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Projet : EPFL | dgeo | Solar Impulse
Rédaction : Marie-Noëlle Kaempf
Graphisme : Anne-Sylvie Borter, Repro – Centre d’impression EPFL
Suivi de projet : Yolande Berga
LA MÉTÉO
Beau fixe !
Lesprévisionsmétéo,dontonseplaîtàreleversurtoutlesinexactitudes,
sont le fruit de siècles d’observation, de modèles très sophistiqués,
d’innombrables mesures et de calculs très poussés. Pour mener à
bien la traversée des océans qui durera plusieurs jours, l’équipe de
Solar Impulse va devoir repousser les limites des prévisions.
Cette fiche donne l’occasion aux élèves d’aborder un sujet qui touche
à la vie de tous les jours : la météo. Après un survol historique, nous
aborderons les facteurs qui affectent le temps qu’il fait pour avoir en
main les éléments nécessaires à la compréhension des prévisions.
La construction de modèles simples d’appareils de mesures
météorologiques est proposée. Le perfectionnement de ces dispositifs
ou la découverte d’autres modèles peuvent faire l’objet d’un travail de
recherche individuel ou en équipe, qui trouve sa place dans le cadre
des OCOM ou dans un projet d’établissement. C’est également un
sujet qui permet d’entraîner la mesure de différents paramètres et la
réalisation de graphiques y trouve tout naturellement sa place.
A relever que la fiche « LES NUAGES » présente plus spécifiquement
les différents types de nuages, leur formation et les phénomènes qui
y sont liés (pluie, givre, grêle, éclairs, flocons, etc.).
Notions abordées
Sciences :
•	 Cycle de l’eau
•	 Météorologie et nuages
•	 Prises de mesures
Géographie :
•	 Circulation atmosphérique
•	 Climat
Physique :
•	 Transformation de l’énergie
•	 Pression
Mathématiques :
•	 Conversion d’unités
•	 Calcul de volumes
•	 Lecture et tri de données, lecture
et réalisation de graphiques
Objectifs d’apprentissage du PER
MSN 36 - 35. Analyser des phénomènes natu-
rels et des technologies à l’aide de démarches
caractéristiques des sciences expérimentales :
•	 en utilisant un modèle pour expliquer et/ou pré-
voir le fonctionnement d’un objet technique.
•	 en choisissant et en utilisant des instruments
d’observation et de mesure.
•	 en organisant des prises de mesures et en
formalisant les résultats d’une expérience.
MEP 33 - 31, MSN 35. Modéliser des situations,
poser et résoudre des problèmes mobilisant
des notions, des concepts, des raisonnements
propres à la physique.
SHS 31. Analyser des espaces géographiques et
les relations établies entre les hommes et entre
les sociétés à travers ceux-ci :
•	 en utilisant les données permettant de déter-
miner les caractéristiques climatiques, hydro-
logiques et le relief d’un espace.
•	 en analysant des espaces à l’aide de données
statistiques et de l’outil cartographique.
Disciplines et options concernées
Sciences : 10e
et 11e
OCOM - Sciences * : 10e
et 11e
OS MEP * : 10e
et 11e
Durée de l’activité
Introduction aux notions
théoriques : 3 périodes
Exercices : 2 périodes
Activités pratiques : à voir selon le projet choisi
*	Disciplines spécifiques à la scolarité vaudoise
	 OCOM : options de compétences orientées métiers
	 OS MEP : option spécifique mathématiques et physique
LA MÉTÉO - GUIDE 3/15
UN PRÉCÉDENT...
Si personne en Suisse n’a pu ignorer l’exploit du tour du monde de Breitling Orbiter 3 en 1999, nos
élèves par contre n’étaient peut-être pas encore nés. Un petit rappel s’avère sans doute nécessaire,
d’autant que Bertrand Piccard était déjà à l’origine de ce premier projet.
Voici une vidéo qui résume l’aventure :
http://www.ina.fr/video/CAC99012266
	ina, Record tour du monde en ballon
L’aventure se termine bien. Le ballon, parti le 1er
mars 1999 de Château d’Oex, se pose 19 jours plus
tard en Egypte, après avoir parcouru le plus long vol sans escale de l’histoire de l’aviation, en termes
de durée et de distance.
Plus de renseignements sur le site :
http://bertrandpiccard.com/tour-du-monde-en-ballon
	 bertrandpiccard.com, Tour du monde en ballon
VOUS AVEZ DIT MÉTÉOROLOGIE ?
Voici les grandes lignes de l’histoire de la météorologie. Cela vous permettra de répondre à quelques
questions ou de raconter quelques anecdotes toujours les bienvenues pour agrémenter les leçons.
Les premières traces d’observations et de prévisions météorologiques se situent au 1er
millénaire avant
J.-C. en Chine, dans un ouvrage de médecine qui englobe l’homme et son environnement. En Inde,
on retrouve les premières mesures de précipitations des moussons en 400 avant J.-C. A cette même
époque, les Grecs s’interrogent sur les phénomènes qui les entourent. Aris-
tote décrit le cycle de l’eau et Théophraste publie le premier ouvrage de mé-
téorologie d’Occident : « Les Signes du Temps ». Le Moyen-Age n’apporte
pas de contribution aux bases scientifiques posées dans l’Antiquité. Dictons
populaires et observations des nuages sont les outils des paysans.
A la Renaissance, les premiers instruments-clés de la météorologie sont in-
ventés. En 1644, Torricelli conçoit le baromètre à mercure pour résoudre
les problèmes que posent les fontaines des jardins de Florence. Reprenant ses
travaux, Blaise Pascal est convaincu que la pression atmosphérique est exer-
cée par l’air qui se trouve au-dessus de nous. Il prévoit donc que la pression
diminue avec l’altitude. Il envoie son beau-frère faire l’ascension du Puy de
Dôme en septembre 1648, équipé d’un baromètre, et prouve ainsi sa théorie.
Ferdinand II de Médicis, grand-duc de Toscane, plus passionné de sciences
que de politique, est l’élève assidu de Galilée, puis de Torricelli. Avec son frère
Léopold, il crée la première académie scientifique d’Europe dans son palais
de Florence (Palazzo Pitti). En 1654, il perfectionne un modèle à eau pour
créer un vrai thermomètre. Celui-ci compte 50 graduations. Il est rempli d’al-
cool emprisonné dans un tube de verre.
4/15 LA MÉTÉO - GUIDE
Si en Italie les recherches vont bon train, l’Angleterre n’est pas à la traîne. En 1667, Hooke mène des
recherches grâce à un anémomètre. Halley cartographie les alizés en 1686. (cf. encadré de la fiche
élève).
Robert Hook (1635 - 1703) est un scientifique passionné par l’expéri-
mentation. On lui doit de nombreuses observations faites au micros-
cope, notamment la première description d’une cellule. Il perfectionne
cet appareil à l’aide d’un système de lentilles. Il a laissé son nom à la
loi d’élasticité des ressorts qu’il a découverte.
Il est l’auteur de nombreuses inventions d’appareils. On lui attribue la
découverte du téléphone acoustique, d’éléments de mouvements en
horlogerie ou encore d’un télescope.
Le météorologue Edward Lorenz énonce le problème, lors d’une conférence en 1972 :
« Predictability : does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas ? »
Cette question, restée célèbre sous le nom d’« effet papillon », traduit la difficulté de prévoir, dans le
long terme, la situation météorologique (ou système chaotique) sans connaître avec exactitude sa si-
tuation initiale ni tous les petits événements dont les effets pourraient avoir un impact non négligeable
dans le temps. Même si des recherches plus récentes ont montré que ces petits effets sont noyés dans
la masse des changements météorologiques, force est de constater, en l’état actuel de nos connais-
sances, que les prévisions ne sont guère fiables à plus de cinq jours dans notre région.
