Où trouve t-on de l’eau ?

Petite proportion, grands effets

Petite proportion, grands effets Toute l’eau (sous formes condensée et gazeuse) ne représente que 0,001 % de l’eau de la planète. Le pourcentage de vapeur d’eau dans l’atmosphère est faible, 0 à 4 % de sa composition gazeuse totale (~ 78% diazote et ~21% oxygène). Un volume de 12900 km3 d’eau est présent dans l’atmosphère. Seuls 2 % de ce volume existe sous forme condensée (nuages), le reste est diffus, présent sous forme de vapeur d’eau.

Le cycle de l’eau

L’eau dans tous ses états L’eau existe sous trois états :

L’eau dans tous ses états L’eau existe sous trois états : forme solide (neige, glace), forme liquide (que l’on boit) ; forme gazeuse (la vapeur d’eau qui est invisible). Lorsque l’eau passe d’un état à un autre, on appelle cela un « changement d’état » et on les nomme comme ci-contre. Liquéfaction

L’eau dans tous ses états L’eau existe sous trois états : forme solide (neige, glace), forme liquide (que l’on boit) ; forme gazeuse (la vapeur d’eau qui est invisible). Lorsque l’eau passe d’un état à un autre, on appelle cela un « changement d’état » et on les nomme comme ci-contre. Attention : « vaporisation » peut aussi se dire « évaporation ». Dans le langage courant « liquéfaction » se dit « condensation ». C’est un abus de langage. Pour les physiciens, le terme « condensation » est bien réservé au changement d’état gazeux  solide. Liquéfaction

L’eau dans tous ses états Quand l’eau change d’état : il faut lui fournir de l’énergie (changement d’état endothermique en rouge) ou alors elle cède de l’énergie (changement d’état exothermique en bleu). Par exemple à pression atmosphérique, l’eau gèle à 0°C : 1 g d’eau qui fond absorbe 80 calories de son environnement (80 cal ~ 335 J, sous forme de chaleur). 1 g d’eau qui se solidifie cède 80 calories à son environnement Liquéfaction

Qu’est-ce que l’humidité selon vous ?

Point de rosée L’humidité correspond à la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. Plus l’air est chaud et plus il peut contenir de vapeur d’eau mais sans dépasser une valeur maximale. Par exemple, à 20°C, un m3 d’air peut contenir au maximum 17,3 g d’eau (voir ci-contre).

Point de rosée   On appelle point de rosée, la température à laquelle une masse d’air doit être refroidie pour que son humidité relative soit 100 %, on dit alors que la masse d’air est à saturation.

La rosée du matin Exemple ci-contre : Le jour, l’air est à 20°C et l’humidité relative à 50 %. Lorsque le soir arrive, la température diminue sans que le poids de la vapeur d’eau change. Donc l’humidité relative augmente. Quand l’air est à 9°C, le point de rosée est atteint et une partie de la vapeur d’eau contenue dans l’air se condense (se liquéfie pour être exact !). C’est ce qui explique la rosée du matin. Plus l’air se refroidit et plus on observera de rosée. Si la température descend en dessous de 0°C, on observe de la gelée blanche rosée gelée blanche

L'addax ou antilope à nez tacheté Taille : 1,40 à 1,60 m Poids : 60 à 125 kg Longévité : 16 à 20 ans L’addax est une antilope particulièrement rare qui vit dans de multiples régions isolées du Sahara. C'est l’antilope la plus adaptée aux déserts, elle est capable de survivre des années sans boire et d'habiter dans des endroits extrêmement arides (elle lèche la rosée du matin sur les rochers). Toutefois l'addax n'est pas très endurant à la course du fait de ses faibles ressources en nourriture et en eau.

Psychromètre installé dans un abri météorologique Mesure L’humidité relative peut se mesurer avec un hygromètre. L’humidité relative peut aussi se mesurer avec un psychromètre, appareil constitué de deux thermomètre (un sec et un mouillé). Psychromètre installé dans un abri météorologique Hygromètre à cheveu

Accumulation de granule de glace au sol (grésil) Les pluies verglaçantes sont dues à des précipitations d’eau surfondue

Eau surfondue De l’eau surfondue est de l’eau liquide en dessous de son point de congélation (0°C) ; Il y a beaucoup de gouttelettes d’eau en surfusion dans l’atmosphère ; L'eau peut se présenter sous forme surfondue dans un intervalle de température allant de 0 °C à -39 °C : se congèlera dès qu'elle entrera en contact avec une surface solide ou avec un type particulier d'aérosol appelé « noyau de condensation ». Proportion noyau de condensation varie : Sur terre =10 x mer En ville= 10 x campagne Dans l’aéronautique, on peut citer comme conséquences les traînées de condensation et le givrage des avions.

