LA DYNAMIQUE DES MASSES ATMOSPHERIQUES

DEMARCHE PEDAGOGIQUE N°1

Yves Kuster
Professeur de Sciences de la vie et de la Terre
MENRT

Les acquis des élèves  

• La Terre, planète du système solaire.

• L'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre.

• L'atmosphère : enveloppe gazeuse de la Terre : structure, composition chimique.

 I - Le déplacement des masses d'air dans la troposphère

A - Les mouvements horizontaux des masses d'air

Etablir un document cartographique simple montrant la circulation des masses d'air à la surface de la planète.
Montrer les variations saisonnières de la circulation atmosphérique, en particulier au niveau de la zone de convergence intertropicale (ZCIT)

Documents proposés aux élèves

• Fonds de carte pour réaliser les cartographies demandées

• Animations météorologiques : cyclones tropicaux et perturbations atlantiques.

• Images METEOSAT des quatre saisons (2 images aux solstices et 2 images aux équinoxes) pour mettre en évidence les déplacements saisonniers de la ZCIT.

• Images composites ERS montrant les champs de vent en surface en janvier et en juillet.

B - Les mouvements verticaux des masses d'air

• Instabilité des masses d'air dans la troposphère : mouvements d'ascendance et de subsidence de l'air en fonction de sa température. 

• Etablir ainsi la relation entre la température et la densité de l'air.

• Une approche expérimentale de l'ascendance de l'air chaud est possible en chauffant une colonne d'air et en regardant le comportement d'un fumigène.

II - L'énergie solaire, moteur des déplacements des masses d'air

A - La relation entre la température de l'air et sa pression

• A l'équateur : l'excès d'énergie solaire entraîne une ascendance de l'air : zone de basse pression thermique.

• Aux pôles : le déficit d'énergie solaire entraîne une subsidence de l'air : zone de haute pression thermique.

B - La relation entre les champs de vent et les champs de pression

• Approche expérimentale : il est assez simple de montrer (avec une pompe à vélo ou une bouteille d'air comprimé) qu'entre deux masses d'air de pression différente, un déplacement d'air se créé des hautes pressions vers les basses pressions.

• L'utilisation de cartes météo permettent de relier champs de vent et champs de pression.

• Mettre en évidence le rôle de la force de Coriolis : 
  TP : Rotation de la Terre et mouvements atmosphériques - modèle expérimental

C - La notion de cellule de convection

• Approche expérimentale : mettre en place un modèle de convection. Ce modèle est facile à établir avec des eaux colorées de différentes températures (voir les principaux catalogues de matériel pédagogique) mais peu évident à montrer avec de l'air.

• Montrer en première approximation que deux grandes cellules de convection (une par hémisphère) pourrait être mises en place entre les pôles et l'équateur.

• En réalité, compte tenu de la distance équateur - pôles, le modèle est plus compliqué : 3 cellules dans chaque hémisphère.

Bilan : Etablir l'idée d'une conversion de l'énergie thermique en quantité de mouvement.
Le système Terre-atmosphère est une véritable machine thermique qui redistribue l'énergie solaire des régions excédentaires (l'équateur) vers les régions déficitaires (les pôles).