24 septembre 2009
Dossier Mer (2/2)
Bonjour
Suite de la petite présentation sur le thème de la mer, les ressources, son rôle dans le climat, les menaces ...issu d'une petite synthèse du dossier spécial de La recherche " La mer" d'août 2009.
Source ICI
Origine des Océans sur Terre
L’auteur (B. Marty) nous invite à un voyage dans le temps pour expliquer l’origine de l’eau sur Terre…ou comment l’eau liquide est apparue sur notre planète il y a 4.4 milliards d’années alors qu’il y faisait si chaud ? Quelques pièces manquent encore au puzzle mais il explique que la vapeur d’eau qui composait à 90% l’atmosphère primitive s’est condensée…sous l’effet d’une soudaine et rapide baisse de la température. Comment et pourquoi ? L’hypothèse évoquée est une diminution du CO2 atmosphérique qui a réagi avec le manteau terrestre pour former des carbonates (mais cela reste une hypothèse). Cette vapeur d’eau en grande quantité aurait été apportée par des météores de grande taille, fort riches en hydrates.
Question du devenir, quantitativement peu d’eau est perdue (par dissociation en haute atmosphère par les UV du soleil) et les apports (via des météorites) sont également faibles. Mais qualitativement, le réchauffement va nécessairement augmenter la part de vapeur d’eau dans l’atmosphère (ce qui accentuera l’effet de serre) et l’acidification va forcément perturber les équilibres chimiques.
La glaciation des Océans (J. Kirschvink)
L’histoire de la terre et des Océans est marquée par plusieurs grandes périodes de glaciation et la Terre s’est transformée en une énorme boule de glace. Beaucoup de controverses sur le sujet dans le monde scientifique notamment autour de la glaciation au niveau des tropiques trop proche du soleil. Mais lorsque les océans commencent à refroidir et à se solidifier, les calottes glacières s’étendent et lorsqu’elles parviennent à 30° de latitude, les rayonnements solaires sont réfléchis par la glace et l’énergie absorbée par la terre est moindre : le refroidissement s’emballe* et la Terre se transforme entièrement en une boule de glace.
Comment expliquer l’entrée dans l’ère glaciaire ? par la baisse des gaz à effet de serre (CO2, CH4). La modification de la position des continents sur la Terre (plusieurs morceaux dans des zones chaudes) favorise l’altération des roches silicatées (puits de CO2)** La baisse du CH4 qui est également évoquée est due à une augmentation de la concentration en O2 (CH4 est très instable en présence d’oxygène).
Comment expliquer la sortie de l’ère glaciaire ? C’est encore une fois le rôle joué par CO2 atmosphérique qui est primordial. Pendant l’ère glacière, l’équilibre entre l’apport et la consommation de CO2 se rompt : l’activité volcanique produisant du CO2 s’est poursuivie tandis que la consommation reste bloquée par la présence de la glace (photosynthèse et phénomène d’altération des roches silicatées**). Le CO2 s’accumule pendant plusieurs millions d’années et la surface de terre se réchauffe mettant fin à la glaciation.
*C’est l’emballement inverse que notre époque risque de connaître: la fonte des glaciers sous l’effet du réchauffement induira une diminution du réfléchissement des rayons lumineux, et donc la hausse des températures sera davantage accentuée.
**Les roches silicatées fixent le CO2. Ce phénomène est accentué par les précipitations, l’érosion mécanique, une augmentation de température.
Les îles menacées
La journaliste, grâce aux explications d'A. Cazenave (membre du GIEC et chercheur au Lab. d'études en géophysique et océanographie spatiales de l'Observatoire Midi-Pyrénées), nous dresse un état des lieux des menaces sur nombre d'îles.
Ce qui les menace, c'est l'augmentation des niveaux de la mer d'une part mais aussi les fortes tempêtes, l'intensification de l'érosion côtière. Tout cela semble lié au changement climatique.
L'augmentation des niveaux de la mer est de 3 mm en moyenne (mesures via des marégraphes et des satellites), chiffre relativement faible mais en accélération depuis un peu plus d'un siècle, et la tendance n'est pas prévue à la baisse ce qui nous conduirait à une élévation de l'ordre de 40 cm en moyenne d'ici 2100, voire même 4 à 6 m selon d'autres études. Ce phénomène engendrerait alors la disparition de nombreuses îles (Polynésie, Maldives ...)
Les causes sont liées à une dilatation des océans sous l'effet de leur augmentation de température, la fonte des glaces continentales (montagnes) et des calottes polaires : le détachement des glaces de l'Antarctique, du Groenland (ce dernier perd actuellement environ 130 milliards de tonnes de glace par an !!) est en cours d'étude. En ce qui concerne ce dernier point, il y a encore pas mal d'incertidues sur les mécanismes mis en jeu ce qui entrave la qualité des prévisions à long terme.