Les instruments de mesures se généralisant et les unités s’unifiant, des réseaux d’observations se
créent. L’apparition du télégraphe facilite aussi les communications entre les différentes stations de
mesures. C’est ainsi que l’on a pu vérifier que les formations nuageuses se déplacent sur le globe et
que l’on peut prévoir le temps qu’il va faire. Les lâchers de ballons-sondes au début du 20ème
siècle
confirment que les masses d’air se déplacent et que, au gré de leurs rencontres, le temps change.
Les armées impliquées dans la Première Guerre mondiale investissent énormément dans les recherches
en météorologie. En effet, c’est grâce à celle-ci que l’on planifie le déploiement des troupes, ainsi que
celui des flottes aérienne et maritime.
On découvre par hasard que les radars utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale enregistrent des
échos dus aux précipitations. Considérés dans un premier temps comme un désagrément, on les uti-
lise rapidement pour améliorer la récolte de données météo. Mais les deux outils qui vont révolutionner
la météo sont les satellites dès 1960 et l’informatique. En effet, les données recueillies par les satellites
sont précises et couvrent de larges zones, dont beaucoup sont inhabitées et difficilement atteignables
comme les pôles, les déserts et les océans. Les traitements informatiques des données, ainsi que la
puissance de calcul des ordinateurs pour appliquer les modèles numériques, ont permis d’obtenir des
prévisions dont nous connaissons la fiabilité.
LA MÉTÉO - GUIDE 5/15
Quiz
Attribue l’instrument à ce qu’il mesure :
Pluviomètre
Héliomètre
Baromètre
Thermomètre
Anémomètre
Girouette
Hygromètre
•	 Vitesse du vent
•	 Direction du vent
•	 Pression atmosphérique
•	 Précipitations
•	 Humidité
•	 Rayonnement solaire
•	 Température
•	
•	
•	
•	
•	
•	
•	
Voici des liens vers deux baladodiffusions (Podcast) de l’émission « Si ça n’existait pas... » de la RTBF
sur l’histoire et le fonctionnement de deux appareils de base en météorologie : le baromètre et le ther-
momètre.
http://www.rtbf.be/lapremiere/article_invention-le-barometre?id=6985123
	 rtbf, invention, Le baromètre
http://www.rtbf.be/lapremiere/article_invention-le-thermometre?id=6093273
	 rtbf, invention, Le thermomètre
LE CYCLE DE L’EAU
Les élèves ont vu le cycle de l’eau (MSN 26 – matière). Cette fiche permet d’affiner un peu le modèle.
Vous trouverez une petite animation de 1 minute 30 secondes qui en trace les lignes principales :
http://www.edumedia-sciences.com/fr/a88-cycle-de-l-eau
	Edumedia, Cycle de l’eau
Vous trouverez également un quiz en ligne qui reprend les points développés par la vidéo :
http://www.edumedia-sciences.com/fr/a751-quiz-cycle-de-l-eau
	Edumedia, Quiz cycle de l’eau
6/15 LA MÉTÉO - GUIDE
LA FORMATION DES NUAGES
Il s’agit de la description du mécanisme général de la formation d’un nuage. Pour entrer plus en détail
dans les mécanismes de celle-ci, vous pouvez consulter la fiche « LES NUAGES ». Vous y trouverez
la classification des différents types de nuages et des exercices. Selon les cas, la condensation et le
refroidissement de l’air vont être causés par différents facteurs. De même, la présence ou l’absence
de mouvements des masses d’air durant leur formation va favoriser et modifier le développement et la
forme des nuages.
Bricotest
Version journée chaude. Ce n’est pas la bouteille qui transpire ! L’air refroidit au contact de la bouteille.
La couche d’air proche de la bouteille est plus froide que son environnement. Elle passe au-dessous du
point de rosée. La vapeur excédentaire contenue dans l’air se condense contre le verre de la bouteille.
Version journée froide. Nos poumons contiennent de l’air humide saturé d’eau dont la température
est environ celle du corps (37°C). Lorsqu’on expire dans un environnement froid, dont la température
marque un fort contraste avec notre corps, l’air expiré, en se refroidissant, passe au-dessous du point
de rosée. L’excès de vapeur se condense, formant de la « buée ».
ÇA SOUFFLE !
Voici un complément d’information sur la circulation atmosphérique qui crée des courants et influence
les climats. Cela permet d’avoir une idée générale des causes de beaucoup de phénomènes clima-
tiques (saison des pluies, mousson, sécheresse, etc.).
Les régions équatoriales génèrent des masses d’air chaud qui s’élèvent, créant des zones de basses
pressions qui attirent l’air chaud et humide situé entre les 30èmes
parallèles N et S. Sur tout le pourtour
L’aspect des couleurs est développé dans la fiche « LA LUMIÈRE ».
Cette animation est accompagnée par une fiche pédagogique ainsi que par des dossiers complémen-
taires :
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=14689&document_
id=22495&portlet_id=77665
	 Météo France – éducation – composition de l’atmosphère – animation, Le bleu du ciel
de la Terre où le Soleil est au zénith, une ceinture
de nuages va être créée (photo ci-contre).
Dans cette zone intertropicale de convergence
(ZIC) se forme une grande concentration de cumu-
lonimbus. C’est là que convergent les alizés. Ce
sont des vents réguliers soufflant des tropiques
en direction de l’équateur tout en s’orientant vers
LA MÉTÉO - GUIDE 7/15
l’ouest. Cette zone de convergence
se déplace selon la saison et suit
la répartition des terres, sources
de chaleur. Lorsque le Soleil est au
zénith du tropique du Cancer, c’est
l’été dans l’hémisphère nord mais
aussi la saison des pluies le long de
ce tropique. Depuis des siècles, les
marins ont remarqué cette zone de
vents calmes (alizés) et sa zone cen-
trale dangereuse qu’ils ont baptisée
« pot au noir ». Des modifications à
long terme de la ZIC peuvent engen-
drer des problèmes dans les pays
où la mousson est attendue en vain,
ou au contraire où des inondations
catastrophiques dévastent tout.
Les régions proches des 30èmes
pa-
rallèles N ou S voient leur air humide
aspiré par les alizés et reçoivent en
échange l’air chaud et asséché de
la région équatoriale après son pas-
sage dans la troposphère. C’est pour
cela que l’on trouve à ces latitudes
les principaux déserts du monde.
C’est là que règne le climat subtro-
pical aride .
60°N
30°N
30°S
60°S
0°
ZIC janvier
ZIC juillet
alizés en juillet
alizés en janvier
Océan Glacial Arctique
Océan Indien
Océan
Atlantique
Océan
Pacifique
Océan
Pacifique
Équatorial
Tropical Méditerranéen
Mousson Océanique
Chinois
Aride
Continental
Montagnard
Polaire
Ce mécanisme de transfert de
masses d’air s’appelle la cellule de
Hadley. Son origine est thermique
et trouve sa source dans la variabili-
té de l’énergie solaire en fonction de
la latitude.
C’est exactement selon ce même
principe thermique que fonctionnent
les cellules polaires.
Des cellules de Ferrel se trouvent
dans une zone comprise entre les
30ème
et 60ème
parallèles N ou S. Leur
mécanisme n’est pas thermique. Ce
sont les cellules voisines (les po-
laires et celles de Hadley) qui forcent
la circulation de l’air.
