L’objectif de cette expérience est d’observer l’influence de la température de l’eau sur le niveau de la mer et de comprendre du phénomène de la dilatation thermique liée au réchauffement climatique.
Source : Le dossier “Expériences sur les changements climatiques” a été réalisé par l’International Polar Foundation.
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Niveau : collège, lycée
MATÉRIEL
Deux récipients
Eau
10 glaçons
1 bouilloire
1 grand tube à essai rempli d’eau, qui est fermé de manière hermétique par un bouchon, sauf une pipette, qui perce le bouchon de part en part.
DEROULEMENT
Faites chauffer l’eau dans la bouilloire.
Remplissez un des récipients au 3⁄4 avec l’eau chaude.
Remplissez l’autre récipient à 1⁄2 avec de l’eau froide et ajoutez les 10 glaçons.
Mettez le tube à essai verticalement dans le récipient avec l’eau chaude, attendez quelques instants (30 secondes environ) et observez ce qui se passe.
Par après, mettez le tube à essai dans le récipient avec l’eau froide. Observez ce qui se passe. Vous pouvez répéter ce passage de l’eau chaude à l’eau froide autant de fois que nécessaire.
Remplissez maintenant votre fiche de travail, analysez vos résultats, et préparez-vous à présenter vos résultats devant la classe.
HYPOTHÈSE
Température de l’eau a-t-elle une influence sur le niveau de cette eau ?....formulez votre hypothèse.
OBSERVATIONS
Quand on met le tube à essai dans l’eau chaude, le niveau de l’eau monte dans la pipette. Quand on met le tube dans l’eau froide, l’eau redescend.
ANALYSE
Le phénomène expliquant ce que l’on observe s’appelle la dilatation thermique. Il s’agit de la dilatation des matériaux à haute température. Etant donné que les molécules vibrent davantage à des températures élevées, elles prennent plus d’espace, et donc augmentent le volume du matériau.
APPLICATIONS
Suite aux changements climatiques actuels, l’atmosphère et les océans se réchauffent. Le réchauffement des océans va provoquer une élévation du niveau de ces océans, car les océans sont limités en superficie par les côtes sur Terre.
Entre 1993 et 2003, la couche de surface de l’océan (épaisseur de la couche = 700 m) s’est réchauffée de 0,08 °C. Le coefficient de dilatation thermique de l’eau de mer α est de 2,6 . 10-4/°C. Le volume de la couche d’océan qui nous intéresse peut s’exprimer de la manière suivante : ∆ V = ∆ H . S
La hausse du niveau des mers due à la dilatation thermique, entre 1993 et 2003 (mm/an) peut se calculer comme suit :
∆V = ∆ H . S
∆V = α . ∆ T . V
∆ H. S = α . ∆ T . H . S
∆ H = α . ∆ T . H = 2,6 . 10-4/°C . 0,08 °C . 700 m ∆ H = 0,015 m/10 ans
Le niveau de la mer a augmenté de 1,5 mm/an à cause de la dilatation thermique, entre 1993 et 2003. Or, les observations montrent une élévation du niveau des mers de 3,1 mm/an entre 1993 et 2003. Sachant ceci, la contribution des deux facteurs (fonte de la glace continentale et dilatation thermique des océans) est du même ordre de grandeur.