Chapitre 7 - L'eau dans la biosphère Flashcards
7.1 - L’eau à l’échelle planétaire
Quelle proportion (%) de l’eau mondiale est douce?
2,53%
7.1 - L’eau à l’échelle planétaire
Quelle proportion (%) de l’eau mondiale est en vapeur d’eau (atmosphère) et le temps de ciruclation (année)
0,00098%
0,027 année
7.2 - L’eau à l’échelle moléculaire
Détailler le lien hydrogène de la molécule d’eau
Le lien hydrogène provient de l’attraction électrostatique entre le charge positive (nette) de l’atome H et la charge négative (nette) de l’atome d’oxygène
7.3 - Propriétés de l’eau
Propriétés générales de l’eau
(15 éléments)
- Bon solvant
- Constante diélectrique élevée
- Solution aqueuse
- Impliquée dans plusieurs réactions chimiques
- Incompressible
- Propriétés thermiques uniques (3)
- Transparente au rayonnement (radiation) visible
- Densité maximale
- Fortement cohésive (attraction entre les molécules d’eau)
- Tension superficielle élevée
- Grande force de tension
- Forte adhésion - interaction entre phase solide-liquide
- Capillarité
- Viscosité élevée - résistance à l’écoulement
- Points d’ébuillition et de congélation élevlés
7.3 - Propriétés de l’eau
Pourquoi est-ce que l’eau est un bon solvant?
Abondant;
Molécule petite et polaire
7.3 - Propriétés de l’eau
En quoi le fait que l’eau est polaire est une bonne chose?
Transport des éléments nutritifs
Diffusion des solutés dans les cellules
7.3 - Propriétés de l’eau
En quoi l’eau est impliquée dans plusieurs réactions chimiques?
Ex: dans la photosynthèse
C’est une source de l’O2
7.3 - Propriétés de l’eau
En quoi l’incompressivité de l’eau contribue?
Croissance cellulaire
Pression hydrostatique (turgescence, support)
7.3 - Propriétés de l’eau
Quelles sont les 3 propriétés thermiques uniques de l’eau?
(3)
- Chaleur latente de vaporisation élevée
- Capacité thermique massique élevée
- Conductivité thermique élevée
7.3 - Propriétés de l’eau
En quoi la tension superficielle est élevée?
Les forces cohésives entre les molécules d’eau»_space; que les interactions air-eau
7.3 - Propriétés de l’eau
À quel point la force de tension est grande?
Idée générale
Environ 10% force de tension du Cu ou Al; une colonne d’eau peut résister jusqu’à 30 MPa de tension à 20°C sans rupture (ex: trachéides)
7.4 - Loi des gazs parfaits
Formule des gaz parfaits
PV = nRT
V : volume du gaz (m3)
R : Constante molaire des gaz (8,314Jmol-1K-1)
T : Température en K (K)
n : nombre de moles de gaz
P : pression du gaz (kPa –> 1 Pa = 1 Jm-3)
Volume d’une mole de gaz à TPS (standard) est 0,0224 m3
7.4 - Loi des gazs parfaits
Pression atmorphérique totale (Patm) est la somme des … de chacun des gaz composant le mélange gazeux (loi de Dalton)
pression partielles
7.4 - Loi des gazs parfaits
Pression partielle dépend de … et de …
Concentration molaire
Température du ga
7.4 - Loi des gazs parfaits
La pression atmosphérique totale (Patm) (loi de Dalton) s’applique aussi à …
la vapeur d’eau
7.4 - Loi des gazs parfaits
Formule de Patm
Pression atmosphérique totale
Patm = (n1RT/v)+(n2RT/v)+…
n : nombre ded moles des différents gazs
7.4 - Loi des gazs parfaits
Déplacement par diffusion : définition
Mouvement thermique aléatoire des molécules (très lent par rapport au flux de masse)
Coef. dif. moléculaire (dm) = 0,24; Coef. dif. turbulent (dt) = 21 900
7.4 - Loi des gazs parfaits
Pression de vapeur (e) en Pascal (Pa) : définition de pression
Pression = Force par unité de surface
7.4 - Loi des gazs parfaits
Force =
(Formule simple avec unité)
Force = masse x accélération = kgms-2 = 1N (Newton)
7.4 - Loi des gazs parfaits
Équivalence d’unité en Pascal (Pa)
kgms-2/m2 = kgm-1s-2 = 1Ps
100 kPa = 1 bar = 14,7 lbs pouces -2 = 0,99 atmosphère
7.4 - Loi des gazs parfaits
Pression de vapeur saturante (es ou es(t)) : définition
