Programme éducatif - EUR
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Programme éducatif EUR-OCEANS, European Network of Excellence; http://www.eur-oceans.info Suivez le climat et Faites partie du réseau d’observateurs EUR-OCEANS ! Participez au réseau d’observation ! 1) Pour commencer vous allez devoir faire les instruments de la station météo. Dans les pages qui suivent vous trouverez le guide de fabrication pour chacun d’eux. Note : Les matériaux ont été choisis de façon à assurer un coup minimum. Ainsi nous vous invitons à ne pas les laisser à l’extérieur, mais à les sortir lors de chaque mesure. Bien sur vous pouvez, si vous le souhaitez, utiliser des matériels plus solides mais prenez garde à respecter les dimensions signalées dans le guide afin de pouvoir comparer vos mesures avec celles des autres écoles. 2) Pour faire le relevé de vos mesures (une fois par jour et de préférence à la même heure), préparez votre cahier de terrain ou copiez notre modèle (annexe). 3) Surtout n’oubliez pas de rentrer vos données sur notre site web (par exemple une fois par semaine) pour pouvoir faire des graphiques et les comparer avec les mesures des autres écoles européennes ! Connectez vous sur le site : http://www.eur-oceans.info/FR/education/projects/meteo/online.php Au préalable, écrivez nous pour vous inscrire et obtenir un login et mot de passe ! © EUR-OCEANS-2007 1 Sommaire Comment définir le ou les climats ?.................................................. .3 Instruments à fabriquer .................................................................. .4 Guide de construction ..................................................................... .7 Anémomètre ...................................................................................7 Pluviomètre .................................................................................... 9 Girouette ........................................................................................ 11 Baromètre ...................................................................................... 13 Rose des vents ............................................................................... 15 Tableau des mesures ...................................................................... 16 © EUR-OCEANS-2007 2 LE CLIMAT Une des tâches des météorologues consiste à observer le temps qu’il fait pour pouvoir faire des prévisions. Mais dans quel but ? Est-ce uniquement pour savoir si demain il y aura assez de vent pour aller faire de la planche à voile ? Pas vraiment. La météorologie, c’est bien plus que ça. Elle s’intéresse à l’étude de l’atmosphère de notre planète et des mécanismes ou forces responsables des changements du temps qu’il fait et du climat. Des observations, et en particulier des prévisions précises, sont essentielles dans notre vie quotidienne, par exemple : pour la navigation aérienne ou maritime, pour l’agriculture, ou pour la mise en place de procédure d’alarmes en cas de signes avant-coureurs de potentielles catastrophes naturelles comme des ouragans, inondations, etc. Comment définir le ou les climats ? Ce sont deux notions totalement différentes. * « Le temps qu’il fait » : c’est la température, l’ensoleillement, les précipitations observées à un moment donné, en un point précis. Ce sont donc les conditions météorologiques instantanées ; l’état de l’atmosphère à un moment donné. Cependant, grâce à l’acquisition de données sur le temps faite depuis de longues années, les scientifiques ont été capables de détecter des tendances sur des échelles temporelles bien plus grandes (des siècles); et mettre en évidence des changements dans le climat de la Planète. * Le climat : correspond aux conditions moyennes de température, de pluviométrie, d’humidité, de vent d'une région, d'un globe. Pour obtenir une moyenne mensuelle climatique, il faut une trentaine d’années de mesures quotidiennes réalisées dans de nombreuses stations météorologiques. Des enregistrements précis de données durant les dernières décennies servent de base au développement de modèles numériques, qui à leur tour rendent possible de simuler différents scénarios de temps et de climats futurs, et donc de formuler des prévisions. Dans