TPE : le climat, [les éclairs]

par **lapras** » 11 Sep 2007, 20:23

Bonsoir,
j'ai eu ma premiere séance de TPE, j'ai donc du choisir un groupe, qui a voulu faire un thème sur le climat, et peut être bien sur les éclairs !
Alors j'aimerais simplement que vous me disiez si le sujet est interessant physiquement, si il y'a beaucoup de points physiques à développer ?
Et aussi, je me suis proposé pour faire l'éventuelle partie "mathématique", si elle existe, du travail. Y a t il beaucoup de maths dans ce type de sujet ? (j'espere :id: ) (j'aurais tant voulu faire de la mécanique quantique... mais personne ne s'est senti inspiré !)

Merci d'avance

par **Dominique Lefebvre** » 12 Sep 2007, 08:56

lapras a écrit:Bonsoir,
j'ai eu ma premiere séance de TPE, j'ai donc du choisir un groupe, qui a voulu faire un thème sur le climat, et peut être bien sur les éclairs !
Alors j'aimerais simplement que vous me disiez si le sujet est interessant physiquement, si il y'a beaucoup de points physiques à développer ?
Et aussi, je me suis proposé pour faire l'éventuelle partie "mathématique", si elle existe, du travail. Y a t il beaucoup de maths dans ce type de sujet ? (j'espere :id: ) (j'aurais tant voulu faire de la mécanique quantique... mais personne ne s'est senti inspiré !)

Merci d'avance

Bonjour,

Tout d'abord fais attention sur le sens physique du mot "climat" et de ne pas confondre "climat" et "météo"!
Dans cette logique, je ne vois pas trop le rapport entre les éclairs (phénomène électrique atmosphérique) et le climat!

Donc, peux-tu nous confirmer que ton TPE portera sur le climat.
Hufty, un climatologue réputé doublé d'un bon pédagogue définit le climat comme "l'étude des échanges énergétiques et hydriques entre la surface de la terre et l'atmosphère, combinée avec la fréquence et la succession d'évènements météo, dont l'action influence directement ou indirectementl'existence des êtres qui y sont soumis".

La climatologie est un sujet très vaste et très à la mode! Quel domaine précis voulez-vous aborder?

par **lapras** » 12 Sep 2007, 09:18

Je ne connais pas les différents domaines du climat, il faut que je regarde sur un moteur de recherche et que je leur en parle.
Mais , d'apres la définition du climat que tu m'as donnée,

l'étude des échanges énergétiques et hydriques entre la surface de la terre et l'atmosphère

, l'éclaire ne rentre il pas dans cette définition ? (même si ce n'est pas un échange hydrique)

par **Dominique Lefebvre** » 12 Sep 2007, 09:56

lapras a écrit:Mais , d'apres la définition du climat que tu m'as donnée, , l'éclaire ne rentre il pas dans cette définition ? (même si ce n'est pas un échange hydrique)

Non, l'étude des éclairs relève de la physique de l'atmosphère, pas de la climatologie. On pourrait en faire un sujet de météo, mais c'est assez tiré par les cheveux car il faudrait faire cette étude dans le cadre plus large de celui des orages (qui sont eux un phénomène météo).

par **Dominique Lefebvre** » 12 Sep 2007, 10:01

lapras a écrit:Je ne connais pas les différents domaines du climat, il faut que je regarde sur un moteur de recherche et que je leur en parle.

Volià les grands domaines:

l'étude du bilan radiatif de la surface terrestre,
le bilan thermique du système terre-atmosphère
les influences astronomiques sur le bilan radiatif
l'étude de l'atmosphère : pression, température, vents
l'étude de la dynamique de l'atmosphère
les circulations atmosphériques
l'eau atmosphérique, échanges et bilan hydrique
les aspects humains du climat et de ses modifications

Il y en a d'autres...

par **lapras** » 12 Sep 2007, 10:13

Ok je vais donc leur demander si ils veulent garder le thème du "climat", même si ca leur ferme la porte à l'étude des éclairs.
Dans la liste que tu m'as donnée, quels sont les sujets que tu trouves vraiment interessant ? Y'en a t il qui demandent un travail mathématique ( :++: ) ?
Sinon, dans le cadre de la météo, a part les orages, y a t il des sujets interessants au niveau physique ?

par **Dominique Lefebvre** » 12 Sep 2007, 10:25

lapras a écrit:Ok je vais donc leur demander si ils veulent garder le thème du "climat", même si ca leur ferme la porte à l'étude des éclairs.
Dans la liste que tu m'as donnée, quels sont les sujets que tu trouves vraiment interessant ? Y'en a t il qui demandent un travail mathématique ( :++: ) ?
Sinon, dans le cadre de la météo, a part les orages, y a t il des sujets interessants au niveau physique ?