En ce qui concerne l'expansion thermique des océans, il est à noter qu'elle n'est pas uniforme d'une région à une autre ce qui n'est pas non plus pris en compte, pour l'instant, dans les modélisations.
Icebergs dans la baie de Disko (côte ouest du Groenland) Photo Anny Langanné Source ICI
L'autre impact du changement climatique sur les îles est lié à une modification des précipitations, du régime des vents et des tempêtes. Tout cela provoque une augmentation de l'érosion des côtes (vagues plus énergétiques, fluctuations rapides du niveau de la mer, érosion des sols par ruissellement). Une corrélation a été établie entre la température des eaux et la force des cyclones... ce qui laisse présager une intensification de ces derniers.
Mais d'autres phénomènes sont également à prendre en considération : certaines espèces de coraux (mais pas toutes) pourraient atténuer ce phénomène d'érosion en ralentissant les vagues...mais les fortes tempêtes peuvent endommager les récifs ...l'augmentation de la température des océans a également un impact sur la vitesse de croissance de certaines espèces de coraux, et fort heureusement dans le bon sens ! Bref, de nombreux paramètres sont liés et interagissent les uns sur les autres, ce qui rend les modélisations délicates et des prévisions précises difficiles.
Les glaciers suisses continuent de fondre © SNAT.ch
Pour en savoir plus :
http://www.snowballearth.org/cause.html
http://www.snowballearth.org/end.html
http://www.wwf.fr/s-informer/nos-missions/oceans-et-cotes
05 septembre 2008
Des légumes toujours verts !
Bonjour
Avez-vous déjà remarqué la belle couleur verte que prennent certains légumes (exemple des poireaux) dans les premières minutes de leur cuisson à l’eau bouillante ? Si l’on poursuit la cuisson, le vert s’estompe et devient fade.
La cuisson à la vapeur permet par contre de maintenir de belles couleurs à nos légumes…et des légumes bien colorés sont plus jolis et appétissants dans nos assiettes !
Alors voici quelques petites explications de ces phénomènes.
Le vert des légumes
Pourquoi les légumes et les végétaux plus généralement sont-ils verts ? A cause de la chlorophylle, un pigment présent dans toutes les plantes vertes. La fonction de la chlorophylle est très importante car c’est cette molécule qui permet à la plante de se nourrir grâce à la photosynthèse.
Source ICI
La chlorophylle est une famille de molécules (contenue dans les chloroplastes, principalement présentes dans les feuilles) dont la forme est un gros motif carré avec en son centre un atome de magnésium*. Sa formule est C55H70MgN4O6
La photosynthèse est la réaction permettant sous l’action de la lumière, de fabriquer le sucre pour nourrir la plante à partir d’eau et de dioxyde de carbone (CO2).
La réaction peut se schématiser de la façon suivante :
6 CO2 + 12 H2O + énergie è C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
L’énergie est apportée à la plante via la lumière et précisément par l’action des chloroplastes. Ceux-ci absorbent la lumière naturelle, mais pas tout le spectre…la partie correspondant au vert est réfléchie, ce qui lui donne cette belle couleur caractéristique.
*Un sol pauvre en magnésium rend la synthèse de la chlorophylle difficile. Les feuilles naissantes seront d’un vert pâle-jaune.
La cuisson
Les cuisinières l'ont toutes observé : au tout début de la cuisson à l’eau, le vert des poireaux s’intensifie. Ceci est dû à la libération de gaz entre les chloroplastes. Les poches d’air se comportent alors comme des loupes à chloroplaste qui rend le vert plus intense.
Oui mais lorsque la cuisson se poursuit, le vert devient beaucoup plus fade et tend à se transformer en jaune brun. Ceci est dû à la modification de la structure de la molécule de chlorophylle qui donne la phéophytine. Une molécule issue de la transformation de la chlorophylle par perte de son « magnésium » : la phéophytine est une chlorophylle dépourvue de l’atome de magnésium.
La molécule de chlorophylle se trouve ainsi transformée car lors de la cuisson, des acides organiques se trouvent libérés dans l’eau de cuisson. Et les H+ (caractéristiques des acides, voir l'article sur ce blog ), vont se substituer au Mg2+ caractérisant la chrlorophylle.
La phéophytine réagit avec la lumière de façon différente ce qui lui donne cette couleur brune.
Pour conserver la couleur
Pour éviter cette transformation de la chlorophylle et garder ce beau vert, il vaut donc mieux favoriser les cuissons sans contact avec l’eau (d’où la cuisson à la vapeur) pour éloigner au maximum les H+.
Une grande quantité d’eau permet également de diluer l’acide et donc de garder la chlorophylle plus longtemps.
La chimie des couleurs de l’automne
La chlorophylle n'est pas un composé très stable: la lumière brillante du soleil la décompose. Ainsi, en été, pour garder cette belle couleur verte de leurs feuilles, les plantes en synthétisent continuellement.
