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Dossier pédagogique réalisé par la Fondation Polaire Internationale Eau et glac

Dossier pédagogique réalisé par la Fondation Polaire Internationale Eau et glaces sur la Terre Dossier subventionné par le Ministère des Transports, de la Mobilité et de l’Energie de la Région Wallonne (Belgique) Avec la collaboration du Secteur de l’environnement de l’Enseignement primaire du canton de Genève (Suisse) Mai 2003 Eau et glaces sur la Terre - 2 - 29.08.2005 Dossier pédagogique de la Fondation Polaire Internationale Table des matières NOTICE THEORIQUE ................................................................................................................3 Répartition de l’eau et des glaces .............................................................................................3 Le cycle de l’eau .....................................................................................................................3 La glace sous ses différentes formes ........................................................................................4 OBJECTIFS .............................................................................................................................11 PROPOSITION D’ACTIVITES ...................................................................................................11 Dossier « expériences en sciences de la Terre ».....................................................................11 Questions de recherche et pistes de travail .............................................................................11 EXEMPLE DE SEQUENCE D’ENSEIGNEMENT/APPRENTISSAGE..........................................13 Les propriétés de la glace......................................................................................................13 1. Point de départ (15 min.)....................................................................................................13 2. Récolte des représentations (45 min.).................................................................................13 3. Mise en place d’une méthode de recherche (15 min.) ..........................................................13 4. Etude des outils cognitifs de représentation - (plusieurs séquences de 45 min.).....................14 5. Expérience 1 : congélation et fusion (90 min.) .....................................................................14 6. Expérience 2 (90 min.).......................................................................................................14 7. Expérience 3 (90 min.).......................................................................................................14 8. Evaluation - bilan (90 min.).................................................................................................15 RESSOURCES ........................................................................................................................15 Sites WEB............................................................................................................................15 Bibliographie .........................................................................................................................15 Moyens d’enseignement ........................................................................................................16 Eau et glaces sur la Terre - 3 - 29.08.2005 Dossier pédagogique de la Fondation Polaire Internationale Notice théorique Répartition de l’eau et des glaces A sa création, la Terre a été pourvue de 1 400 millions km3 d’eau. Depuis lors, ce volume n’a pas varié. On trouve l’eau sous trois formes : liquide, gazeuse (vapeur) et solide (glace et neige). Cependant, malgré cet immense volume, l’eau douce est rare, puisque 97,5% de toute l’eau que l’on trouve sur Terre est salée. L’eau est répartie entre 5 réservoirs interconnectés : • Les océans ; Eau salée (97,5% : 1 385 Í1015 m3) • La neige et les dépôts de glace (calottes glaciaires et glaciers) ; • Les eaux terrestres (fleuves et rivières, lacs, eaux souterraines, humidité dans le sol) ; • La biosphère (végétaux et animaux) ; • L’atmosphère (eau circulant dans le cycle évaporation- précipitation). Eau douce (2,5% : 36 Í1015 m3) L’eau douce est rare et elle est de plus en grande partie prisonnière des calottes glaciaires et des glaciers. L’Antarctique, en particulier, contient environ 90% des glaces terrestres, soit 70% de l'eau douce sur Terre. On trouve l’eau douce non gelée principalement dans les eaux souterraines, puis, par ordre décroissant, dans les lacs, l’humidité du sol, l’atmosphère, les fleuves et les rivières, et enfin dans les organismes vivants. Au bout du compte, la quantité d’eau douce disponible pour les hommes n’est que de 0,3% du volume total de l’eau sur la Terre. Cette eau se trouve dans les cours d’eau, les lacs, les fleuves, les rivières et dans les nappes phréatiques peu profondes. Le cycle de l’eau Sur la Terre, on trouve l’eau sous la forme solide, liquide et gazeuse. Ainsi, l’eau s’évapore, se condense et se précipite dans un cycle continuel qui dure depuis un milliard d’années. Sous l’action du soleil l’eau s’évapore des océans, mais aussi des lacs et de toutes les étendues d’eau. A cette vapeur d’eau contenue dans l’air, s’ajoute la vapeur d’eau produite par les végétaux : l’évapotranspiration. L’air ne peut contenir qu’une quantité limitée de vapeur, d’autant moins importante que la température est basse et que la pression est faible. En altitude, la vapeur en excès se condense donc autour de particules, de poussières en suspension dans l’air, pour former