Evolution des températures : analyse graphique

L’activité en bref

Il s’agit d’apprendre à lire et analyser un graphique reprenant des données d’actualité.

Public cible

Cette activité d’approche graphique des fonctions peut être proposée aux élèves de 3GT, TT, TQ  (enseignements général, technique de transition, technique de qualification) , en 5TQ et d’autres.

Les questions 4 et 5 peuvent être vues dans le cadre des manipulations de graphiques de fonctions en 4GT ou 4TT.

Enoncé ^[1]En annexe c, vous trouverez l’inspiration de cette activité

La moyenne des températures annuelles entre 1951–1980 est de 14.2 °C (57.6 °F).

La figure 1 montre les écarts de température par rapport à cette moyenne.

1. Proposez une question à laquelle le graphique fournit une réponse et une question à laquelle il n’en fournit pas.

2. En regardant le graphique des points qui indiquent les moyennes annuelles à la figure 1, positionnez-vous par rapport aux affirmations suivantes et argumentez votre réponse.

a) Depuis 1880, dix-neuf des vingt plus chaudes années sont après 2000.

b) L’année 2016 est la plus chaude.

c) L’écart des températures moyennes annuelles entre 1920 et 2014 est d’un degré environ.

d) L’année la plus froide est 1909.

e) Relier les points du graphique, cela n’a pas de sens.

f) Avant 1940, la température moyenne était négative.

3. Répondez aux questions à partir de la courbe de tendance (cette courbe est calculée par des climatologues, elle donne une idée de l’évolution de l’écart de température) de la figure 1.

a) Quelles sont les périodes où la température est plus basse que la moyenne 1951-1980 ? Quelles sont les périodes où elle est plus haute ? En quelles années la température globale moyenne est-elle égale à la moyenne 1951-1980 ?

b) Citez une période durant laquelle la température est croissante. Citez une période durant laquelle elle est décroissante.

c) L’accroissement de température entre 1915 et 1945 est-il le même qu’entre 1980 et 2010 ?

4. Si on choisit de prendre comme référence la moyenne des années 1881-1910 ou les années 2001-2020 au lieu de 1951-1980 , comment le graphique de la figure 1 se modifie-t-il ? 

Réalisez ces graphiques transformés du graphique de la figure 1 sur Excel pour vérifier votre hypothèse. Pour vous aider, vous pouvez-prendre les données sur le site : https://climate.nasa.gov/vital-signs/global-temperature/^[3]En annexe b, vous trouverez les données brutes si vous n’avez pas accès au site.

5. Comparez les figures 1 et 2.

a) Qu’est-ce qui les différencie ?

b) On observe que dans la figure 1, les écarts semblent importants alors que dans la figure 2, ils semblent négligeables. Comment peut-on expliquer cela ?

c) Comment peut-on passer mathématiquement du graphique de la figure 1 à celui de la figure 2 et inversement?  

d) Que dit le texte qui suit ?  Quels sont les arguments invoqués ? Faites le lien avec la figure 1. A quoi peut-on s’attendre d’après la lecture de ce texte et du graphique de la figure 1 ?

« According to an ongoing temperature analysis conducted by scientists at NASA’s Goddard Institute for Space Studies (GISS), the average global temperature on Earth has increased by about 0.8° Celsius (1.4° Fahrenheit) since 1880. Two-thirds of the warming has occurred since 1975, at a rate of roughly 0.15-0.20°C per decade.

But why should we care about one degree of warming? After all, the temperature fluctuates by many degrees every day where we live.

The global temperature record represents an average over the entire surface of the planet. The temperatures we experience locally and in short periods can fluctuate significantly due to predictable cyclical events (night and day, summer and winter) and hard-to-predict wind and precipitation patterns. But the global temperature mainly depends on how much energy the planet receives from the Sun and how much it radiates back into space—quantities that change very little. The amount of energy radiated by the Earth depends significantly on the chemical composition of the atmosphere, particularly the amount of heat-trapping greenhouse gases.

A one-degree global change is significant because it takes a vast amount of heat to warm all the oceans, atmosphere, and land by that much. In the past, a one- to two-degree drop was all it took to plunge the Earth into the Little Ice Age. A five-degree drop was enough to bury a large part of North America under a towering mass of ice 20,000 years ago. »^[5]Nasa earth observatory à l’adresse https://earthobservatory.nasa.gov/world-of-change/DecadalTemp. Consulté le 2 novembre 2019

Traduction

Selon une étude en cours menée par les scientifiques du Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA, la température moyenne sur Terre a augmenté d’environ 0,8°C depuis 1880. Deux tiers du réchauffement climatique a été émis depuis 1975, ce qui équivaut à une augmentation d’environ 0,15 à 0,20°C par décennie.

Mais pourquoi devrions-nous nous inquiéter d’un réchauffement d’un degré ? Après tout, les températures fluctuent de plusieurs degrés tous les jours partout dans le monde.

