Résumé Dans ce projet pédagogique, les élèves jouent le rôle de scientifiques qui sont invités à échanger leurs connaissances sur l’ozone lors d’une conférence.








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Ce projet a reçu un financement dans le cadre du 7ème programme-cadre de l'Union Européenne pour la recherche et le développement technologique sous l'agrément n°[321278].

EUPRB

Conférence sur l’ozone

Domaine conceptuel

Atmosphère terrestre, transformation chimique, conditions d’une transformation chimique, rayonnement solaire, conditions des mutations génétiques, effets de certaines mutations sur la santé, bio-indicateurs

Situation

Les élèves sont des scientifiques qui partagent leurs connaissances sur l’ozone troposphérique et l’ozone stratosphérique lors d’une conférence visant à faire un état des lieux et à formuler des recommandations.

Investigation

Étude de documents et travail expérimental (évaluation de la teneur en ozone dans l’atmosphère locale à l’aide de plants de tabac comme bio-indicateurs)

Production

Affiche

Présentation orale (éventuellement basée sur un diaporama)

Rédaction d’une synthèse de la conférence à destination des décideurs

Durée indicative

7 séances d’1h30


Conférence sur l’Ozone

Descriptif pour les professeurs

Résumé

Dans ce projet pédagogique, les élèves jouent le rôle de scientifiques qui sont invités à échanger leurs connaissances sur l’ozone lors d’une conférence. Cette conférence s’organise en deux sessions : la première concerne l’ozone troposphérique, la seconde l’ozone stratosphérique. Pour préparer ces sessions, les élèves disposent d’articles scientifiques et réalisent un travail expérimental (évaluation de la teneur en ozone dans l’atmosphère locale à l’aide de plants de tabac comme bio-indicateurs). Au cours de chaque session, ils assistent à trois exposés, puis en discutent en petits groupes et cherchent à formuler des recommandations qu’ils présentent ensuite en séance plénière. Au terme de la conférence, ils rédigent une synthèse à destination des décideurs.

Savoirs mis en jeu

  • La formation d’oxygène dans l’atmosphère de la Terre a évolué et entraîné le développement d’une couche d’ozone.

  • La couche d’ozone a permis de filtrer les rayons ultraviolets nocifs du Soleil permettant ainsi l’évolution de nouveaux organismes vivants.

  • La chaleur libérée par la combustion des carburants peut initier une réaction entre le dioxygène et le diazote de l’air, qui entraîne la formation d’oxydes d’azote.

  • Les oxydes d’azote sont nocifs pour les plantes et les animaux.

  • Le rayonnement ultraviolet peut passer à travers la peau et pénétrer en profondeur dans les tissus. Des doses élevées peuvent entraîner la mutation des cellules normales en cellules cancéreuses.

Session 1

  • Introduction

  • Communications orales (articles 1, 2 et 3)

  • Débats

  • Séance plénière

Lancement

Synthèses des articles

Préparation de la communication orale

Traitement de données locales

Travail expérimental

Session 2

  • Introduction

  • Communications orales (articles A, B et C)

  • Débats

  • Séance plénière

Un bio-indicateur est une espèce végétale ou animale qui fait l’objet de mesures permettant d’indiquer la présence ou l’effet de polluants.

Canevas


Conclusion de la conférence :

synthèse destinée aux décideurs



REMARQUE : les résultats sur les plants de tabac ne sont utilisables qu’après 4 semaines de relevés, si les plants grandissent bien. Les élèves ne disposeront donc de données qu’après la session 1… le recueil de données au long cours est aussi une contrainte de chercheur !

Compétences visées

  • Mobiliser des notions et des modèles scientifiques pour expliquer des phénomènes

  • Obtenir et enregistrer des données provenant de sources primaires et secondaires

  • Analyser des résultats de manière critique

  • Utiliser des outils de communication appropriés, y compris les TICE, pour rendre compte de son travail et discuter des questions scientifiques.

  • Évaluer des faits et exprimer des avis concernant les grands enjeux environnementaux auxquels la société doit faire face

Cette activité est aussi l’occasion pour les élèves de :

  • Rechercher, expérimenter, discuter et développer des arguments

  • Partir d’exemples de la vie courante pour développer son sens de la curiosité


Prérequis

Avant de se lancer dans ce dossier de recherche, les élèves devraient avoir quelques connaissances basiques sur les réactions chimiques (réactifs, produits, équation de réaction) et sur la composition de la lumière solaire (spectre électromagnétique, longueur d’onde, lumière visible, UV).