une région donnée, les végétaux représentent un bon indicateur du climat. L’énergie solaire n’est pas répartie également sur toute la surface du globe. La chaleur est plus importante à l’Equateur et diminue quand on se rapproche des Pôles ce qui engendre des grandes zones climatiques réparties en bandes parallèles ceinturant la Terre. Cependant, la répartition des climats n'est pas seulement liée à la latitude. Le désert du ème Sinaï (Sud d’Israël), le Mont Everest et les forêts de Floride sont situés le long du 28 degré de latitude nord et pourtant les conditions climatiques y sont très différentes. L’altitude, la proximité ou non d’un océan interviennent aussi sur le climat. On différencie ainsi plusieurs types de climat : * * * * * * * Tropical et subtropical Polaire (inlandsis, toundra) Sec - aride Montagnard Méditerranéen Continental (Taïga) Tempéré © EUR-OCEANS-2007 3 Instruments à fabriquer pour votre station météo Etant donné que construire un Thermomètre et un Hygromètre assez précis n’est pas si facile nous allons préféré vous demander d’utiliser un de votre école ou, au défaut, d’un emprunter un chez vous. Thermomètre Le thermomètre est un instrument utilisé pour mesurer la température. Vous avez sûrement dû déjà voir plusieurs types de thermomètres. La majeure partie se présente sous la forme d’un tube de verre hermétique contenant un liquide tel que de l’alcool ou du mercure. Quand la température autour du tube augmente, le liquide se dilate et monte dans le tube. Une graduation près du tube permet de déterminer la température. Pour prendre la température extérieure, un thermomètre en verre ou un thermomètre digital sont tout indiqués. L’unité de mesure à utiliser est le degré centigrade (C°, Celsius), et il n’est pas nécessaire de chercher plus loin qu’un chiffre décimal après la virgule (18,5 par exemple). Hygromètre L’hygromètre est un instrument indiquant le taux d’humidité de l’air. Il nous est arrivé à tous de sentir la différence entre un air très sec et un air très humide (par exemple, comme l’air d’une salle de bain après une douche ou un bain chaud). L’hygromètre mesure donc l’humidité relative, c'est-à-dire la quantité d’eau que contient l’air à une température donnée, en relation avec la quantité d’eau que l’air pourrait contenir s’il était saturé. Si l’hygromètre indique 70, cela signifie que l’air est saturé à 70%. Il ne sera pas utile de donner une mesure avec une partie décimale. Girouette En écoutant la météo à la télé, on peut souvent entendre “Un vent d’ouest soufflera sur… ». La direction du vent est souvent indiquée par une flèche ou un point sur une boussole. Mais qu’est-ce que cela nous indique ? La direction dont vient le vent ou celle vers laquelle il souffle ? Comment déterminer la direction du vent? Pour répondre à cette question existe un instrument simple : la girouette. La girouette est une flèche qui peut tourner sur son axe et ajuster sa position selon le vent. Elle est combinée à une rose des vents orientée grâce à une boussole, pour que le nord de la rose soit exactement dans la direction du pole magnétique terrestre. Quand le vent souffle, la girouette bouge et la flèche se pointe vers une direction précise, que l’on peut déterminer avec la rose des vents. Ce que montre la flèche, c’est la direction d’où vient le vent ! Ainsi quand la météo nous parle de vent d’ouest, elle nous indique que le vent viendra de l’ouest. © EUR-OCEANS-2007 4 Anémomètre Quand le vent souffle, deux éléments sont observables. D’une part la direction du vent, qui peut nous être indiquée par une girouette, et d’autre part la vitesse du vent. Cette vitesse est mesurée à l’aide d’un anémomètre. C’est une sorte de roue à vent, qui tourne à une vitesse dépendant de la force du vent. Les rotations de l’anémomètre peuvent être comptabilisées dans 1 minutes et ainsi déterminer la vitesse du vent en fonction du nombre de « révolutions par minute » ou (rpm) ».C’est cette valeur que vous allez chercher à mesurer et à enregistrer dans votre ordinateur. Il s’agira bien sûr d’une valeur approximative, car il y a des forces influençant l’anémomètre qu’il serait bien trop compliqué de prendre en compte. Après les instructions pour construire