Gel de l'eau et mouvement de l'eau

[invite678b3fc1]

Bonjour à tous,

Je bute sur un problème depuis assez longtemps maintenant, et le vaste univers de la toile n'a pas pu répondre à ma question.

Je sais que l'eau en mouvement, à moins d'un froid très vigoureux et prolongé, ne peux pas geler. Seulement, je n'ai pas trouvé le moindre indice de formules ou quoique ce soit qui puisse traduire ce phénomène. La seule chose que j'ai trouvé, c'est le temps de nécessaire pour geler la totalité de l'eau 'statique' dans une canalisation en fonction de tout un tas de paramètres.

Ma question est donc la suivante : Quelqu'un possèderait t'il ce genre de renseignements (formules physiques) ? Et au pire des cas, possédez-vous des exemples concrets (tant de litre d'eau, à tel vitesse, sur tel type de support, à tel température extérieure, ne gèle pas) ?

Merci à vous !
-----

[invite6dffde4c]

Bonjour.
L'eau gèle à la même température (0°C à 1 bar) qu'elle soit au repos ou en mouvement vigoureux.
En fait, elle gèle plus facilement quand elle est en mouvement car, dans ce cas, on ne peut pas avoir de l'eau en surfusion (de l'eau au dessous de 0°C à l'état liquide).
Au revoir.

[invite678b3fc1]

Cas exceptionnel pour l'eau en surfusion, je suis d'accord. Mais, j'ai lu ca :

http://www.lyonnaise-des-eaux.fr/gelcompteur

Je suis d'autant plus persuadé que j'ai raison puisqu'il m'est arrivé d'observer une cascade d'eau douce au Québec en Hiver où les températures étaient de l'ordre de -20°C. Il y a également ces fameux ruisseaux de montagne entre deux couches de neige qu'on a tous aperçu en faisant du ski.

Bref, je veux bien te croire mais cite moi ta source!

[invite6dffde4c]

Re.
Vous avez mal compris le document de la Lyonnaise des eaux. Le rôle du filet d'eau n'est pas celui de mettre l'eau en mouvement, mais celui d'alimenter le compteur en eau "chaude" (à 10°c) venant des canalisations enterrées.

Quant à votre cascade d'eau douce au Québec: avec-vous mesuré la température de l'eau ou celle de l'air?

C'est ça mes sources:

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[cricri78]

...
Je sais que l'eau en mouvement, à moins d'un froid très vigoureux et prolongé, ne peux pas geler. Seulement, je n'ai pas trouvé le moindre indice de formules ou quoique ce soit qui puisse traduire ce phénomène. La seule chose que j'ai trouvé, c'est le temps de nécessaire pour geler la totalité de l'eau 'statique' dans une canalisation en fonction de tout un tas de paramètres.

Ma question est donc la suivante : Quelqu'un possèderait t'il ce genre de renseignements (formules physiques) ? Et au pire des cas, possédez-vous des exemples concrets (tant de litre d'eau, à tel vitesse, sur tel type de support, à tel température extérieure, ne gèle pas) ?

Merci à vous !

Bonjour,
Non pas d'histoire de surfusion !
Et la réponse est dans la question :
Un simple pb d'échange de calories, de chaleur.
D'un côté le froid ambiant, avec des surfaces et des coefficients d'échange thermique, un flux négatif.
De l'autre un fluide qui circule et représente donc un apport de calories.
Suffit que le premier excède le second de telle sorte que la température passe en-dessous de zéro et ça gèle...

[cricri78]

Re.
Vous avez mal compris le document de la Lyonnaise des eaux. Le rôle du filet d'eau n'est pas celui de mettre l'eau en mouvement, mais celui d'alimenter le compteur en eau "chaude" (à 10°c) venant des canalisations enterrées.

Ok , c'est en partie ce que je viens d'écrire...
Un seul bémol, l'eau du réeau d'eau potable peut descendre assez souvent jusqu'à 3 à 4°C. Pas 10 °C, mais cela reste "chaud"par rapport à la température extérieure qui est négative !