Déroulement

Séance 1


Lancement

Lecture et synthèse des articles

Présentation du tabac comme bio-indicateur de l’ozone, installation des plants de tabac

Classe entière

Groupes

Classe entière

Groupes

Séances 2 et 3


Affiche

Préparation de l’exposé

Relevés expérimentaux

Groupes

Séance4


Relevés expérimentaux

Première session

Exposés

Discussions en groupes

Session plénière

Groupes

Classe entière

Groupes différents du précédent

Classe entière

Séance 5


Relevés expérimentaux

Traitement des données issues de stations de mesures locales

Seul ou en groupes

Séance 6


Relevés expérimentaux

Seconde session

Exposés

Discussions en groupes

Session plénière

Groupes

Classe entière

Groupes différents des précédents

Classe entière

Séance 7

Retour sur les recommandations au vu des résultats du bio-indicateur

Conclusion de la conférence : rédaction d’une synthèse argumentée destinée aux décideurs

Pour une participation à la conférence nationale Chain Reaction : sélection des posters et des équipes représentant l’établissement.

Groupes

Seul ou en groupes

Classe entière

Indications pour la mise en œuvre

  1. Lancement

L’enseignant remet aux élèves la fiche « Résumé et gestion du projet » qui récapitule le travail à faire et qui permet à chaque élève de gérer l’avancement de ses travaux. Ensuite l’enseignant distribue l’invitation à la conférence. Pour préparer cette conférence, les élèves doivent commencer par lire, étudier et synthétiser un article scientifique qui présente l’un des aspects du sujet. Les synthèses devront être réalisées avec clarté de sorte que les autres élèves les comprennent et puissent s’y référer dans les discussions qui auront lieu lors de la conférence.

  1. Préparation de la conférence

Six articles scientifiques seront présentés lors de la conférence, trois lors de la première session et trois autres lors de la deuxième. On peut donc diviser la classe en six groupes, et attribuer à chacun un seul article, avec pour mission d’en faire une synthèse la plus claire, précise et concise possible. Cette synthèse sera rédigée sur une affiche qui sera exposée pendant la session correspondante. Ainsi, les synthèses permettront au reste de la classe de prendre des notes plus facilement lors des exposés. Dans chaque groupe, une personne est choisie pour présenter oralement l’article lors de la conférence. Cette personne pourra lire l’article ou exposer sa propre version des informations. De toute façon, elle devra répéter, seule ou devant son groupe, avant de faire sa communication devant toute la classe. Chaque groupe peut préparer un diaporama pour accompagner cet exposé.

Remarque : D’autres modalités de travail peuvent être envisagées. Par exemple, on peut diviser la classe en trois groupes au lieu de six, et leur faire étudier chacun un article de la première session (article 1, 2 ou 3), puis un article de la deuxième session (article A, B ou C).

  1. Travail expérimental

La démarche et le protocole permettant d’évaluer la teneur en ozone dans l’atmosphère locale, à l’aide de plants de tabac Bel-W3 comme bio-indicateurs, sont détaillés p.8 et 9. Pour mener à bien ce travail expérimental, il est souhaitable que chaque pied soit parvenu à l’âge de sept semaines. Il est donc nécessaire de mettre les graines en culture et de préparer les semis bien avant de lancer la séquence de travail avec les élèves.

  1. Première Session

Le thème de cette session est l’ozone troposphérique. Le document intitulé « Introduction à la Session 1 » est une présentation générale du sujet. Il insiste sur le fait que l’ozone est dangereux pour nous, mais que la couche d’ozone de la stratosphère, quant à elle, nous protège des rayonnements ultraviolets. Ce document est destiné à l’enseignant qui, en ouverture de la session, peut le lire ou en faire un résumé.

