TPE sur les nuages

[Xenthys]

Bonjour à tous,

Ah, les nuages qui nous font rêver avec leurs magnifiques formes dans le ciel ... et qui nous font surtout trimer comme des bêtes de charge! En fait, j'aurais besoin de quelques conseils sur le thème des nuages qui est censé relier la physique et la SVT: nous avons un plan mais le prof de physique trouve que notre troisième partie est trop encyclopédique et nous avons du mal à envisager un autre plan. De plus, je suis un peu perdu avec ma partie (la formation des nuages) qui reprend des notions de météorologie comme humidité, condensation, soulèvement orographique ...
Notre plan qui répond à la problématique: comment se forment les nuages?

I - L'origine de l'eau
A) l'évaporation
B) l'évapotranspiration

II) - La formation des nuages
A) Le refroidissement de l'air
B) Le soulèvement de l'air

III) Les changements des nuages
A) Les changements des nuages entre les familles
B) Leur couleur

Voilà, je ne sais pas trop quoi en penser parce que je n'ai pas vraiment de modèle de TPE sous les yeux. Surtout, j'aurais besoin d'explications vraiment concrètes sur la formation des nuages et la différence entre humidité relative et absolue. Je maîtrise à peu près le sujet mais je cherche vraiment des explications profondes accessibles à un prophane et des idées de Tp (nous avons déjà exploré les stomates des plantes qui libèrent l'eau essentielle à la formation des nuages et une expérience de modélisation avec du yaourt et du lait qui ne s'est pas montrée très concluante).
Merci d'avance,
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[verdifre]

bonjour,
Je crois que l'étude des nuages serait trés incomplete sans aborder la notion de convection.
L'etude de la convection et des gradients verticaux de temperature va te permettre d'aborder la formation de tous les nuages cumuloneiforme ( cumulus, altocumulus, cirrocumulus et cumulonimbus) alors que l'etude des vents orographiques ne te permettra d'aborder presque que les lenticulaires (par ailleur trés interessants)
Les autres nuages sont d'une formation plus "simple" (stratus divers), ils ne dependent que des conditions au sein de la masse d'air.
Pour les cirrus , je ne sais pas.

je crois que tu dois diviser ton etude en plusieurs chapitres
une classiffication selon la "forme " des nuages
les cumulus
les stratus
les difficilements classables
cette classification te donneras les modes de formation des nuages

une classification selon leur dommaine " en altitude"

fred

[Xenthys]

En fait, je n'ai pas mis le détail des gros chapitres mais dans le soulèvement de l'air, il y a la convection, le soulèvement orographique et la convergence des vents. Mais ce que tu dis est extrêmement interessant et m'éclaire énormément. Je n'étais pas très sûr des phénomènes qui mèneraient à la formation de nuages de différentes familles mais, grâce à toi, ça y est. Par contre, je me retrouve bien embêté parce que, si j'ai bien compris, il est impossible de dissocier les deux dernières parties de mon plan, le phénomène spécifique de la formation d'un nuages étant intimement lié à la famille à laquelle il appartient. Je vais devoir y réfléchir ...
De plus, j'ai une question qui me taraude : l'air est-il plus dense en "haut" ou en "bas"? D'après mon cours de SVT de l'année dernière, il est plus chaud en bas et plus froid en haut, c'est ce qui est à l'origine des cellules de convection. Mais la température n'est pas le seul facteur, il y a aussi la pression qui fonctionne de la façon inverse: plus on est en haute altitude, plus la pression est faible alors que plus on est en faible altitude, plus la pression est forte. Je n'arrive pas a concilier ces deux données parce que normalement un fluide est moins dense en haute température et en basse pression. Mais l'air est-il plus dense s'il est en basse pression et basse température ou en haute pression haute température?

En tout cas, merci infiniment pour ta réponse.

[verdifre]

bonsoir,
c'est la que la notion de gradient de temperature prend tous sous sens.
Il existe un relevé meteo qui consiste à faire une mesure de temperature en fonction de l'altitude (je ne me rapelle plus du nom de cette courbe). Sur cette courbe tu vas voir plusieurs phenomenes trés interessants concernant la masse d'air.
si la temperature ne decroit pas assez vite en fonction de l'altitude, la convection est bloquée
decroitre assez vite , c'est par comparaison avec une detente adiabatique.

tu vas aussi observer d'autres phenomenes interessants sur cette courbe, tels qu'une inversion de temperature
http://galileo.cyberscol.qc.ca/Inter.../inversion.htm

fred

[A voir en vidéo sur Futura]

[verdifre]

bonsoir,
pour completer un peu sur la convection et les cellules de benard, tu peux aller voir
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cellules_de_B%C3%A9nard
http://blogue.sciencepresse.info/item/100/catid/3
http://reflexions.ulg.ac.be/cms/c_12...printView=true
fred

[Xenthys]

Magnifique! Tu m'aides vraiment énormément et tu me sors d'une impasse qui me gênait pas mal. Je vais lire tout ça. Merci infiniment J'espère ne plus avoir de problèmes.