[invite678b3fc1]

Merci pour la source LFPR, c'est un beau schéma, mais où apparaît le fait que l'eau est en mouvement ?

Bien vu Cricri78, je pense que tu es dans le bon. Je viens de demander à un collègue dont le frère est physicien. Outre le fait que l'eau est un élément extraordinairement complexe, voici ce qu'il ressort de l'échange :

L'eau à très faible célérité gèle plus vite que l'eau statique (phénomène de verglas par exemple), principalement à cause du fameux phénomène de surfusion.
Malheureusement, cette petite farceuse nous joue des tours car au delà d'une certaine vitesse, l'eau gèle d'autant moins vite qu'elle possède plus d'énergie cinétique. C'est là où doit intervenir le bilan d'énergie.

Maintenant, je n'ai aucune idée de la valeur de cette vitesse "palier" (M. le physicien non plus d'ailleurs). Quelqu'un serait-il suffisamment fort pour traduire ce phénomène ?

[invite678b3fc1]

Pour répondre à LFPR,

Concernant l'eau de ma cascade au Québec, la température de l'air oscillait entre -5°C et -20°C pendant la totalité du mois où j'y étais. Je ne me suis pas amusé à relever la température de l'eau, mais je mettrai ma main à couper qu'elle était au dessus de 0°C.

[invite1acecc80]

Bonjour,

Merci pour la source LFPR, c'est un beau schéma, mais où apparaît le fait que l'eau est en mouvement ?

De manière toute bête... mets toi en mouvement rectiligne uniforme vis à vis d'un canal. Dans ton référentiel, l'eau est en mouvement.
Les grandeurs thermodynamiques de changement d'état ne changeront pas.

. Je viens de demander à un collègue dont le frère est physicien.
Outre le fait que l'eau est un élément extraordinairement complexe, voici ce qu'il ressort de l'échange :

LPFR est également un physicien...

L'eau à très faible célérité gèle plus vite que l'eau statique (phénomène de verglas par exemple), principalement à cause du fameux phénomène de surfusion.

Pourrais-tu, s'il te plait m'expliquer le lien entre le verglas et la célérité de l'eau (par rapport à quel référentiel)?

Malheureusement, cette petite farceuse nous joue des tours car au delà d'une certaine vitesse, l'eau gèle d'autant moins vite qu'elle possède plus d'énergie cinétique. C'est là où doit intervenir le bilan d'énergie.

Farceuse ou pas, il faudrait m'expliquer plus clairement.

Cordialement,
Astérion.

[invite6dffde4c]

Merci pour la source LFPR, c'est un beau schéma, mais où apparaît le fait que l'eau est en mouvement ?

Re.
Précisément: NULLE PART!

Mais vous pouvez garder vos convictions. Nous sommes dans un pays libre.
A+

[invite1acecc80]

Re,

Pour répondre à LFPR,

Concernant l'eau de ma cascade au Québec, la température de l'air oscillait entre -5°C et -20°C pendant la totalité du mois où j'y étais. Je ne me suis pas amusé à relever la température de l'eau, mais je mettrai ma main à couper qu'elle était au dessus de 0°C.

Avant la chute, quelle était la profondeur de la rivière? Quelle était la température du sol au fond de l'eau? etc....

A plus.

[invite678b3fc1]

Dis donc, Mr. LFPR a de l'ego et des fans!

En soi, je ne suis pas là pour montrer si quelqu'un a tort, je suis là pour comprendre un phénomène que je ne comprends pas, sous réserve d'avoir des arguments.

J'ai trouvé une source : http://books.google.fr/books?id=ny5-...39;eau&f=false

Ça vaut ce que ça vaut, mais bon, je n'ai que ca. En tout cas, je veux bien que l'on m'explique où j'ai tort.

[invite1acecc80]

Dis donc, Mr. LFPR a de l'ego et des fans!

Heu non, on est juste des physiciens...

En soi, je ne suis pas là pour montrer si quelqu'un a tort, je suis là pour comprendre un phénomène que je ne comprends pas, sous réserve d'avoir des arguments.