l’anémomètre : La valeur que vous allez enregistrer en ligne (dans l’interface de notre site web) sera automatiquement traduite dans une autre unité de mesure, le «mètre par seconde » ou m/s. A titre informatif, voici la manière dont nous procédons : comme nous connaissons la circonférence du cercle formé par les verres, nous la multiplions par le rpm que vous avez indiqué. Si la circonférence est en mètre, on obtient une valeur en « mètres par minute », qui rend ainsi aisé le calcul en « mètres par seconde », m/s. © EUR-OCEANS-2007 5 Pluviomètre Bien que certains d’entre nous n’apprécient guère la pluie, il reste important qu’il pleuve de temps à autre. La pluie et la neige sont appelées « précipitations ». Pour mesurer la quantité de pluie tombée, on a besoin d’un outil adapté. Pour notre station météo, nous emploierons le pluviomètre. Il s’agit d’une simple bouteille placée à l’extérieur pour collecter l’eau de pluie. Elle est équipée d’une graduation qui indique la quantité d’eau tombée. Cette prise de mesure doit être effectuée une fois par jour, pour déterminer à quel point il a plu dans les dernières 24 heures. N’oubliez pas de vider la bouteille après chaque mesure ! L’unité utilisée est le millimètre (mm), et il n’est pas nécessaire de donner une valeur décimale (par exemple 1mm). Baromètre Peut-être savez-vous déjà que la pression de l’air (c'est-à-dire le poids de la colonne d’air au dessus de nous) nous donne des indices sur la façon dont le temps va évoluer. Des pressions hautes ou basses signifient, en termes simples, respectivement du beau ou du mauvais temps. Vous allez construire de manière simple un baromètre, cet instrument qui permet d’observer les changements de pression d’air. Vous pourrez ainsi mesurer les écarts en millimètres sur la graduation au fur et à mesure que « l’aiguille »montera ou descendra, et mettre en relation les indications du baromètre et l’évolution du temps. L’unité de mesure est donc le millimètre (mm) et il n’est pas nécessaire de donner de valeur décimale © EUR-OCEANS-2007 6 Guide de construction des instruments Références : • Ressources for Science Learning; The Franklin Institute (http://sln.fi.edu/weather/todo/todo.html) • Fondation Polaire Internationale (http://www.educapoles.org) Anémomètre Matériel : * * * * * * * 5 1 1 1 1 1 1 gobelets à café en carton ou en plastique (le carton est plus simple à percer) sachet de pailles à boisson droites (sans coude de pliage) crayon gris muni d’une gomme à son extrémité petit clou petite agrafeuse paire de ciseaux marqueur rouge Instructions : - Percez deux trous (ou deux fentes en forme de croix) d’un côté et de l’autre de 4 des gobelets (gobelets latéraux), justes assez grands pour laisser passer une paille. - Sur le cinquième gobelet (gobelet central), percez deux trous opposés, tel que dans les gobelets latéraux, puis deux autres trous dans les deux autres cotés mais légèrement plus bas que les précédents pour que lorsque vous introduirez les 2 pailles celles-ci ne se croisent pas. - Percez un dernier trou au fond du verre central, assez grand pour que le crayon gris puisse y passer aisément. - Ajustez la longueur des pailles de telle sorte que la distance, entre le point milieu des deux gobelets placés à l’opposé, fasse 20 cm (vous pouvez les couper si elles sont trop longues ou imbriquer plusieurs à la suite si elles sont trop courtes, mais dans ce cas enfoncez les d’au moins 2 cm dans la suivante en vous assurant que le croisement soit placé bien au milieu). - Faites glisser une paille à travers les trous d’un des gobelets latéraux, puis tordez l’extrémité de la paille contre le gobelet et agrafez-la. - Faites ensuite passer cette paille à travers deux trous opposés du gobelet central, puis fixez un autre gobelet latéral de l’autre côté comme vous avez fixé le premier. Attention : le deuxième verre doit être fixé dans le sens inverse du premier ! - Recommencez l’opération avec les deux autres gobelets latéraux, en faisant passer la paille dans les deux trous opposés restants du gobelet central. - Les 4 gobelets latéraux doivent tous être orientés soit dans le sens des aiguilles d’une montre ou le sens contraire des aiguilles d’une montre. Utilisez