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Ballons sondes & prévisions météo. Introduction : Notre visite à la station météo France de Trappes nous a permis de faire connaissance avec le monde.

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1 Ballons sondes & prévisions météo

2 Introduction : Notre visite à la station météo France de Trappes nous a permis de faire connaissance avec le monde des prévisionnistes. Nous avons pu assister entre autres à un lancer de ballon sonde et visiter le parc des instruments de mesures climatologiques.

3 Problématique : De quelles façons un ballon sonde peut-il nous aider à prévoir le temps quil fera demain ?

4 Hypothèse : Les ballons sondes représenteraient la seule technique fiable et économique pour effectuer des prévisions météo correctes.

5 1 ère partie: Les nuages Le travail dun prévisionniste commence dabord à savoir observer le ciel. Le stage de deux de nos élèves de 3 ème à Météo France nous la confirmé. Le groupe sest intéressé à la formation des nuages

6 Définition: Un nuage est une masse visible constituée d'une grande quantité de gouttelettes deau (parfois de cristaux de glace associés à des minéraux) en suspension dans latmosphère. Laspect d'un nuage dépend de la lumière quil reçoit, de la nature, de la dimension, du nombre et de la répartition des particules qui le constituent et aussi des courants dair qui le traversent.

7 Nous avons utilisé deux procédés pour tenter de reproduire des nuages

8 A > la Glace carbonique Lorsque lon place un morceau de glace carbonique dans un récipient vide, nous pouvons constater un léger dégagement de gaz. Ce dégagement est beaucoup plus puissant lorsquon le plonge dans leau, leau semble « bouillir ».

9 Ces différences seraient dues à une capacité à restituer de la chaleur de façon différente. Leau en serait plus capable que lair. Pourquoi ces différences ?

10 La capacité thermique dun corps correspond à lénergie nécessaire pour élever, dun seul degré Celsius (ou kelvin), une masse de 1Kg de ce corps. Elle rend compte de la capacité de ce corps à stocker de la chaleur par rapport à sa masse. Définition de la capacité thermique

11 Capacité thermique de lair : 1004 J/(Kg*K) Capacité thermique de leau : 4180 J/(kg*K) Capacité thermique de leau et de lair

12 La capacité thermique de leau liquide est plus de 4 fois supérieure à celle de lair ce qui entraine plusieurs conséquences intéressantes : 1- Ce que lon constate avec nos expériences est parfaitement compréhensible. La sublimation de la glace carbonique est plus importante dans leau que dans lair.

13 2-Lair gazeux est un très bon isolant. Cest dailleurs pour cette raison quil est utilisé dans les doubles vitrages 3- Lair chaud ne se mélange pas facilement à lair froid, cela créé des conflits entre masses dair de températures différentes et entraine la formation des nuages.

14 Remarque: la capacité thermique dun corps dépend aussi de son état: Eau solide (glace):2060 J/(Kg*k) Eau liquide :4180 J/(Kg*k) Vapeur deau:1850 J/(Kg*k) Ces chiffres permettent de comprendre aussi pourquoi la banquise et les glaciers fondent et plus le réchauffement climatique saccélère.

15 Remarque2: Le nuage que nous avons obtenu avec la glace carbonique est un vrai nuage. Normalement le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore. En fait le gaz qui sort du récipient sous forme de bulle refroidit lair au dessus du récipient: il fait précipiter lair ambiant instantanément. Lai froid étant plus lourd que lair chaud il descend.

16 B > Le nuage et la bouteille deau Pour créer et reproduire un nuage, nous pouvons utiliser le matériel suivant : Une bouteille de Soda transparente et solide denviron deux litres Une pompe avec manomètre (pour mesurer la pression) Une allumette De leau Chaude. Une bassine ou un lavabo.

17 Dans un 2 ème temps il est possible de remplacer leau chaude et lallumette par de lalcool.

18 Protocole : 1-On introduit de leau chaude dans une bouteille que lon ferme. La bouteille est secouée avant dêtre vidée. 2-Une allumette est jetée enflammée dans la bouteille deau. Cette allumette séteint normalement rapidement et peut même être éteinte juste avant dêtre jetée.