En automne, les températures plus basses (surtout la nuit) favorise la destruction de la chlorophylle et le renouvellement chlorophyllien se trouve fortement ralenti. Seul reste en place dans les feuilles un autre pigment, jusque là masqué par la chlorophylle, la carotène (plus stable) qui réfléchit la lumière jaune.
Source ICI
Les rouges, les pourpres, et leur combinaisons qui caractérisent le feuillage d'automne proviennent d'une autre famille de pigments : les anthocyanes. A la différence des deux précédents, ceux-ci n’apparaissent qu’au moment de l’automne. Pourquoi la synthèse d’un nouveau pigment au moment même où les feuilles vont tomber ? Plusieurs théories sont avancées…dont en particulier la possibilité grâce à ce pigment de se protéger des effets de la lumière afin de récupérer un maximum de nutriments présents encore dans la feuille avant sa chute.
Pour en savoir plus
http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle
http://www.scienceamusante.net/wiki/index.php?title=La_chlorophylle
http://fr.wikipedia.org/wiki/Changement_de_couleur_des_feuilles
http://www.looknature.fr/main/focus/details/feuillesaut.php
14 juin 2008
En Osmose !
Dans la vie courante, "Etre en osmose" signifie "être sur la même longueur d'onde, en parfait accord, en symbiose".
Qu'en est-il de ce phénomène physico-chimique qui régle de nombreux phénomènes de notre vie quotidienne ?
Définitions
La nature aime les choses équilibrées et c'est ce qui régit généralement les ph"nomènes de transport de matière et transferts de chaleur.
En ce qui concerne la matière, nous allons d'abord distinguer la diffusion de l'osmose.
La diffusion est un transfert de soluté au sein d'un solvant permettant d'obtenir une concentration parfaitement homogène dans tout le volume considéré. C'est la goutte d'encre qui est ajoutée dans un verre d'eau et qui peu à peu "diffuse" pour que la concentration soit partout la même.
Il s'agit donc d'un mouvement du soluté (c'est à dire du composant dissous) de façon à se répartir uniformément.
Le but de l'osmose est également d'atteindre une concentration uniforme mais elle mets en jeu une membrane semi-perméable ne laissant passer que les plus petites molécules : en particulier les molécules d'eau. Ainsi, contrairement à la diffusion, c'est l'eau qui va migrer de la zone la moins concentrée vers la zone la plus concentrée afin d'équilibrer les concentrations de par et d'autre de la membrane.
Exemples de la vie quotidienne
Dans les végétaux
La plante va chercher son eau dans la terre par osmose et c'est ce phénomène qui est à l'origine de la turgescence (assurant la rigidité et la maintien des végétaux)Les racines des arbres portent dans la zone voisine de leur extrémité de très nombreux poils. Un poil absorbant est une cellule allongée qui peut atteindre 1mm de long sur 0,01mm de diamètre avec une très grande cavité interne : la vacuole. Le contenu de la vacuole est constitué d’eau et de substances dissoutes. Le poil absorbant est en contact, par sa face externe, avec l’eau du sol qui contient également des substances dissoutes. Or, la concentration du suc vacuolaire est supérieure à celle du milieu extérieur. L’eau pénètre donc par osmose dans les poils absorbants.
Autre application : il n'est pas conseillé de mettre de l'engrais trop près d'une plante car dans ce cas, il y a risque la concentration en sels soit plus élevée dans le milieu l'extérieur qu'au niveau des vacuoles impliquant ainsi une migration de l'eau en dehors de la plante...
Dans la cuisine
Saler la viande en début de cuisson la rend sèche. pourquoi ? La viande est un ensemble de cellules, compartiments contenant des sels et séparés par des membranes cellulaires ne laissant passer que les petites molécules. En salant en début de cuisson, le phénomène d'osmose favorise la migration de l'eau vers l'extérieur (afin d'égaliser les concentrations), la viande se déssèche.
Une conséquence est que la salaison permet de conserver les aliments plus longtemps. Une viande sans eau et durcie en surface limite le développement des bactéries.
Le principe de conservation des fruits dans la confiture repose sur le même principe : la grande quantité de sucre ajoutée fait sortir l'eau des fruits ce qui empêche la prolifération bactérienne.
Source :ICI
Dans le corps humain
C'est l'osmose qui intervient dans les échanges respiratoires. Elle permet le passage des petites molécules comme l'oxygène ou le dioxyde de carbone entre l'air contenu dans les alvéoles et les globules sanguins circulant dans les capillaires.
- L'osmose inverse comme méthode de purification de l'eau
Comme nous l'avons vu, l'osmose est la migration "naturelle" du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré de façon à uniformer les concentrations.
En appliquant une pression (supérieure à la pression osmotique, d'autant plus élevée que la concentration est élevée), on parvient à inverser le sens de migration de l'eau qui passe alors à travers une membrane semi-perméable, du milieu de plus concentré vers le milieu de moins concentré : on obtient une fraction très concentrée appelée "concentrat" et une fraction d'eau très pure.