30°N
60°N
30°S
60°S
0°
cellule polaire
cellule de Ferrel
cellule de
Hadley
alizés
cellule
de Hadley
cellule de Ferrel
cellule polaire
8/15 LA MÉTÉO - GUIDE
Quiz
Entre ces cellules se créent des vents canalisés qui peuvent être très forts, les courants-jets (jet
streams). Longtemps ignorés car ils sont situés à des altitudes de plus de 6’000 m, ces courants sont
utilisés par l’aviation pour gagner 1 h sur les trajets Europe – Amérique. Pour le vol de retour par contre,
on les évite. Si dans le projet de Breitling Orbiter 3 les courants atmosphériques ont été abondamment
utilisés, les pilotes de Solar Impulse vont éviter soigneusement les vents violents. L’avion ne suppor-
terait pas des turbulences trop importantes. Il va chercher les zones de vent calme avec au maximum
110 km/h de vent arrière, 20 km/h de vent de face et 10 km/h de vent latéral !
Voici quelques documentaires sur ces sujets.
Le climat et les courants atmosphériques :
http://www.youtube.com/watch?v=sQZlgc41_k8
	 C’est pas sorcier, la planète sous toutes ses latitudes
Les courants-jets, leur découverte et leurs effets :
http://boutique.arte.tv/f2367-jetstreamrivieredevent
	 BBC - John Groom, Stephen Wilkinson, Jet Stream, la rivière du vent
	
Une animation accompagnée par une fiche pédagogique ainsi que par des dossiers complémentaires
sur le thème de la circulation atmosphérique :
http://education.meteofrance.fr/lycee/animations/utiliser-les-animations-en-classe/fiche-
pedagogique-de-lanimation-la-circulation-generale-de-latmosphere
	 Météo France, La machine climatique – les mouvement de l’atmosphère, Circulation générale atmosphérique
Une séquence d’animation sur le thème de la cellule de Hadley et des courants-jets sur le site suivant :
http://files.meteofrance.com/files/education/animations/circulation_generale/highres/
popup.html
Un quiz en ligne qui reprend ces différents éléments après un résumé des notions théoriques :
http://www.mesexercices.com/exercices/exercice-culture-2/exercice-culture-89282.php
	mesexercices.com, Quiz n° 89282: Anticyclones et dépressions
20°O 0° 20° E
LA MÉTÉO - GUIDE 9/15
LES VENTS LOCAUX
Les vents qui règnent en basse altitude portent des noms variant selon les régions. Un prolongement
de cette fiche pourrait consister, pour les élèves, à rechercher des vents typiques de la région, à réper-
torier leur direction sur une carte et à établir les paramètres nécessaires pour qu’ils se développent.
Les vents principaux qui soufflent en Suisse sont présentés dans l’exercice 5.
IL PLEUT, IL PLEUT BERGÈRE...
Les perturbations qui traversent l’Europe centrale sont dues à la lutte entre des masses d’air polaire
mises en mouvement par des zones de basse pression situées au nord de l’Europe et de masses d’air
tropical entraînées par l’anticyclone des Açores. Cette confrontation débute sur l’Atlantique sur un front
plus ou moins stationnaire.
a) & b) La masse d’air chaud pénètre dans une
zone d’air polaire qu’elle va creuser de plus en
plus en formant une dépression.
c) Tout en se déplaçant, elle va tourner dans le
sens inverse des aiguilles d’une montre. Il y
aura donc deux limites qui se forment, l’une à
l’avant de la masse d’air chaud (front chaud)
et l’autre à l’arrière (front froid) formant deux
bras.
d) La perturbation est alors développée. Le front
froid rattrapant le front chaud (occlusion), ils
forment un λ.
e) Les deux fronts vont s’annihiler car l’air chaud
se trouve retranché de sa source de chaleur
en étant soulevé par les deux masses d’air
froid (voir figure page 8 de la fiche élève). Les
masses se mélangent et les deux fronts se ré-
sorbent. L’air continue de circuler par inertie
mais la dépression a vécu. Il n’est pas rare de
voir passer plusieurs perturbations de suite.
Une jolie animation de Météo France expliquant le phénomène etaccompagnée d’une fiche pédago-
gique, est disponible à l’endroit suivant :
http://files.meteofrance.com/files/education/animations/perturbation_atmospherique/
highres/popup.html
	 Météo France, Perturbation atmosphérique : d’où vient le mauvais temps ?
air froid
air chaud
formation
de la perturbation
a) création de la zone
de dépression
mouvement
de l’air
b)
air froid
air chaud
air froid air froid
front froid
front chaud
dépression
air chaud
c) développement de la perturbation
air froid
air chaud
occlusion
air froid
d) affaiblissement
de la dépression
e)
10/15 LA MÉTÉO - GUIDE
LIRE UNE CARTE MÉTÉO
Sur les cartes synoptiques de météo se trouve une foule de données que nous ne présenterons pas ici,
comme le type de nuages présents, la pression, l’intensité des pluies, etc. C’est un aspect intéressant
qui peut être développé dans le cadre d’un projet spécifique.
A noter que la mesure de la vitesse des vents s’effectue en nœuds dans le milieu de la marine et de
l’aviation. On qualifie la force des vents en degrés Beaufort. Des exercices de conversion sont dispo-
nibles sur la fiche « Sur mesure » :
http://www.elemo.ch/page-56959-fr.html
	 Exploration des eaux lémaniques (elemo), fiches pédagogiques
Quiz Grâce à ce pictogramme, même si tous les éléments ne sont
pas indiqués dans la fiche, les élèves devraient déduire logi-
quement que le vent vient du Sud-Ouest et qu’il a une vitesse
de 25 nœuds environ.
Le ciel est couvert, avec 75 % de nuages environ.
L’émission suivante résume bien les différents phénomènes météorologiques et les prévisions :
http://www.youtube.com/watch?v=ldlhPV5uOjk
	 C’est pas sorcier, Météo : le bulletin des sorciers
Bibliographie
Un ouvrage généraliste très complet :
Pierre Kohler, Comprendre la météorologie, Hachette
Une brochure résumant bien les situations météorologiques en Suisse :
Situations météorologiques typiques dans la région des Alpes,
Office fédéral de météorologie et de climatologie
http://www.meteosuisse.admin.ch/medialib/documents/fr/broschueren.
Par.0001.File.tmp/brochure.pdf
LA MÉTÉO - GUIDE 11/15
ET TOUT CELA EN CHIFFRES...
Exercice 1
Les courants entre deux zones de haute pression ne sont pas très forts. Sur cette carte, on retrouve
de larges bandes de hautes pressions au Nord comme au Sud. Elles sont d’origine thermique, comme
l’anticyclone de Sibérie.
On peut localiser sur cette carte les cellules de Hadley. L’origine des hautes pressions est alors due à
la circulation atmosphérique et non au refroidissement de l’air.
Exercice 2
a)	 La surface projetée à l’horizontale du toit qui capte la pluie mesure :
		 longueur ∙ largueur = 25 ∙ 8 = 200 m2
	 Volume de l’eau qui n’est pas évacuée :
		 surface ∙ hauteur de pluie = 200 ∙ 0,0336 = 6,72 m3
b)	Calculons la quantité de pluie qui serait tombée sur Locarno en une journée sur une surface de
1 m2
 :
		 0,0336 ∙ 1 ∙ 6 ∙ 24 = 4,8384 m3
≈ 4’838 litres
	
	 Cela voudrait dire qu’il y aurait eu 4’838 – 414 = 4’424 litres de plus au mètre carré.