Concentration de vapeur d’eau la plus élevée qui puisse exister à l’équilibre avec une surface d’eau libre à une température donnée
7.4 - Loi des gazs parfaits
Pression de vapeur saturante (es ou es(t)) : formule
Important
es = 611exp^(17,502Ta/(Ta+240,97))
où
es : est en Pa lorsque Ta est en °C
exp : e logaritmique
lorsque Ta>= 0°C
7.4 - Loi des gazs parfaits
Pression de vapeur partielle (ea) : définition
Conditions ambiantes non-saturées
7.4 - Loi des gazs parfaits
Humidité (pv) : définition + unité
Densité de vapeur (utile pour les calculs de diffusion)
g H2O m-3 d’air humide
7.4 - Loi des gazs parfaits
Formule pv (gm-3)
ea (kPa) / T (K)
Figure diapo 17, p.9
7.4 - Loi des gazs parfaits
Formule HR (humidité relative)
(% et sans unité)
ea / es
ou
pva / pvs
7.4 - Loi des gazs parfaits
Déficit de saturation (D en Pascal) : formule
D = es - ea
7.4 - Loi des gazs parfaits
Signification DVP?
Déficit de pression de vapeur d’eau
7.4 - Loi des gazs parfaits
Déficit de saturation (D) : définition
Manque d’équilibre entre une surface humide et l’air passant au-dessus de celle-ci
7.4 - Loi des gazs parfaits
Déficit de pression de vapeur (DPV) : définition
Gradient de pression de vapeur d’eau utilisé lors des calculs d’évaporation
7.4 - Loi des gazs parfaits
Déficit de saturation : fraction molaire
Fraction molaire (mole mole-1) = e / Patm
7.4 - Loi des gazs parfaits
Point de rosée (Td en °C) : définition
Température à laquelle une masse d’air ayant une pression de vapeur ea doit être refroidie pour devenir saturée (sans aucun changement de teneur en eau –> pression constante)
7.4 - Loi des gazs parfaits
Point de rosée (Td en °C) : formule
ea = es(Td) [s(Td)] est en indice
7.4 - Loi des gazs parfaits
Formules du D et HR incluant Td
D : déficit de saturation et HR : humidité relative
D = e[s(t] - e[s(Td] et
HR = e[s(Td)] / e[s(t)]
[en indice]
HR = ea/ es et ea = e[s(Td)]
7.4 - Loi des gazs parfaits
Il y a formation de rosée lorsque la T° d’une surface est … au point de rosée de l’air ambiant.
Inférieure
Figure diapo 20, p.10
7.4 - Loi des gazs parfaits
Lors du processus d’évaporation, la chaleur est utilisée, ce qui … l’air et … la vapeur d’eau (humidité dans l’air)
Au cas
Lors du processus d’évaporation, la chaleur est utilisée, ce qui REFROIDIT l’air et AUGMENTE la vapeur d’eau (humidité dans l’air)
Figure diapo 22, p.11
7.4 - Loi sur les gaz parfaits
La ventilation et le refroidissement par évaporation fonctionnent bien ensemble –> ils … la chaleur tout en … les autres effets.
La ventilation et le refroidissement par évaporation fonctionnent bien ensemble –> ils DIMINUENT la chaleur tout en ÉQUILIBRANT les autres effets.
Figure diapo 23, p.12
7.5 - Psychrométrie
Température du thermomètre humide : definition
Tw en °C
Associée à la mesure de l’humidité de l’air un psychromètre
Hygromètre avec un thermomètre à bulbe sec et à bulbe humide
7.5 - Psychrométrie
Psychros =
1 mot
Froid
7.5 - Psychrométrie
Baisse de T° produite par évaporation de l’eau dans l’air non-saturée –> … maximum dû à l’évaporation
refroidissement
7.5 - Psychrométrie
Baisse de T° produite par évaporation de l’eau dans l’air non-saturée –> refoidissement maximum dû à l’évaporation ( dépend de …)
(3)
e[a]
T[a]
Vitesse de l’air circulant au-dessus de la surface humide
7.5 - Psychrométrie
Dépression du thermomètre humide =
Formule
Ta - Tw
7.5 - Psychrométrie
si HR = 100%, alors T =
T = Tw = Td
7.5 - Psychrométrie
7.5 - Psychrométrie
si HR < 100%, alors T >
T > Tw > Td
7.5 - Psychrométrie
Constante psychrométrique (y) : définition
Relie la capacité de chaleur e l’atmosphère à l’énergie utilisée pour évaporer l’eau
7.5 - Psychrométrie
L’air est … lors de l’évaporation (E) puisque la chaleur nécessaire pour évaporer l’eau provient de …
L’air est REFROIDI lors de l’évaporation (E) puisque la chaleur nécessaire pour évaporer l’eau provient de L’AIR AMBIANT.
