SVT Thème 2 : Enjeux planétaires contemporains Term S ...
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SVT Thème 2 : Enjeux planétaires contemporains Term S TP Thème 2A / Chapitre 1 : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre ESTHER TP 2 : Etude comparative de la convection et de la conduction L’origine de l’énergie thermique libérée à la surface de la Terre est principalement radioactive. Le manteau est responsable de la majeure partie de cette libération d’énergie. Nous nous demanderons donc par quels mécanismes cette énergie est évacuée à la surface de la Terre. Objectif : Montrez que les transferts d’énergie par convection sont plus efficaces que les transferts d’énergie par conduction. Doc 1. Liste du matériel disponible : - Béchers - Bec électrique (ou plaque chauffante) - Thermomètres reliés à un système ExAO - Purée en flocons + eau - Module d’enregistrement des mesures ExAO (Atelier Scientifique) Doc 2. Définitions de la convection et de la conduction Conduction : transfert thermique réalisé de proche en proche (par transmission d’une agitation des atomes) sans mouvement de matière Convection : transfert thermique réalisé par le déplacement d’un matériau du fait de différence de densité entre des secteurs chauds et des secteurs froids. Doc 3. Les conditions de la convection Dans un environnement solide, des mouvements peuvent se réaliser dans le matériau sous certaines conditions. Des différences de températures peuvent générer une remontée de matériel chaud, alors que les matériaux refroidis vont descendre. Cela est possible si la roche est suffisamment fluide donc si sa viscosité est faible. En effet, plus la viscosité (= résistance à l’écoulement d’un matériau) est forte, plus la capacité du fluide à s’écouler diminue. La convection dépend donc de la viscosité du matériau et de ses différences de températures. Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème (10 minutes) Proposez un protocole afin de montrer que les transferts par conduction sont moins efficaces que les transferts par convection. Étape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Après validation de votre protocole, réalisez ce protocole. Attention, même si votre protocole est juste, une version modifiée peut vous être imposée en raison des contraintes de matériel disponible (il en est de même le jour des ECE). Étape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer Sous la forme de votre choix, présenter et traiter les données brutes pour qu'elles apportent les informations nécessaires à la résolution du problème. Étape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème A partir de vos résultats et des documents de tomographies sismiques présentés, montrez que les transferts d’énergie par convection sont plus efficaces et que l’utilisation de la tomographie permet de valider les mouvements convectifs du manteau. Activités Compétences Evaluation. 1. Conception d’un protocole expérimental Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique A B C D 2. Réalisation des expériences Mettre en œuvre un protocole expérimental / Suivre un proto- cole expérimental ExAO A B C D 3 et4. Réalisation d’un compte-rendu numérique sur Atelier Scientifique Traiter des données et communiquer des résultats Exploiter les données obtenues pour répondre au problème A B C D A B C D 5. Limites du modèle Avoir un esprit critique / Comprendre les limites d’un modèle 6. Documents de tomographie sismique Comprendre le principe de la méthode et savoir l’exploiter Tomographie sismique : méthode géophysique qui s’appuie sur l’étude de décalage d’arrivée des ondes sismiques aux stations qui permet de mettre en évidence les hétérogénéités de températures du manteau (les zones froides accélèrent les ondes, les zones chaudes les ralentissent) et ainsi de modéliser les mouvements convectifs du manteau. Documents ressources Quelques exemples de données tomographiques dans le monde.
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SVT Thème2:Enjeuxplanétairescontemporains TermSTP Thème2A/Chapitre1:GéothermieetpropriétésthermiquesdelaTerre ESTHER
TP2:Etudecomparativedelaconvectionetdelaconduction
L’origine de l’énergie thermique libérée à la surface de la Terre est principalement radioactive. Lemanteauestresponsabledelamajeurepartiedecettelibérationd’énergie.NousnousdemanderonsdoncparquelsmécanismescetteénergieestévacuéeàlasurfacedelaTerre.
Objectif:Montrezque les transfertsd’énergieparconvectionsontplusefficacesque les transfertsd’énergieparconduction.
Doc1.Listedumatérieldisponible:- Béchers- Becélectrique(ouplaquechauffante)- ThermomètresreliésàunsystèmeExAO- Puréeenflocons+eau- Moduled’enregistrementdesmesuresExAO(AtelierScientifique)
Doc2.DéfinitionsdelaconvectionetdelaconductionConduction: transfert thermiqueréalisédeprocheenproche(par transmissiond’uneagitationdesatomes)sansmouvementdematièreConvection: transfert thermique réalisé par le déplacement d’unmatériau du fait de différence de densitéentredessecteurschaudsetdessecteursfroids.
Doc3.LesconditionsdelaconvectionDans un environnement solide, des mouvements peuvent se réaliser dans le matériau sous certaines
conditions.Desdifférencesde températurespeuvent générerune remontéedematériel chaud, alorsque lesmatériauxrefroidisvontdescendre.Celaestpossiblesilarocheestsuffisammentfluidedoncsisaviscositéestfaible.Eneffet,pluslaviscosité(=résistanceàl’écoulementd’unmatériau)estforte,pluslacapacitédufluideàs’écouler diminue. La convection dépend donc de la viscosité du matériau et de ses différences detempératures.
Etape1:Concevoirunestratégiepourrésoudreunesituation-problème(10minutes)
Proposez un protocole afin de montrer que les transferts par conduction sont moins efficaces que lestransfertsparconvection.
Étape2:Mettreenœuvreunprotocolederésolutionpourobtenirdesrésultatsexploitables
Après validation de votre protocole, réalisez ce protocole.Attention,même si votre protocole est juste, uneversionmodifiéepeutvousêtreimposéeenraisondescontraintesdematérieldisponible(ilenestdemêmelejourdesECE).
Étape3:Présenterlesrésultatspourlescommuniquer
Sous la forme de votre choix, présenter et traiter lesdonnées brutes pour qu'elles apportent les informationsnécessairesàlarésolutionduproblème.
Étape4:Exploiterlesrésultatsobtenuspourrépondreau
problème
A partir de vos résultats et des documents de tomographiessismiquesprésentés,montrezque lestransfertsd’énergieparconvection sont plus efficaces et que l’utilisation de latomographie permet de valider les mouvements convectifs dumanteau.
Activités Compétences Evaluation.1.Conceptiond’unprotocoleexpérimental
Concevoirunestratégiepourrésoudreunproblèmescientifique ABCD
2.Réalisationdesexpériences Mettre enœuvre un protocole expérimental / Suivre un proto-coleexpérimentalExAO
ABCD
3et4.Réalisationd’uncompte-rendunumériquesurAtelierScientifique
TraiterdesdonnéesetcommuniquerdesrésultatsExploiterlesdonnéesobtenuespourrépondreauproblème
ABCDABCD
5.Limitesdumodèle Avoirunespritcritique/Comprendreleslimitesd’unmodèle 6.Documentsdetomographiesismique Comprendreleprincipedelaméthodeetsavoirl’exploiter
Tomographie sismique: méthodegéophysique qui s’appuie sur l’étude dedécalage d’arrivée des ondes sismiquesaux stations qui permet de mettre enévidence les hétérogénéités detempératures du manteau (les zonesfroides accélèrent les ondes, les zoneschaudes les ralentissent) et ainsi demodéliserlesmouvementsconvectifsdumanteau.
Documentsressources
Quelquesexemplesdedonnéestomographiquesdanslemonde.
