Circulation thermique des courants
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Version du 31 août 2015 à 14:08
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Présentation de l'expérience
Cette expérience nous montre le fonctionnement des courants marins grâce à un colorant. Pour ce faire, nous avons placé un glaçon dans un aquarium rempli d'eau et nous avons introduit du colorant près du glaçon. Ensuite nous avons suivi le colorant.
Matériel
- Un aquarium
- Fichier:Glaçon.jpg Un gros glaçon
- Un congélateur
-
De l'encre ou du colorant
-
Une lampe chauffante
-
De l'eau
L'expérience
En vidéo
La manipulation
- Remplir l'aquarium d'eau, allumer la lampe chauffante et attendre 5 minutes que l'eau se réchauffe près de la lumière.
- Déposer le glaçon du côté opposé à la lumière et déposer de l'encre au bord du glaçon.
- Attendre et observer le mouvement de l'eau dans l'aquarium. Ensuite, déposer de l'encre du côté de la lumière et observer la réaction.
Que voit-on ?
On observe qu'en se refroidissant, l'eau devient plus dense et descend dans le fond de l'aquarium. Quand elle arrive du côté chaud, elle devient plus légère et remonte. Cela crée un mouvement entre l'eau chaude et l'eau froide.
Explications
De manière simple
À gauche de l'aquarium
Le gros glaçon flotte et il refroidit l'eau en surface autour de lui. L'eau sous ce gros glaçon est donc plus chaude que cette eau de surface. On voit que l'eau de surface (colorée) descend. Eh oui, puisqu'elle est plus froide, elle "coule" dans l'eau plus chaude !
À droite de l'aquarium
C'est le raisonnement inverse ! Si l'eau froide descend dans l'eau chaude, c'est que l'eau chaude monte dans l'eau froide. Donc si on chauffe le fond de l'aquarium avec une lampe (à droite), l'eau chaude monte (dans l'eau du dessus plus froide).
Et au milieu ?
Une explication est que l'eau qui descend sous le glaçon va "s'étaler" au fond de l'aquarium et va donc finir par atteindre la lampe à droite de l'aquarium ! De la même façon, l'eau réchauffée par la lampe va monter, "s'étaler" à la surface, atteindre le glaçon, replonger...
Questions sans réponses
La lampe doit éclairer le fond de l'aquarium à droite, non ? Sinon, l'eau chaude en surface ne bougerait pas par rapport à l'eau sous elle...
Cela illustre-t-il le principe de circulation océanique ? Où le glaçon symboliserait un pôle, et la lampe le soleil à l'équateur (mais cela est incompatible avec l'interrogation précédente...) ?
Allons plus loin dans l'explication
Imaginez que vous êtes assis sur le quai d'un port. Vous voyez passer un cargo de plusieurs milliers de tonnes. "Comment ce monstre de ferraille peut faire pour flotter ?" pensez-vous... Un "PLOUF", vous sort de votre méditation. Ce sont vos clés de voiture qui sont sorties de votre poche pour prendre un bain. Et même si elles ne pèsent que quelques grammes, elles coulent.
Cette douloureuse histoire illustre le fait qu'il n'y a pas de lien direct entre le fait d'être léger et le fait de flotter !
Revenons à notre expérience, la notion phare qui se cache derrière c'est la densité. Plus on est dense, plus on coule ! Et logiquement, moins on est dense, plus on flotte !
Alors c'est quoi la densité ? Pour faire simple, c'est le rapport entre le poids et le volume. Deux images servent à comprendre ce rapport :
- Un kilo de plomb prend moins de place qu'un kilo de plume. Le plomb est donc plus dense que les plumes.
- Un litre d'eau est plus lourd qu'un litre d'huile. L'eau est donc plus dense que l'huile.
Il se trouve, ensuite, que plus l'eau est froide, plus elle est dense. Et plus elle est chaude, moins elle est dense.
Conclusion :
- Plus on est froid -> plus on est dense -> plus on coule.
- Plus on est chaud -> moins on est dense -> plus on flotte.
Donc la notion qui relie la température au mouvement de l'eau, c'est la densité !
Par contre on n'a pas encore répondu à "Pourquoi la température change la densité ?"
La définition de la densité donnée ici ne donne pas d'image trompeuse, mais elle est imparfaite. Voir les articles Masse volumique et Densité sur Wikipédia pour aller encore plus loin !
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