Traînées de condensation Les traînées de condensation sont créées par la condensation de la vapeur d'eau émise par les moteurs d’avion à très haute altitude. C’est la transformation de gouttelettes d’eau en suspension en cristaux de glace qui créé ces traînées blanches.

Traînées de condensation Les traînées de condensation sont créées par la condensation de la vapeur d'eau émise par les moteurs d’avion à très haute altitude. C’est la transformation de gouttelettes d’eau en suspension en cristaux de glace qui créé ces traînées blanches. Les traînées en bouts d’aile (ou de détente) sont beaucoup plus rares car les noyaux de condensation sont plus rares en bout d’aile qu’au niveau d’un réacteur.

Questions BIA MTO - Quand le bulletin météorologique prvoit que le point de rosée et la température ambiante seront bientôt identiques, il faut s'attendre à : de la neige b) de la pluie c) du brouillard d) de la vapeur d'eau MTO - Le degré hygrométrique est : a) le degré de température utilisé dans l’échelle de mesure Kelvin. b) le degré de température utilisé dans l’échelle de mesure Celsius. c) le rapport entre la masse de vapeur d'eau contenue effectivement dans l’air et celle que cet air peut contenir au maximum. d) la différence de température entre les deux thermomètres d’un hygromètre. MTO - Les météorologistes utilisent fréquemment, pour mesurer la température et l'humidité de l'air, un appareil constitué de deux thermomètres, dont le réservoir de l'un est entouré de mousseline maintenue humide. Cet appareil est appelé : hygromètre. b) baromètre. c) psychromètre. d) anémomètre. MTO – Le changement d’état de l’eau, de l’état liquide à l’état solide est dénommé : a) glaciation b) solidification c) durcissement d) cristallisation

Givrage des avions Il peut être dû : à de l’eau surfondue (en général en altitude) ; à des précipitations de neige ; ou une température de rosée proche de la température réelle. Quelles sont les conséquences selon vous ?

Givrage des avions C’est un phénomène très dangereux pour les aéronefs car il peut causer : l’alourdissement de l’appareil ; la modification du profil aérodynamique ; le blocage de parties mobiles ; la mise hors service de capteur ou de sonde (pitot, prise de pression statique …) le givrage du carburateur (pour les avions concernés) …..

Comment lutter contre le givrage selon vous ?

Lutte contre le givrage au sol Au sol, dégivrage avant le décollage, éventuellement avec un antigel de courte durée.

Lutte contre le givrage en vol Systèmes anti-givrage et dégivrage sur ATR72 On brise la glace par déformation d’une membrane en caoutchouc. Solutions : réchauffage par résistances électriques (tube de pitot, prises statiques, pare-brise, pales d’hélice, balises lumineuses, … ) ; systèmes pneumatiques (boots de bords d’attaque, … )

Cas du carburateur (avions légers) Cet organe des moteurs à essence permet de préparer un mélange d'air (dont l’oxygène est le comburant) et d’essence (le carburant) ; mélange qui doit brûler ensuite dans la chambre de combustion. Le mélange doit avoir un rapport carburant/air 15:1 (15 grammes d'air pour 1 gramme de carburant), on parle de la richesse du mélange. vers la chambre de combustion Position carburateur sur moteur 4 cylindres à plat (pièce n° 10)

Givrage du carburateur (avions légers) C’est un phénomène très dangereux en aéronautique qui se produit lorsque la température de l'air ambiant se situe entre 0°C et 10°C. Au niveau du carburateur, l'évaporation (évaporation = changement de phase endothermique) de l'essence fait diminuer la température de 10°C à 15°C par rapport à celle de l'air ambiant, ce qui peut conduire à une température négative dans le carburateur. La condensation de la vapeur d'eau a alors presque toujours lieu, mais à l'état liquide : on a de l'eau surfondue. Cette eau va se solidifier au contact des parois dans le carburateur. On obtient alors des morceaux de glace qui vont boucher le carburateur. Pour éviter ce phénomène, les pilotes doivent, lorsque les conditions météorologiques font présager le givrage du carburateur, utiliser le système de réchauffage du carburateur (en préventif).

Conditions de givrage du carburateur (avions légers) A l’aide du graphe ci-dessous, les conditions favorables au givrage carbu ? Humidité relative importante, Température entre 0 °C et 15 °C, Puissance moteur en descente, Ecart entre température et point de rosée inférieur à 20 °C.