Source ICI
A bientôt
Pour en savoir plus
http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-experimentale-extraction-article-TechMembranaires.html
http://hygiene-alimentation.com/cuissons_aliments.php
http://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose_inverse
03 décembre 2007
Flotte ou coule !
Bonjour tout le monde
Cela faisait un petit moment que je n'avais pas publié mais les préparatifs de Noël n'aident pas. Je voulais vous parler aujourd'hui de ce bon vieux principe d'Archimède, que nous cotoyons à chaque fois que nous nageons.
Tout d'abord l'Homme :
Archimède est un savant grec qui vécut à Syracuse (Sicile) de 287 av JC à 212 av JC. Il est connu pour ses multiples travaux scientifiques, théoriques ou pratiques, que ce soit en mathématiques ou en Physique. Parmi ces derniers, son Traité des corps flottants jette les bases de ce qui sera plus tard la science nommée hydrostatique.
Le principe :
"Tout corps plongé dans un fluide, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et égale au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée « poussée d'Archimède ».
Explications :
Notons tout d'abord la différence fondamentale en sciences, entre le poids et la masse. Le poids noté P est une force, exprimée en Newtons : c'est celle qui nous attire au sol. La masse m est ce que nous indique notre bonne vieille balance et s'exprime en kg.
LEs deux notions sont bien sûr liées : P=m. G où G est une constante appelée accélération de la pesanteur (lâchez un objet du sommet de la Tour Eiffel, au moment où il quitte votre main, il a une vitesse nulle mais il va acquérir une vitesse de plus en plus grande, une accélération donc, qui n'est autre que G (qui vaut 9,8 m/s2) jusqu'à s'écraser lamentablement sur le sol...
Un objet flottant qu'on dépose sur l'eau (par exemple) va s'enfoncer d'un certain volume : celui de la partie immergée correspond à l'expression "volume déplacé" dans l'énoncé d'Archimède. Cet objet subit une poussée d'archimède notée PA
PA = ρeauVimmergé . G où ρeau est la masse volumique de l'eau
Flotte ou coule :
La poussée d'archimède (qui pousse vers le haut) s'oppose toujours au poids de l'objet qui l'attire vers le fond. Selon que la force d'Archimède est supérieure ou inférieure au poids de l'objet, il coule ou flotte (voir illustration avec une balle)
Source ici
Qu'est ce qui fait que le poids ou Archimède l'emporte ??
Il suffit de réécrire les expressions des deux forces PA et P
Ainsi tout est une question du rapport de masse volumique ou de densité (il y a juste un facteur 1000 entre la notion de densité et masse volumique) entre l'objet et le fluide.
- Si la densité du solide est supérieure à celle du fluide, alors le solide coule.
- Si la densité du solide est égale à celle du fluide, alors le solide demeure immobile ; il est en équilibre neutre ou indifférent.
- Si la densité du solide est inférieure à celle du fluide, alors le solide remonte vers la surface.
Applications :
- Les bateaux qui sont pourtant en acier (densité plus élevée que celle de l'eau) flottent : en fait la densité globale est bien inférieure à celle de l'eau, car le bateau contient beaucoup d'air (seule la coque est en acier)
- L'eau douce ayant une masse volumique plus faible que l'eau salée, la poussée d'Archimède est plus forte dans la mer Morte (mer la plus salée du monde) que dans un lac. Il est donc plus facile d'y flotter.
- Pour maintenir un niveau de flottaison constant et assumer une meilleure stabilité, les navires sont pourvus de ballasts qu'ils peuvent remplir ou vider suivant leur cargaison ou la salinité de l'eau dans laquelle ils naviguent
- Les sous-marins contrôlent leur masse volumique en utilisant également des ballasts.
- Des œufs frais s'en vont au fond de l'eau ; s'ils flottent, ils ont déjà perdu de leur poids par dessèchement du contenu. Dans de l'eau très salée, les œufs frais flottent également, car dans cette eau plus lourde, ils ne peuvent pas aller au fond.
MErci de votre attention.
Pour en savoir plus :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouss%C3%A9e_d'Archim%C3%A8de
http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/gege/physicien_gg33-68.htm
12 septembre 2007
où il est question de nuages et d'avions...
Bonjour à tous,
Aujourd'hui, je vais vous parler des nuages... de quoi sont-ils constitués ? comment se forment-ils ?
Lumière sur les nuages :
Les nuages sont des collections de petites gouttelettes d'eau et/ou de cristaux de glace dans l'atmosphère en concentrations assez grandes pour être visibles Il ne s'agit donc pas comme on le croit souvent de vapeur d'eau...
Alors pourquoi se forment-ils ? Pour répondre à cette question, il faut regarder d'un peu plus près les intéractions entre l'air et la vapeur d'eau présente dans l'air.
L'air est constitué d'un certains nombre de composés gazeux dont le d'oxygène (heureusement pour nous), de l'azote en grande partie et d'autres composants comme l'eau sous forme de vapeur d'eau. La quantité relative d'eau sous forme vapeur contenue dans l'air ambiant définit l'humidité ou encore l'hygrométrie.
Plus l'air est froid, moins il peut stocker de vapeur d'eau. A l'opposé, plus l'air est chaud, plus il peut stocker de molécules d'eau à l'état vapeur. Souvenez-vous ici, je vous racontais que la température était une mesure de l'état d'agitation d'un système. Ainsi, à haute température, les molécules d'air s'agitent dans tous les sens et s'écartent les unes des autres (d'où la dilatation des gaz quand on les chauffe) : il y a plus de place pour y loger les molécules d'eau de façon individuelle.
Quelques valeurs :
-A 0°C, l'air peut contenir jusqu’à 4,8 g de vapeur d’eau par m3
- A 10°C, l’air peut contenir jusqu’à 9,4 g de vapeur d’eau par m3
- A 20 °C, l’air peut contenir jusqu’à 17,2 g de vapeur d’eau par m3 d’air
Les valeurs données sont un maximum, on dit qu'on a alors un air "Saturé". En dessous du maximum, on définit alors une humidité relative. 50 % d'humidité relative signifie que l'air contient la moitié de l'eau sous forme vapeur que ce qu'il pourrait contenir.
NB : L'humidité relative est un pourcentage tandis que l'humidité absolue est la quantité de vapeur / kg d'air sec.
Autre notion importante à retenir : la vapeur d'eau est un gaz INVISIBLE !! donc dès qu'on voit un filet, un nuage, un tourbillon, une trace dans le ciel ou dans l'air, ce n'est donc pas de la vapeur mais de la condensation sous forme de minuscules gouttelettes d'eau.
Lorsqu'on monte en altitude, la température décroit, ainsi que la pression (qui est le poids de la colonne d'air au-dessus), la quantité d'eau que l'air peut contenir diminue et à partir d'une certaine température ou altitude, la vapeur d'eau se condense : les molécules se regroupent pour passer à l'état liquide, sous forme de petites goutelettes ou sous forme de cristaux de glace (ce point dépend de la température rencontrée et de la présence de "points d'accroche pour les cristaux", qu'on appelle "noyeu de condensation", ce sont des micro poussières ou aérosols...).
Et quand pleut-il ?
Les gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace doivent être grossis considérablement afin d'atteindre des tailles assez grandes pour tomber sous forme de pluie ou de neige.
1 million de gouttelettes d'eau dans un nuage = formation d'une goutte de pluie.
Et le brouillard alors ??
C'est purement et simplement un gros nuage qui est au ras du sol. La nuit, le sol ou les objets se refroidissent généralement plus vite que l'air chargé d'une certaine quantité de vapeur d'eau, il y a donc une inversion de température. L'air près du sol devient alors vite saturé en humidité et tout l'excédent se condense : d'où l'apparition du brouillard. LE brouillard apparaît aussi au-dessus des cours d'eau, des lacs qui par évaporation saturent l'air puis dépassent la saturation.
Si le sol et les objets présents sont à une température inférieure à 0°C, les minuscules gouttelettes d'eau qui vont s'y déposer, vont former du givre : on parle alors de brouillard givrant.
Le brouillard se dissipe lorsque le réchauffement (soleil, activité humaine) permet l'évaporation des gouttelettes d'eau.
Enfin un petit mot sur les traînées des avions
Source : Hommage aux "fous volants" : du F-16 à la navette spatiale. Document T.Lombry.
Il s'agit exactement du même phénomène : les gaz d'échappement de l'avion produisent de la vapeur d'eau. Les traînées d'échappement résultent de la saturation en vapeur d'eau des couches atmosphériques traversées par l'avion; cette saturation donnant lieu à la condensation et à la solidification ensuite d'une quantité suffisamment importante de vapeur d'eau.
Merci de votre intérêt et à bientôt.
Pour en savoir plus
- http://www.alertes-meteo.com/divers_pheno/humidite.htm
- http://fr.wikipedia.org/wiki/Brouillard
- http://www.astrosurf.com/luxorion/meteo-contrails.htm
23 juillet 2007
Qui se ressemblent, s'assemblent !
Bonjour tout le monde,
Je continue aujourd'hui sur ma lancée du monde de l'eau en vous parlant de son très grand pouvoir de dissolution...
Cascade de Jonathan's Run (source)
Tout d'abord, quelques définitions.
La solubilité dans l'eau, est la capacité que possède une substance (qu'on appelle soluté) de se dissoudre (ne pas dire " fondre") dans le solvant (ici l'eau). Une fois la substance dissoute, on ne la voit plus...
Dans la plupart des liquides, il existe une quantité limitée de soluté pouvant être dissout. Quand on atteint cette quantité, on dit qu'on atteint la "saturation"...Au delà de la saturation, le soluté ne se dissout plus, la solution est sur-saturée.
L'eau a un pouvoir de dissolution très grand pour de nombreux solutés.
La solubilité du sucre par exemple est de 2 kg/l à 20 °C, et de 4 kg/l à 80 °C.
A 20 °C, on peut donc dissoudre 2 kg dans 1 l d'eau. Le moindre grain de sucre supplémentaire restera visible en phase solide.
La transparence de l'eau qui pourtant contient énormément de minéraux dissous. (Source)
Le sucre n'est qu'un exemple mais l'eau permet de dissoudre énormément de composés : des substances ioniques (sel de cuisine par exemple), des substances moléculaires (sucre, les alcools...), des gaz (ammoniac, l'oxygène, CO2)...
Quelques explications :
Pourquoi est-ce si facile pour l'eau ? Et bien, rappelez vous dans un précédent article (clic clic), j'évoquais la "petite" molécule d'eau et sa "polarité" (délocalisation des charges + d'un côté et charge - de l'autre). Ce qui veut dire que chaque molécule d'eau se comporte comme un petit aimant !
Qui se ressemblent, s'assemblent...toutes les substances qui comme l'eau, sont polaires vont bien s'entendre avec les molécules d'eau... Les côtés négatifs de l'eau attirent les régions positivement chargées du soluté, et vice versa pour les charges positives. L'ammoniac (NH3, gaz) par exemple est très polaire, il y a donc apparition de liaisons hydrogène qui permettent de fixer une grande quantité de NH3 aux molécules d'eau.
De la même façon, tous les sels (composés ioniques donc chargés) sont très solubles dans l'eau qui comme un aimant attire les charges. Lorsqu'un grain de sel pénètre dans l’eau, il est entouré de nombreuses molécules d'eau. La relative petite taille de ces molécules d’eau fait que plusieurs d'entre elles entourent la molécule de soluté. Il semble disparaître...
Lorsqu'on dépasse la saturation, il n'y a plus assez de molécules d'eau pour entourer le soluté...on a atteint la limite de solubilité. Les molécules de soluté sont proches les unes des autres, et sont en assez grand nombre pour être visibles.
Pourquoi une grande solubilité vis à vis des sucres et des alcools ? car même s'il s'agit de molécules de plus grande taille (comparé à l'oxygène, NH3 ou le sel), ce sont des molécules polaires donc avec des charges localisées.
Que contiennent les eaux de source ? des substances dissoutes essentiellement sous forme ionique. Celles-ci proviennent de la dissolution des minéraux des roches (calcaires, gypse ...) Les roches silicatées n'apportent guère que du sodium, du potassium et des éléments rares (traces).
Une autre source parfois non négligeable est la pollution agricole (nitrate et phosphate) et industrielle (sulfate).
Influence de la température ?
Généralement, lorsqu'on augmente la température, la solubilité d'un soluté augmente (revoir l'exemple du sucre). Rappelez vous, la température est liée à l'agitation des molécules. Lorsqu'il fait plus chaud, l'agitation augmente et il y a plus de chance de favoriser les rencontres soluté/solvant !
Il y a des exceptions bien sûr ! le calcaire par exemple, qui se dépose (donc diminution de la solubilité dans l'eau) beaucoup plus dans les conduites d'eau chaudes. On expliquera pourquoi un jour...
Les substances qui ne sont pas solubles dans l'eau...
Ce sont donc des substances de nature différente de l'eau ayant donc peu d'affinité avec elle : ce sont les molécules apolaires (pas de charge localisée) qui ne sont pas attirées par l'aimant.
Toutes les molécules grasses sont des molécules apolaires : on comprend ainsi pourquoi il est difficile de les déloger d'un vêtement par exemple. Dans ces cas là, il faut faire appel à une substance intermédiaire qui se lie à la fois à l'eau et à la graisse, ce sont les lessives et les savons...
A une prochaine fois pour la suite....
Pour en savoir plus :
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=5754
http://users.skynet.be/meeki/Chimie/Chimie.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Solubilit%C3%A9
02 juillet 2007
L'eau : parlons cocotte et iceberg !
Bonjour
Je voulais consacrer un article à la lessive...les pourquoi du comment ? Mais la lessive sans eau, n'a aucune action (nous verrons pourquoi d'ailleurs)...alors commençons par la première étape, par une petite mise en lumière sur l'eau.
L'eau est un composé chimique simple, si présente autour de nous (70% de la surface de la terre) , si utile à la vie, qu'on en oublie toutes ses particularités...c'est un sujet passionnant et ses caractéristiques permettent de comprendre bien des phénomènes de notre vie quotidienne.
Présentation générale
L'eau est un molécule constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène , ce qui s'écrit H2O... c'est donc assez simple (jusque là ! mais nous verrons que cela lui confère certaines propriétés particulières).
Maintenant regardons d'un peu plus près, ses propriétés macroscopiques !
A quelle température l'eau bout-elle ? A 100 °C, répondons nous en coeur ! et bien, tout dépend.
