La température de solidification de l'eau

Expérience 1

r Verser 3 mL d’eau dans un tube à essais.

r Piler de la glace à l’aide d’un marteau et d’un torchon

r Placer la glace pilée dans un cristallisoir et mesurer la température de la glace :

Filmer la suite de l’expérience (pour le site web)

r Ajouter du sel et bien mélanger. Observer comment varie la température.

r Placer la glace salée (appelé mélange réfrigérant) dans le bécher.

r Placer le thermomètre dans le tube (sans toucher les parois !!!)

Poser la caméra de telle manière qu’elle filme le bécher,

l’écran du thermomètre et l’écran du chronomètre

r En même temps :

- Placer le tube à essai dans le bécher

- Démarrer le chronomètre.

r Relever les températures toutes les minutes

et compléter le tableau suivant.

Dès que la mesure de température est réalisée,

sortez le tube pour filmer l’état de l’eau et remettez le

immédiatement dans le mélange réfrigérant (la sonde du thermomètre ne doit pas toucher les parois !!!)

Tableau de mesures:

Temps ( min)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Températures en °C

Graphique :

r Tracer la courbe de la température de l’eau en fonction du temps sur excel

Fusion des glaces et niveau des eaux

Cette question se pose dans le cas de l’évolution du niveau des mers et océans dans l’hypothèse d’une hausse de la température moyenne de la basse atmosphère.
Les effets de la fusion des glaces sur les lacs et étangs gelés relèvent du même questionnement.

Expérience n°2 :  A quoi est due la montée du niveau des mers ? (hypothèse 1 : fonte des glaces)

Prendre une photo avant, pendant et après la fonte du glaçon

Fusion de la glace formée à partir des étendues d’eau - cas de la banquise.

Au cours de la fusion du glaçon, il n'y a pas variation du niveau de l'eau. Pour plus de réalisme, des glaçons d’eau salée (salinité 34,5g/L en moyenne) peuvent être déposés sur de l’eau de même salinité. NB : Il peut neiger sur ces mers gelées, ce qui modifie très légèrement la question, mais les pluies ne sont pas prises en compte dans l’étude du niveau des océans (non pris par les glaces) !

Matériel nécessaire :

- Grand bécher
- Glace, feutre pour repérer le niveau de l’eau
- eau chaude

Ci-dessus : glace en crêpes (morceaux de glace de forme plus ou moins circulaire, avec des bords relevés ; dimensions de l'ordre de 30 à 50 cm, dans le cas présent) (photo : Jean Cassanet).

Pour en savoir plus sur la banquise : le site de la Mission Banquise

La dilatation de l'eau

Le principe des thermomètres à liquide repose sur le phénomène de dilatation. Ce phénomène est également le facteur prédominant dans l’élévation du niveau des mers et océans (dans l’hypothèse d’une élévation de la surface moyenne des eaux de surface). 

Expérience 3 : A quoi est due la montée du niveau des mers ? (hypothèse 2 : la dilatation de l’eau de mer)

Remplir un bécher avec de l’eau chaude et placer le sur un chauffeur électrique (thermostat 3).

Rempli un ballon d’eau froide et boucher le avec un bouchon percé muni d’un tube en verre. (l’eau doit monter un peu dans le tube – voir le schéma 1 ci-dessous)

Repérer le niveau de l’eau dans le tube avec un marqueur indélébile

Filmer la suite de l’expérience (pour le site web)

Plonger le ballon dans l’eau chaude (schéma n° 1); noter l'élévation du niveau de l'eau dans le tube.

L’expérience et les comparaisons peuvent être répétées avec de l’eau chaude à des températures différentes.

Matériel :

- un ballon en verre
- un  bouchon à un trou, un tube de verre
- un récipient d’un volume bien supérieur
- eau chaude.

La surfusion de l'eau

Expérience 4 : comment expliquer les pluies verglaçantes ?

L'expérience présentée ci-après a pour objectif de faire découvrir le phénomène de surfusion. Lors de son refroidissement, l'eau liquide peut rester à l'état liquide à une température très sensiblement inférieure à 0°C, sa température de solidification. En météorologie, ce phénomène a de nombreuses conséquences lors de la genèse des nuages et des précipitations, ainsi que dans la nature des précipitations (pluies verglaçantes...).

Expérience : verser quelques gouttelettes d'eau pure sur une boite métallique recouverte d'un film d'huile (1), puis placer la boite dans le compartiment congélation d'un réfrigérateur (2) et démarrer le chronomètre.

Prenez une photo des gouttelettes d’eau à coté du chronomètre à intervalles de temps réguliers (pour le site web)

Pour une température de - 10°C, la solidification de la première goutte peut intervenir au bout de 4 à 5 minutes. Toutefois, après 10 minutes, certaines gouttes peuvent encore être à l'état liquide.

Activité annexe :

Répéter l'expérience avec : de l'eau distillée, de l'eau bouillie, de l'eau bouillie très légèrement salée, des jeux de gouttes d'une autre dimension...

Matériel nécessaire :

Boite métallique (de 200 mL, par exemple), un peu d'huile pour former un film hydrofuge sur le fond de la boite, une pipette pour obtenir des gouttes de dimensions identiques, un réfrigérateur, un thermomètre. A noter que les conditions expérimentales font beaucoup varier la durée de l'expérience et le choix des intervalles de temps d'observation.