7.5 - Psychrométrie
L’air est refroidi lors de l’évaporation (E) puisque la chaleur nécessaire pour évaporer l’eau provient de l’air ambiant.
En conséquence il y a perte de … et celle-ci correspond à la … de T° du thermomètre à bulbe humide
C.-à-d. dépression Ta-Tw
En conséquence il y a perte de CHALEUR SENSIBLE et celle-ci correspond à la CHUTE de T° du thermomètre à bulbe humide
C.-à-d. dépression Ta-Tw
7.5 - Psychrométrie
L’air est refroidi lors de l’évaporation (E) puisque la chaleur nécessaire pour évaporer l’eau provient de l’air ambiant.
En conséquence il y a perte de chaleur sensible et celle-ci correspond à la chute de T° du thermomètre à bulbe humide
Cette perte est contrebalancée dans l’air par un gain de … dû à l’augmentation de la …
Cette perte est contrebalancée dans l’air par un gain de CHALEUR LATENTE dû à l’augmentation de la VAPEUR D’EAU.
7.5 - Psychrométrie
plus d’évaporation =
Formule en + et -
Figure diapo 26, p.13
Plus évaporation = - chaleur sensible et - T°air = + chaleur latente et +%HR
Figure diapo 26, p.13
7.5 - Psychrométrie
Relation entre la chaleur sensible de l’air et la chaleur latente de vaporisation
En mots
Perte de chaleur sensible = gain en chaleur latente
7.5 - Psychrométrie
Relation entre la chaleur sensible de l’air et la chaleur latente de vaporisation : équation psychrométrique
Formule
(e [sTw] - e[a]) / (Ta - Tw) = (cp * Patm) / 0,622 * λ = y
λ : chaleur latente de vaporisation
0,622 : ratio des poids moléculaire eau - air
cp : chaleur spécifique de l’air (1,01 kJkg-1°C-1)
e[s(Tw)] : pression de vapeur saturante à Tw
Patm : pression atmosphérique normale
y = constante psychrométrique thermodynamique
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Psychromètre : fonctionnement
On fait circuler de l’air sur les bubes de 2 thermomètres identiques, l’un étant exposé à l’air (bulbe sec) et l’autre étant recouvert d’une mousseline propre en contct permanent avec une surce d’eau pure (bulbe humide). Plus l’air est sec, plus il y a d’évaporation et plus grandes sont la perte de chaleur sensible et la dépression du thermomètre humide.
7.5 - Psychrométrie
e[a] = e[s(Tw)] - y (Ta - Tw)
La pente = …
la ligne est donc …un mot voc…
pente = -y
Adiabatique
7.5 - Psychrométrie
Psychrométrie : formule lien entre e[a], e[s(Tw)], y et les T
e[a] = e[s(Tw)] - y (Ta - Tw)
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Psychromètre : fonctionnement si l’air est saturé
Si l’air est saturé, les bulbes sec et humide indiquent la même température. Si les deux thermomètres sont ventilés avec de l’air à plus de 3 ms-1, le bulbe humide attaindra la dépression maximale. Une lecture des thermomètres sec et humide permet de calculer la quantité de vapeur d’eau dans l’air
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Psychromètre : formule pour calculer la quantité de vapeur d’eau dans l’air
e[a] = e[s(Tw)] - 0,066 (Ta-Tw) (1+0,00115Tw)
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètre (à cheveux) : fonctionnement
On utilise un matériau dont les dimensions changent avec l’humidité. La longueur des cheveux humains est fonction de l’humidité relative.