Les trois articles scientifiques qui seront présentés par les élèves sont :

  1. Formation de l’ozone dans la troposphère

  2. Surveillance de l’ozone troposphérique en Europe

  3. Effets de l’ozone sur les humains, la faune et la flore

Pendant les exposés, la classe doit prendre des notes ou recopier les synthèses. Celles-ci, disponibles sous forme de posters, peuvent être consultées et utilisées tout au long de la conférence. Ensuite, la classe est scindée en plusieurs groupes pour discuter du contenu des exposés et réfléchir à de nouvelles recommandations qui permettraient de réduire les niveaux d’ozone en Europe. Cette phase devrait prendre environ 20 minutes. Puis la classe se réunit en séance plénière. Chaque groupe présente ses recommandations, et l’enseignant les récapitule à l’aide d’un rétroprojecteur, d’un vidéoprojecteur ou d’un tableau interactif.

Remarque : Dans le premier document, le rôle des oxydes d’azote (NOx) dans la formation de l’ozone est simplifié. Le monoxyde d’azote (NO) réagit en fait avec l’ozone pour donner du dioxygène selon la réaction suivante :

NO + O3 NO2 + O2

L’effet du NO2 est supérieur à celui du NO, celui-ci n’est donc pas mentionné dans le but d’éviter toute confusion inutile.

  1. Seconde Session

Son organisation est semblable à celle de la première session. Le document intitulé « Introduction à la Session 2 » apporte une brève explication sur la façon dont les rayonnements ultraviolets engendrent la formation d’ozone. En effet, l’oxygène libre réagit avec les molécules de dioxygène seulement si d’autres molécules sont présentes pour permettre un transfert d’énergie pendant la réaction. Ces autres molécules sont en général des molécules de diazote. Ce document est destiné à l’enseignant qui peut le lire pour introduire la seconde session.

Les trois articles qui seront présentés par les élèves sont :

  1. Surveillance de la couche d’ozone

  2. Origines de l’appauvrissement de la couche d’ozone

  3. Conséquences de l’appauvrissement de la couche d’ozone

Comme à la session précédente, suite aux exposés, se tiennent des groupes de discussion et une session plénière dont l’enseignant effectue la synthèse. Dans cette session, les groupes de discussion doivent réfléchir aux actions qui pourraient être menées pour éviter que la couche d’ozone s’amincisse davantage.

Dans les deux sessions, les élèves doivent être conscients que leurs recommandations peuvent avoir des conséquences économiques et sociales. Les alternatives aux CFC sont onéreuses, et, pour certaines applications, ils n’ont pas encore d’équivalents. Si, pour éviter l’émission d’ozone au niveau du sol, les élèves recommandent de réduire la circulation automobile, ils doivent proposer des alternatives concrètes et tenir compte des oppositions de toutes sortes de la part de groupes de pression, car les enjeux économiques sont importants (ces réductions pèseraient sur les sociétés pétrolières, automobiles et de transport routier, ce qui pourrait entraîner des pertes d’emplois).

  1. Conclusion de la conférence

Pour terminer, les élèves rédigent une synthèse destinée aux décideurs (par exemple du Parlement Européen) qui présente les recommandations de façon argumentée.

Le cas échéant, ils sélectionnent les groupes et les posters destinés à représenter l’établissement à l’occasion de la conférence nationale Chain Reaction
Le tabac, bio-indicateur de la teneur troposphérique en ozone

D’après la publication de J.P.Garrec, INRA Nancy, protocole WWF

D’après le site académique de SVT de Lyon
http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article219

Deux variétés de plants de tabac (Nicotiana tabacum) sont sensibles au taux d’ozone : la variété Bel-W3 a une sensibilité seuil de 40 ppb (variété très sensible), la variété Bel-B a une sensibilité seuil de 80 ppb.

NB : 1 ppb, pour l’ozone, correspond à 2 µg/m3

C’est à partir de l’étendue des dégâts foliaires se manifestant sous forme de taches de couleur crème ou marron que le degré de pollution par l’ozone sera évalué. Les taches ont au début un diamètre de 1,5 mm puis elles s’agrandissent, se rejoignent, peuvent détruire la feuille et provoquer sa chute. Les taches crème indiquent une dégradation rapide par l’ozone. La chaleur et un ensoleillement plus fort font que les taches se formeront plus rapidement, en présence d’ozone. Les étendus des dégâts foliaires sont comparés avec la fiche nommée " Carte de densité des taches " afin de déterminer le degré de pollution. Les fiches de relevés permettent de noter l’indice pour 10 feuilles par plant, pendant 4 semaines. Le tabac demande un climat doux : la période de test sera le mois de mai.
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