H H
H
H
H H
H
H
H
H
B B
B
B
B
BB
B
B
B
H
H
HH
12/15 LA MÉTÉO - GUIDE
Exercice 3
Seule la pluie qui tombe dans l’entonnoir est recueillie. Elle est captée sur une surface de :
	 π ∙ r2
= π ∙ 92
≈ 254 cm2
= 0,0254 m2
Pour indiquer le relevé en l / m2
, il faut faire le calcul suivant :
Exercice 4
Grâce à sa grande chaleur massique, l’eau de la mer, de l’océan ou des grands lacs a une température
stable dans l’intervalle d’une journée. La terre ferme se réchauffe sous l’effet des rayons du Soleil. Cet
apport de chaleur crée un courant ascendant. Cet appel d’air induit une brise qui vient du large.
Il faut attendre le début de l’après-midi pour que les contrastes de température soient suffisants.
Le soir au contraire, les rivages se refroidissent rapidement par opposition au large dont la température
est relativement stable grâce à l’étendue d’eau. L’air se contracte et crée des courants dirigés vers
la mer. Le sens de la brise est inversé. En soirée, la brise souffle donc en direction du large pendant
quelques heures.
La valeur numérique est la même lorsqu’elle est indiquée en mm.
Le réservoir est rempli dès que les précipitations dépassent de plus de :
On qualifie de faible une pluie continue de 1 à 3 mm par heure. Une pluie modérée consiste en 4 à 7 mm
par heure alors qu’une pluie forte est de 8 mm par heure et plus. Cela implique que ce réservoir est petit
et qu’il sera facilement rempli. En cas de pluie intense, le réservoir sera rempli avant la fin de la nuit.
103
 ∙ 0,0254
103
 ∙ 0,0254
nb ml lus sur le cylindre gradué
500
= 19,7 l / m2
= 19,7 mm
LA MÉTÉO - GUIDE 13/15
Exercice 6
Exercice 5
La situation C correspond à la bise. Les vagues d’air froid polaire passent au nord de la zone de haute
pression (Scandinavie). Un air continental sec et tempéré souffle sur la Suisse de direction est, nord-
est. Plus rarement, la bise se fait beaucoup plus forte. On parle alors de « bise noire ». Elle est due à
la haute pression associée à une dépression active positionnée sur la Méditerranée. Les vents sont
violents et accompagnés de précipitations.
La situation A correspond à un vent d’ouest. Il n’y a pas d’anticyclone fort à l’ouest qui empêche le
passage de perturbations entraînées d’ouest en est par le courant-jet.
Dans la situation B, le foehn s’installe sur la Suisse. Les isobares sont très serrées. Elles mettent en
évidence la grande différence de pression qui règne entre le nord et le sud des Alpes. Le massif mon-
tagneux fait barrage. L’air du Sud est soumis à une beaucoup plus grande pression que l’air au nord
des Alpes. Pour équilibrer la pression, l’air passe la chaîne montagneuse. En s’élevant, la température
baisse et l’humidité se condense. Il y aura de fortes précipitations sur le versant sud. Une fois les
sommets passés, l’air asséché se réchauffe. Cet air sec se réchauffe mieux qu’il ne s’est refroidi à
la montée lorsqu’il était humide. Il pourrait contenir encore plus de vapeur d’eau. C’est donc un air
prêt à absorber l’humidité qui dévale les pentes
nord des Alpes. Cet air sec crée un ciel dégagé
et net. Sous l’effet du foehn, la neige peut fondre
de façon impressionnante. On peut observer de
brusques réchauffements de température de plus
de 10°C en quelques heures. Selon l’orientation
des vallées, ce vent peut être fort et atteindre fa-
cilement des pointes de plus de 150 km/h.
On peut retrouver le même principe avec des fortes pressions au nord et des basses pressions au sud
du massif. On parle alors de foehn du Nord. Cet effet de foehn a intrigué les scientifiques dès le 19ème
siècle. Ce phénomène est commun à toutes les chaînes de montagnes du monde. Ainsi le « Chinook »,
comme on le nomme en Amérique du Nord, est responsable d’un passage de température de -30 °C à
12 °C en une nuit lors des Jeux de Calgary en 1998 !
En activité complémen-
taire, on pourrait de-
mander aux élèves de
localiser ces villes. Ces
données permettent de
discuter des différents
climats, des saisons in-
versées entre les deux
hémisphères, etc.
Jan. Fév.
0
100
200
300
400
Moyenne mensuelle des précipitations, en mm
Genève
Cambera
Calcutta
Tombouctou
Québec
Sao Paolo
Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.
-10
[°C] [°C]
-4
6
16
-10
0
10
20
∆T ≈
-6°C/km
∆T ≈
-10°C/km
∆T ≈
10°C/km{
{
14/15 LA MÉTÉO - GUIDE
TECHNOLOGIE : CONSTRUIS TA STATION MÉTÉO !
Il existe une foule de modèles de dispositifs pour prendre des mesures de conditions atmosphériques.
Ce sont des montages que l’on peut élaborer et perfectionner en partenariat avec le maître d’AC&M.
Le matériel utilisé peut être trouvé dans n’importe quel magasin de bricolage. Par contre, il nécessite
quelques outils. Il faudra bien encadrer les élèves lorsqu’il s’agira de faire un trou, à l’aide d’une per-
ceuse par exemple.
LA GIROUETTE
Il existe des girouettes de formes très variées, elles peuvent aussi être peintes
et décorées. Les élèves pourront ainsi laisser libre cours à leur imagination.
Si l’on confectionne un grand nombre de girouettes avec une classe, on
peut aller en extérieur par temps un peu venteux pour étudier comment le
vent s’engouffre entre des obstacles, comme un angle de bâtiment. Il est
alors possible de cartographier la direction des courants.
On peut aussi fabriquer une manche à air dont la structure en fil de fer ser-
vira d’ossature. Elle peut faire l’objet d’un travail de couture. Elle ne permet
pas d’obtenir des mesures mais d’évaluer la direction du vent et sa force.
Céréales Killer (CC-BY-SA)
LA MÉTÉO - GUIDE 15/15
LE PLUVIOMÈTRE
Il faudra choisir un entonnoir adapté à la taille du cylindre gradué ou réciproquement. L’étalonnage de
l’appareil offre un exercice de géométrie intéressant, qui implique plusieurs notions. Pour sa résolution,
il faut se référer à l’Exercice 3.
Nous ne présenterons pas ici de modèles de thermomètres ou de baromètres qui sont souvent
construits dans le cadre des cours de sciences. Un document sur cette activité fait déjà l’objet d’une
fiche proposée pour les OCOM.
A relever qu’il y a une foule de modèles proposés dans le livre « Météorologie - Eléments de l’activité
créatrice manuelle » de Beat Suter et Christian Rohrer aux éditions de la Société suisse de travail ma-
nuel et de réforme scolaire.
Il faut profiter d’utiliser ces dispositifs, ou d’autres achetés dans le commerce, pour faire des expé-
riences, réaliser des graphiques et entraîner ainsi le chapitre des fonctions.
L’ANÉMOMÈTRE
Pour l’anémomètre, il faudra en étalonner un modèle lors d’un trajet en voiture. Lorsqu’il n’y a pas de
vent, on roulera à vitesse constante sur une section de route droite. Cela permettra au copilote de dé-
terminer le nombre de tours effectués par le dispositif alors que la vitesse relative de l’air environnant
correspondra à la vitesse de la voiture. La précision sera toute relative, mais permettra d’avoir un ordre
de grandeur de la vitesse du vent.