Il nous manque des données de ta part...

J'ai trouvé une source : http://books.google.fr/books?id=ny5-...39;eau&f=false

Je vais regarder.

Ça vaut ce que ça vaut, mais bon, je n'ai que ca. En tout cas, je veux bien que l'on m'explique où j'ai tort.

Je te l'ai signalé...promène toi à vitesse d'écoulement et dans le sens opposé à l'écoulement du canal. Tu verras l'eau "immobile".

A plus.

[invite1acecc80]

Re,

J'ai trouvé une source : http://books.google.fr/books?id=ny5-...39;eau&f=false

Ça vaut ce que ça vaut, mais bon, je n'ai que ca. En tout cas, je veux bien que l'on m'explique où j'ai tort.

Il y a une résistance chauffante dans le dispositif...et à mon avis la température donnée n'est pas celle de l'eau dans le conduit...

A plus.

[invite88ef51f0]

Salut,
La seule différence entre l'eau au repos et l'eau au mouvement est que l'eau en mouvement dissipe de l'énergie par viscosité. Un écoulement turbulent à haute vitesse sera plus chaud qu'une eau statique et ne gèlera donc pas à la même température extérieure.

[obi76]

Merci pour la source LFPR, c'est un beau schéma, mais où apparaît le fait que l'eau est en mouvement ?

Dans la pression... (et aussi les turbulences qui vont se dissiper en réchauffant le fluide).

[invite678b3fc1]

Je te l'ai signalé...promène toi à vitesse d'écoulement et dans le sens opposé à l'écoulement du canal. Tu verras l'eau "immobile".

Je dirai que c'est valable dans la mécanique classique, mais ça me paraît un peux fumeux dans notre cas, puisqu'il s'agirait d'avantage de mécanique des fluides voire de mécanique quantique.

Bon j'ai une autre source, cette fois-ci carrément convaincante, qu'on ne vienne pas me dire le contraire : La solidification de l'eau en mouvement peut se produire pour une température ambiante largement en dessous de zéro degré !

http://books.google.fr/books?id=j-EP...vement&f=false

[obi76]

Je dirai que c'est valable dans la mécanique classique, mais ça me paraît un peux fumeux dans notre cas, puisqu'il s'agirait d'avantage de mécanique des fluides voire de mécanique quantique.

Les transformations galiléennes dans le cas des fluides, ça marche aussi.

[invite1acecc80]

Salut,
La seule différence entre l'eau au repos et l'eau au mouvement est que l'eau en mouvement dissipe de l'énergie par viscosité. Un écoulement turbulent à haute vitesse sera plus chaud qu'une eau statique et ne gèlera donc pas à la même température extérieure.

Il n'a pas de cela... la pression au fond de l'eau joue aussi (dans le cas de rivière...(à 1m de profondeur, on augmente la pression de 9,8kPa).
Même si on dissipe l'eau par viscosité...les thermostats autour (sol,eau avec une forte capacité thermique) dissipe rapidement la chaleur... modifier la température comme celà semble difficile ( mais je peux me tromper)....
J'aurais penser que au fond de la rivière...le sol est plus "chaud"...ce qui fait que l'eau n'est pas en dessous de zero...

A plus.

[invite678b3fc1]

Merci coin coin, je crois que j'avais tout de même pas assez bien formulé mon sujet, chose que tu as bien réussi.

Cela fait avancer le problème mais cela ne le résout pas ! Peut-être parce que je touche du doigt un sujet encore expérimental ??

[invite1acecc80]

Re,

Bon j'ai une autre source, cette fois-ci carrément convaincante, qu'on ne vienne pas me dire le contraire : La solidification de l'eau en mouvement peut se produire pour une température ambiante largement en dessous de zéro degré !

http://books.google.fr/books?id=j-EP...vement&f=false

La dissolution de sel pour l'abaissement cryogénique? (l'eau salée saturée gèle vers -20°C)
La capillarité? Quelle est la longueur capillaire de l'eau? Quelles sont les dimensions de tes tuyaux et de ta rivière?