La mesure de la température globale représente la moyenne des températures sur l’ensemble de la surface de la Terre. Les températures mesurées localement et sur une courte période peuvent fluctuer de manière significative en raison d’événements cycliques prévisibles (cycle nuit-jour, été et hiver) et d’événements plus difficiles à prévoir (vents, précipitations…). Mais la température globale dépend essentiellement de la quantité d’énergie que notre planète reçoit du Soleil et de la quantité de radiations renvoyée par la Terre dans l’espace – des quantités qui changent très peu. La quantité d’énergie irradiée par la Terre dépend significativement de la composition chimique de l’atmosphère, en particulier de la quantité des gaz à effet de serre qui retiennent la chaleur émise par la Terre.

Une augmentation globale d’un degré est donc significative car il faut une grande quantité de chaleur pour réchauffer les océans, l’atmosphère et les terres à ce point. Par le passé, une chute de seulement un ou deux degrés a suffi à plonger la Terre dans le Petit Âge glaciaire. Il y a 20 000 ans, une chute des températures de 5 degrés a été suffisante pour ensevelir l’Amérique du Nord sous une imposante couche de glace.

Vous pouvez visionner l’évolution des températures sur une carte à l’adresse : https://climate.nasa.gov/vital-signs/global-temperature/

6. Suite à ces exercices, reprenez les questions que vous avez imaginées au point 1. Ont-elles trouvé une réponse ? Et si non, que pouvez-vous proposer comme réponses ?

Éléments de réponse

1. L’objectif est de faire une première découverte du graphique : pourquoi il y a des points et une courbe? Qu’est-ce qu’ils représentent ?
2. Les élèves réalisent une lecture graphique. Cela leur permet d’utiliser le nuage de points et de maîtriser les notions d’image de réel, d’antécédent et d’extrema globaux .
3. Cette question permet aux élèves d’utiliser les outils d’analyse graphique de fonction sur un cas concret (signes de la fonction, racines, croissance de fonction, utilisation des intervalles, …).
4. C’est la translation “verticale” (parallèlement à l’axe des ordonnées) du graphique d’une fonction qui est abordée. L’objectif est de proposer aux élèves de réaliser d’autres représentations. Il s’agit de prendre conscience des conséquences du choix de la graduation sur les axes. Choisir 0°C comme référence à la figure 2, a moins de sens car l’évolution de la température moyenne terrestre évolue toujours autour des 14°C. Un graphique dont l’origine serait le 0 Kelvin (-273,15°C) ferait croire à une température moyenne globale annuelle constante. Il est intéressant pour cette question d’utiliser un tableur.
5. (a,b,c) À nouveau, il s’agit de transformation du plan (translation verticale) mais l’intérêt de cette question est aussi d’aiguiser l’esprit critique des élèves. Pourquoi choisir l’une ou l’autre représentation ? Pour qui tel choix est-il bénéfique ? En effet, un climatosceptique va plutôt choisir la deuxième figure qui minimise les augmentations de température. d: L’objectif est de faire le lien entre la représentation et une description textuelle. Selon le niveau en anglais des élèves, l’enseignant peut donner le texte d’origine ou la traduction.

Quelques échos des classes

Cette activité a été testée dans deux classes de 4^ème en octobre 2020 (ces classes n’avaient pas vu les fonctions en 3^ème à cause du covid) jusqu’au point 3 compris. L’activité a été vue comme introduction à la notion de fonction. Les élèves ont éprouvé des difficultés, il est donc peut-être préférable d’aborder l’activité après avoir vu quelques notions sur les fonctions et les transformations graphiques.

Le sel du problème

Ce travail sur des données d’actualité et un problème de société permet de donner du sens à des notions qu’on développera ultérieurement (image de réel, antécédent, racines, croissance et signe de la fonction, manipulations graphiques, ….). De plus, elle met en évidence la richesse des informations qu’on peut déduire à partir d’une seule courbe.

Sources

http://www.skolo.org/2019/10/04/jeunes-et-climat-que-savent-ils-que-veulent-ils/. Consulté le 15 mars 2020.

https://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v4/ Consulté le 15 mars 2020.

https://climate.nasa.gov/vital-signs/global-temperature/ Consulté le 15 mars 2020.

https://earthobservatory.nasa.gov/world-of-change/DecadalTemp. Consulté le 15 mars 2020.

https://ourworldindata.org/ consulté le 15 mars 2020.