le marqueur rouge pour faire en sorte que l’un des 4 gobelets latéraux soit facilement différenciable des trois autres, soit en le coloriant, soit en y faisant une marque visible. - Enfin, glissez l’extrémité du crayon équipée d’une gomme par le trou se trouvant au fond du verre central, et clouez les deux pailles entrecroisées sur la gomme, en enfonçant le clou le plus possible. Attention : vérifiez bien que l’anémomètre tourne sans difficulté ! © EUR-OCEANS-2007 7 Anémomètre 2 Faites passer la paille à travers le gobelet central et fixez un autre au bout de la paille comme précédemment. Note: le second gobelet doit être tourné dans la direction opposée à celle du premier. 1 Percez deux trous d’un coté et de l’autre du gobelet, faites-y passer la paille, tordez l’extrémité et fixez-la avec une agrafe. 20cm 3 Faites de même avec l’autre paille. Tous les gobelets doivent être orientés soit dans le sens des aiguilles d’une montre, soit dans le sens inverse 5 4 Insérez le crayon par le trou au fond du gobelet central et fixez les pailles à la gomme du crayon à l’aide d’un clou. Assurezvous que l’anémomètre tourne sans problème Marquez l’un des gobelets de manière à pouvoir compter le nombre de révolutions ou tours par minute 8 © EUR-OCEANS-2007 Pluviomètre Matériel : * * * * * * * * 1 bouteille de soda vide (en plastique lisse, 1.5L) 1 couteau à dents ou un cutteur ou des ciseaux 1 cintre métallique souple ou du fil de fer 2 élastiques 1 règle (20 cm) 1 bâton, une planche ou un manche de balai 1 marqueur indélébile à pointe fine Eventuellement un petit clou et un marteau Instructions : - A l’aide du couteau (et en faisant attention à ne pas vous couper), coupez la partie évasée de la bouteille que vous conserverez. - Le fond des bouteilles plastiques n’est pas plat ni droit, mesurer la hauteur d’eau directement à partir de la base fausserait le résultat. Versez donc un peu d’eau dans la bouteille, pour recouvrir complètement le fond et ses irrégularités et jusqu’à ce que l’eau atteigne le début de la partie rectiligne de la bouteille. Marquez cette hauteur d’un trait très fin de marqueur indélébile pour pouvoir vous y référer facilement par la suite. - A l’aide des élastiques, fixez la règle à la bouteille en prenant soin de : a) tourner la partie graduée vers l’extérieur b) placer le 0 exactement au niveau du trait de marqueur c) garder la règle bien perpendiculaire à la base de la bouteille - Utilisez ensuite le fil de fer ou le cintre (préalablement déformé) pour fixer la bouteille à votre support (planche, manche de balai, bâton). Enroulez-le de telle manière que a) la bouteille ne puisse pas glisser à terre b) la bouteille soit amovible par le haut c) le fil de fer et son contenu ne glissent pas le long du support. Selon le support choisi, il peut être nécessaire de rajouter un clou pour soutenir le fil de fer. - Placez la partie évasée de la bouteille à l’envers au sommet, comme un entonnoir. - Enfin, installez votre support et votre pluviomètre à l’extérieur, dans un endroit bien dégagé et non abrité, enfoncé dans le sol ou coincé solidement en position verticale. - Une fois le pluviomètre installé et avant de commencer la période de mesure (24h), assurez vous que le niveau d’eau à l’intérieur de la bouteille correspond bien avec la marque que vous avez fait (trait de référence, = 0)! © EUR-OCEANS-2007 9 Pluviomètre marque 2 Fixez la règle à l’extérieur de la bouteille avec les élastiques. Placez la graduation 0 de la règle au niveau du trait de marqueur 1 Découpez la partie évasée de la bouteille, versez assez d’eau dans la bouteille de façon à éviter les courbures de la base, puis marquez ce niveau «zéro» avec un trait de marqueur 3 Tordez le fil de fer en spirale et fixez-le au support de telle manière qu’il ne glisse pas et que la bouteille puisse y être insérée et retirée à souhait. 