Modélisation analogique de la circulation océanique

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

06/06/2000

Résumé

Modélisation analogique des courants de densité et de salinité dans l'océan.


TP proposé par Marc Joubert du Lycée Cordouan à Royan.

Objectif

L'objectif est de montrer quels sont les facteurs déterminant les mouvements des enveloppes fluides à partir de l'exemple de la circulation océanique.

Cette modélisation ne fait pas apparaître le paramètre de la salinité de l'eau. La question de la salinité est quand même évoquée, d'abord dans les expériences, puis en indiquant que les eaux qui gèlent au pôle ne contiennent pas de sel.

Cet argument va conforter l'idée que l'eau des pôles, à la fois plus froide et plus salée, va plonger vers les fonds marins

Dispositif et protocole

Ces dispositifs ont été mis en place avec Christophe Ehrhard (Labo SVT Royan).

Dans un aquarium de taille modeste - plus il est grand mieux c'est - on dispose deux flacons contenant de l'eau à température différente de l'eau ambiante, soit à une température de 20/25 °C.

Le premier flacon contient de l'eau chaude, à une température de plus de 50° C si possible et il est coloré en rouge. Le plus simple c'est de prendre du rouge neutre.

Le second flacon contient de l'eau froide colorée avec du bleu de méthylène par exemple. Sa température doit être la plus proche de 4° C possible - l'eau a alors sa densité maximale.

On dispose les flacons à mi-hauteur dans l'aquarium et de façon horizontale. La première solution que nous avons trouvée est de les faire reposer sur des petits cristallisoirs, en les coinçant avec de la pâte à modeler. Une solution plus adéquate serait de les suspendre avec des supports, ce que nous avons fait, mais bien après l'expérimentation en classe.

Figure 1. Dispositif

Dispositif

On ouvre les bouchons des flacons de façon presque simultanée, et on observe....

Résultats

Figure 2. Flacons fermés

Flacons fermés

Figure 3. Flacons juste ouverts

Flacons juste ouverts

Figure 4. Début de déversement des 2 flacons dans l'aquarium

Début de déversement des 2 flacons dans l'aquarium

Figure 5. Photo du milieu de l'expérience (avant de rajouter glace et lampe)

Photo du milieu de l'expérience (avant de rajouter glace et lampe)

Photos de l'expérience sans ajout de glace.

Figure 6. Photo de l'expérience avec ajout de la glace (début)

Photo de l'expérience avec ajout de la glace (début)

On place un bloc de glace d'un côté de l'aquarium (à droite) et une lampe de l'autre (à gauche).


Figure 7. Agrandir

Agrandir

Figure 8. Agrandir (suite)

Agrandir (suite)

Photos avec plongée du rouge et remontée de l'eau bleue

On observe bien le refroidissement de l'eau colorée en rouge, qui de la surface plonge au fond de l'aquarium.

Pour le côté chauffé par la lampe, les observations s'interprétent par un rechauffement de l'eau bleue.