des nuages. Ainsi, les nuages ne sont pas constitués de vapeur d’eau, mais de gouttes d’eau en suspension. Eau et glaces sur la Terre - 4 - 29.08.2005 Dossier pédagogique de la Fondation Polaire Internationale Sous l’action du vent, ces nuages se déplacent. Au-dessus des continents et des océans, les nuages provoquent des précipitations, sous forme de pluie, de neige ou de grêle, selon la température. L’eau libérée va ensuite suivre des routes différentes, qui toutes vont la ramener plus ou moins vite vers les océans. Sur les terres, une partie de l’eau s’infiltre dans le sol et rejoint les nappes phréatiques. Une autre se retrouve dans les calottes glaciaires et finira son cycle dans un iceberg. La dernière ruisselle en surface, alimente les ruisseaux, les rivières puis les fleuves, et retourne dans les océans et les mers. Evaporation Condensation Précipitations de pluie Précipitations de neige Infiltrations Ruissellements Figure 1– Les étapes du cycle de l’eau1 La glace sous ses différentes formes La cryosphère désigne toutes les parties de la surface de la planète où l’eau se trouve sous forme gelée. On peut distinguer les glaces terrestres ou d’origines terrestres des glaces marines : Les glaces terrestres ou d’origines terrestres Ces glaces sont constituées d’eau douce. • Les grandes calottes glaciaires ou « inlandsis » de l’Antarctique et du Groenland ; • Les petites calottes glaciaires, comme en Islande et dans l’Arctique canadien ; • Les glaciers de montagne ; • Les énormes plate-formes de glace flottante qui sont accrochées au côtes du continent Antarctique : les « ice-shelfs » ; • Les icebergs qui se détachent des ice-shelfs et de certains glaciers ; • L’eau gelée dans le sol de la toundra arctique : le « pergélisol » ou « permafrost » ; • L’eau gelée l’hiver à la surface des lacs et des rivières ; • Les étendues saisonnières de neige. 1 Toutes les illustrations de ce dossier sont tirées des animations du site Educapoles : www.educapoles.org Eau et glaces sur la Terre - 5 - 29.08.2005 Dossier pédagogique de la Fondation Polaire Internationale Les glaces marines C’est la glace de mer des banquises permanentes et saisonnières. Constituée d’eau de mer, cette glace est salée, mais sa concentration en sel diminue au cours du temps. Figure 2 - Coupe de l’Antarctique : glace de mer, icebergs, ice-shelf, glacier, inlandsis (de gauche à droite). Les calottes de glace Une calotte glaciaire est une épaisse couche de glace qui recouvre un socle rocheux. Elle a globalement la forme d'un dôme au sommet plutôt aplati. Elle s'est formée par l'accumulation de la neige durant des dizaines de milliers d'années. Les deux plus grandes calottes glaciaires sont appelées « inlandsis » : ce sont celles qui recouvrent l’Antarctique et le Groenland. Il en existe aussi de beaucoup plus petites, comme en Islande et dans le Canada arctique. Cependant, même l’inlandsis groenlandais paraît petit par rapport à l’imposante calotte glaciaire de l’Antarctique, plus vaste que l’Europe (14 millions de km2, c’est-à-dire plus de 25 fois la France). Figure 3 – Les calottes glaciaires. Dans une région froide, sur un socle continental, la neige qui tombe ne fond pas et s'accumule année après année. Sous le poids des couches supérieures, les cristaux de neige se tassent. Ce tassement permanent de la neige la transforme progressivement en glace, pour finalement constituer une calotte glaciaire. A la surface de la calotte (ou d’un glacier), on trouve de la neige fraîche qui vient de tomber, puis plus profondément le névé, c'est-à-dire de la neige tassée. Plus profondément encore, on trouve de la glace pure, c'est-à-dire de la neige si tassée que les bulles d’air y sont devenues presque invisibles. La glace des glaciers et des calottes glaciaires n'est donc pas de l'eau congelée (comme dans un congélateur), mais de la neige tassée. La calotte glaciaire de l'Antarctique et l'océan qui l'entoure, fonctionnent comme un immense tapis roulant : Eau et glaces sur la Terre - 6 - 29.08.2005 Dossier pédagogique de la Fondation Polaire Internationale • L’eau s’évapore au-dessus de l’océan ; • Des précipitations tombent sur le continent sous forme de neige ; • La neige s'accumule, se tasse, se transforme en glace, puis se déplace petit à petit vers la périphérie de la calotte glaciaire, où des « glaciers émissaires » semblables à des rivières canalisent et accélèrent le mouvement de la glace jusqu'à l'océan ; • Ce réseau de glaciers alimente d'énormes plate-formes côtières de glace flottante : les « ice-shelfs » ; • De l’extrémité d’un ice-shelf se détache régulièrement des morceaux de glace : les « icebergs ». Ceux-ci vont petit à petit fondre au cours de leur dérive dans des eaux plus chaudes, et le cycle va recommencer. Figure 4 – Formation d’un inlandsis Il faut 800 000 ans pour que la neige qui tombe au pôle Sud retrouve l'océan. Evaporation et condensation Accumulation de la neige Déplacement interne de la glace Glacier émissaire Ice-shelf Icebergs Figure 5 – Le tapis roulant de l’inlandsis antarctique. Les glaciers polaires A l'intérieur d'un inlandsis, la glace est en mouvement du centre vers la périphérie. Cet écoulement est d'abord très lent, mais il est accéléré sur les bords de la calotte glaciaire de l'Antarctique ou du Groenland par de très grands glaciers. Ce sont les « glaciers émissaires ». Leur vitesse peut être élevée, 2 à 3 km/an pour certains. La partie terminale de ces glaciers alimente un « ice-shelf », ou prend la forme d’une langue de glace qui flotte sur l'eau. Il existe aussi des glaciers en mouvement dans des uploads/Geographie/ eau-et-glaces-fr 1 .pdf