Voici les résultats obtenus pour le modèle en photo. Il est constitué
de deux baguettes de 80 cm et de demi-balles de tennis. La masse
totale de la partie mobile est de 225 g.
Il n’est pas facile de réaliser des mesures à des vitesses plus éle-
vées. L’axe de montage étant peu solide, je craignais que la partie
mobile ne soit arrachée par la force de l’air.
Vitesse de l’air
[km/h]
Nb de tours
en 20s
20 4
30 8
40 12
50 16
On peut réaliser de plus petits modèles avec des balles de ping-pong et des baguettes de brochettes :
http://lascienceadeuxmains.com/?page_id=126
	 La science à deux mains, Anémomètres

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  • 1. 1/15 Projet : EPFL | dgeo | Solar Impulse Rédaction : Marie-Noëlle Kaempf Graphisme : Anne-Sylvie Borter, Repro – Centre d’impression EPFL Suivi de projet : Yolande Berga LA MÉTÉO Beau fixe ! Lesprévisionsmétéo,dontonseplaîtàreleversurtoutlesinexactitudes, sont le fruit de siècles d’observation, de modèles très sophistiqués, d’innombrables mesures et de calculs très poussés. Pour mener à bien la traversée des océans qui durera plusieurs jours, l’équipe de Solar Impulse va devoir repousser les limites des prévisions. Cette fiche donne l’occasion aux élèves d’aborder un sujet qui touche à la vie de tous les jours : la météo. Après un survol historique, nous aborderons les facteurs qui affectent le temps qu’il fait pour avoir en main les éléments nécessaires à la compréhension des prévisions. La construction de modèles simples d’appareils de mesures météorologiques est proposée. Le perfectionnement de ces dispositifs ou la découverte d’autres modèles peuvent faire l’objet d’un travail de recherche individuel ou en équipe, qui trouve sa place dans le cadre des OCOM ou dans un projet d’établissement. C’est également un sujet qui permet d’entraîner la mesure de différents paramètres et la réalisation de graphiques y trouve tout naturellement sa place. A relever que la fiche « LES NUAGES » présente plus spécifiquement les différents types de nuages, leur formation et les phénomènes qui y sont liés (pluie, givre, grêle, éclairs, flocons, etc.).
  • 2. Notions abordées Sciences : • Cycle de l’eau • Météorologie et nuages • Prises de mesures Géographie : • Circulation atmosphérique • Climat Physique : • Transformation de l’énergie • Pression Mathématiques : • Conversion d’unités • Calcul de volumes • Lecture et tri de données, lecture et réalisation de graphiques Objectifs d’apprentissage du PER MSN 36 - 35. Analyser des phénomènes natu- rels et des technologies à l’aide de démarches caractéristiques des sciences expérimentales : • en utilisant un modèle pour expliquer et/ou pré- voir le fonctionnement d’un objet technique. • en choisissant et en utilisant des instruments d’observation et de mesure. • en organisant des prises de mesures et en formalisant les résultats d’une expérience. MEP 33 - 31, MSN 35. Modéliser des situations, poser et résoudre des problèmes mobilisant des notions, des concepts, des raisonnements propres à la physique. SHS 31. Analyser des espaces géographiques et les relations établies entre les hommes et entre les sociétés à travers ceux-ci : • en utilisant les données permettant de déter- miner les caractéristiques climatiques, hydro- logiques et le relief d’un espace. • en analysant des espaces à l’aide de données statistiques et de l’outil cartographique. Disciplines et options concernées Sciences : 10e et 11e OCOM - Sciences * : 10e et 11e OS MEP * : 10e et 11e Durée de l’activité Introduction aux notions théoriques : 3 périodes Exercices : 2 périodes Activités pratiques : à voir selon le projet choisi * Disciplines spécifiques à la scolarité vaudoise OCOM : options de compétences orientées métiers OS MEP : option spécifique mathématiques et physique
  • 3. LA MÉTÉO - GUIDE 3/15 UN PRÉCÉDENT... Si personne en Suisse n’a pu ignorer l’exploit du tour du monde de Breitling Orbiter 3 en 1999, nos élèves par contre n’étaient peut-être pas encore nés. Un petit rappel s’avère sans doute nécessaire, d’autant que Bertrand Piccard était déjà à l’origine de ce premier projet. Voici une vidéo qui résume l’aventure : http://www.ina.fr/video/CAC99012266 ina, Record tour du monde en ballon L’aventure se termine bien. Le ballon, parti le 1er mars 1999 de Château d’Oex, se pose 19 jours plus tard en Egypte, après avoir parcouru le plus long vol sans escale de l’histoire de l’aviation, en termes de durée et de distance. Plus de renseignements sur le site : http://bertrandpiccard.com/tour-du-monde-en-ballon bertrandpiccard.com, Tour du monde en ballon VOUS AVEZ DIT MÉTÉOROLOGIE ? Voici les grandes lignes de l’histoire de la météorologie. Cela vous permettra de répondre à quelques questions ou de raconter quelques anecdotes toujours les bienvenues pour agrémenter les leçons. Les premières traces d’observations et de prévisions météorologiques se situent au 1er millénaire avant J.-C. en Chine, dans un ouvrage de médecine qui englobe l’homme et son environnement. En Inde, on retrouve les premières mesures de précipitations des moussons en 400 avant J.-C. A cette même époque, les Grecs s’interrogent sur les phénomènes qui les entourent. Aris- tote décrit le cycle de l’eau et Théophraste publie le premier ouvrage de mé- téorologie d’Occident : « Les Signes du Temps ». Le Moyen-Age n’apporte pas de contribution aux bases scientifiques posées dans l’Antiquité. Dictons populaires et observations des nuages sont les outils des paysans. A la Renaissance, les premiers instruments-clés de la météorologie sont in- ventés. En 1644, Torricelli conçoit le baromètre à mercure pour résoudre les problèmes que posent les fontaines des jardins de Florence. Reprenant ses travaux, Blaise Pascal est convaincu que la pression atmosphérique est exer- cée par l’air qui se trouve au-dessus de nous. Il prévoit donc que la pression diminue avec l’altitude. Il envoie son beau-frère faire l’ascension du Puy de Dôme en septembre 1648, équipé d’un baromètre, et prouve ainsi sa théorie. Ferdinand II de Médicis, grand-duc de Toscane, plus passionné de sciences que de politique, est l’élève assidu de Galilée, puis de Torricelli. Avec son frère Léopold, il crée la première académie scientifique d’Europe dans son palais de Florence (Palazzo Pitti). En 1654, il perfectionne un modèle à eau pour créer un vrai thermomètre. Celui-ci compte 50 graduations. Il est rempli d’al- cool emprisonné dans un tube de verre.
