● Au contact de la neige carbonique, l’eau liquide se solidifie immédiatement et sa température s’abaisse bien en dessous de 0°C ● Quand les 2 glaces se réchauffent, la glace d’eau redevient liquide, c’est la fusion alors que la glace de CO2 se sublime ● Sur Mars, les calottes polaires sont principalement constituées d’eau et recouvertes en hiver de neige carbonique ● Sur Terre, les calottes polaires sont uniquement constituées de glace d’eau ● Sur Terre, seule la glace d’eau peut exister naturellement (en dessous de 0°C), mais il ne fait assez froid pour que la glace de CO2 survive Fiche 3 : La sublimation du dioxyde de carbone PREMIÈRE PARTIE I­ Réalisation de l’expérience Matériel : Ballon de baudruche Entonnoir Petite cuillère 2 cuillerées à café de neige carbonique. Protocole Placer la valve du ballon de baudruche sur l'embout de l'entonnoir. Prendre 2 cuillerées à café de neige carbonique. Introduire la neige dans le ballon à travers l'entonnoir en tassant bien avec le manche de la cuillère à café. Ôter l'entonnoir. Nouer le ballon Observer ce qu’il se passe... Pour accélérer le processus, secouer éventuellement le ballon, en le tenant par le nœud. DEUXIÈME PARTIE : La bombe martienne Faire éclater un petit sachet plastique zippé non élastique sous l'effet de la pression du dioxyde de carbone II­ Exploitation des résultats Que se passe­t­il ? Pourquoi le ballon gonfle­t­il ? Une zone du ballon givre. A quoi cela vous fait­il penser? Pourquoi ce phénomène a­t­il lieu ? Compléter les noms des changements d’état : III­ Des précisions… ● ● Aujourd'hui sur la planète Mars, la glace d'eau a le même comportement que la glace carbonique lorsqu'elle se réchauffe... elle passe directement à l'état gazeux. Le manque de pression atmosphérique y empêche la présence d'eau à l'état liquide. Sur Mars, le dégel printanier des pôles libère alternativement une grande quantité de gaz carbonique qui perturbe l’équilibre atmosphérique... cela engendre du vent. Les vents créés peuvent provoquer de gigantesques tempêtes de poussières. Fiche 4 : Le vent martien CRÉATION D’UN VENT MARTIEN TRANSFORMER UN TUBE A ESSAI EN GÉNÉRATEUR DE VENT MARTIEN I­ Réalisation de l’expérience Matériel : Un tube à essais avec son bouchon percé Petite cuillère Entonnoir 2 cuillerées à café de neige carbonique. Protocole Placer l'embout de l'entonnoir dans le col du tube à essai ouvert. Prendre 2 à 3 cuillérées à café de neige carbonique. Introduire la neige dans le tube à travers l'entonnoir en tassant bien avec le manche de la cuillère à café. Ôter l'entonnoir. Vérifier que le bouchon rouge soit percé en son centre. Demander à un adulte de fermer le tube avec le bouchon rouge, complètement jusqu'à entendre un clic. Secouer le tube pour favoriser la sublimation de la neige carbonique. Placer le trou du bouchon rouge à proximité des joues ou des lèvres pour bien ressentir le vent martien. Continuer de secouer régulièrement le tube pour la production du filet de CO2 gazeux... jusqu'à épuisement de la neige carbonique II­ Exploitation des résultats En se réchauffant, la glace de CO se transforme en …………... 2 Mais contrairement au ballon, cette fois­ci, le CO2 gazeux est ……………………. à l'intérieur du tube à cause des parois rigides indéformables. Il ……………………… par le trou du bouchon au fur et à mesure que la quantité de …………………………………………………………….. à l'intérieur du tube. C'est la naissance d'un véritable vent martien polaire : légère brise froide, composée de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone a­t­il une odeur ?.................................................................. La brise martienne souffle habituellement à une vitesse variant de 18 à 30 km/h. Mais en raison de la faible densité de l'atmosphère martienne, à vitesse égale de vent, la force du vent est environ 7 fois moindre sur Mars que sur Terre. Le CO n'a pas d'odeur, mais a­t­il un goût ? A quoi vous fait­il penser ? 2 III­ Pour en savoir davantage : ● Les humains ne sont pas équipés de capteurs olfactifs pour détecter l'odeur du CO2 gazeux (contrairement aux mouches), par contre, ils possèdent des papilles gustatives capables de détecter son goût. ● Les vents locaux qui soulèvent les poussières ocres deviennent parfois des tempêtes géantes et globales et peuvent durer plusieurs semaines. Les astronomes voient l’ensemble de la planète changer de teinte... La luminosité en plein jour baisse alors de 40%. ● Mars est devenue une planète sèche, poussiéreuse, froide et ventée. ● En plus du vent polaire saisonnier, un vent "anabatique" souffle quotidiennement sur Mars (l'air réchauffé sur les pentes des vallées exposées au Soleil migre vers les zones situées à l'ombre ou bien remonte vers les hauts plateaux et les montagnes, ce qui aspire l'air froid situé en dessous et crée du vent) et régulièrement sa vitesse atteint de 40 à 90 km/h. Toutefois, sa force demeure modérée en raison de la faible pression atmosphérique martienne. Au­delà de 100 km/h, le sable et les poussières se soulèvent. L'activité éolienne de Mars produit : des dunes de sable, de