Lutte contre le givrage du carburateur (avions légers) Le givrage carburateur se détecte par une baisse du régime moteur et des ratées de moteur sans baisse de l’environnement sonore. La réchauffe carburateur doit être utilisée en préventif mais diminue la puissance disponible au niveau du moteur. Principe de réchauffe Bouton réchauffe carbu sur Cessna 152. Certains appareils disposent d’un indicateur de température carburateur.

Adiabatisme Le soleil surchauffe la route ; il apparaît au dessus de cette route une couche d’air surchauffée (à une température supérieure à l’air environnant). Cet air surchauffé monte (à pression constante, la densité de l’air diminue quand sa température augmente, l’air chaud est donc plus léger que l’air froid). L’air étant un mauvais conducteur thermique, les particules d’air surchauffées qui montent n’ont pas le temps d’échanger de l’énergie avec le milieu qui les entoure ; de plus, en montant, ces particules subissent une baisse de pression. On dit que les particules d’air en ascendance forcée subissent une détente adiabatique. Le phénomène est réversible, des particules d’air en descente forcée subissent une compression adiabatique Dans l’atmosphère, le gradient moyen de température observé est de –2°C pour 1000 ft alors que le gradient adiabatique est de –3°C pour 1000 ft. Une particule d’air en ascendance forcée se refroidit donc plus vite que son milieu ambiant.

Variation verticale de température z est l’altitude, t est la température.

Stabilité de l’air Les particules d’air en ascendance forcée restent plus froides que le milieu ambiant et finissent par redescendre (car restent plus lourdes que les masses d’air ambiantes). On observe un phénomène convectif. Si les particules sont saturées, il y a condensation et donc possibilité de formations nuageuses (cumulus de beau temps).

Stabilité de l’air Les particules d’air en ascendance forcée restent plus chaudes que le milieu ambiant et continuent leur montée (car restent plus légères que les masses d’air ambiantes). Quand ces particules sont saturées, il y a condensation et apparition de formation de nuageuses à fort développement vertical (tower cumulus, cumulonimbus).

Les nuages Les nuages sont formés d’un ensemble de gouttelettes d’eau (de diamètre inférieur à 200 mm) et / ou de cristaux de glace en suspension dans l’air. Ils se forment par condensation de la vapeur d’eau lors d’ascendance de masses d’air ou lors de rencontre de masses d’air de températures différentes. Les ascendances peuvent être spontanées (cas de l’air instable) ou forcées (cas de l’air stable). Rencontre de masses d’air de températures différentes (soulèvement frontal) Ascendance forcée par le vent (soulèvement orographique) Ascendance spontanée (convection)

Répartition des nuages

Classification des nuages Altitude de la base Forme Au dessus de 6 km préfixe cirro Entre 2 km et 6 km préfixe alto Entre le sol et 2 km pas de préfixe Très grande extension verticale nimbo ou nimbus Nuage cumuliforme Terminaison cumulus Cc cirrocumulus pas de précipitations associées Ac altocumulus Cu cumulus pluie, neige Cb cumulonimbus précipitations violentes (tout type) et orages Nuage stratiforme Terminaison stratus Cs cirrostratus As altostratus pluie, neige, granules de glace St stratus bruine, neige en grains Ns nimbostratus Cumuliforme : type chou fleur - instable Stratiforme : type strate - stable Cas particulier, le cirrus Ci (en altitude, formé de cristaux de glace formant des filaments et ne donnant pas de précipitations) et stratocumulus Sc (en forme de gros galets, ni strate ni chou donc, ou un peu des deux, pluie ou neige faible).

Photos nuages - internet Photos de nuages Photos nuages - internet

Précipitations On appelle précipitation, toute chute d’eau atmosphérique qu’elle soit liquide ou solide. Les cristaux et gouttelettes composant un nuage ne peuvent chuter que par l’accroissement de leur poids et donc de leur taille. L’accroissement de le taille des cristaux ou des gouttelettes se fait par effet Bergeron puis coalescence (pluie), accrétion (grésil) ou agrégation (neige). Une précipitation commence très souvent en altitude par une chute de neige ou glace (qui devient pluie s’il y a fonte lors de la chute).

Précipitations associées aux nuages

Brumes et brouillards Il s'agit du même phénomène (suspension dans l'atmosphère de très petites gouttelettes d'eau).  Brume : visibilité au sol comprise entre 1 et 5 kilomètres.  Brouillard : visibilité au sol inférieure au kilomètre. On distingue parmi les types de brouillard :  le brouillard de rayonnement  le brouillard d'advection.  le brouillard d'évaporation La brume peut aussi être due à la présence de divers aérosols (particules de pollution industrielle ou urbaine) qui réduisent parfois fortement la visibilité. On parle alors de « brume sèche » lorsque l'humidité relative est inférieure à 60% (donc dans de l’air non saturé d’humidité).