  • 4. 4/15 LA MÉTÉO - GUIDE Si en Italie les recherches vont bon train, l’Angleterre n’est pas à la traîne. En 1667, Hooke mène des recherches grâce à un anémomètre. Halley cartographie les alizés en 1686. (cf. encadré de la fiche élève). Robert Hook (1635 - 1703) est un scientifique passionné par l’expéri- mentation. On lui doit de nombreuses observations faites au micros- cope, notamment la première description d’une cellule. Il perfectionne cet appareil à l’aide d’un système de lentilles. Il a laissé son nom à la loi d’élasticité des ressorts qu’il a découverte. Il est l’auteur de nombreuses inventions d’appareils. On lui attribue la découverte du téléphone acoustique, d’éléments de mouvements en horlogerie ou encore d’un télescope. Le météorologue Edward Lorenz énonce le problème, lors d’une conférence en 1972 : « Predictability : does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas ? » Cette question, restée célèbre sous le nom d’« effet papillon », traduit la difficulté de prévoir, dans le long terme, la situation météorologique (ou système chaotique) sans connaître avec exactitude sa si- tuation initiale ni tous les petits événements dont les effets pourraient avoir un impact non négligeable dans le temps. Même si des recherches plus récentes ont montré que ces petits effets sont noyés dans la masse des changements météorologiques, force est de constater, en l’état actuel de nos connais- sances, que les prévisions ne sont guère fiables à plus de cinq jours dans notre région. Les instruments de mesures se généralisant et les unités s’unifiant, des réseaux d’observations se créent. L’apparition du télégraphe facilite aussi les communications entre les différentes stations de mesures. C’est ainsi que l’on a pu vérifier que les formations nuageuses se déplacent sur le globe et que l’on peut prévoir le temps qu’il va faire. Les lâchers de ballons-sondes au début du 20ème siècle confirment que les masses d’air se déplacent et que, au gré de leurs rencontres, le temps change. Les armées impliquées dans la Première Guerre mondiale investissent énormément dans les recherches en météorologie. En effet, c’est grâce à celle-ci que l’on planifie le déploiement des troupes, ainsi que celui des flottes aérienne et maritime. On découvre par hasard que les radars utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale enregistrent des échos dus aux précipitations. Considérés dans un premier temps comme un désagrément, on les uti- lise rapidement pour améliorer la récolte de données météo. Mais les deux outils qui vont révolutionner la météo sont les satellites dès 1960 et l’informatique. En effet, les données recueillies par les satellites sont précises et couvrent de larges zones, dont beaucoup sont inhabitées et difficilement atteignables comme les pôles, les déserts et les océans. Les traitements informatiques des données, ainsi que la puissance de calcul des ordinateurs pour appliquer les modèles numériques, ont permis d’obtenir des prévisions dont nous connaissons la fiabilité.
  • 5. LA MÉTÉO - GUIDE 5/15 Quiz Attribue l’instrument à ce qu’il mesure : Pluviomètre Héliomètre Baromètre Thermomètre Anémomètre Girouette Hygromètre • Vitesse du vent • Direction du vent • Pression atmosphérique • Précipitations • Humidité • Rayonnement solaire • Température • • • • • • • Voici des liens vers deux baladodiffusions (Podcast) de l’émission « Si ça n’existait pas... » de la RTBF sur l’histoire et le fonctionnement de deux appareils de base en météorologie : le baromètre et le ther- momètre. http://www.rtbf.be/lapremiere/article_invention-le-barometre?id=6985123 rtbf, invention, Le baromètre http://www.rtbf.be/lapremiere/article_invention-le-thermometre?id=6093273 rtbf, invention, Le thermomètre LE CYCLE DE L’EAU Les élèves ont vu le cycle de l’eau (MSN 26 – matière). Cette fiche permet d’affiner un peu le modèle. Vous trouverez une petite animation de 1 minute 30 secondes qui en trace les lignes principales : http://www.edumedia-sciences.com/fr/a88-cycle-de-l-eau Edumedia, Cycle de l’eau Vous trouverez également un quiz en ligne qui reprend les points développés par la vidéo : http://www.edumedia-sciences.com/fr/a751-quiz-cycle-de-l-eau Edumedia, Quiz cycle de l’eau
  • 6. 6/15 LA MÉTÉO - GUIDE LA FORMATION DES NUAGES Il s’agit de la description du mécanisme général de la formation d’un nuage. Pour entrer plus en détail dans les mécanismes de celle-ci, vous pouvez consulter la fiche « LES NUAGES ». Vous y trouverez la classification des différents types de nuages et des exercices. Selon les cas, la condensation et le refroidissement de l’air vont être causés par différents facteurs. De même, la présence ou l’absence de mouvements des masses d’air durant leur formation va favoriser et modifier le développement et la forme des nuages. Bricotest Version journée chaude. Ce n’est pas la bouteille qui transpire ! L’air refroidit au contact de la bouteille. La couche d’air proche de la bouteille est plus froide que son environnement. Elle passe au-dessous du point de rosée. La vapeur excédentaire contenue dans l’air se condense contre le verre de la bouteille. Version journée froide. Nos poumons contiennent de l’air humide saturé d’eau dont la température est environ celle du corps (37°C). Lorsqu’on expire dans un environnement froid, dont la température marque un fort contraste avec notre corps, l’air expiré, en se refroidissant, passe au-dessous du point de rosée. L’excès de vapeur se condense, formant de la « buée ». ÇA SOUFFLE ! Voici un complément d’information sur la circulation atmosphérique qui crée des courants et influence les climats. Cela permet d’avoir une idée générale des causes de beaucoup de phénomènes clima- tiques (saison des pluies, mousson, sécheresse, etc.). Les régions équatoriales génèrent des masses d’air chaud qui s’élèvent, créant des zones de basses pressions qui attirent l’air chaud et humide situé entre les 30èmes parallèles N et S. Sur tout le pourtour L’aspect des couleurs est développé dans la fiche « LA LUMIÈRE ». Cette animation est accompagnée par une fiche pédagogique ainsi que par des dossiers complémen- taires : http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=14689&document_ id=22495&portlet_id=77665 Météo France – éducation – composition de l’atmosphère – animation, Le bleu du ciel de la Terre où le Soleil est au zénith, une ceinture de nuages va être créée (photo ci-contre). Dans cette zone intertropicale de convergence (ZIC) se forme une grande concentration de cumu- lonimbus. C’est là que convergent les alizés. Ce sont des vents réguliers soufflant des tropiques en direction de l’équateur tout en s’orientant vers
