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Dangers de l'eauNotes de l'enseignantLes marées et l'époque1Les marées nous intriguent depuis bien longtemps. C'est peut-être parce qu'elles représentent une force prévisible et tout à fait invincible. Les marées sont des changements rythmiques périodiques et prévisibles de la hauteur d'un cours d'eau, causés par l'effet combiné de l'attraction gravitationnelle de la lune et du soleil et du mouvement de la terre. La contribution de la lune à la hauteur des marées (marée lunaire) est deux fois plus importante que celle du soleil (marée solaire). Même si le soleil a une masse qui est 27 millions de fois plus importante que celle de la lune, la lune est environ 400 fois plus proche de la Terre, et exerce une attraction gravitationnelle beaucoup plus importante. Au cours du mois, la hauteur des marées varie. Les plus hautes marées et les plus basses marées coïncident avec la nouvelle et la pleine lune, alors que la lune et le soleil tirent dans la même direction. Dans ce cas, les forces des deux corps qui tirent sont ajoutés l'une à l'autre. Ces marées extrêmes sont connues sous le nom de marées de vive eau, parce qu'elles sautent ou se déplacent rapidement. Les marées de vive eau se produisent lorsque la Terre, la lune et le soleil forment un angle droit. Le régime des marées (les hauts et les bas qui surviennent pendant une période de 24 heures) et l'amplitude (la différence entre les niveaux d'eau de la marée haute et de la marée basse) diffèrent dans le monde entier. Certaines régions, comme une bonne partie des côtes est et ouest de l'Amérique du Nord, ont habituellement deux marées hautes et deux marées basses par période de 24 heures. Il s'agit de marées semi-diurnes. D'autre part, le golfe du Mexique a tendance à avoir une marée haute et une marée basse (des marées diurnes) pendant la même période. L'amplitude des marées varie considérablement, selon la forme du bassin d'eau à travers duquel les marées s'écoulent. L'étroite baie de Fundy a des marées d'environ 50 pieds. Cela ne veut pas dire que l'eau se rend à 50 pieds sur la côte. Cela veut dire que le niveau d'eau augmente d'environ 50 pieds. Si le terrain est assez plat, la mer peut se prolonger sur la côte sur des milles avant d'atteindre l'élévation nécessaire. L'amplitude des marées pour la plupart des océans est beaucoup moins élevée. Sur les côtes est et ouest de l'Amérique du Nord, l'amplitude des marées a tendance à atteindre six à huit pieds. Dans le golfe du Mexique, les marées sont encore plus étroites, étant seulement parfois d'un pied ou deux. Les marées sont une force de contrôle majeure, peut-être la plus importante, dans bon nombre d'habitats marins intertidaux parce qu'elles aident à déterminer combien de temps les organismes sont sous l'eau. Dans les régions qui ont de grandes amplitudes de marées, les organismes doivent s'adapter de façon à survivre dans l'air. Ils doivent faire face aux dangers comme la sécheresse, les grandes fluctuations de température, les invasions de l'eau douce (de la pluie) et les attaques de divers prédateurs terrestres. Vent et vagues1Qu'est-ce qu'on entend par vagues? Les vagues sont causées par diverses forces, mais la plupart des vagues que nous voyons sont causées par le vent. Dans l'océan, les vagues de vent sont générées par les molécules d'air du vent qui souffle le long de la surface de la mer et qui transfère l'énergie aux molécules d'eau adjacentes. À mesure que les molécules d'eau commencent à se déplacer, elles commencent à voyager en cercles verticaux, produisant de petites ondelettes. Ces petites vagues exposent une plus grande partie de la surface d'eau au vent et une plus grande quantité d'énergie éolienne est transférée à l'eau, ce qui crée des vagues de plus en plus grosses. Lorsque les vents ralentissent ou arrêtent, les vagues continuent même si elles sont plus arrondies; c'est ce qu'on appelle la houle. Les vagues comprennent plusieurs parties. La crête est la partie la plus haute de la vague (au-dessus du niveau de l'eau calme). Le creux est la partie la plus basse. La hauteur d'une vague est la distance entre la crête et le creux, et sa longueur est la distance horizontale entre chaque