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THÈME EAU LES COURANTS OCÉANIQUES RÉGULATEURS DU CLIMAT PAGE 1 / 4
I -‐ LE MOTEUR DES COURANTS OCEANIQUES
Les eaux profondes des océans, comme les eaux de surface, se déplacent et créent de puissants courants océaniques. Ces courants sont dus aux écarts de température et de salinité des masses d’eau : on parle de circulation thermohaline. Le Gulf Stream est le courant océanique le plus connu. Il s’agit d’un courant d’eau chaude de surface qui prend sa source dans le Golfe du Mexique et se déplace vers l’Europe où des transferts thermiques ont lieu entre l’océan et l’atmosphère. Puis, les eaux du Gulf Stream montent vers les régions polaires et se mélangent avec les eaux froides de l’Atlantique Nord. Les eaux liquides de surface de l’Arctique et de l’Antarctique sont très salées. En effet, le sel, non piégé par la glace, se concentre dans l’eau. Les eaux froides et salées de l’Atlantique Nord plongent au fond de l’océan et alimentent les courants froids profonds. Elles rejoignent les eaux froides et salées de l’Antarctique. Réchauffés sous les tropiques, ces courants froids profonds refont surface au niveau des océans Indien et Pacifique. Les océans sont chauffés en surface par le rayonnement solaire mais celui-‐ci ne pénètre pas en profondeur. Les océans absorbent plus d’énergie thermique près de l’équateur que près des pôles. L’énergie solaire stockée près de la zone équatoriale est transportée, grâce aux vents et aux courants marins, vers d’autres latitudes où elle est transférée à l’atmosphère. Ainsi, les océans participent à la régulation du climat grâce aux échanges thermiques entre les courants marins et l’atmosphère.
II – EXPERIENCES
• Matériel élève: eau chaude à 60°C (bouilloire), eau froide, encre rouge et colorant bleu, 2 pipettes Pasteur, 3 béchers de 50 mL, glaçons, eau distillée à température ambiante, sel de cuisine.
• Matériel professeur : 2 dispositifs, chacun constitué de 2 bouteilles reliées par deux tubes horizontaux.
• Consignes : ne pas mélanger les deux colorants ; ajouter l’eau chaude / froide au goutte à goutte.
1) Rôle de la température des eaux a) Avec le matériel élève, proposer deux expériences simples permettant de comparer les densités des eaux
chaudes et froides par rapport à de l’eau à température ambiante. Schématiser les deux expériences. Noter les observations. Conclure.
Protocole : On remplit un bécher d’eau distillée à température ambiante et un autre bécher d’eau chaude à environ 60°C colorée en rouge. On verse l’eau chaude, goutte à goutte avec la pipette Pasteur, près de la surface. On remplit un bécher d’eau distillée à température ambiante et un autre bécher d’eau froide à environ 0°C colorée en bleu. On verse l’eau froide, goutte à goutte avec la pipette Pasteur, près de la surface. Observation L’eau chaude reste au niveau de la surface.�L’eau chaude est moins dense que l’eau distillée à température ambiante. L’eau froide plonge vers le bas du bécher.�L’eau froide est plus dense que l’eau distillée à température ambiante.
Schémas
Conclusions L’eau froide est donc plus dense que l’eau chaude
b) Pourquoi les courants chauds sont-‐ils des courants de surface ? L’eau chaude est moins dense que l’eau froide donc les courants chauds sont des courants de surface alors que les courants froids sont des courants profonds.
c) Quelle est l’origine des courants chauds de surface ? Les courants chauds de surface résultent de l’absorption du rayonnement solaire dans zone équatoriale. En effet, c’est dans cette zone l’énergie solaire reçue y est la plus importante. 2) Rôle de la salinité des eaux1
a) Déterminer la densité d'une eau de mer de concentration massique en sel 35 g/L .
1 Le chlorure de sodium est le constituant majoritaire mais il y a beaucoup d'autres espèces présentes dont les principales sont :
les ions sulfate, magnésium, calcium, potassium, iodure...
On pèse le un volume de 50mL d’eau de mer introduit dans une fiole jaugée (verrerie la plus précise à notre disposition) On note la masse m obtenue
𝜌!"#!!"#é! =𝑚!"#!!"#é!
𝑉!"#!!"#é!
La densité de l’eau de mer s’obtient alors 𝑑!"#!!"#é! =
𝜌!"#!!"#é! 𝜌!"# !"#$
b) De quels facteurs la densité de l'eau de mer peut-elle dépendre ?
la densité de l’eau de mer dépend de sa salinité et de la température
c) Proposer une expérience simple permettant de montrer le rôle de la salinité sur la densité de l’eau. Schématiser l’expérience. Noter les observations. Conclure.
Protocole : On remplit un bécher d’eau distillée à température ambiante et un autre bécher d’eau salée colorée en bleu à température ambiante. On verse l’eau salée, goutte à goutte avec la pipette Pasteur, près de la surface.
Observations L’eau salée plonge vers le bas du bécher. L’eau salée est plus dense que l’eau distillée
Schémas
c) Pourquoi les eaux de surface de l’Antarctique sont-elles très salées ? Les eaux de surface de l’Antarctique sont-‐elles très salées car la glace ne piège pas le sel lorsque l’eau se solidifie. d) Pourquoi les eaux froides et salées de l’Atlantique Nord plongent-elles en profondeur ? Les eaux froides et salées de l’Atlantique Nord plongent en profondeur car elles sont plus denses que les eaux chaudes de surface. 3) Expérience modélisant la circulation thermohaline. a) Avec l’un des dispositifs professeur, proposer une expérience modélisant le rôle de la température et de la salinité des eaux sur la circulation océanique. La mettre en œuvre après l’avoir faite valider par le professeur. Noter les observations.
Protocole : La zone polaire est modélisée par une une eau salée froide colorée en bkeu La zone équatoriale est modélisée par une eau chaude colorée en rouge Observations Lorsque les deux eaux entre en contact on observe des courants entre les deux bouteilles : l’eau froide et salée, plus dense que l’eau chaude, occupe le bas des deux bouteilles alors que l’eau chaude, moins dense, reste en surface.
Schémas
III - LE GULF TREAM ET LA REGULATION DU CLIMAT 1) Qu’est-ce que le Gulf Stream ? Le Gulf Stream est courant d’eau chaude de surface (stream = courant) qui prend sa source dans le Golfe du Mexique (Gulf) et se déplace vers l’Europe
Iles Scilly archipel au voisinage de Cornouailles où règne un microclimat du au voisinage du Gulf Stream permet de cultiver un jardin tropical sur l'ile de Tresco.
2) Montréal (Amérique du Nord) et Bordeaux (Europe de l’ouest) sont deux villes portuaires situées à la même latitude (environ 45°N). Pourtant la température hivernale moyenne de Montréal est beaucoup plus faible que celle de Bordeaux. Comment expliquer cette différence de température ? La différence de température hivernale moyenne entre Montréal et Bordeaux est due au transfert de chaleur des eaux chaudes du Gulf Stream vers l’atmosphère de l’Europe. Ce transfert de chaleur n’existe pas près de Montréal. 3) Quelle pourrait être la conséquence de la disparition du Gulf Stream ? Une conséquence de la disparition du Gulf Stream serait des hivers nettement plus froids en Europe. 4) Conclusion Les courants océaniques participent aux transferts de chaleur entre la zone équatoriale et les autres zones �du monde. Ainsi, les océans participent à la régulation du climat.