L'eau d'une casserole bout effectivement à 100 °C lorsque la pression qui s'exerce sur elle est bien la pression atmosphérique de 101 325 Pa ou 1013 mbar.
Mais dans une cocotte minute par exemple, la pression est plus élevée, l'eau y bout au-delà de 100 °C (120 à 130 °C selon la cocotte)...L'eau dans une casserole en montagne où la pression est inférieure à la pression atmosphérique au niveau de la mer, bout dès 90°C vers 3000 m (pas suffisant pour cuire les oeufs durs).
J'ouvre ici une petit parenthèse pour vous donner une vision (c'est celle que j'ai adoptée) des choses de ce que sont les grandeurs comme pression, température et chaleur.
Pression - Température - Chaleur
La pression est la poids de ce qui s'exerce au dessus d'une surface. La pression atmosphérique est la poids de la colonne d'air au-dessus de nos têtes.
Dans les fonds marins, la pression est énorme car il faut en plus du poids de l'air, supporter le poids de l'eau.
La température est une mesure du degré d'agitation des différents constituants élémentaires d'un corps. Plus ce corps est chaud, plus l'agitation et la vitesse à laquelle les molécules se meuvent est élevée. On appelle cela l'énergie cinétique (énergie liée à la vitesse). La température est une mesure du mouvement moyen à l'échelle moléculaire.
Et la chaleur alors ? La chaleur est la quantité d'énergie (énergie cinétique mais aussi énergie liée à la rotation, vibration) d'un système transferée selon trois principes : conduction, convection, rayonnement (nous reveroons en détail et à l'aide d'expemple ces trois modes de transfert de la chaleur).
Ainsi, on comprend aisément que lorsqu'on chauffe un corps, on lui apporte de l'énergie. Au niveau moléculaire, cela se peut se traduire par :
- une agitation plus importante : d'où l'augmentation de la température (casserole d'eau qui chauffe par exemple)
- un changement d'état : les particules acquièrent plus d'énergie, bougent plus rapidement (c'est l'augmentation de température dans une première étape) et subissent nécessairement plus de collisions. Il en resulte qu'elles ont tendance à occuper plus d'espace, certaines ont assez d'énergie pour quitter la surface du liquide et passer à l'état gazeux (c'est l'eau qui bout dans la casserole). Notons que pendant toute l'étape de changement d'état, toute la chaleur fournie est uniquement utilisée pour briser les liaisons qui retiennent les molécules les unes aux autres et permettre à ces molécules de s'échapper en phase vapeur : il n'y a donc plus d'augmentation de la température pendant le changement d'état.
Avec ces visualisations de pression, température et chaleur, il est facile de comprendre ce qui se passe au sein d'une cocotte minute. L'eau de la cocotte chauffe jusqu'à atteindre 100 °C (au départ on est bien sous pression atmosphérique), c'est-à-dire que les molécules se sont agitées de plus en plus jusqu"à obtenir suffisamment d'énergie pour quitter le liquide et pouvoir passer en phase vapeur...de plus en plus de monde quitte l'état liquide et passe en phase vapeur pour occuper un volume plus grand...oui mais le couvercle est hermétiquement fermé : le volume qu’occupe la vapeur étant beaucoup plus grand que celui occupé par une même quantité de liquide (rapport d’environ 1000), la vapeur formée « manque d’espace » : la pression augmente.
Comme la pression augmente, les molécules d'eau restant dans le liquide ont plus de difficulté à s'échapper : c'est lourd au-dessus de leur tête, il faut davantage s'agiter : la température augmente donc au-delà de 100 °C.
La cuisson des aliments s'en trouve accélérée lorsque la température est proche de 120 °C.
Revenons aux particularités de l'eau
Comme précisé en début d'article, la molécule d'eau est assez petite et assez simple. Mais regardons le cas de l'ammoniac (NH3) et du méthane (CH4) qui sont des molécules de masse voisine de celle de l'eau, et qui ont un point d'ébullition de -33 et -161 °C. Si l'eau se comportait normalement, elle devrait être gazeuse comme les autres corps à la pression atmosphérique...ce qui fort heureusement pour nous, n'est pas le cas.
Le pourquoi de cette originalité vient du fait que les molécules d'eau sont liées entre elles par des intéractions très importantes, qu'on appelle "liaisons hydrogène" ou "pont hydrogène". Comme le montre la figure ci-dessous qui schématise une molécule d'eau, celle-ci est polaire : il y a un côté chargé négativement et l'autre positivement. Cette différence de charge fait que les molécules s'attirent les unes les autres, et des liens se créent.
A l'état liquide, les liaisons Hydrogène sont présentes mais l'agitation gêne un peu leur mise en place. Lorsqu'on refroidit l'eau, l'agitation des molécules ralentit de plus en plus ce qui permet aux liaisons hydrogène de bien s'établir : l'eau solide (la glace) a la structure d'un réseau cristallin où les liaisons H maintiennent une certaine distance entre les molécules : ce n'est donc pas la structure la plus compacte possible.