Mais ça n'a rien à voir avec la vitesse du fluide....

puisqu'il s'agirait d'avantage de mécanique des fluides voire de mécanique quantique.

Pour la mécanique quantique... Quelle est la longueur d'onde de de broglie à la température de 273K? (longueur où les phénomène quantique peuvent se manifester).
La mécanique des fluides est invariante par changement de repère galiléen...

A plus.

[invite88ef51f0]

L'argument de l'invariance par translation ne tient pas vraiment étant donné qu'il y a un milieu extérieur autour du fluide imposant un référentiel privilégié.

Pour ce qui est de l'influence de la pression, la ligne séparant solide et liquide du diagramme de phase de l'eau me paraît quand même très verticale (en log en plus !). Je ne pense pas que ça joue tant que ça. (solide et liquide sont incompressibles).

[cricri78]

Salut,
La seule différence entre l'eau au repos et l'eau au mouvement est que l'eau en mouvement dissipe de l'énergie par viscosité. Un écoulement turbulent à haute vitesse sera plus chaud qu'une eau statique et ne gèlera donc pas à la même température extérieure.

Bonjour
Ok pour la dissipation d'énergie, mais le frottement visqueux de l'eau ne produit pas de chaleur, du moins au sens des applications classiques citées (compteur d'eau potable par exemple). A haute vitesse cela reste négligeable.
Maintenant à très très haute vitesse, d'autres éléments entreraient en jeu il me semble, et cela dépend aussi avant tout du type d'écoulement, de son confinement (ou non)... (on parle de régime permanent sinon c'est pire).

[invite6dffde4c]

Pour ce qui est de l'influence de la pression, la ligne séparant solide et liquide du diagramme de phase de l'eau me paraît quand même très verticale (en log en plus !). Je ne pense pas que ça joue tant que ça. (solide et liquide sont incompressibles).

Bonjour Coincoin.
Aussi bien l'eau que la glace sont compressibles. Le module de compression de l'eau est de 2 10^9. C'est très grand, mais si l'eau n'était pas compressible, le niveau de la mer serait quelques 22 m plus haut.
Pour la glace le module doit être autour de 10^10 (le module de Young est de 9 10^9).
Au revoir.

[invite678b3fc1]

Je ne fais que citer :

"L'abaissement de la température de l'eau au-dessous de 0° sans congélation s'explique par l'inertie des molécules. Ces molécules sont les unes par rapport aux autres dans un état d'équilibre instable rendu permanent par la viscosité du liquide, qui les empêche de se déplacer les unes par rapport aux autres pour prendre des positions et l'arrangement qui correspond à l'état solide. "

"Une agitation trop vive peut aussi empêcher la congélation, quoique la température soit inférieure à zéro, des mouvements trop rapides empêchant les molécules de céder aux influences qu'elles exercent les unes sur les autres."

Si ça peut aider quelqu'un....?

[invite88ef51f0]

On fait de la physique : si c'est très grand, c'est infini !
"Incompressible" est peut-être un abus, mais tu peux remplacer par "très peu compressibles", ça ne changera pas ce que je voulais dire.

[invite1acecc80]

Re,

Pour ceux que ça intéresse! Rien de nouveau quoi...

A plus.

[obi76]

Aussi bien l'eau que la glace sont compressibles. Le module de compression de l'eau est de 2 10^9. C'est très grand, mais si l'eau n'était pas compressible, le niveau de la mer serait quelques 22 m plus haut.

Juste pour enfoncer le clou (j'ai déjà été confronté au problème du modèle de liquide incompressible) : tu aurai une vitesse du son infinie (dur pour le calcul des CFL en simulation )

[invite6dffde4c]

Re.
Tout à fait.
Le problème est qu'il y a une énorme différence entre dire "presque incompressible" et "incompressible". Les étudiants on tendance à ne retenir que le incompressible. On l'a déjà vu ici dans le forum. Il ne faut jamais omettre le "presque". Dans aucun cas.
A+

[invite678b3fc1]

Mouais. J'y vois un peu plus clair avec le lien, mais cela ne résout pas complètement le mystère...