crête. Dans l'océan, la longueur de la vague atteint en moyenne 200 à 500 pieds, mais elle peut atteindre 2 000 pieds dans des cas extrêmes. La période d'une vague est l'intervalle qu'il faut pour que deux vagues successives passent à un point particulier; la fréquence de la vague mesure combien de vagues passent à ce point dans une période donnée. La période du vent varie de quelques secondes à 20 secondes. Quelle hauteur atteignent les vagues? Très grande hauteur. Les vagues les plus hautes qui ont été enregistrées officiellement ont été mesurées par le commandant en second du navire de la marine américaine Ramapo le 7 février 1933, dans l'océan Pacifique Nord. Le navire allait des Philippines à San Diego et pendant des jours, le vent était de 66 milles à l'heure, avec des rafales de 80 milles à l'heure. Vers trois heures du matin, la mer était illuminée par une lune brillante, le personnel de garde a remarqué une série de vagues particulièrement grandes qui s'en venaient vers le navire. Lorsque le navire s'est trouvé dans le creux d'une de ces vagues, le commandant second a noté que le nid-de-pie du mât principal était au niveau avec la crête de la prochaine vague. Il a estimé que la vague devait être d'environ 112 pieds de hauteur. Comment se déplace l'océan?1L'eau se déplace constamment dans l'océan et une bonne partie de ce déplacement se fait à l'intérieur des courants. Le terme courant désigne habituellement l'eau qui coule horizontalement (parallèlement à la surface de l'océan), mais des masses d'eau peuvent se déplacer verticalement également. Les courants peuvent être rapides et presque comme une rivière (comme le Gulf Stream) ou ils peuvent être lents et diffus. Qu'est-ce qui fait déplacer l'eau? Ultimement, le soleil fait déplacer l'eau. L'eau chaude prend de l'expansion et l'eau froide se contracte. L'eau de l'océan est plus chaude à l'équateur (le soleil brille plus souvent sur cette eau) qu'aux pôles. L'eau équatoriale est en réalité d'une densité supérieure à trois pouces à celle de l'eau polaire parce qu'elle est plus chaude et s'est étendue légèrement. Cette différence globale crée une légère pente et l'eau équatoriale chaude coule en aval vers le pôle en réaction à la gravité. Toutefois, ce mouvement n'est que le début. L'eau de surface est également propulsée par les vents. Les vents déplacent l'eau par la friction entre les molécules d'air en mouvement et les molécules d'eau. À mesure que les molécules d'eau à la surface commencent à se déplacer, elles transportent avec elles une partie des molécules en dessous, ce qui déclenche le courant. L'eau se déplace également verticalement comme il a déjà été mentionné. Les vents peuvent éloigner l'eau de surface de la côte et l'eau profonde peut se déplacer vers le haut (remontée d'eau profonde). Toutefois, l'eau se déplace également vers le bas. L'eau de l'océan s'enfonce lorsqu'elle est plus salée ou plus froide que l'eau environnante. Un exemple typique de ce phénomène se produit en Antarctique, où se forme l'eau antarctique de fond. C'est l'eau la plus dense dans l'océan, et elle est créée dans l'eau lorsque la glace marine se forme. Ce phénomène utilise seulement environ 15 % du sel de l'océan et le reste forme une saumure extrêmement froide. Cette saumure coule au fond et s'étend vers le nord à partir de l'Antarctique. Dans l'océan Pacifique, cette eau en réalité peut atteindre les îles Aléoutes, un trajet qui prend environ 1 600 années. Les courants de l'océan ont un effet profond sur la météo. Mark Twain illustre ce fait dans sa remarque, « l'hiver le plus froid que j'ai jamais passé était un été à San Francisco ». Les mois d'été à cet endroit sont frais, venteux et brumeux. D'autre part, Washington, D.C., à environ la même latitude mais sur l'océan Atlantique, a des étés chauds et lourds. Cette différence s'explique par le fait que San Francisco se trouve sur le bord du courant froid de la Californie. Les vents qui approchent de la côte de la Californie perdent leur chaleur à cette eau froide et refroidissent San Francisco. Washington, D.C. est frappé par les vents qui ont ralenti au-dessus du Gulf Stream chaud, accumulant de la chaleur et de l'humidité à mesure qu'ils passent au-dessus de ce courant.