En climato, l'étude du bilan radiatif peut être intéressant sur le plan physique (l'étude de l'effet de serre) mais peu de math.
Par contre, en dynamique de l'atmosphère, l'aspect physique est sympa (thermodynamique, méca des fluides, mécanique analytique) et aussi l'aspect mathématique, aborder la notion de rotationnel, de divergence et de circulation par exemple.
Tu peux aussi relier la dynamique de l'atmosphère à l'étude d'un système chaotique (domaine que je connais un peu...) et là l'aspect physico-mathématique se prête particulièrement à l'expérimentation : sortir un attracteur de Lorenz peut être rigolo!!

par **lapras** » 12 Sep 2007, 10:30

Oui, la dynamique de l'atmosphère me semblait interssante sur tous les domaines, à ce que j'ai vu sur google. Mais les notions mathématiques ne sont elles pas trop poussées ? (quand je regarde un peu "rotationnel" sur google, ca donne des résultats assez impressionant, es ce que un niveau terminale spé maths suffirait ?

par **Dominique Lefebvre** » 12 Sep 2007, 10:42

lapras a écrit:Oui, la dynamique de l'atmosphère me semblait interssante sur tous les domaines, à ce que j'ai vu sur google. Mais les notions mathématiques ne sont elles pas trop poussées ? (quand je regarde un peu "rotationnel" sur google, ca donne des résultats assez impressionant, es ce que un niveau terminale spé maths suffirait ?

Oui je le pense... Il faut bien maitriser le calcul vectoriel et la notion de repère.. Mais les définitions ne sont pas trop compliquées. Bien sur, tu vas voir rapidement (très) des dérivées partielles, mais pas de panique! Point n'est besoin de rentrer dans la théorie! Il suffit que tu comprennes ce que cela représente dans le cas d'un rotationnel ou d'une divergence...

par **lapras** » 12 Sep 2007, 11:27

Ok je vais voir ça. Espérons que mon groupe acceptera :happy2:
Merci pour les infos, je pense que je reposterai dans ce sujet.

par **lapras** » 18 Sep 2007, 19:41

Bonsoir,
On a décidé de garder le sujet portant sur les orages.
Y a t-il moyen de faire une simulation informatique sur la formation des orages, le traceur dans l'air, la foudre, etc... grâce à des équations physiques ??

par **Flodelarab** » 18 Sep 2007, 19:50

lapras a écrit:Bonsoir,
On a décidé de garder le sujet portant sur les orages.
Y a t-il moyen de faire une simulation informatique sur la formation des orages, le traceur dans l'air, la foudre, etc... grâce à des équations physiques ??

Ya mieux: fais une démo.
Filme toi en train de te ballader sous l'orage avec un cerf-volant ........

par **lapras** » 18 Sep 2007, 19:53

:ptdr: :ptdr:
Non mais sérieusement, est ce que il y'a des lois physiques qui me permettront de réaliser cette simulatioN ?

par **Dominique Lefebvre** » 18 Sep 2007, 20:26

lapras a écrit:Bonsoir,
On a décidé de garder le sujet portant sur les orages.
Y a t-il moyen de faire une simulation informatique sur la formation des orages, le traceur dans l'air, la foudre, etc... grâce à des équations physiques ??

Bravo, les orages sont un sujet intéressant!
Quant à faire une simulation simple de la chose, oublie... Je vais y réfléchir et on pourra en parler samedi mais je ne vois pas trop!
As-tu au moins une idée de la chaîne de processus physiques mise en oeuvre pour former et déclencher un orage?

par **lapras** » 18 Sep 2007, 20:43

Bonsoir :)
Oui je me suis renseigné, les orages sont des nuages, qui est soumis aux frottements de l'air chaud et froid, ce qui entraine la "séparation des charges" => base du nuage chargé, différence de potentielle avec le sol.
Puis un traceur parcour l'air par intervalles de temps, puis le courant s'y propage.
Enfin ca c'est le "gros" (tres tres gros) de ce que j'ai lu ce matin lol
Mon prof de TPE m'a dit qu'il pensait que c'était probablement possible de réaliser une simulation de ce type.
les TPE sont tres valorisés en fonction des expériences / simulation
la machine de wimrshurt semblait bien a mes copains mais je ne pense pas du tout,car ce n'est pas représentatif de l'orage !

par **Dominique Lefebvre** » 18 Sep 2007, 21:36

lapras a écrit:Bonsoir
Oui je me suis renseigné, les orages sont des nuages, qui est soumis aux frottements de l'air chaud et froid, ce qui entraine la "séparation des charges" => base du nuage chargé, différence de potentielle avec le sol.