l'érosion géologique, des mini­tourbillons (dust devils) et des tempêtes de poussières. ● Sur Mars, la vitesse maximale du vent mesurée au sol est de 108 km/h (par l'atterrisseur Viking 1 en 1976 lors d'une tempête de poussière). Des observations satellitaires du déplacement des poussières (Mars Express) ont montré que le vent pourrait atteindre la vitesse de 140 km/h à la surface et jusqu'à 300 km/h en haute altitude (courant de jetstream). La pression atmosphérique est 170 fois moindre sur Mars que sur Terre (la pression est la force exercée par un gaz sur une surface) Se faire une idée d'une tempête martienne à partir d'une tempête terrestre n'est pas évident. Certes les particules de poussières en suspension dans l'atmosphère se déplacent à la vitesse du vent. Mais en terme de force ressentie par un astronaute qui marcherait sur Mars, il faut prendre en compte le fait que cette force est proportionnelle à la densité et à la vitesse au carré. Typiquement, la densité atmosphérique sur Mars est 50 fois plus faible que sur Terre (en considérant la température moyenne), donc la force du vent équivalente est 7 fois plus faible. Vocabulaire * Tellurique : qui concerne la Terre. Ce sont des planètes rocheuses. * Exoplanète : planète située en dehors du Système solaire et qui tourne autour d’une étoile autre que le soleil. * Gravité : la gravitation est une force qui régit l’Univers et qui cause l’attraction de corps entre eux. L’attraction de la Terre qui nous retient au sol est nommée gravité. * Manteau : en géologie c’est une couche de roche située entre la surface et le noyau d’une planète. * Noyau : le noyau c’est la partie centrale d’une planète. * Atmosphère : enveloppe de gaz qui entoure certains astres. * Sublimation : passage d’une matière de l’état solide directement à l’état gazeux. * Congélation ou solidification : passage d’une matière de l’état liquide à l’état solide. * Ozone : molécule formée de trois atomes d’oxygène (O ) qui a pour propriété de filtrer les rayons 3 UV émis par le soleil. * ADN : molécule (acide désoxyribonucléique) présente dans toutes les cellules vivantes qui renferme les informations nécessaires au développement et au fonctionnement d’un être vivant. * Zone habitable : est une région de l’espace où les conditions sont favorables à l’apparition de la vie. * Année martienne : La durée d'une année sidérale martienne (le temps mis par la planète pour effectuer une révolution autour du Soleil) est d'environ 686,98 jours solaires terrestres. Sites internet http://www.cnes.fr/web/CNES­fr/10306­le­robot­curiosity­se­pose­sur­mars­avec­succes.php http://www.astronomes.com/ http://www.afanet.fr/ http://mars.jpl.nasa.gov/msl/ http://www.planete­mars.com/ http://fr.wikipedia.org/wiki/Mars_(plan%C3%A8te) http://fr.wikipedia.org/wiki/Mars_Science_Laboratory http://fr.wikipedia.org/wiki/Exploration_de_Mars_par_Curiosity http://www.lexpress.fr/actualite/sciences/curiosity­sur­la­planete­mars­le­robot­de­la­nasa­a­la­rech erche­de­trace­de­vie­sur­le­sol­martien_1147065. Crédits photographiques Couverture : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mars_Hubble.jpg , Domaine public car créé par la NASA, Mars prise par Hubble. Page 2 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Madler­Beer_Map_of_Mars.jpg , Domaine public. Page 3 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_System_size_to_scale_fr.svg , Domaine public. Page 4 : représentation de la voie lactée, Domaine public car créé par la NASA. Page 4 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Laser_Towards_Milky_Ways_Centre.jpg , Laser dans la voie lactée, CC­by. Page 5 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mars_interior.jpg , Domaine public car créé par la NASA, l’intérieur de Mars. Page 6 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mars_atmosphere.jpg , Domaine public car créé par la NASA, l’atmosphère de Mars. Page 6 : http://www.futura­sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/astronomie­cest­vent­faconne­calott e­polaire­martienne­boreale­23929/ , Domaine public car créé par la NASA. Page 7 : Domaine public car créé par la NASA, tempête de poussière dans l’hémisphère sud vu par Hubble. Page 7 : Domaine public car créé par la NASA, cyclone polaire vu par le télescope spatial Hubble. Page 8 : Domaine public car créé par la NASA, histoire hypothétique de l’eau sur Mars. Page 8 : Domaine public car créé par la NASA, comparaison de roches martiennes et terrestres. Page x : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Miller­Urey_experiment­fr.svg , licence GFDL. Quatrième de couverture : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mars_Valles_Marineris_EDIT.jpg , Domaine public car créé par la NASA. Livret écrit et réalisé par l’atelier scientifique du collège Alphonse Karr, année 2014 ­ 2015. La licence choisie est une licence libre qui vous permet de réutiliser comme bon vous semble nos travaux à condition de nous citer :) Cette œuvre est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution 4.0 International .
