*****Comparer des répartitions spatiales pour expliquer – Le cas du phytoplancton

  • Année: 4e
  • Prérequis: connaissance des modèles de la circulation atmosphérique, des courants marins et de la révolution de la Terre.
  • Durée estimée:2 X 50′
  • Niveau de complexité

1. Contextualisation dans le parcours d’apprentissage en géographie

Le phytoplancton est à la base de la chaine alimentaire dans les océans. À ce titre, cette composante de l’espace va conditionner la répartition des ressources alimentaires dans les océans.

Lien entre la chlorophylle et le phytoplancton
Le phytoplancton constitue une partie importante de la chaine alimentaire de l’océan, car de nombreux animaux (tels que les petits poissons et les baleines) s’en nourrissent. Les scientifiques peuvent en apprendre beaucoup sur l’océan en observant où et quand le phytoplancton se développe en grand nombre. Les scientifiques utilisent des satellites pour mesurer la quantité de phytoplancton en croissance dans l’océan en observant la couleur de la lumière réfléchie par les eaux peu profondes. Le phytoplancton contient un pigment photosynthétique appelé chlorophylle qui leur donne une couleur verdâtre. Lorsque le phytoplancton se développe en grand nombre, l’océan apparait verdâtre.

L’analyse de la répartition de cette ressource permettra de mettre en place ou de consolider différents savoirs et savoir-faire prévus au programme en 4e année.

L’objet est d’expliquer une dynamique spatiale en faisant référence à la connaissance de différents modèles et en maitrisant un vocabulaire et des repères spatiaux en nombre suffisant. Cette combinaison rend cette tâche particulièrement complexe.

2. Documents

  • Une carte sur laquelle la position de la ZCIT est placée aux solstices (voir atlas numérique de 4e année)
  • Portail “Earth Observatory” de la NASA,
  1. Ouvrir le lien https://earthobservatory.nasa.gov/global-maps
  2. Choisir la carte intitulée Chlorophyll
  3. À l’aide du bouton play, il est possible de visualiser la répartition de la chlorophylle sur plusieurs années (une année suffit pour l’exercice).
    N.B. : l’animation peut être téléchargée en cliquant sur « mov »
  4. mettre en comparaison la couche du bilan radiatif
  • Atlas numérique de 4e année
    Sélectionner la couche des courants marins
    La carte des courants marins permet de comprendre la présence de phytoplancton le long des côtes S W d’Afrique , et S E d’Amérique du Sud (courants froids permanents) et l’influence du Gulf Stream (corridor écologique) qui est un courant marin chaud le long du golfe du Mexique et des côtes est Américaines

3. Consignes

Consignes relatives aux tâches de comparaison

Sur la base de l’animation de l’évolution de la répartition de la chlorophylle, de l’animation de la température des eaux océaniques de surface et sur la base des courants marins, rédiger un court texte qui explique la répartition et l’évolution de la concentration en chlorophylle dans les océans au cours de l’année en faisant référence au modèle de la circulation atmosphérique et des courants marins.

Sur la base du texte ci-dessous, des cartes de la chlorophylle et  des courants marins, mettez en évidence deux espaces sur Terre ou le phénomène d’upwelling est présent.

Texte extrait du site “Aquaportail.com”, https://www.aquaportail.com/definition-2949-upwelling.html,  consulté en septembre 2019
L’upwelling côtier est le plus connu et le plus lié aux activités humaines, car il donne naissance aux zones de pêche les plus productives. Les eaux profondes sont riches en nutriments qui comprennent les nitrates et les phosphates, qui sont le produit de la décomposition de la matière organique coulée des eaux de surface. Lorsqu’ils sont amenés à la surface, ces nutriments sont utilisés par le phytoplancton, avec du CO2 dissous (dioxyde de carbone) et l’énergie solaire, pour produire des composés organiques à travers le processus de photosynthèse. De cette manière, les régions d’upwelling produisent des niveaux de production primaire très élevés (la quantité de carbone fixée par le phytoplancton) par rapport à d’autres zones de l’océan. La production primaire élevée induit l’activité de la chaine alimentaire puisque le phytoplancton est la base de la nourriture océanique.

Consignes relatives à la maitrise des ressources (savoirs et savoir-faire)

Sur la carte sur laquelle figurent les positions de la ZCIT aux solstices:

  • Notez les dates pour les deux positions de la ZCIT
  • Indiquez par des flèches la direction générale des alizés pour les solstices au niveau de l’Océan Pacifique et de l’Océan indien
  • Explicitez en quelques mots la ZCIT en prenant appui sur les informations de la carte.
  • Indiquez, pour les équinoxes, la position théorique des grandes zones de HP et de BP dans l’Atlantique

Justifiez en quelques lignes l’évolution saisonnière des températures des océans en faisant référence au modèle de la révolution de la Terre.

