Énergie 2 Flashcards
Importance de la radiation infra-rouge
Infra Rouge = 50% de la radiation totale
Absorption de la radiation infra-rouge
L’eau ellemême absorbe surtout dans les plages rouges et infrarouges
Bilan thermique
S → Variable d’état, la chaleur emmagasinée dans le lac
Gains:
Rn = la radiation nette =l’énergie solaire (flux m-2) moins la perte de chaleur du lac sous forme de radiations longues
Q = advection (courants plus affluents)
C = congélation
Pertes:
E = évaporation
H = conduction
Q = advection (due aux courants ou de l’effluent)
D = transport de chaleur par la diffusion turbulente (le mélange)
Delta S = Rn + Δ Q + F -E -H -D
Cycles saisonniers
Influence le mélange des lacs.
Stratification en été et en hiver
Mélange au printemps et en automne
Changement de densité avec le réchauffement
Densité maximale à 3,98 °C
Formation d’un gradient de densité à la surface
Se forme selon la température
Tendance à mélanger
L’épaisseur de la couche de mélange augmente avec l’exposition au vent qui est une fonction de
a) la vitesse du vent (u^2)
b) la longueur effective du lac (L, « fetch »)
Tendance à résister au mélange
- La résistance du lac au mélange par le vent (la stabilité du lac) augmente avec le gradient vertical de densité (Δ p/Δ z).
- La stabilité est donc très élévée dans les lacs tempérés vers la fin de l’été et dans les lacs tropicaux.
Rapport stabilité – force de mélange
- la profondeur de la thermocline est la résultat de de ce bilan.
- la tendance pour l’approfondissement de la thermocline peut être calculée par le numéro de Wedderburn (W):
W = (Δ p/Δ z) g zt / (L u*2)
= stabilité exposition au vent
Quand W diminue au-dessous 5, le mélange est fort, l’épilimnion est abaissé et l’eau de l’hypolimnion est entraînée dans les eaux de surface (avec le potentiel pour
↑ sel nutritifs et ↑ production primaire)
Cycles de mélange
La stabilité d’un lac (delta p/delta z) varie avec les saisons et pendant certains mois où il y a un mélange complet entre la surface et le fond (circulation à travers toute la colonne d’eau = « overturn »).
Types de lacs et leurs caractéristiques
- Lacs monomictiques → une période de mélange chaque année
> monomictique-chaud : mélange complet pendant l’hiver, stratification pendant l’été
(lac Tahoe, lac Biwa, lac Ontario)
> monomictique-froid : mélange complet pendant l’été (bassin est du lac à l’Eau Claire; plusieurs lacs arctiques e.g. lac Hazen) - Lacs dimictiques → deux périodes de mélange chaque année (printemps et automne) stratification durant l’été et stratification inverse durant l’hiver (lac Trois-Saumons, lac St-Charles).
- Lacs polymictiques → plus de deux périodes de mélange (lacs peuprofonds comme Clear Lake (Californie) et lacs froids comme le bassin ouest du lac à l’Eau Claire.
- Lacs méromictiques → lacs toujours stratifiés à cause d’un gradient de salinité, mais un mélange à la surface; lac A
- Lacs amictiques → aucun mélange e.g., lac Vanda;
Caractéristiques des ondes
Les déplacements périodiques:
ω = fréquence = nombre de crêtes par unité de temps
P = période = 2π/ ω
= temps mis pour parcourir la longueur d’onde (L)
C = vitesse ou célérité = L / P
- L’énergie des ondes à la surface est rapidement atténuée avec la profondeur (de façon exponentielle).
- En eau peu profonde les cercles du mouvement deviennent elliptiques.
La profondeur DBD (seuil de déposition) délimite la zone de déposition des sédiments fins.
Types d’ondes dans les lacs
Les ondes sont le résultat
- d’une force de déplacement (normalement le vent)
- et d’une force de restauration (normalement la gravité).
i. Ondes superficielles
- ondes capillaires (ripples)
- ondes gravitationnelles
- seiches superficielles
ii. Ondes internes
- seiches internes
- influence de la force de Coriolis:
- -> ondes du type Kelvin
- -> ondes du type Poincaré
Les seiches superficielles
- Conditions initiales (« setup »)
Le vent souffle sur l’eau et crée un déséquilibre - Oscillations
Les seiches internes
En plus du mouvement de l’eau, la thermacline aussi oscille
Les ondes du type Kelvin
Influence de la force de Coriolis; plus grande hauteur près de la rive du lac.
La périodicité des ondes internes est une fonction de la latitude
Déferlement des ondes: L’action de brisure de la vague
i. à la surface
Vs > Vf
ii. Interne- les instabilités du type Kelvin-Helmholz
(rouleaux ou « billows »)
Deux types de processus pour le mélange et le transport
i. Advection
Mouvement d’une masse d’eau
dans une direction donnée
ii. Diffusion
Mouvement dans toutes les directions (au hasard)
Loi de Fick
Observations hydrodynamiques
i. Directes – courantomètre; colorants; flotteurs (« drogues »)
ii. Indirectes - structure fine et microstructure de la température
Les courants de densité
- Overflow
- Underflow
- Interflow
Réchauffement différentiel
Les masses d’eau proches des rives se réchauffent plus rapidement.
i. Petits lacs – les courants de convection : zones littorale ↔ pélagique
ii. Grands lacs – le front thermique (« thermal bar ») forme une barrière au transport entre les masses d’eau littorale et la partie centrale du lac.
Gyres ou grands tourbillons
Dans les Grands Lacs, le mouvement d’eau est influencé par la force de Coriolis. Ces courants géostrophiques forment des grands tourbillons.
Circulation du type Langmuir
Mouvements convectifs de l’eau; hélices cylindriques ayant des axes horizontaux parallèles au vent; des matériaux hydrophobes s’accumulent aux lignes de convergence.
La cascade d’énergie cinétique
Il y a un transfert d’énergie entre les courants à grande
échelle et les autres mouvements d’eau. L’énergie est éventuellement dissipée comme la diffusion turbulente.