  • 7. LA MÉTÉO - GUIDE 7/15 l’ouest. Cette zone de convergence se déplace selon la saison et suit la répartition des terres, sources de chaleur. Lorsque le Soleil est au zénith du tropique du Cancer, c’est l’été dans l’hémisphère nord mais aussi la saison des pluies le long de ce tropique. Depuis des siècles, les marins ont remarqué cette zone de vents calmes (alizés) et sa zone cen- trale dangereuse qu’ils ont baptisée « pot au noir ». Des modifications à long terme de la ZIC peuvent engen- drer des problèmes dans les pays où la mousson est attendue en vain, ou au contraire où des inondations catastrophiques dévastent tout. Les régions proches des 30èmes pa- rallèles N ou S voient leur air humide aspiré par les alizés et reçoivent en échange l’air chaud et asséché de la région équatoriale après son pas- sage dans la troposphère. C’est pour cela que l’on trouve à ces latitudes les principaux déserts du monde. C’est là que règne le climat subtro- pical aride . 60°N 30°N 30°S 60°S 0° ZIC janvier ZIC juillet alizés en juillet alizés en janvier Océan Glacial Arctique Océan Indien Océan Atlantique Océan Pacifique Océan Pacifique Équatorial Tropical Méditerranéen Mousson Océanique Chinois Aride Continental Montagnard Polaire Ce mécanisme de transfert de masses d’air s’appelle la cellule de Hadley. Son origine est thermique et trouve sa source dans la variabili- té de l’énergie solaire en fonction de la latitude. C’est exactement selon ce même principe thermique que fonctionnent les cellules polaires. Des cellules de Ferrel se trouvent dans une zone comprise entre les 30ème et 60ème parallèles N ou S. Leur mécanisme n’est pas thermique. Ce sont les cellules voisines (les po- laires et celles de Hadley) qui forcent la circulation de l’air. 30°N 60°N 30°S 60°S 0° cellule polaire cellule de Ferrel cellule de Hadley alizés cellule de Hadley cellule de Ferrel cellule polaire
  • 8. 8/15 LA MÉTÉO - GUIDE Quiz Entre ces cellules se créent des vents canalisés qui peuvent être très forts, les courants-jets (jet streams). Longtemps ignorés car ils sont situés à des altitudes de plus de 6’000 m, ces courants sont utilisés par l’aviation pour gagner 1 h sur les trajets Europe – Amérique. Pour le vol de retour par contre, on les évite. Si dans le projet de Breitling Orbiter 3 les courants atmosphériques ont été abondamment utilisés, les pilotes de Solar Impulse vont éviter soigneusement les vents violents. L’avion ne suppor- terait pas des turbulences trop importantes. Il va chercher les zones de vent calme avec au maximum 110 km/h de vent arrière, 20 km/h de vent de face et 10 km/h de vent latéral ! Voici quelques documentaires sur ces sujets. Le climat et les courants atmosphériques : http://www.youtube.com/watch?v=sQZlgc41_k8 C’est pas sorcier, la planète sous toutes ses latitudes Les courants-jets, leur découverte et leurs effets : http://boutique.arte.tv/f2367-jetstreamrivieredevent BBC - John Groom, Stephen Wilkinson, Jet Stream, la rivière du vent Une animation accompagnée par une fiche pédagogique ainsi que par des dossiers complémentaires sur le thème de la circulation atmosphérique : http://education.meteofrance.fr/lycee/animations/utiliser-les-animations-en-classe/fiche- pedagogique-de-lanimation-la-circulation-generale-de-latmosphere Météo France, La machine climatique – les mouvement de l’atmosphère, Circulation générale atmosphérique Une séquence d’animation sur le thème de la cellule de Hadley et des courants-jets sur le site suivant : http://files.meteofrance.com/files/education/animations/circulation_generale/highres/ popup.html Un quiz en ligne qui reprend ces différents éléments après un résumé des notions théoriques : http://www.mesexercices.com/exercices/exercice-culture-2/exercice-culture-89282.php mesexercices.com, Quiz n° 89282: Anticyclones et dépressions 20°O 0° 20° E
  • 9. LA MÉTÉO - GUIDE 9/15 LES VENTS LOCAUX Les vents qui règnent en basse altitude portent des noms variant selon les régions. Un prolongement de cette fiche pourrait consister, pour les élèves, à rechercher des vents typiques de la région, à réper- torier leur direction sur une carte et à établir les paramètres nécessaires pour qu’ils se développent. Les vents principaux qui soufflent en Suisse sont présentés dans l’exercice 5. IL PLEUT, IL PLEUT BERGÈRE... Les perturbations qui traversent l’Europe centrale sont dues à la lutte entre des masses d’air polaire mises en mouvement par des zones de basse pression situées au nord de l’Europe et de masses d’air tropical entraînées par l’anticyclone des Açores. Cette confrontation débute sur l’Atlantique sur un front plus ou moins stationnaire. a) & b) La masse d’air chaud pénètre dans une zone d’air polaire qu’elle va creuser de plus en plus en formant une dépression. c) Tout en se déplaçant, elle va tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Il y aura donc deux limites qui se forment, l’une à l’avant de la masse d’air chaud (front chaud) et l’autre à l’arrière (front froid) formant deux bras. d) La perturbation est alors développée. Le front froid rattrapant le front chaud (occlusion), ils forment un λ. e) Les deux fronts vont s’annihiler car l’air chaud se trouve retranché de sa source de chaleur en étant soulevé par les deux masses d’air froid (voir figure page 8 de la fiche élève). Les masses se mélangent et les deux fronts se ré- sorbent. L’air continue de circuler par inertie mais la dépression a vécu. Il n’est pas rare de voir passer plusieurs perturbations de suite. Une jolie animation de Météo France expliquant le phénomène etaccompagnée d’une fiche pédago- gique, est disponible à l’endroit suivant : http://files.meteofrance.com/files/education/animations/perturbation_atmospherique/ highres/popup.html Météo France, Perturbation atmosphérique : d’où vient le mauvais temps ? air froid air chaud formation de la perturbation a) création de la zone de dépression mouvement de l’air b) air froid air chaud air froid air froid front froid front chaud dépression air chaud c) développement de la perturbation air froid air chaud occlusion air froid d) affaiblissement de la dépression e)
  • 10. 10/15 LA MÉTÉO - GUIDE LIRE UNE CARTE MÉTÉO Sur les cartes synoptiques de météo se trouve une foule de données que nous ne présenterons pas ici, comme le type de nuages présents, la pression, l’intensité des pluies, etc. C’est un aspect intéressant qui peut être développé dans le cadre d’un projet spécifique. A noter que la mesure de la vitesse des vents s’effectue en nœuds dans le milieu de la marine et de l’aviation. On qualifie la force des vents en degrés Beaufort. Des exercices de conversion sont dispo- nibles sur la fiche « Sur mesure » : http://www.elemo.ch/page-56959-fr.html Exploration des eaux lémaniques (elemo), fiches pédagogiques Quiz Grâce à ce pictogramme, même si tous les éléments ne sont pas indiqués dans la fiche, les élèves devraient déduire logi- quement que le vent vient du Sud-Ouest et qu’il a une vitesse de 25 nœuds environ. Le ciel est couvert, avec 75 % de nuages environ. L’émission suivante résume bien les différents phénomènes météorologiques et les prévisions : http://www.youtube.com/watch?v=ldlhPV5uOjk C’est pas sorcier, Météo : le bulletin des sorciers Bibliographie Un ouvrage généraliste très complet : Pierre Kohler, Comprendre la météorologie, Hachette Une brochure résumant bien les situations météorologiques en Suisse : Situations météorologiques typiques dans la région des Alpes, Office fédéral de météorologie et de climatologie http://www.meteosuisse.admin.ch/medialib/documents/fr/broschueren. Par.0001.File.tmp/brochure.pdf
  • 11. LA MÉTÉO - GUIDE 11/15 ET TOUT CELA EN CHIFFRES... Exercice 1 Les courants entre deux zones de haute pression ne sont pas très forts. Sur cette carte, on retrouve de larges bandes de hautes pressions au Nord comme au Sud. Elles sont d’origine thermique, comme l’anticyclone de Sibérie. On peut localiser sur cette carte les cellules de Hadley. L’origine des hautes pressions est alors due à la circulation atmosphérique et non au refroidissement de l’air. Exercice 2 a) La surface projetée à l’horizontale du toit qui capte la pluie mesure : longueur ∙ largueur = 25 ∙ 8 = 200 m2 Volume de l’eau qui n’est pas évacuée : surface ∙ hauteur de pluie = 200 ∙ 0,0336 = 6,72 m3 b) Calculons la quantité de pluie qui serait tombée sur Locarno en une journée sur une surface de 1 m2  : 0,0336 ∙ 1 ∙ 6 ∙ 24 = 4,8384 m3 ≈ 4’838 litres Cela voudrait dire qu’il y aurait eu 4’838 – 414 = 4’424 litres de plus au mètre carré. H H H H H H H H H H B B B B B BB B B B H H HH