19 3-On bouche la bouteille avec un bouchon à un trou reliée à la pompe avec manomètre. La pression est portée à 1,1 et jusquà 1,5 bar (soit 1100 à 1500 hPa). Dans la bouteille la pression est plus de deux fois supérieure à la normale.

20 En enlevant brutalement le bouchon le nuage apparait. En remettant la pression après avoir boucher à nouveau, le nuage disparait.

21 Avec de lalcool en lieu et place de leau chaude et de lallumette, nous obtenons de meilleurs résultats.

22 Toute cela sexplique grâce à la loi des gaz parfaits: PV = nRT P, Pression V, Volume n, nombre dAvogadro, R constante dun gaz et T Température.

23 Dans une bouteille, le volume est constant, n et R aussi. Lorsque la pression augmente, alors la température aussi. Et inversement quand la pression diminue. Le rôle de lallumette est daugmenter le nombre de particules qui augmente la capacité de fixer les gouttelettes deau. Le nuage est davantage visible.

24 La chute brutale de la température fait passer la vapeur deau (gaz incolore et inodore) directement à létat liquide. Laugmentation de la pression la re- transforme en gaz. Cest exactement ce qui se passe lorsque la température se réchauffe : les nuages disparaissent parce quils se transforment en vapeur deau, un gaz invisible et inodore. De la même façon lorsque lair se refroidit de trop : les nuages disparaissent parce que les gouttelettes deau se transforment en glace.

25 Lalcool remplace avantageusement leau chaude car lalcool possède un point de fusion à 79°C et non à 100 °C comme cest le cas pour leau. Bien évidemment dans le cas de lalcool il faut éviter de mettre une allumette!

26 2 ème partie: Les montgolfières Ce sont les premiers outils utilisés pour connaitre latmosphère et tenter de faire voler des personnes. La première montgolfière officielle a été inaugurée en présence de Louis XVI en 1783.

27 Nous nous sommes intéressés aux montgolfières car ce sont les 1ers objets construits par lhomme qui ont permis de commencer à comprendre le fonctionnement de latmosphère. Cela nous a permis de comprendre les étapes quil faut franchir pour arriver aux ballons sondes.

28 Historique des montgolfières Le 19 septembre 1783, les frères Montgolfier sont arrivés à 480mètres daltitude. Jacques Alexandre Charles le 1er décembre 1783 est arrivé à 3500 m. Un baromètre et des instruments météorologiques ont été utilisés. À la fin des années 1950, utilisation du nylon pour l'enveloppe, et d'un gaz de pétrole liquéfié (le propane) comme carburant. Les montgolfières modernes arrivent en France en 1972.

29 Historique des ballons sondes À la fin du XIXe siècle, les chercheurs et météorologues ne disposent que de données très éparses en surface. Le premier vol dun ballon-sonde retransmettant par radio la mesure de la température est effectué le 17 janvier 1929 à Trappes. Léon Teisserenc de Bort( )

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31 Constructions de nos ballons Nous avons donc construit des montgolfières en pensant que c'était facile : 15 cm de rayon puis de 30 cm de rayon échec. Nous considérons que nos montgolfières sont des sphères. Nous avons cherché à comprendre pourquoi ces échecs et nous avons formulé des hypothèses.

32 Pourquoi cela ne fonctionnait pas : -un tissu non adéquat : pas de réussite avec un autre tissu -montgolfière trop petite : essai 70 cm de rayon -l'air n'était pas suffisamment chaud : en plus du sèche cheveux utilisé auparavant nous avons aussi utilisé un décapeur thermique et un réchaud à gaz. Dernièrement, nous avons utilisé un barbecue et nous pensons qu'en utilisant tout cela, nous obtiendrons un résultat

33 Nous avons utilisé des fonctions mathématiques pour essayer de comprendre nos échecs. Notre ballon est soumis à la poussée dArchimède: Tout corps plongé dans un fluide est soumis à une force de bas en haut égale à la masse du volume de fluide déplacé. Si le poids de lenveloppe est supérieur à la masse du fluide déplacé, alors la montgolfière ne décolle pas au contraire elle chute.