[Xenthys]

En fait, je suis désolé de vous déranger à nouveau. Mon travail avance très bien: j'ai réussi à approfondir la plupart des notions liées aux divers types de soulèvements mais un point particulièrement important m'échappe. C'est le gradient adiabatique sec et humide déjà cité ci-dessus. J'arrive vaguement à comprendre qu'il s'agit du taux de variation de la température par rapport à l'altitude mais le reste me passe complètement au dessus, notamment la stabilité de l'air que je ne parviens pas à saisir et le graphique de wikipedia sur les mesures des différents gradients. Alors, s'il vous plaît ...

[verdifre]

bonsoir,
on va commencer par un cas simple et qui ne crée pas de nuages, l'air sec.
on suppose que la pression au sol est constante et qu'elle varie d'une facon "normale" avec l'altitude. ( Ces supposition sont en fait de "bonnes" approximation de la réalité pour les phenomenes que l'on veut voir)

si on prend une masse d'air quelquonque au niveau du sol et qu'on la detend, cette masse d'air va se refroidir
la detendre, faire baisser la pression, peut aussi se faire en emmenant cette masse d'air en altitude ( la pression atmosherique baisse avec l'altitude).

On peut donc tracer une courbe de temperatures de cette masse d'air au fur et à mesure qu'on la détend.
On pourrait aussi tracer cette courbe en fonction de l'altitude.

Maintenant on peut tracer une courbe theorique de la temperature en fonction de l'altitude et une courbe pratique de la temperature en fonction de l'altitude.

Une des propriétée interessante de l'air, c'est que sa masse volumique depend de la temperature ( cette precision arrive comme un cheveu sur la soupe mais va etre rapidement utile)

donc on est au sol, on suppose une petite masse d'air à la quelle on donne un impultion verticale.
Cette masse d'air va donc monter un peu
si elle monte un peu, elle se refroidi (on peut même connaitre sa temperature à l'aide de la courbe theorique que l'on a tracée)
On connais aussi la temperature reelle de l'atmosphere à cette altitude (c'est la courbe pratique , n a fait les mesures)
alors quand on en est la il y a deux possibilitées
1) la masse d'air que l'on a commencé a faire monter est plus chaude que l'air ambient, et à ce moment la comme elle est plus legere ( car sa masse volumique est plus faible) elle continue de monter et de monter et de monter ....... L'air est instable
2) la masse d'air que l'on a commencé a faire monter est plus froide que l'air ambient a son altitude.
alors la masse d'air redescend et retourne à sa place
l'air est stable, pas de convection possible.
C'est donc la position de la courbe reele (mesurée) de temperature par rapport à l'altitude comparée a la courbe theorique (détente adiabatique) qui va permettre de savoir si l'atmosphere est stable ou non.

Quand on rajoute de la vapeur d'eau dans l'air, les choses se compliquent un peu dés qu'il y a condensation.
la condensation "refroidit" (je vais me faire taper sur les doigts par les puristes) l'air et bloque souvent la poursuite de son ascencion.

cette condensation va se produire ç une certaine temperature et à une certaine pression pour une masse d'air donnée. Ces conditions que l'on rencontre à une altitude precise se materialisent par la base des nuages de type cumulus.
fred

[Xenthys]

Fantastique . Ça veut dire finalement que le gradient adiabatique sec n'est que la différence de température entre la température de l'air sec à une certaine altitude et la température théorique à cette altitude et que le gradient adiabatique humide est la même chose sauf que pour de l'air saturé en vapeur d'eau (Humidité relative = 100%), si j'ai bien compris. Tout va bien alors, je vais devoir lier ces notions aux divers soulèvements et à la convection. . Après, j'ai quelques doutes sur les différentes formes qui conduisent à la formation de différentes sortes de nuages mais ça doit être accessible en terme de concepts et sur internet, les processus qui obligent les nuages à changer de forme et de famille doivent être bien expliqués, je pense. J'espère ne plus te déranger (mais il ne faut jamais dire jamais).
Merci

[verdifre]

bonsoir,
il faut quand même faire attention au terme de gradient, et l'employer a bon escient.
Si tu as une station meteo prés de chez toi ( un aeroport ou un gros aerodromme), contactes les, ils te fourniront plein de vieux relevés et t'expliquerons toutes les subtilitées
Des vrais relevés, et une interview de pro, cela est pas mal pour un tpe

fred

[Xenthys]

Je vais voir mais comme je suis à l'étranger on me donne toutes les informations dans une autre langue et c'est parfois pénible de devoir traduire les termes scientifiques que l'on ne maîtrise pas très bien en français. Mais je vais essayer. Merci pour le conseil.