  • 12. 12/15 LA MÉTÉO - GUIDE Exercice 3 Seule la pluie qui tombe dans l’entonnoir est recueillie. Elle est captée sur une surface de : π ∙ r2 = π ∙ 92 ≈ 254 cm2 = 0,0254 m2 Pour indiquer le relevé en l / m2 , il faut faire le calcul suivant : Exercice 4 Grâce à sa grande chaleur massique, l’eau de la mer, de l’océan ou des grands lacs a une température stable dans l’intervalle d’une journée. La terre ferme se réchauffe sous l’effet des rayons du Soleil. Cet apport de chaleur crée un courant ascendant. Cet appel d’air induit une brise qui vient du large. Il faut attendre le début de l’après-midi pour que les contrastes de température soient suffisants. Le soir au contraire, les rivages se refroidissent rapidement par opposition au large dont la température est relativement stable grâce à l’étendue d’eau. L’air se contracte et crée des courants dirigés vers la mer. Le sens de la brise est inversé. En soirée, la brise souffle donc en direction du large pendant quelques heures. La valeur numérique est la même lorsqu’elle est indiquée en mm. Le réservoir est rempli dès que les précipitations dépassent de plus de : On qualifie de faible une pluie continue de 1 à 3 mm par heure. Une pluie modérée consiste en 4 à 7 mm par heure alors qu’une pluie forte est de 8 mm par heure et plus. Cela implique que ce réservoir est petit et qu’il sera facilement rempli. En cas de pluie intense, le réservoir sera rempli avant la fin de la nuit. 103  ∙ 0,0254 103  ∙ 0,0254 nb ml lus sur le cylindre gradué 500 = 19,7 l / m2 = 19,7 mm
  • 13. LA MÉTÉO - GUIDE 13/15 Exercice 6 Exercice 5 La situation C correspond à la bise. Les vagues d’air froid polaire passent au nord de la zone de haute pression (Scandinavie). Un air continental sec et tempéré souffle sur la Suisse de direction est, nord- est. Plus rarement, la bise se fait beaucoup plus forte. On parle alors de « bise noire ». Elle est due à la haute pression associée à une dépression active positionnée sur la Méditerranée. Les vents sont violents et accompagnés de précipitations. La situation A correspond à un vent d’ouest. Il n’y a pas d’anticyclone fort à l’ouest qui empêche le passage de perturbations entraînées d’ouest en est par le courant-jet. Dans la situation B, le foehn s’installe sur la Suisse. Les isobares sont très serrées. Elles mettent en évidence la grande différence de pression qui règne entre le nord et le sud des Alpes. Le massif mon- tagneux fait barrage. L’air du Sud est soumis à une beaucoup plus grande pression que l’air au nord des Alpes. Pour équilibrer la pression, l’air passe la chaîne montagneuse. En s’élevant, la température baisse et l’humidité se condense. Il y aura de fortes précipitations sur le versant sud. Une fois les sommets passés, l’air asséché se réchauffe. Cet air sec se réchauffe mieux qu’il ne s’est refroidi à la montée lorsqu’il était humide. Il pourrait contenir encore plus de vapeur d’eau. C’est donc un air prêt à absorber l’humidité qui dévale les pentes nord des Alpes. Cet air sec crée un ciel dégagé et net. Sous l’effet du foehn, la neige peut fondre de façon impressionnante. On peut observer de brusques réchauffements de température de plus de 10°C en quelques heures. Selon l’orientation des vallées, ce vent peut être fort et atteindre fa- cilement des pointes de plus de 150 km/h. On peut retrouver le même principe avec des fortes pressions au nord et des basses pressions au sud du massif. On parle alors de foehn du Nord. Cet effet de foehn a intrigué les scientifiques dès le 19ème siècle. Ce phénomène est commun à toutes les chaînes de montagnes du monde. Ainsi le « Chinook », comme on le nomme en Amérique du Nord, est responsable d’un passage de température de -30 °C à 12 °C en une nuit lors des Jeux de Calgary en 1998 ! En activité complémen- taire, on pourrait de- mander aux élèves de localiser ces villes. Ces données permettent de discuter des différents climats, des saisons in- versées entre les deux hémisphères, etc. Jan. Fév. 0 100 200 300 400 Moyenne mensuelle des précipitations, en mm Genève Cambera Calcutta Tombouctou Québec Sao Paolo Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. -10 [°C] [°C] -4 6 16 -10 0 10 20 ∆T ≈ -6°C/km ∆T ≈ -10°C/km ∆T ≈ 10°C/km{ {
  • 14. 14/15 LA MÉTÉO - GUIDE TECHNOLOGIE : CONSTRUIS TA STATION MÉTÉO ! Il existe une foule de modèles de dispositifs pour prendre des mesures de conditions atmosphériques. Ce sont des montages que l’on peut élaborer et perfectionner en partenariat avec le maître d’AC&M. Le matériel utilisé peut être trouvé dans n’importe quel magasin de bricolage. Par contre, il nécessite quelques outils. Il faudra bien encadrer les élèves lorsqu’il s’agira de faire un trou, à l’aide d’une per- ceuse par exemple. LA GIROUETTE Il existe des girouettes de formes très variées, elles peuvent aussi être peintes et décorées. Les élèves pourront ainsi laisser libre cours à leur imagination. Si l’on confectionne un grand nombre de girouettes avec une classe, on peut aller en extérieur par temps un peu venteux pour étudier comment le vent s’engouffre entre des obstacles, comme un angle de bâtiment. Il est alors possible de cartographier la direction des courants. On peut aussi fabriquer une manche à air dont la structure en fil de fer ser- vira d’ossature. Elle peut faire l’objet d’un travail de couture. Elle ne permet pas d’obtenir des mesures mais d’évaluer la direction du vent et sa force. Céréales Killer (CC-BY-SA)
  • 15. LA MÉTÉO - GUIDE 15/15 LE PLUVIOMÈTRE Il faudra choisir un entonnoir adapté à la taille du cylindre gradué ou réciproquement. L’étalonnage de l’appareil offre un exercice de géométrie intéressant, qui implique plusieurs notions. Pour sa résolution, il faut se référer à l’Exercice 3. Nous ne présenterons pas ici de modèles de thermomètres ou de baromètres qui sont souvent construits dans le cadre des cours de sciences. Un document sur cette activité fait déjà l’objet d’une fiche proposée pour les OCOM. A relever qu’il y a une foule de modèles proposés dans le livre « Météorologie - Eléments de l’activité créatrice manuelle » de Beat Suter et Christian Rohrer aux éditions de la Société suisse de travail ma- nuel et de réforme scolaire. Il faut profiter d’utiliser ces dispositifs, ou d’autres achetés dans le commerce, pour faire des expé- riences, réaliser des graphiques et entraîner ainsi le chapitre des fonctions. L’ANÉMOMÈTRE Pour l’anémomètre, il faudra en étalonner un modèle lors d’un trajet en voiture. Lorsqu’il n’y a pas de vent, on roulera à vitesse constante sur une section de route droite. Cela permettra au copilote de dé- terminer le nombre de tours effectués par le dispositif alors que la vitesse relative de l’air environnant correspondra à la vitesse de la voiture. La précision sera toute relative, mais permettra d’avoir un ordre de grandeur de la vitesse du vent. Voici les résultats obtenus pour le modèle en photo. Il est constitué de deux baguettes de 80 cm et de demi-balles de tennis. La masse totale de la partie mobile est de 225 g. Il n’est pas facile de réaliser des mesures à des vitesses plus éle- vées. L’axe de montage étant peu solide, je craignais que la partie mobile ne soit arrachée par la force de l’air. Vitesse de l’air [km/h] Nb de tours en 20s 20 4 30 8 40 12 50 16 On peut réaliser de plus petits modèles avec des balles de ping-pong et des baguettes de brochettes : http://lascienceadeuxmains.com/?page_id=126 La science à deux mains, Anémomètres