ACTIVITÉ DE GROUPE


3
L’énergie solaire inégalement répartie sur Terre



Groupe 3
Une inégale répartition suivant le moment de l’année


Indicateurs de réussite







Enregistreur audio

Doc. 10
Positions relatives de la Terre et du Soleil et insolation


Positions relatives de la Terre et du Soleil


insolation
Positions relatives de la Terre et du Soleil au cours d’une année et évolution de l’insolation de 4 latitudes différentes en fonction des mois de l’année.

Doc. 9
Cartes de températures au solstice d’été et au solstice d’hiver


Cartes de températures au solstice d’été et au solstice d’hiver

Liste du matériel disponible :

  • globe terrestre ;
  • projecteur ;
  • système réglable pour porter le projecteur à hauteur voulue ;
  • papier millimétré ;
  • scotch.

Ressource complémentaire

Cliquez ici pour visualiser l’évolution de l’irradiation nette mensuelle du globe de 2006 à 2013.

Vocabulaire

Équinoxe : deux jours de l'année où le jour a une durée égale à celle de la nuit.

Plan de l’écliptique : plan créé par le mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil.

Solstice : jour le plus court (solstice d’hiver, le 21 décembre) et jour le plus long (solstice d’été, le 21 juin) de l'année dans l'hémisphère nord.

Travaux pratiques : mettre au point un modèle analogique

Mettre au point un protocole permettant de mesurer l’influence de l’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport au plan de l’écliptique sur la surface de répartition d’un faisceau lumineux incident.

⚠ Attention : les mesures devront être faites toujours au même lieu dans un hémisphère fixé (par exemple au niveau de la France). Le globe terrestre devra changer de position (par exemple solstice d’été vs solstice d’hiver).

➜ Documents communs à tous les groupes


Doc. 2
Mesure expérimentale de l’éclairement en fonction de l’angle d’incidence



Mesure expérimentale de l’éclairement en fonction de l’angle d’incidence

a. Protocole expérimental

Installer l’application Phyphox sur 2 smartphones.
Placer les smartphones sur un support inclinable :
  • un smartphone mesure la valeur de l’éclairement ;
  • le second mesure l’angle absolu du support.

Trouver la valeur d’angle absolu ii pour laquelle l’éclairement est le plus important : imaxi_{\mathrm{max}}.
Faire varier l’inclinaison de 10° en 10° et noter la valeur de l’éclairement mesuré dans un tableur.
Calculer l’angle d’incidence (différence entre ii et imaxi_{\max }).

Doc. 1
Une analogie pour mieux comprendre

Cette analogie permet de mieux se représenter l’influence de l’angle d’incidence d’un rayonnement sur la répartition de l’énergie sur une surface plane. Un même rayonnement incident (matérialisé ici par le paquet de crayons), portant donc la même énergie, se répartit sur des surfaces différentes suivant l’angle d’incidence ii et sera plus ou moins concentré.


expérience avec paquet de crayons

b. Valeurs théoriques

Angle d’incidence (°) Rayonnement intercepté (%)
0
100
10
98,5
20
94,0
30
86,6
40
76,6
50
64,3
60
50,0
70
34,2
80
17,4

Questions

1. Déterminez le(s) facteur(s) influençant la puissance solaire reçue par une surface terrestre donnée.


2. Travail en groupe Vous expliquerez :
  • groupe 1. les variations de température suivant le moment de la journée ;


  • groupe 2. les variations de température suivant la latitude, à l’origine des climats ;


  • groupe 3. les variations de température suivant le moment de l’année, à l’origine des saisons. Présentez ensuite votre travail au reste de la classe.

Groupe 1
Une réception inégale suivant l’heure de la journée


Doc. 5
Bilan énergétique qualitatif du sol en fonction de l’heure de la journée

Bilan énergétique qualitatif du sol en fonction de l’heure de la journée

Le sol émet sans cesse de l’énergie, sous forme de chaleur et de rayonnements infrarouges. Entre les points A et B, le sol reçoit plus d’énergie qu’il n’en émet. C’est l’inverse en dehors de cette période.

Ressources complémentaires

Cliquez ici pour aller plus loin dans l’exploitation des données de « Météo à l’école ».

Cliquez ici pour enregistrer vous-même la trajectoire apparente du Soleil au cours de la journée.


Indicateurs de réussite






Enregistreur audio

EN SOLO
Procéder à des relevés réguliers de température au cours d’une journée, en veillant à fixer tous les autres paramètres par ailleurs et en relevant les résultats dans un tableur qui sera partagé.
EN GROUPE
Présenter l’ensemble des résultats du groupe de façon graphique (voir fiche méthode « Présenter des résultats » p. 257).

Doc. 3
Évolution de la température et de la puissance solaire reçue suivant l’heure

Évolution de la température et de la puissance solaire reçue suivant l’heure
Mesures effectuées la journée du 29 octobre 2018 au lycée Clément Ader à Bernay (Normandie). Ce lycée participe, comme des dizaines d'autres établissements, à la collecte de données météorologiques au sein du réseau « Météo à l’école ».

Doc. 4
Position apparente du Soleil

Tracé de la trajectoire apparente du Soleil en France en automne.

Tracé de la trajectoire apparente du Soleil en France en automne.

Groupe 2
Une inégale répartition suivant la latitude


Travaux pratiques : mettre au point un modèle analogique

Mettre au point un protocole permettant de mesurer l’influence de la latitude sur la surface de répartition d’un faisceau lumineux incident.

⚠ Attention : le globe terrestre devra être maintenu dans une position fixe tout le long de la manipulation, par exemple en situation d’équinoxe (voir document 10 p. 73).


Indicateurs de réussite







Enregistreur audio

Liste du matériel disponible :

  • globe terrestre ;
  • projecteur ;
  • système réglable pour porter le projecteur à hauteur voulue ;
  • papier millimétré ;
  • scotch.

Doc. 8
Carte mondiale de l’insolation terrestre

Puissances surfaciques moyennes reçues sur une année.
Puissances surfaciques moyennes reçues sur une année.

Doc. 6
Planisphère des températures moyennes sur les continents et carte des climats

Planisphère des températures moyennes sur les continents


carte des climats

Ressource complémentaire

Protocole :

La manipulation à reproduire est celle montrée dans le doc.8. À l’aide d’un globe terrestre et d’une lampe, dessiner la surface éclairée par le faisceau de la lampe en fonction de la latitude

Doc. 7
Répartition d’une énergie incidente équivalente sur un objet sphérique

Répartition d’une énergie incidente équivalente sur un objet sphérique
Un même faisceau lumineux représente ici une même quantité d’énergie incidente.
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