Ouaip, c'est vraiment du très très gros !!
Tu parles de frottements dans les nuages: il y a de l'idée, mais des frottements de quoi? Parce que deux gaz qui se frottent à des températures dans le domaine considéré (disons entre -30 et +20 °C), ça ne produit pas beaucoup de charges...
Tu parles aussi de séparation des charges: qu'est-ce qui portent les charges? les molécules d'eau?

Puis un traceur parcour l'air par intervalles de temps, puis le courant s'y propage.

Je ne comprend même pas ce que cela veut dire...

Rassure-toi, je ne veux pas me moquer. Simplement attirer ton attention sur la nécessité de bien comprendre un phénomène avant de parler de simulation...

Enfin ca c'est le "gros" (tres tres gros) de ce que j'ai lu ce matin lol
Mon prof de TPE m'a dit qu'il pensait que c'était probablement possible de réaliser une simulation de ce type.
les TPE sont tres valorisés en fonction des expériences / simulation
la machine de wimrshurt semblait bien a mes copains mais je ne pense pas du tout,car ce n'est pas représentatif de l'orage !

Et ton prof parle de quoi quand il dit "simulation"? s'il s'agit de faire des grosses étincelles, sur que ça doit être faisable.
S'il s'agit de produire un modèle numérique même simple qui permette la simulation (création et déclenchement) d'un orage, je le mets au défit et je lui offre une bouteille de champ dès que je verrai son modèle tourner! Tu peux le lui dire!!

Il y a tellement de processus dans un orage qu'il est pratiquement impossible de concevoir un modèle global. Il faut choisir le phénomène élémentaire que tu veux simuler : par exemple la création et la répartition des charges dans un cumulonimbus (CN). Mais il faut d'abord comprendre pourquoi ces charges apparaissent.. Il faut connaître la structure d'un CN et sa dynamique en fonction de l'humiditè et de la température, etc.

Bref, le sujet est passionnant et vaste. A défaut d'expérience, je pense que tu peux récolter beaucoup de données, puis les analyser et construire le process global qui conduit à un orage (au fait, c'est quoi un orage? la foudre, le tonnerre, la pluie, le vent?)

par **lapras** » 19 Sep 2007, 21:39

Les orages sont des nuages.
D'apres ce que j'ai lu,
l'air chaud, qui "monte", rencontre l'air froid, ce qui provoqe une condensation, donc la formation de goutellettes d'eau, ce qui forme un nuage, et qui rprovoque un réchauffement de l'air, qui monte encore, etc.... => formation cumulonimbus
Il y'a des courant ascendants et descendants d'air, entrainant les particules d'eau et de glace qui a pu être formée car la température dans le "haut" du nuage, est assez faible. Frottement de particules d'eag/glace => certaines molécules vont perdre des électrons, + légeres, elles vont donc aller vers le "haut" du nuage, contrairement aux molécules chargées négativement puisque gain d'électrons qui sont assez lourdes => vers la base du nuage.
Puis apres il y a une différence de potentielle tres importante qui se forme, etc...
Je suis tres imprécis je pense (et je me trompe surement ! ), mais c'est tout ce que je sais sur la formation du cumulonimbus pour le moment.

Mon prof m'a dit qu'il n'avais jamais réalisé une telle simulation, donc qu'il n'était pas sur, mais il pensait que ca se ferait surement une simulation. En fait ce que j'aimerais pouvoir faire c'est, comme tu l'as dit, une petite simulation par exemple sur une "partie" de la formation du cumulonimbus.
Ca serait déja énorme.
En plus ca serait passionant :happy2:

par **Dominique Lefebvre** » 19 Sep 2007, 21:50

lapras a écrit:Les orages sont des nuages.
D'apres ce que j'ai lu,
l'air chaud, qui "monte", rencontre l'air froid, ce qui provoqe une condensation, donc la formation de goutellettes d'eau, ce qui forme un nuage, et qui rprovoque un réchauffement de l'air, qui monte encore, etc.... => formation cumulonimbus
Il y'a des courant ascendants et descendants d'air, entrainant les particules d'eau et de glace qui a pu être formée car la température dans le "haut" du nuage, est assez faible. Frottement de particules d'eag/glace => certaines molécules vont perdre des électrons, + légeres, elles vont donc aller vers le "haut" du nuage, contrairement aux molécules chargées négativement puisque gain d'électrons qui sont assez lourdes => vers la base du nuage.
Puis apres il y a une différence de potentielle tres importante qui se forme, etc...
Je suis tres imprécis je pense (et je me trompe surement ! ), mais c'est tout ce que je sais sur la formation du cumulonimbus pour le moment.