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^[1]

^[2]

^[3]

^[4]

^[5]

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Annexe

a) Graphique agrandi.

b) Moyenne des températures depuis 1880 sur la Terre:

Land-Ocean Temperature Index (C)

——————————–

Année Ecart réelle  Ecart des tendances

—————————-

1880     -0.16     -0.09

1881     -0.08     -0.12

1882     -0.10     -0.16

1883     -0.17     -0.20

1884     -0.28     -0.23

1885     -0.32     -0.25

1886     -0.30     -0.26

1887     -0.35     -0.26

1888     -0.16     -0.26

1889     -0.10     -0.25

1890     -0.35     -0.25

1891     -0.22     -0.25

1892     -0.27     -0.26

1893     -0.31     -0.25

1894     -0.30     -0.23

1895     -0.22     -0.22

1896     -0.10     -0.20

1897     -0.10     -0.17

1898     -0.26     -0.16

1899     -0.17     -0.17

1900     -0.07     -0.19

1901     -0.15     -0.23

1902     -0.28     -0.26

1903     -0.37     -0.28

1904     -0.46     -0.31

1905     -0.26     -0.34

1906     -0.22     -0.36

1907     -0.38     -0.37

1908     -0.43     -0.39

1909     -0.48     -0.41

1910     -0.43     -0.41

1911     -0.44     -0.39

1912     -0.36     -0.35

1913     -0.34     -0.32

1914     -0.15     -0.31

1915     -0.14     -0.30

1916     -0.36     -0.30

1917     -0.46     -0.30

1918     -0.30     -0.30

1919     -0.28     -0.29

1920     -0.27     -0.28

1921     -0.19     -0.26

1922     -0.28     -0.25

1923     -0.27     -0.24

1924     -0.27     -0.23

1925     -0.22     -0.22

1926     -0.11     -0.22

1927     -0.22     -0.21

1928     -0.20     -0.20

1929     -0.36     -0.19

1930     -0.16     -0.19

1931     -0.09     -0.19

1932     -0.16     -0.18

1933     -0.29     -0.17

1934     -0.13     -0.16

1935     -0.20     -0.14

1936     -0.15     -0.11

1937     -0.03     -0.07

1938     -0.01     -0.02

1939     -0.02      0.03

1940      0.13      0.06

1941      0.19      0.09

1942      0.07      0.11

1943      0.09      0.10

1944      0.20      0.07

1945      0.09      0.04

1946     -0.08      0.00

1947     -0.03     -0.04

1948     -0.11     -0.07

1949     -0.11     -0.08

1950     -0.18     -0.08

1951     -0.07     -0.07

1952      0.01     -0.07

1953      0.08     -0.07

1954     -0.13     -0.07

1955     -0.14     -0.06

1956     -0.19     -0.05

1957      0.05     -0.04

1958      0.06     -0.01

1959      0.03      0.02

1960     -0.02      0.03

1961      0.06      0.02

1962      0.04     -0.01

1963      0.05     -0.02

1964     -0.20     -0.04

1965     -0.11     -0.05

1966     -0.06     -0.06

1967     -0.02     -0.05

1968     -0.08     -0.03

1969      0.06     -0.02

1970      0.02     -0.00

1971     -0.08      0.00

1972      0.01      0.00

1973      0.16     -0.00

1974     -0.07      0.00

1975     -0.01      0.02

1976     -0.10      0.04

1977      0.18      0.07

1978      0.07      0.12

1979      0.16      0.16

1980      0.26      0.20

1981      0.32      0.21

1982      0.14      0.21

1983      0.31      0.21

1984      0.16      0.21

1985      0.12      0.22

1986      0.18      0.24

1987      0.32      0.27

1988      0.38      0.30

1989      0.27      0.33

1990      0.45      0.33

1991      0.40      0.33

1992      0.22      0.33

1993      0.23      0.33

1994      0.32      0.34

1995      0.45      0.37

1996      0.33      0.40

1997      0.47      0.43

1998      0.61      0.45

1999      0.39      0.48

2000      0.40      0.51

2001      0.54      0.53

2002      0.63      0.55

2003      0.62      0.59

2004      0.54      0.61

2005      0.68      0.62

2006      0.64      0.63

2007      0.66      0.64

2008      0.54      0.64

2009      0.66      0.64

2010      0.73      0.65

2011      0.61      0.67

2012      0.64      0.70

2013      0.69      0.74

2014      0.75      0.79

2015      0.90      0.83

2016      1.02      0.87

2017      0.92      0.91

2018      0.85      0.95

2019      0.98      0.98

c) D’où vient l’activité?

Cette activité a été inspirée par l’une des questions proposées aux élèves qui participaient à l’enquête sur les jeunes et leur connaissance du climat^[1].

Nous avons constaté que de nombreux élèves répondaient de manière erronée à cette question.

• 53, 98 % des élèves (tous les enseignements confondus) répondent par l’affirmative à la quatrième proposition. Il reste donc 46,02% des élèves qui répondent de manière erronée.
• 55,55% des élèves (tous les enseignements confondus) répondent que les températures étaient négatives avant 1940.

Nous avons donc trouvé intéressant de proposer une activité visant à renforcer l’esprit d’analyse des élèves.

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^[1] A l’adresse: http://www.skolo.org/2019/10/04/jeunes-et-climat-que-savent-ils-que-veulent-ils/  consulté le 24 mars 2020