4. Exemple de production(s) attendue(s)

Les plus fortes concentrations de chlorophylle se trouvent dans des eaux polaires froides ainsi qu’à l’équateur et le long des littoraux.

Quel lien avec les températures?

Les plus fortes concentrations s’observent dans les eaux plus froides, notamment du fait de la latitude (bilan radiatif plus faible).

Quel liens avec les courants marins?

Les plus fortes concentrations s’observent là où les courants marins provoquent des remontées d’eau froide:

  • du fait des vents dominants d’est à l’équateur qui créent un courant marin avec des remontées d’eau plus froide
  • du fait des courants marins qui entrent en contact avec la pente montante au niveau des espaces côtiers et qui font remonter les eaux froides (upwelling), notamment le long des côtes occidentales de l’Amérique du Nord et du Sud et de l’Afrique australe.

Annotations sur la carte:
Les flèches indiquent la direction générale des alizés aux solstices. La ZCIT est la zone de rencontre de ces alizés (zone de convergence intertropicale)

Évolution saisonnière des températures sur Terre en lien avec le modèle de la révolution.

Du fait de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre de 23°27 sur le plan de l’écliptique, le rayonnement solaire est plus important (au zénith à midi) au Tropique du Cancer le 21/06. C’est le solstice d’été. C’est théoriquement l’endroit le plus chaud sur Terre, là où la concentration d’énergie solaire par unité de surface est la plus importante. En pratique, du fait de l’inertie thermique des continents et océans, cet endroit se situe entre l’équateur et le tropique du Cancer ou au-delà en Asie du fait de l’importance de masse continentale (qui se réchauffe plus rapidement que les océans).

Le 21/12, cette situation s’est déplacée vers le Tropique du Capricorne. C’est le solstice d’hiver.

Entre ces deux moments, le 21/03 et le 21/09, les équinoxes de printemps et d’automne, c’est à l’équateur que l’endroit est théoriquement le plus chaud. Cette situation théorique est perturbée du fait de la couverture nuageuse plus importante à l’équateur, de l’importance des masses continentales (qui se réchauffent plus vite que les océans) et de courants marins.

5. Apprentissages à structurer dans le cours

  • Savoirs (consolidation):
    • le modèle spatial de la circulation atmosphérique
    • le modèle spatial des courants marins
    • le modèle de la révolution de la Terre et le lien théorique entre la t° et la latitude et sa dynamique en fonction des saisons.
    • le modèle du bilan radiatif
  • Savoir-faire: Annoter une carte numérique et la partager
  • Capacité à réaliser des tâches: face à une nouvelle répartition spatiale, il faut être à même de la comparer avec celles issues des modèles de la circulation atmosphérique et des courants marins pour justifier l’observation.

6. Exemple de grille d’évaluation des apprentissages et des acquis.

Exemple de grille d’évaluation
Apprentissage/Certification Critères de qualité Pondération
Tâche de comparaison Comparer des répartitions spatiales pour expliquer La répartition de la chlorophylle est correctement exprimée 0/2
Le lien avec les températures est pertinent 0/2
Le lien avec les courants marins est pertinent 0/2/4
Deux endroits d’upwelling sont mis en évidence sur la carte 0/1/2
Savoirs En lien avec le modèle simplifié de la circulation atmosphérique La ZCIT est datée correctement 0/1/2
La direction des alizés est correctement figurée pour les solstices 0/1/2/3/4
Les zones de pressions sont correctement identifiées et positionnées 0/1/2/3/4/5
La ZCIT est explicitée à l’aide des informations de la carte 0/1/2
Lien entre l’évolution saisonnière des températures avec la latitude et le modèle de la révolution de la Terre Il est fait référence

à l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre sur le plan de l’écliptique

à l’endroit où ce rayonnement est le plus important par unité de surface aux solstices et aux équinoxes

à l’effet des continents et des courants marins

0/2/4/6
Savoir-faire Manipulation des outils numériques La carte est annotée de manière lisible et pertinente 0/1/2

7. Pistes pour la certification des acquis

Si les savoirs étaient déjà acquis, la situation ci-dessus permet de certifier les acquis.

Dans le cas contraire, ces savoirs seront mobilisés dans une nouvelle situation qui présente une variation saisonnière similaire à celle de la Chlorophylle (p.ex. les périodes de culture ou de croissance des plantes…).

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *