Traduit par Camille Ducoin.
Karen Bultitude présente un ensemble de manipulations simples, amusantes et mémorables pour expliquer les phénomènes météorologiques avec des outils de tous les jours.
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Il est de plus en plus important de comprendre notre impact sur l'environnement. La plupart des programmes scolaires en adressent les aspects scientifiques et sociétaux. Avec tout ce que l'on entend sur le changement climatique, il est utile de connaître les phénomènes atmosphériques qui composent le climat.
Les expériences suivantes aideront à en clarifier certains aspects, donnant vie aux concepts de façon attractive et marquante. Elles ont été développées dans le cadre de la campagne ZeroCarbonCityw1 du British Council, pour aider les enseignants et scientifiques du monde entier à expliquer les bases des sciences de l'environnement. Ces expériences peuvent être utilisées de différentes façons: individuellement, pour illustrer un concept pendant un cours; en série, pour un atelier ou une classe de travaux pratiques; ou encore comme projet à réaliser par les élèves. D'autres exemples d'activités liées aux sciences de l'environnement sont disponibles en lignew2.
Créez votre propre nuage miniature.
Vous pouvez voir en lignew3 une vidéo de cette activité.
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Les nuages se forment quand la vapeur d'eau présente dans l'air refroidit, avec l'expansion de la masse d'air montante; elle se condense alors en gouttelettes autour de noyaux de condensations comme des particules de poussière, glace ou sel. Ici, les noyaux de condensation sont fournis par la fumée de l'allumette, qui contient des particules d'hydrocarbures n'ayant pas brûlé. Vous modifiez la température en pressant la bouteille: la quantité d'air contenue est constante, mais le volume diminue, ce qui fait monter légèrement la température. Lorsque vous relâchez la bouteille, le volume augmente, provoquant un léger abaissement de la température. Si l'air contenu dans la bouteille a une humidité élevée (ce qui est assuré par la cuillère d'eau versée au début), cette légère baisse de température est suffisante pour provoquer la condensation de l'eau sur les particules de poussière, formant un nuage.
La prochaine fois que vous verrez un magnifique coucher de soleil sur une zone urbaine, prenez un moment pour penser à ce qui provoque ces belles couleurs: cela vient des petites particules de poussière et autres polluants qui ont été rejetés dans l'atmosphère. Tout comme dans la petite bouteille en plastique, ces particules encouragent la condensation de gouttelettes. Les couleurs viennent de la diffusion des rayons du soleil parmi les nuages ainsi formés. L'impact néfaste de la pollution sur le climat soulève des inquiétudes: la pollution de l'air augmente la formation des nuages, entraînant davantage de pluies dans certaines régions ainsi qu'une augmentation significative des contrastes climatiques (inondations dans certaines zones, sécheresses dans d'autres).
Voici une belle et fascinante représentation des effets de la turbulence sur le temps.
En agitant la bouteille circulairement, vous mettez en mouvement le mélange d'eau et de savon. Le glycol stéarate rend les trajectoires des flux visibles: ainsi vous pouvez voir dans quelles directions se déplacent différentes parties du mélange. Les lignes régulières qui se forment dans le liquide indiquent un flux laminaire, ce qui a lieu si le mouvement est lent. Si vous agitez le liquide plus vite, ou que vous changez brusquement de direction, les lignes observées deviennent plus complexes: c'est le flot turbulent.
L'atmosphère terrestre est une sorte de fluide qui se déplace à peu près comme le liquide du globe tourbillonnant. Les vents interagissent avec l'atmosphère en rotation, créant des schémas de circulation complexes. Comprendre la circulation globale de l'atmosphère est fondamental pour plusieurs domaines des recherches sur le changement climatique: par exemple, pour comprendre et réduire les effets des ouragans et de la pollution.
Voici une bonne représentation visuelle des courants ascentants d'air chaud.
En brûlant, le sachet réchauffe l'air qui se trouve juste au-dessus. L'air chaud monte, c'est donc ce que fait l'air au-dessus du sachet: il s'installe un courant d'air chaud ascendant. Quand le sachet de thé a brûlé suffisamment, le courant d'air ascendant parvient à vaincre la force de gravité qui maintenait le sachet posé sur la soucoupe, et c'est le décollage.
Les courants ascendants sont à la base de plusieurs phénomènes météorologiques. Le soleil réchauffe la terre, provoquant l'ascension de l'air chaud. Les orages sont des systèmes de courants ascendants géants, et la formation des vortex associés aux tornades et ouragans est aussi basée sur les courants ascendants. Avec le réchauffement global, on s'attend à une augmentation des orages.
Voici une bonne façon de visualiser la formation des tornades.
Vous pouvez voir en lignew5 une vidéo de cette activité.
Cette expérience produit un vortex similaire à ceux qui sont observés dans les cyclones, tornades et tourbillons. Tandis que l'eau tourne dans la bouteille, il se forme un courant vers le bas dû à l'eau qui s'écoule dans la bouteille inférieure à travers l'ouverture. La petite rotation initiale produite en faisant tourner les bouteilles accélère à mesure que l'eau descend à travers l'ouverture. Avec l'accélération de la rotation, il se forme un vortex.
L'un des effets prévisibles du changement climatique est le réchauffement global: des températures plus élevées signifient que des orages se forment plus facilement, et les tornades se forment dans les orages, là où l'air commence à se mouvoir en cercle. Les courants ascendants et descendants à l'intérieur de l'orage forcent la colonne d'air en rotation à s'étirer verticalement, ce qui crée la tornade. Un nombre croissant d'orages causera donc probablement une formation accrue d'ouragans et tornades à travers le monde.