Modélisation analogique de la circulation océanique thermo-haline

Benoît Urgelli

ENS-Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

06/06/2002

Résumé

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


TP proposé par l'équipe pédagogique du Laboratoire de SVT du Lycée La Martinière Duchère à Lyon.

Problématique

  • Observations initiales

    Déplacement du nuage de poussières radioactives de Chernobyl ou images satellitales avec déplacement de nuages. Photos satellitales du déplacement d'El Nino. Constatation de la présence de mouvements et cartes des courants (pour repérer sens des déplacements).

  • Problème scientifique

    Quelle est l'origine de ces mouvements de fluides ? On se propose de tester les différences de température et de salinité (différence de densité) comme origine des mouvements...

Dispositif et protocole

Liste du matériel par demi-groupe de classe.

Le groupe A (Moitié de classe) travaille sur les différences de températures

Figure 1. Aquarium A

Aquarium A

Figure 2. Schéma du dispositif A

Schéma du dispositif A

  • bac plastique rempli au 3/4 par de l'eau du robinet.
  • deux boites plastiques pouvant contenir de la glace ou de l'eau très chaude.
  • une pipette pasteur avec poire.
  • un petit flacon de colorant alimentaire vert.
  • 4 petits blocs de mousse pour bloquer les boîtes plastiques et 1 élastique (pour retenir la glace).

Le groupe B (Moitié de classe) travaille sur les différences de salinité

Figure 3. Aquarium B

Aquarium B

Figure 4. Schéma du dispositif B

Schéma du dispositif B

  • bac plastique rempli au 3/4 par de l'eau du robinet.
  • un boudin (tissu rigide à larges mailles) rempli de gros sel.
  • un petit flacon de colorant alimentaire rouge.

Protocole expérimental

A titre indicatif, nous avons utilisé des bacs de dimensions L = 33 cm l = 21 cm h = 18,5 cm et des boîtes plastiques pour la conservation des aliments de dimensions L = 17 cm l = 10 cm h = 3 cm.

Dans le cas du test avec de la glace, nous avons rencontré un problème de conduction insuffisante de la chaleur par le plastique : il fallait déposé le colorant près du couvercle. Il faut donc ouvrir la boîte et maintenir la glace avec des élastiques ou essayer avec un boîte métallique.

L'expérience a été faite avec des colorants alimentaires qui diffusent lentement. Une seule goutte suffit, déposée à la surface de l'eau, coté froid ou chaud. Le volume de colorant est très peu important : il suffit de déposer sans jet quelques gouttes, à l'aide de la pipette, à proximité des sources de chaleur. Pour la salinité, le colorant n'est pas obligatoirement placé dans le sel, il peut être déposé sous le boudin et de l'autre côté du bac à la même hauteur. Ce test constitue une contre expérience prouvant que le mouvement du colorant n'est pas du à sa densité ...

On peut également utilisé le bleu de méthylène à la concentration habituellement donnée pour sa préparation

Résultats

Les élèves travaillent par groupe de deux. Les demi-groupes de classe s'échangent les résultats et font un compte rendu avec schémas

Le groupe A (moitié de classe) travaille sur les différences de températures

Figure 5. Stade 1

Stade 1

Figure 6. Stade 2

Stade 2

Figure 7. Stade 3

Stade 3

Figure 8. Stade 4

Stade 4

Le groupe B (moitié de classe) travaille sur les différences de salinité

Figure 9. Stade 1

Stade 1

Figure 10. Stade 2

Stade 2