Hum... Une petite AN (application numérique) s'impose. Considérons une goutte d'eau sphérique de diamètre 1 mm. Disons que les frottements provoquent l'ionisation de 1% des molécules d'eau (ce qui est considérable). Combien d'électrons celà représente-t-il? Compare la masse totale de ces électrons à la masse de la goutte d'eau. Et dis moi si cela justifie la séparation gravitationnelle dont tu parles?

Mon prof m'a dit qu'il n'avais jamais réalisé une telle simulation, donc qu'il n'était pas sur, mais il pensait que ca se ferait surement une simulation. En fait ce que j'aimerais pouvoir faire c'est, comme tu l'as dit, une petite simulation par exemple sur une "partie" de la formation du cumulonimbus.
Ca serait déja énorme.
En plus ca serait passionant :happy2:

Faire une simulation de la formation d'un cumulonimbus peut se faire. On devra faire apple à la thermodynamique et àla mécanique des fluides dans un gradient gravitationnel. Rien d'impossible, mais en simplifiant bien...

N'oublie pas les principes de base de formation des nuages:
- la vapeur d'eau se refroidit en prenant de l'altitude. Lorsqu'elle condense, elle libère de l'énergie.
- l'eau liquide est plus dense que la vapeur d'eau (c'est triviale, non!)
- l'eau liquide en tombant se réchauffe et la densité de l'eau diminue lorsque sa température augmente (enfin en générale, parceq u'il y a des particularités autour de 4°C). En effet, à l'altitude des nuages considérant le gradient de température est négatif en fonction de l'altitude (la température décroit avec l'altitude).

Bref la mécanique de circulation de l'eau dans un nuage est tout sauf simple..

par **lapras** » 19 Sep 2007, 22:00

Bref la mécanique de circulation de l'eau dans un nuage est tout sauf simple..

Bien d'accord

Une petite AN (application numérique) s'impose. Considérons une goutte d'eau sphérique de diamètre 1 mm. Disons que les frottements provoquent l'ionisation de 1% des molécules d'eau (ce qui est considérable). Combien d'électrons celà représente-t-il? Compare la masse totale de ces électrons à la masse de la goutte d'eau. Et dis moi si cela justifie la séparation gravitationnelle dont tu parles?

Il faudrait calculer le nombre de molécule présentes dans 1ml d'eau ( = 1g d'eau) grâce à la masse molaire molaculaire de H2O, puis calculer le nombre d'électrons d'une molécule H2O puis en déduire les 1% .
je n'ai pas le temps de calculer, car j'ai un contrôle de grec ancien à préparer (Argh). Mais j'imagine, que si tu me demandes de calculer cela, c'est pour me montrer que les électrons n'influent carrément pas sur le poids des molécules H2O chargées.

[quote]On devra faire apple à la thermodynamique et àla mécanique des fluides dans un gradient gravitationnel. [TEX]
Tiens je sens que je vais devoir stopper un peu l'arithmétique pour me mettre à étudier tout ça :ptdr:

par **Dominique Lefebvre** » 19 Sep 2007, 22:06

lapras a écrit:Il faudrait calculer le nombre de molécule présentes dans 1ml d'eau ( = 1g d'eau) grâce à la masse molaire molaculaire de H2O, puis calculer le nombre d'électrons d'une molécule H2O puis en déduire les 1% .
je n'ai pas le temps de calculer, car j'ai un contrôle de grec ancien à préparer (Argh). Mais j'imagine, que si tu me demandes de calculer cela, c'est pour me montrer que les électrons n'influent carrément pas sur le poids des molécules H2O chargées.

Je n'ai pas écris un gramme mais une goutte de 1 mm de diamètre... mais cela ne change pas grand chose!En effet, c'est l'objet du calcul,mais lorsque tu auras fini avec le grec ancien (bravo!) fais le calucl c'est instructif...

Tiens je sens que je vais devoir stopper un peu l'arithmétique pour me mettre à étudier tout ça :ptdr:

ça ne sera pas inutile! Le cas échéant, je t'aiderai...

TPE : le climat, [les éclairs]

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