Séquence 4 - Académie de Toulouse

2nde
L’Univers/Connaître Mars/ Séquence 4 - Connaître le sol
me
Activité documentaire
Capacités travaillées
par tous les élèves :
ACTIVITE 3 : COMPOSITION DE METEORITES MARTIENNES




Mobiliser ses connaissances
Extraire des informations
Justifier une affirmation en argumentant
Utiliser la calculatrice
Groupe formateurs Lycée-Académie de Toulouse
I.
1 h 30
Qu’appelle-t-on les météorites SNC ?
Une première information provient de l'étude chimique des météorites. On utilise en particulier les
isotopes de l'oxygène. Dans la nature, plusieurs atomes d’oxygène existent et ils diffèrent par leur masse :
un lourd (noté 18O), un moyen (noté 17O) et un léger (le plus fréquent, noté 16O). On place sur le même
diagramme, les météorites et les roches terrestres en
fonction de leur composition en 18O et en
17
O. Si les
δ
échantillons analysés s'alignent sur une même droite,
cela indique que les roches sont issues du même astre
initial.
Par exemple, toutes les roches terrestres sont sur une
même droite. La Lune est également sur cette même
droite, ce qui porte à croire qu’elle aurait été formée à
partir de la Terre.
Les SNC (pour Shergottite, Nakhlite, Chassignite qui
δ
Alignement des différentes météorites et des
échantillons terrestres et lunaires dans un diagramme
indiquant la composition en 18O en fonction de la
composition en 17O. δ désigne une abondance relative.
désignent les trois premières météorites martiennes découvertes sur Terre), sont alignées et proviennent
donc d'un même corps parent alors qu’elles ont été retrouvées dans trois pays différents (l’Inde, l’Egypte et
la France !)
1. Quelles informations les notations 18O, 17O et 16O apportent-elles ?
2. Ces notations symboliques sont-elles complètes ? Sinon les compléter.
3. Comment appelle-t-on de tels atomes ?
4. Calculer les masses des différents atomes 18O, 17O et 16O et justifier les qualificatifs de lourd,
moyen et léger attribués à chacun d’eux.
5. Comparer la masse d’un atome d’oxygène 16O et la masse du noyau correspondant. Conclure.
Données :
mproton ≈ mneutrons = 1,67.10-27kg ; mélectrons = 9,1.10-31 kg
II.
Comment sait-on qu’une météorite vient de Mars ?
A la fin des années 1970, ces SNC ont été datées, et les âges
respectifs ainsi déterminés sont extrêmement jeunes pour ces
météorites (inférieurs à 1,3 milliards d'années). Ces SNC
viendraient donc d'un astre possédant un volcanisme encore actif
à cette époque. Nous appellerons cet astre : "corps parent des
SNC". Ces météorites auraient été extraites de ce corps parent
par un impact violent qui aurait projeté dans l'espace des
fragments. Et ce sont quelques uns de ces fragments qui ont été
récoltés sur Terre.
Les seuls astres de notre système solaire à avoir connu un volcanisme récent capable de créer de telles
roches il y a 1,3 milliards d’années sont Vénus, Io (satellite de Jupiter) et Mars.
Comme Vénus et Jupiter ont une gravité trop forte pour permettre
à des résidus d’impacts de s’échapper vers la Terre, seule Mars,
serait donc candidate à ce scénario. Cela fut prouvé par l’analyse
des gaz contenus dans les météorites. En effet, certains de ces
météorites contiennent des bulles de gaz, témoins probables de
l'atmosphère du corps parent des SNC.
L'analyse chimique et isotopique de ces gaz montre que :
 ces gaz sont très différents de ceux de l'atmosphère terrestre,
 ces gaz sont identiques à ceux de l'atmosphère martienne
analysés in situ par les sondes Viking (1976).
Donc, à moins d'un hasard extraordinaire, ces météorites viennent
Corrélation entre l'abondance en N2, CO2 et divers
isotopes de gaz rares dans une bulle de gaz de météorite
et dans l'atmosphère martienne.
bien de Mars.
1.
Sur la courbe on voit apparaître différents gaz. Classer les en deux familles : les molécules et les
atomes. Expliquer comment vous procédez.
2.
Quel est le noyau le plus lourd ? Justifier.
3.
Qu’appelle-t-on les gaz nobles ? Quels sont-ils ?
4.
Comment se caractérise la structure électronique d’un gaz noble ?
5.
Y a-t-il des gaz nobles contenus dans les bulles de gaz des météorites. Si oui, lesquels ?
6.
Donner les noms communs et scientifiques de N2 et CO2 ?
7.
En déduire si l’atmosphère de Mars est respirable, et proposer le cas échéant une solution
permettant de la transformer pour la rendre respirable.
CAPACITES TRAVAILLEES
Mobiliser ses connaissances
Extraire des informations
Utiliser la calculatrice
Justifier une affirmation en
argumentant
CRITERES DE REUSSITE
Je connais
La composition de l’atome, du noyau.
La notation symbolique
.
La charge électrique élémentaire et les charges des constituants de l’atome.
Je suis capable
D’utiliser l’électroneutralité de l’atome pour déterminer sa composition.
D’utiliser un tableau périodique.
D’identifier la famille des gaz nobles.
D’écrire la répartition électronique d’un élément.
Je suis capable
D’extraire les informations d’un graphique
D’extraire les informations d’un texte
Je suis capable
D’utiliser la calculatrice (puissances de 10, parenthèses…).
Je suis capable
De répondre aux questions en argumentant à partir des informations disponibles.
D’interpréter les calculs obtenus
Attitude
De m’interroger sur la cohérence d’un résultat
Oui
Non
2nde
L’Univers / Connaître Mars / Séquence 4 - Connaître le sol
me
Activité documentaire
Capacités travaillées par
tous les élèves :
Objectifs de la séance :
COMPOSITION DE METEORITES MARTIENNES