4 Placez-y la bouteille, posez dessus la partie évasée à l’envers, comme un entonnoir, et installez votre pluviomètre en extérieur © EUR-OCEANS-2007 10 Girouette Matériel : * * * * * * * * Matériel de géométrie Des ciseaux colle 1 boussole 3 perles plastiques trouées ou des rondelles métalliques plates bout de bois ou manche de balai Une plaque de balsa ou de carton rigide 1 petit clou et un marteau (le diamètre du clou doit être légèrement inférieur à celui du trou des perles) Instructions : a) Pour la girouette : - D’abord un peu de géométrie. Tracez sur le balsa ou le carton, les pièces de la girouette tel que dans le schéma ci-dessous, puis découpez-les. - Collez ensuite les trois pièces ensemble puis laissez sécher. Vous pouvez renforcer avec un peu de scotch si vous doutez de la solidité du collage. - Cherchez le point d’équilibre de la girouette et percez soigneusement un trou à cet endroit, avec des ciseaux, une pointe de couteau ou avec le clou et le marteau. b) Pour la Rose des Vents : Vous pouvez soit imprimer le modèle (fourni ci-dessous) puis le coller sur un carton plus solide et la découper ou le faire par vous-même. - Si vous voulez la fabriquer: sur un morceau de carton tracez deux cercles concentriques (un dans l’autre), de telle façon que le diamètre du cercle intérieur soit légèrement plus petit que celui du morceau de bois (ou manche de balai) où vous allez fixer votre girouette. - Diviser le cercle en 8 parties égales. Comme présenté dans le modèle, marquez les points cardinaux. - Insérez la Rose des Vents dans le morceau de bois (ou manche à balai). c) Montage final : - Prenez le morceau de bois avec la Rose des Vents et fixez la girouette avec le clou sur la partie supérieure. Vous pouvez enfiler successivement le clou, une perle, la girouette et deux perles. - Vérifiez que la girouette tourne sans gêne et sans s’abîmer. - Lorsque vous allez prendre la mesure, orientez la Rose de Vents à l’aide de la boussole, puis regardez vers où pointe la girouette ! Si l’installation a été bien faite, la girouette devrait pointer dans la direction d’où souffle le vent ! © EUR-OCEANS-2007 11 Girouette 30cm 2cm 6cm 1cm 8cm 10cm 5cm 1 Dessinez les pièces sur le balsa ou le carton, selon les mesures indiquées et découpez-les 2 Assemblez les pièces entre-elles, collez-les et laissez sécher 3 Cherchez le point d’équilibre, marquez-le puis percez soigneusement. Dessinez une rose des vents en carton, découpez-la et fixez-la au support. Clouez la girouette au sommet du support, soutenue par des perles ou des joints. Au moment de relever la direction du vent, orientez la rose des vents à l’aide de la boussole. N N N O E S S S © EUR-OCEANS-2007 12 Baromètre Matériel : * * * * * * * * * 1 récipient en verre (pot de compote ou de légumes) 1 ballon 1 paille droite (sans coude de pliage) 1 élastique de la colle (sans solvant) 1 règle 1 paire de ciseaux 1 bande de carton du papier Instructions : - Coupez l’embouchure du ballon, et étirez le corps du ballon sur l’ouverture du récipient, en prenant garde à ce qu’il soit bien plat. Fixez-le avec un élastique. - Coupez la paille pour que sa longueur mesure 20cm, et taillez une de ses extrémités en pointe (si votre paille est trop courte, vous pouvez en combiner deux pour n’en faire qu’une, comme pour l’anémomètre). - Coupez une lanière de papier et graduez-la en millimètres avec la règle (vous pouvez aussi utilisez la règle elle-même, bien entendu). - Collez le papier sur du carton. - Fixez la partie non-taillée de la paille au milieu du ballon avec une goutte de colle. - Collez la graduation (papier ou règle) à un support, de telle manière que la pointe de la paille soit perpendiculaire à cette graduation. Fonctionnement : quand la pression de l’air est haute, elle “appuie” sur le ballon, faisant ainsi monter la pointe de la paille; quand la pression est basse, le ballon se bombe et la pointe de la paille s’incline vers le bas. Note : Le mouvement du ballon sera aussi influencé par la température ! Les valeurs de vos mesures seront donc approximatives, c’est pourquoi il sera nécessaire d’observer les réactions du baromètre selon les changements de temps. © EUR-OCEANS-2007 13 Baromètre 1 Coupez l’embouchure du ballon, et étirez le corps du ballon sur l’ouverture du récipient, en prenant garde à ce qu’il soit bien plat. Fixez-le avec un élastique 2 Taillez une extrémité de la paille en pointe 3 Fixez la partie non-taillée de la paille au centre du ballon avec une goutte de colle 14 © EUR-OCEANS-2007 Rose des vents N NO NE E O SE SO S © EUR-OCEANS-2007 15