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36 Grâce aux montgolfières, nous avons compris ce que la poussée dArchimède veut dire et nous savons que lair circule dans latmosphère en fonction de sa température. Plus lair est chaud plus il sélève. Il se trouve que la terre se réchauffe de façon irrégulière. la circulation atmosphérique

37 LEGENDES Zone de chaleur excédentaire Vent plutôt froid Vent plutôt chaud A Anticyclone D Dépression

38 Lorsque lair chaud sélève il se refroidit et fini par redescendre. Dans le même temps il est entrainé par la force de rotation de la terre vers louest et ensuite vers le nord par la force de Coriolis qui dévie vers la droite tous les corps qui se déplacent.

39 La force de Coriolis et la circulation des masses d'air La force de Coriolis ne sapplique quaux objets en déplacements qui se trouvent eux même à la surface de la Terre. Les vents dominants en Atlantique Nord

40 Les courants océaniques dominants en Atlantique Nord

41 Ces phénomènes (poussée d'Archimède, rotation de la terre et force de Coriolis expliquent les anticyclones et les dépressions). Lorsque lair chaud sélève, nous parlons de dépression (D), lorsque lair plus froid redescend il est plus lourd, nous parlons danticyclone (A).

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43 En été, nous avons plus danticyclone car la chaleur est en excédent et pousse lanticyclone des Açores vers le nord. En Hiver cest le contraire, lanticyclone des Açores recule et laisse la place aux dépressions. Au Sénégal, le pays se trouve plutôt entre une cellule de Hadley et une cellule de Ferrel, il est plutôt concerné par un anticyclone.

44 Voilà pourquoi les vents dominants dans notre région sont des vents douest. Cela permet de comprendre aussi pourquoi les tempêtes ou cyclones qui sévissent aux états unis se retrouvent sous forme de vents violents quelques jours plus tard chez nous.

45 3 ème partie: Les prévisions météo Faire des prévisions cest dabord une histoire de mesures. Le prévisionnistes effectuent des mesures au sol avec des stations météo fixes.

46 Les mesures ont lieu dabord par les instruments dune station à terre. La température se mesure à laide de capteurs électroniques mis à labri de la chaleur du soleil

47 Lunité de mesure de la température cest le degré Celsius ou le Kelvin 1K = 1°C 0 K = -273 °C cest le zéro absolu

48 Avec les thermomètres on place souvent un hygromètre et un baromètre. Lhygromètre mesure lhumidité relative de lair. Elle correspond au rapport entre lhumidité de lair et lhumidité maximale de lair à une température donnée. Elle sévalue en % La pression se mesure avec un baromètre, une sonde électronique qui effectue des mesures exprimées en bar ou en pascal.

49 On utilise aussi un pluviomètre qui mesure la quantité deau liquide qui tombe sur le sol.

50 La pluviométrie sexprime en mm car une volume qui tombe sur une surface ca correspond à des mm 3 / mm 2 et donc à des mm au final.

51 On utilise aussi la luminosité, lensoleillement et la vitesse du vent. On utilise alors des luxmètres et des anémomètres.

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53 Le prévisionnistes utilisent aussi les ballons sondes parce quils savent que lair circule en altitude.

54 Le suivi des paramètres enregistrés par un ballon permet davoir accès aux deux premières couches de latmosphère.

55 Lorsquil sélève en altitude le ballon gonfle et finit par éclater dans la stratosphère. Il redescend ensuite doucement grâce à son parachute.

56 Toutes les mesures dune station nont aucun sens si elles ne sont pas comparées avec les mesures dautres stations météo et des mesures effectuées en altitude. Météo France dispose de plusieurs stations météo. Deux ballons sondes sont envoyés quotidiennement par chaque station. Les prévisionnistes utilisent également et même beaucoup les satellites pour les prévisions.

57 Conclusion: Les ballons sondes représentent un moyen parmi dautres pour effectuer des prévisions météo. Ils ne sont jamais utilisés seuls. Fiable et économique il permet surtout davoir des indices sur lévolution des paramètres de latmosphère et particulièrement sur les paramètres en altitude.


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