ActivitésMarées changeantes5e et 6e années – Sciences ButCette démonstration illustre l'attraction gravitationnelle de la lune et du soleil qui peut déplacer l'eau vers ces sources de gravité. Matériel
ProcédéRemplissez le ballon d'eau, laissez sortir l'excès d'air et attachez le dessus avec un noeud. Fixez le cercle de papier avec du ruban adhésif au centre de ballon. Remarquez que lorsque vous gardez une main sur le bas du ballon et l'autre sur le noeud que l'eau est répartie de façon égale autour du cercle de papier (transforme le ballon en forme de balle). Enlevez la main qui supporte le bas du ballon et remarquez comment le ballon s'allonge. La gravité de la Terre attire le ballon et l'eau vers le bas. De même, les forces d'attraction de la lune et du soleil font monter et descendre les marées. Une affaire courante4e, 5e et 6e années – Sciences ButLes élèves créeront leurs propres courants d'eau, utilisant les différences de la salinité de l'eau et de la température d'eau. Les courants profonds sont générés par les différences de salinité et de température entre les deux étendues d'eau. Courants de salinité - L'eau salée est plus dense que l'eau douce et s'enfonce en dessous de l'eau douce.2. Dans la première expérience, l'eau salée bleue sur le dessus remplacera bientôt l'eau douce claire en dessous. De même, dans la deuxième partie de l'exercice, l'eau claire du robinet à la surface restera sur le dessus de l'eau salée bleue. Courants des températures - Comme l'eau salée, l'eau froide est plus dense que l'eau chaude.2. Lorsque l'eau salée est placée au-dessus de l'eau froide, elle s'enfonce et déplace l'eau plus chaude. L'eau chaude reposera sur le dessus de l'eau froide. Toutefois, à mesure que les températures s'égalisent, ces deux catégories d'eau commencent à se mélanger. Matériel
ProcédéLes élèves rempliront une bouteille d'eau claire du robinet et l'autre avec de l'eau du robinet de sel et de colorant alimentaire. Ils prédiront ce qui arrivera à l'eau colorée avant de faire l'expérience et ensuite observeront et enregistreront la direction du débit d'eau. Les élèves devraient enregistrer leurs prévisions avant de commencer l'expérience. Courants de salinité
Courants des températures
Tornade dans une bouteille4e, 5e et 6e années – Sciences ButDans cette expérience, l'eau forme un tourbillon en spirale en forme d'entonnoir, lorsqu'elle s'écoule d'une bouteille de boisson gazeuse de deux litres. Un simple dispositif de raccordement permet à l'eau de s'écouler dans une deuxième bouteille. Tout l'assemblage peut être ensuite inversé et le procédé répété. Cette expérience fonctionne bien dans les centres d'activité. Des tourbillons fixes se produisent dans la nature sous différentes formes : tornades, remous, systèmes météorologiques, galaxies, etc. L'essence d'un tourbillon c'est que les objets sont attirés ensemble vers le centre, mais ne s'y rendent pas. Des vagues en spirale se forment dans la surface de l'eau du tourbillon. Ces vagues semblent se déplacer au ralenti en se déplaçant vers le haut à travers l'eau qui s'écoule vers le bas. Les violentes tempêtes sont des réalités de la vie souvent imprévues et souvent indésirables dans la plupart des régions du monde. Les régions côtières ont des pluies périodiques accompagnées de grands vents (dépassant 117 km à l'heure) qu'on nomme ouragans. Les ouragans se produisent dans les régions tropiques et une fois qu'ils ont atteint leur pleine amplitude, ils sont les tempêtes les plus destructrices. Les météorologistes attribuent des noms humains aux ouragans afin de tenir compte des tempêtes simultanées. La tempête la plus violente et peut-être la plus spectaculaire est la tornade. La tornade est semblable à l'ouragan, mais elle est beaucoup plus petite – habituellement de quelques mètres d'un côté à l'autre. Dans une tornade, l'air se déplace autour du centre très rapidement parfois à des vitesse de 600 km/h. Ces vents rapides peuvent déraciner les arbres, démolir les maisons et même projeter des automobiles sur des centaines de mètres. Matériel
ProcédéRemplissez une des deux bouteilles de deux litres à environ deux tiers d'eau. Pour faire un effet, vous pouvez ajouter un petit peu de colorant alimentaire ou des confettis en plastique. Vissez les bouteilles à un bout du raccord en plastique, en vous assurant de ne pas visser les bouteilles trop serrées. Mettez les deux bouteilles sur une table, la bouteille remplie sur le dessus. Regardez l'eau s'écouler lentement dans la bouteille inférieure à mesure que l'air fait des bulles dans la bouteille supérieure. Le débit peut arrêter complètement. La bouteille remplie sur le dessus, tournez rapidement les bouteilles en cercle à quelques reprises. Mettez l'assemblage sur une table. Observez la formation d'un tourbillon en forme d'entonnoir au fur et à mesure que la bouteille se vide. Dites aux élèves de remarquer la forme du tourbillon. Demandez également aux élèves d'observer le débit de l'eau qui s'écoule dans la bouteille inférieure. Notes généralesLorsque l'eau ne tourne pas, la tension superficielle crée une couche ressemblant à de la peau sur le dessus de l'eau et à travers la petite bouteille au centre du raccord (voir la section sur la « Science de l'eau » pour plus de renseignements