Circulation thermique des courants
De Wikidebrouillard.
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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 que l’eau colorée déposée au bord du glaçon plonge vers le fond de l'aquarium. Quand elle arrive du côté chaud, elle remonte. De l’eau colorée déposée au niveau du côté chaud reste en surface et glisse vers le glaçon avant de plonger à son tour. Cela crée un mouvement de circulation continue.
Explications
De manière simple
Le gros glaçon flotte et il refroidit l'eau en surface autour de lui. Lorsqu’on dépose l'eau colorée près du glaçon, celle-ci est refroidie à son contact. Comme sa température descend, sa densité augmente par rapport à l’eau de surface plus chaude, c’est pourquoi elle descend.
En glissant dans le fond de l’aquarium, l’eau froide continue sur son élan jusqu’à atteindre le côté réchauffé par la lampe, et elle se réchauffe à son contact. Comme sa température augmente, sa densité diminue, et l’eau remonte donc jusqu’en surface.
En remontant, cette eau réchauffée pousse devant elle l’eau de surface, qui atteint à son tour le glaçon, se refroidit, et donc sa densité augmente, et l’eau ainsi refroidie coule en poussant l’eau du fond vers le côté chaud, et ainsi de suite. Cette circulation se perpétue tant qu’il existe une forte différence de température qui modifie la densité de l’eau d’un côté à l’autre de l’aquarium.
Questions sans réponses
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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