Brouillards de rayonnement Le brouillard de rayonnement se forme par refroidissement nocturne de la surface terrestre, généralement en fin de nuit. Ce brouillard est typiquement terrestre et peut persister plusieurs jours en période hivernale. Il se dissipe en matinée sous l'action du rayonnement solaire, en commençant par la base, évoluant parfois en une couche de nuages bas (stratus). La température diminue en commençant du sol et en remontant lentement en altitude.

Brouillards d’advection Le brouillard d'advection se forme lorsqu'une masse d'air chaud et humide se déplace sur une surface relativement froide. La base de cette masse d'air se refroidit au contact de la surface froide et ce refroidissement se propage sur une certaine épaisseur. Le refroidissement entraîne la condensation de la vapeur d'eau en minuscules gouttelettes. Brouillard d'advection à San Francisco.

Brouillards d’évaporation Le brouillard d'évaporation qui se forme sur les surfaces maritimes, surtout en automne et en hiver. Il est très souvent associé à la brise de terre établie la nuit qui amène de l'air froid sur une surface maritime chaude et humide. Il se forme jusqu'à 5 miles de la côte qui est la limite de l'influence de la brise de terre.

Visibilité  Mesure de visibilité par transmissiomètre à l’aéroport de Roissy-Charles De Gaulle.

Questions BIA MTO L'orage est caractéristique a) du nimbrostratus. b) du cumulonimbus c) du stratus. d) de l'altostratus. CONN La composition idéale du mélange carburé air-essence correspond à une proportion de 1 gramme d'essence pour : a) 17 g d'air. b) 20 g d'air. c) 15 g d'air . d) 8 g d'air. CONN Sous certaines conditions de température et d’humidité, on utilise le réchauffage du carburateur pour : a) réchauffer l’air entrant dans la cabine. b) éviter le givrage du carburant contenu dans la cuve du carburateur. c) vaporiser l’essence injectée dans le circuit d’admission du moteur. d) éviter le givrage autour du papillon d’admission. CONN Lorsqu'un avion s'élève, la diminution de la densité de l’air aura tendance à : a) provoquer un givrage carburateur. b) augmenter la puissance utile c) appauvrir le mélange. d) enrichir le mélange. MTO La cause la plus fréquente de formation des nuages dans l’atmosphère est : a) un soulèvement d’un ensemble de particules d’air humide. b) un affaissement d’un ensemble de particules d’air humide. c) un réchauffement de l’air en altitude. d) une montée rapide des températures.

Questions BIA MTO La brume sèche : a) est constituée de particules solides (sable, poussières, impuretés) en suspension dans l’air non saturé d’humidité. b) est due en grande partie à l’activité industrielle qui se développe sur la planète. c) se forme fréquemment en période de beau temps. d) toutes ces affirmations sont exactes.   MTO Les stratus sont des nuages : a) dangereux à cause des turbulences et précipitations qui leur sont associées. b) dangereux par la faible hauteur de leur base. c) résultant d'ascendances qui permettent le vol à voile. d) de grande étendue verticale. MTO L’ensemble des mouvements verticaux de l'air, ascendants et descendants, dus au réchauffement diurne du sol est appelé : conduction. b) coalescence. c) subsidence. d) convection. MTO Les cirrus sont des nuages : a) très épais et très étendus, donnant beaucoup de pluie. b) de l’étage supérieur (+ de 6000 mètres). c) de gaz d’échappement des avions de ligne. d) typiques des latitudes équatoriales.

Questions BIA MTO Le givrage de la cellule d’un avion se traduit par une : a) augmentation de la vitesse et de la portance . b) augmentation de la portance. c) dérive due au déséquilibrage latéral de l’avion. d) perte des qualités aérodynamiques de l’avion. MTO La visibilité horizontale n’est pas très bonne, elle est supérieure à 1 km et inférieure à 1,5 km. Il ne pleut pas et ne neige pas non plus. En météorologie on dit qu’il y a : a) de la brume b) CAVOK c) du brouillard d) du smok. MTO Une des conditions favorables à la formation du brouillard est : a) l'augmentation de pression. b) l'augmentation de température. c) l'augmentation du taux d'humidité. d) une baisse du taux d'humidité. MTO L'un des groupes de nuages ci-après ne contient que des nuages stables. Lequel ? a) Stratus, cumulonimbus, altocumulus, cirrus. b) Altostratus, cirrostratus, stratus, cirrus. c) Cumulus, cirrocumulus, stratocumulus, altocumulus. d) Nimbostratus, cumulonimbus, cirrus, altocumulus.

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