sur la tension de la surface). Si la bouteille supérieure est presque remplie, l'eau peut faire sortir le gonflement dans cette surface pour former une goutte en forme de bulbe, qui ensuite s'écoule dans la bouteille inférieure. Lorsque l'eau tombe dans la bouteille inférieure, la pression dans cette bouteille s'accumule jusqu'à ce que des bulles d'air soient poussées dans la bouteille supérieure. La pression exercée par l'eau sur la surface dans le raccord diminue à mesure que le niveau d'eau dans la bouteille supérieure baisse. Lorsque le niveau d'eau et la pression ont suffisamment diminué, la surface de l'eau peut retenir l'eau et arrêter le débit complètement. Si vous faites tourner les bouteilles quelques fois, l'eau dans la bouteille supérieure commence à tourner. À mesure que l'eau s'écoule dans la bouteille inférieure, un tourbillon se forme. L'eau est attirée vers le bas et poussée par la gravité vers le trou du drain dans le centre. Si nous ignorons la petite force de friction, le moment angulaire de l'eau reste le même à mesure que l'eau se déplace vers l'intérieur. C'est-à-dire que la vitesse de l'eau autour du centre augmente au fur et à mesure que l'eau approche du centre de la bouteille. C'est le même principe qui s'applique lorsque les patineurs augmentent la vitesse de leur rotation en repliant leurs bras sur eux-mêmes. Pour que l'eau se déplace en cercle, des forces appelées les forces centripètes doivent agir sur l'eau. Ces forces qui tirent vers le centre offrent une combinaison de pression d'air, de pression d'eau et de gravité. Vous pouvez dire où les forces centripètes sont plus élevées en regardant l'inclinaison de l'eau. C'est là où l'eau est plus inclinée, comme au bas du tourbillon, que la force centripète sur l'eau est plus élevée. L'eau qui se déplace à des vitesses plus élevées et en rayons de courbure plus petits exige des forces plus grandes. C'est ce que fait l'eau au bas du tourbillon, afin que les parois du tourbillon soient plus abruptes au bas. Pensez aux voitures de course : les pistes de course ont des talus beaucoup plus raides dans les virages à haute vitesse pour retenir les voitures dans leur voie circulaire autour de la piste. Le trou dans le tourbillon permet à l'air de la bouteille inférieure de se déplacer facilement dans la bouteille supérieure. La bouteille supérieure se vide donc lentement et complètement. Faits au sujet de la neige4e, 5e et 6e années – Sciences ButTeintes de blanc Température de la neige Densité de la neige Certaines régions du monde demeurent très chaudes pendant toute l'année et ne reçoivent pas de neige. Dans d'autres régions du monde, l'hiver est un moment de l'année où les températures descendent en dessous du point de congélation et où la neige est un phénomène courant. Dans certaines régions du monde, il y a des saisons opposées aux nôtres. Comme activité technologique ou linguistique, les élèves pourraient communiquer avec des élèves dans des écoles d'autres régions du monde par Internet... Fonte de la neige Du point de vue technique, un « flocon de neige » est un regroupement de cristaux de neige qui sont restés ensemble en tombant sur le sol. Le plus gros flocon de neige du monde mesurait 38 cm de diamètre. Un gros flocon de neige peut tomber à une vitesse de 5 km/h. Différents types de cristaux de neige résultent de certaines combinaisons de conditions, particulièrement la température et les niveaux d'humidité, dans les nuages et près de la surface de la Terre. Il existe un système international pour regrouper les cristaux de neige en dix catégories générales. Le système est basé sur la structure des cristaux. Le système international s'applique à la neige tombante. Les cristaux changent lorsqu'ils atteignent le sol et perdent leur identité originale. À mesure que les cristaux de neige fondent, leurs parties s'insèrent dans une forme sphérique et les cristaux deviennent des gouttes d'eau. Avez-vous déjà remarqué que la neige crie parfois lorsque vous marchez dessus? Lorsque la température est bien en-deça du niveau de congélation et que vous marchez sur la neige, les cristaux de glace se frottent les uns contre les autres. Cela produit un certain bruit. Si la température est en peu en dessous du point de congélation, la pression de votre pied fait fondre une partie de la neige. Cela crée une mince couche d'eau sous votre pied, qui lubrifie les cristaux de neige et c'est pourquoi ils ne crient plus. Météo Un facteur important relatif au climat est la « latitude », la distance d'un lieu à partir de l'équateur. Plus d'énergie solaire atteint la région près de l'équateur et c'est pourquoi il fait plus chaud à cet endroit. Un autre facteur important du climat est causé par les courants océaniques. Terre-Neuve est à peu près à la même latitude que l'Angleterre, mais a un climat plus froid à cause du courant froid du Labrador. Un autre facteur du climat est la hauteur au-dessus du niveau de la mer. « Pluie avant sept heures, beau temps après onze heures »... voilà ce qui indique la réalité au sujet de la pluie à n'importe quel moment, et non pas juste avant sept heures. Les zones de pluie provenant des fronts ont tendance à durer moins de six heures. Nota :
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