Structure de l'eau liquide : Oxygène en rouge, Hydrogène en blanc et liaisons H en pointillés
Une des structure cristalline possible de la glace : les liaisons H maintiennent de la distance entre les molécules
La conséquence de cet arrangement est que l'eau liquide est plus dense que la glace ou encore le volume de la glace est plus grand que celui du liquide (les pots qui gèlent éclatent !) (pour les autres corps où la liaison hydrogène n'existe pas, c'est le contraire).
C'est la raison pour laquelle la glace flotte sur l'eau (les icebergs !). Important aussi pour la survie des espèces aquatiques : la glace qui se forme à la surface d'un étang flotte ce qui permet de protéger les profondeurs du gel.
Source : clic clic
On se quitte avec une petite photo d'un flocon de neige...la géométrie s'explique aussi par ces liaisons H (symétrie hexagonale qui apparait bien dans le schéma de la structure moléculaire ci-dessus), nous y reviendrons si cela vous intéresse !
Source : clic clic
Bonne lecture et à une prochaine fois !
Pour en savoir plus
http://www.educonline.net/spip/spip.php?article49
http://www.pourquois.com/physique_chimie.html
http://www.dossiersdunet.com/rubrique48.html
11 juin 2007
La Nature au service de l'Homme
Lumière sur " le monde végétal entre dans l'Industrie textile" .
Bonjour à tous,
J'aime les fleurs, les plantes, les arbustes dans les jardins, parcs, forêts, campagnes ... Il y a tant à dire sur le règne végétal : la beauté des formes, l'harmonie des couleurs, la diversité et la déclinaison des verts, l'ivresse des parfums ...
Comme le savent déjà certain(e)s, une autre de mes passions concerne les fils et les tissus pour l'ameublement, le linge de maison, la décoration ...
J'ai donc voulu ici rassembler ces deux mondes qui me passionnent en vous dévoilant quelques aspects de l'industrie textile qui utilise et transforme (pour une bonne partie) certaines parties des végétaux.
Fleur de cotonnier : cliquez sur l'image pour visiter la source
Pour une meilleure lecture, j'ai divisé cet article en 3 parties :
1- La Cellulose : un ingrédient de base
Partons tout d'abord du glucose (un sucre) : une des molécules pilier de la vie. De formule C6H12O6 (comprendre 6 atomes de carbone), cette molécule a la forme d'un héxagone avec quelques fonctions à coté (groupements alcool et aldéhyde). Le glucose est le principal carburant des cellules : en réagissant avec l'oxygène, il libère une grande quantité d'énergie (d'où notre baisse d'énergie après un effort, compensée par un apport de sucre).
A partir d'une molécule simple, peuvent se former des polymères constitués par une longue chaîne des molécules de base reliées entre elles.
Ainsi, à partir du glucose, se forment différents polymères : l'amidon (sucre de réserve des plantes), le glycogène (présent dans les muscles) et la cellulose formés de longues chaînes linéaires de glucose liés les uns aux autres.
Dans les plantes, les molécules de cellulose s'assemblent alors pour former les fibres, parties rigides des végétaux.
La cellulose constituant les fibres : cliquez sur l'image pour visiter la source
2- Du végétal au tissu
Le coton et le papier sont presque entièrement faits de cellulose. Les autres fibres tels que le lin et le chanvre sont plus complexes et moins purs.
Lorsque la fleur du cotonnier - arbuste originaire de l'Inde - se transforme en fruit, les graines se trouvent recouvertes de longs poils de cellulose. Ce sont ces fibres qui sont utilisées telles quelles pour la fabrication du coton hydrophile. Puis traitées, elles sont utilisées en filature avant d'être tissées : ce sont des textiles à fibres naturelles.
Le fruit du cotonnier : cellulose : cliquer pour visiter le lien
3- Recherche et avancées actuelles
Je vous livre ici quelques pistes de recherche et avancées permettant de concevoir des textiles très spécifiques voire des textiles techniques.
Les recherches peuvent porter sur :
la conception de fibres dont la structure physico-chimique confère des qualités souhaitées aux fils
l'analyse de tissus pour rendre compte de déformations,
le mode d'action des détachants
la fabrication de fibres résistantes
des nouvelles techniques de tissage (textiles 3D)
En France, Le Nord-Pas de Calais et la région Rhône-Alpes, apparaissent comme les deux principales régions du textile "technique". Une forte demande est observée dans le secteur des transports (tissus anti-tâches, anti-odeurs, recyclables, ignifuge), le secteur médical (tissus anti-bactériens) et le secteur de l'industrie (fibre à haute résistance thermique par exemple)...
Je reviendrai sur cet intéraction nature/textile, on pourra également voir comment se comportent les fibres lors du passage à la machine à laver et comprendre les besoins du repassage...c'est passionnant !
A bientôt.
Je ne résiste pas à vous montrer cette petite photo.