Augmentation de 2,5% de la longueur originale du cheveu humain pour un changement d’humidité relative de 0 à 100% (peu d’effet e la T°)
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètre à point de rosée : fonctionnement
On illumine un miroir avec un faisceau lumineux
Le miroir est refroidi jusqu’à ce que la vapeur d’eau dans l’air condense sur le miroir –> le faisceau n’atteint plus le détecteur
La température du miroir correspond alors au point de rosée.
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Autres appareils électroniques
(3)
- Mesure de la vapeur d’eau (suite)
Analyseurs de gaz à infra-rouge (absorption du rayonnement)
Polystrène de sulphonate (Vaïsala)
Capaciteurs avec de minces pellicules de polymère qui absorbent l’humidité
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètres résistifs : Fonctionnement
Plus avantage
Mesure de la résistance électrique d’un matériel hygroscopoqie (polymère, sel, … compris entre deux électrodes)
Foncctionne bien dans des environnements très humides
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètres capacitifs : Fonctionnement
Plus avantage
Mince couche de polymère entre 2 électrodes; recouvert de céramique, vitre ou silicone pour protéger contre la contamination ou la condensation
Mesure la constante diélectrique du senseur qui change selon l’humidité HR de l’air ambient.
Avantage : résistant aux produits chimiques (chlore, ammoniaque)
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètres à absorption UV : 2 types
Plus avantage
Hygromètre à krypton
Hygromètre Lyman Alpha
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètre à absorption UV : Hygromètre à Krypton
Source : tube de krypton incandescent à faible pression émettant à 123,6nm (bande majeure) et 116,5 nm (bande mineure)
Ne mesure pas la pression de vapeur absolue mais les fluctuations autour de la moyenne
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Hygromètre à absorption UV : Hygromètre Lyman Alpha
Source : hydrogène (H2) émettant à 121,6 nm
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Rosée et brouillard sont des phénomènes reliés à l’humidité se produisant lors des nuits … et en présence de …
Rosée et brouillard sont des phénomènes reliés à l’humidité se produisant lors des nuits SANS COUVERTURE NUAGEUSE et en présence de VENTS LÉGÉS
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Rosée: La nuit la surface perd de la chaleur par…
T° surface … T° air humide
La nuit la surface perd de la chaleur par RAYONNEMENT
T° surface < T° air humide
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Rosée : T° surface diminue jusqu’à T°d –> … à la surface –> crée une … de la concentration de vapeur d’eau
Rosée : T° surface diminue jusqu’à T°d –> CONDENSATION à la surface –> crée une INVERSION de la concentration de vapeur d’eau
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Rosée : Transfert turbulent par le … amène de l’humidité d’un niveau plus haut vers la surface sinon les dépôts de rosée …
Rosée : Transfert turbulent par le VENT amène de l’humidité d’un niveau plus haut vers la surface sinon les dépôts de rosée CESSENT
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Rosée : Trop de vent –> … (H) > perte par rayonnement et l’inversion de vapeur est détruite
Rosée : Trop de vent –> RÉCHAUFFEMENT (H) > perte par rayonnement et l’inversion de vapeur est détruite
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Brouillard : Bilan radiatif de la couche d’air humide (ΔL) est très négatif : …. et …
(2)
- Émet plus d’énergie qu’elle en recoit de la surface plus froide
- Émet plus d’énergie que l’air sec au-dessus (vapeur = plus grande ε)
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Brouillard : Bilan négaitf : masse d’air humide se … jusqu’à T°d et devient saturée –> …
(fin est quelques mots)
Brouillard : Bilan négaitf : masse d’air humide se REFROIDIT jusqu’à T°d et devient saturée –> FORMATION DE GOUTTELETTES D’EAU
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Brouillard : Vents légés … la perte de H
Brouillard : Vents légés ACCENTUENT la perte de H (couche d’air vers surface)
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Brouillard : Brouillard devient la surface active (et non le sol), se refroidit davantage et le brouillard s’épaissit.
Brouillard devient la surface active (et non le sol), se REFROIDIT davantage et le brouillard S’ÉPAISSIT.
7.6 - L’eau dans l’atmosphère
Brouillard : Dissipation du brouillard après le … –> due à la … générée ou à une plus grande vitesse des vents.
Dissipation du brouillard après le LEVER DU SOLEIL –> due à la CONVECTION générée ou à une plus grande vitesse des vents.