Mobiliser ses connaissances
Extraire des informations
Justifier une affirmation en argumentant
Utiliser la calculatrice


S’approprier la notion d’isotope, de famille chimique, de masse atomique.
Savoir que certaines météorites terrestre proviennent de Mars et sont sources
d’information.
Groupe formateurs Lycée-Académie de Toulouse
Prérequis :




Fiche prof
1 h 30
Le noyau, l’atome, le symbole
, numéro atomique (2nde)
nde
Masse atomique (2 )
Tableau périodique, famille chimique, isotope (2nde)
Electroneutralité, structure électronique (2nde)
Proposition de déroulement pour cette activité :
ACTIVITE DE L’ELEVE
ORGANISATION
CAPACITES TRAVAILLEES
L’élève s’approprie la fiche élève seul
(environ 10 min).
Individuel
Mobiliser les connaissances
Après avoir traité les premières
questions seul concernant la notion
d’atome et d’isotope, l’élève est amené à
échanger pour proposer une démarche
de résolution pour calculer les masses
des isotopes :
 Il faut dénombrer les particules
présentes dans chaque noyau
 Il faut dénombrer le nombre
d’électrons pour chaque isotope
 Calculer la masse totale des
atomes de chaque isotope.
Mise en œuvre de la démarche :
Travail en petit groupe
Mobiliser les connaissances
Individuel ou en petit groupe
Utiliser la calculatrice
Justifier une affirmation en
argumentant
= 3,01.10-26 kg ;
= 2,84.10-26 kg
= 2,67.10-26 kg
Extraire des informations
Restitution des résultats
En classe entière
Justifier une affirmation en
argumentant
Communiquer
Les élèves concluent à la pertinence du texte concernant le vocabulaire employé : lourd, moyen, léger.
ACTIVITE DE L’ELEVE
Mise en œuvre de la démarche
ORGANISATION
Individuel ou en petit groupe
CAPACITES TRAVAILLEES
Utiliser la calculatrice
Masse de l’atome d’16O :
= 2,67.10-26 kg
Justifier une affirmation en
argumentant
Masse du noyau de l’atome d’16O
= 2,67.10-26 kg
Extraire des informations
Restitution des résultats
En classe entière
Justifier une affirmation en
argumentant
Communiquer
La masse de l’atome se résume quasiment à la celle du noyau.
Deuxième partie l’élève reprend la Individuel
lecture du document et répond aux
questions
faisant
appel
aux
connaissances de cours.
Mobiliser les connaissances
Mise en œuvre de la démarche :
Mobiliser des connaissances
Individuel ou en petit groupe
Seuls N2 (diazote) et CO2 (dioxyde de
carbone) sont des molécules et tous les
autres sont atomes de gaz nobles.
Le noyau le plus lourd est le Xénon dont
le nombre de masse est le plus élevé.
Restitution des résultats
En classe entière
(Elaboration de la conclusion)
Extraire des informations
Justifier une affirmation en
argumentant
Extraire des informations
Justifier une affirmation en
argumentant
Communiquer
L’atmosphère martienne n’est pas respirable mais elle est riche en CO2 ce qui permettrait, pourquoi pas,
d’envisager une production de dioxygène par des végétaux (photosynthèse).
Les élèves ont alors déjà une idée des gaz qui composent l’atmosphère de Mars (approche chimique). Ces
informations seront validées/étayées lors d’une prochaine activité sur l’étude de l’atmosphère martienne
(approche physique).
Ressources
Ce document de travail est basé sur les textes/conférences cités ci-dessous et adaptés pour un jeune
public par le groupe de formateurs de l’académie Toulouse.
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-meteorite-ferroir.xml
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOMorigin-meteorite-mars.xml