Sciences 10 Ch 10 - Notes eleves

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Sciences 10 - Module 4: Le transfert d’énergie dans les systèmes naturels
Chapitre 10: La théorie cinétique moléculaire explique le transfert d’énergie thermique
10.1 La température, l’énergie thermique et la chaleur
 La ______________________________________________ explique que toute matière est faite de
particules et que l’énergie cinétique fait constamment bouger ces particules.
o En état solide, les particules sont très près les uns des autres et ils vibrent lentement.
o En état liquide, les particules sont un peu plus éloignées et ils glissent.
o En état gazeux, les particules sont éloignées et ils bougent librement.
 Au moment où les particules entrent en collision, l’énergie cinétique est transférée entre elles.
 Les particules d’une substance pure ont une énergie cinétique différente puisqu’ils se déplacent à
différentes vitesses et dans différentes directions.
 La ______________________ est une mesure indirecte de l’énergie cinétique moyenne de toutes les
particules dans un échantillon.
o 3 différentes échelles numériques sont utilisées pour mesurer la température : Fahrenheit,
Celsius et Kelvin.
 L’échelle Fahrenheit est utilisée depuis 1724.
 L’échelle Celsius a été invente en 1745 et elle est maintenant utilisée dans le monde
entier puisque qu’elle a été intégrée au système métrique.
 Cette échelle est basée sur 2 points fixes : le point de congélation de l’eau pure
(0˚C) et le point d’ébullition de l’eau pure (100˚C).
 L’échelle de Kelvin est basée sur le 0 absolu : la température à laquelle les particules
n’ont pas d’énergie cinétique.
 L’énergie _____________ est l’énergie totale de toutes les particules dans un solide, liquide ou gaz.
o Ex. Un grand bol de soupe a plus d’énergie thermique qu’un petit bol de soupe (même s’ils ont
tous les 2 la même température).
 L’énergie potentielle est de l’énergie emmagasinée.
o Ex. Quand tu soulèves un livre, son énergie potentielle gravitationnelle augmente.
o Ex. Les forces électriques d’attraction entre les atomes et les molécules leur donnent de
l’énergie potentielle.
 La _____________________ est la quantité d’énergie thermique qui est transférée d’un endroit ou
d’un objet de température élevée à un endroit ou à un objet de plus basse température.
 L’énergie thermique peut être transférée de 3 façons : par conduction, par convection ou par
rayonnement.
o La conduction est le transfert d’énergie thermique d’une substance à une autre par contact
direct des particules.
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 Elle transfère l’énergie thermique de la matière ayant une température et une énergie
cinétique élevées vers de la matière ayant une température et une énergie cinétique plus
faibles.
 Les conducteurs thermiques sont des matériaux qui transfèrent facilement l’énergie
thermique.
 Ex. Les métaux
 Les _________________ ne transfèrent pas facilement l’énergie thermique.
 Ex. L’air, la neige, le bois, la mousse de polystyrène
o La convection est le transfère d’énergie thermique dans un fluide qui se produit à cause du
déplacement des particules dans le fluide.
 La matière et l’énergie thermique sont transférées.
 Ex. Les nuages dans le ciel
 Quand des particules se déplacent et que leur énergie cinétique augmente, elles
s’éloignent les unes des autres et ceci diminue leur masse volumique (densité).
 Ex. Dans un chaudron d’eau bouillante, l’eau chaude monte car elle est moins
dense. À la surface, l’eau se refroidit, se contracte et coule au fond, où elle est
réchauffée et remise en circulation.
 Un __________________________________ est le mouvement d’un fluide causé par
des différences de masse volumique.
 Ex. Les fours à convection, les générateurs d’air chaud
o Le rayonnement électromagnétique est le transfert d’énergie par des ondes qui se déplacent
dans toutes les directions à partir d’une source.
 Les ondes électromagnétiques rayonnent dans l’espace même s’il n’y a pas de matière.
 L’énergie rayonnante est l’énergie qui transporte les ondes électromagnétiques.
 Le seul rayonnement qu’il est possible de voir est la lumière visible.
 Nous pouvons sentir sur notre peau le rayonnement infrarouge (rayonnement
thermique).
 Le _________________________________ est formé de lumière visible ainsi que de
rayonnement infrarouge et d’autres types de rayonnements.
 Toute matière d’une température supérieure au zéro absolu émet de l’énergie sous forme
de rayonnement.
 Ex. L’énergie thermique résiduelle de la formation de la Terre et la décomposition
des éléments radioactifs souterrains chauffent la Terre.
 La matière absorbe, reflète ou transmet des rayonnements.
P. 426 questions 1-3, P. 427 questions 1-3, P. 428 questions 1-4, P. 430 questions 14 et P. 435 questions 1-10
10.2 Le transfert d’énergie dans l’atmosphère
 Une ___________________ est une couche de gaz qui s’étend au dessus de la surface d’une planète.
 La Terre est la seule planète connue qui possède de l’eau à l’état solide, liquide et gazeux.
 La composition des roches qui se sont formées sur la Terre primitive a amené les scientifiques à
penser que l’atmosphère a déjà été très différente de celle que nous connaissons actuellement.
o Elle était composée de gaz libérés par des éruptions volcaniques : plus de 50% de vapeur d’eau
combinée a du CO2, des gaz soufrés, H2, mais pas d’oxygène gazeux.
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o L’oxygène gazeux est apparu quand la lumière solaire a décomposé les molécules d’eau dans
la haute atmosphère.
o L’équilibre entre le CO2 et O2 s’est établit dans l’atmosphère avec l’apparition des organismes
photosynthétiques unicellulaires.
 Les 2 principaux gaz de la basse atmosphère sont N2 et O2 (ils représentent 99% de l’air sec).
 La majeure partie du 1% est de l’argon gazeux et du CO2 (l’atmosphère contient aussi de petites
quantités H2, d’hélium, de méthane et O3 sous forme gazeuse.
o La composition de l’atmosphère reste assez constante jusqu'à une altitude d’environ 80km audessus du niveau de la mer.
 La couche terrestre est formée de 5 couches qui ont différentes altitudes moyennes, compositions
chimiques, températures moyennes, et densités.
 Les 5 couches sont : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère, et l’exosphère.
o La __________________________ est la couche inferieure de l’atmosphère terrestre.
 Son épaisseur moyenne est d’environ 10km (8km aux pôles et 16km a l’équateur).
 Elle est la plus dense des couches et contient presque toute la vapeur d’eau de
l’atmosphère.
 Les phénomènes météorologiques ont lieu dans cette couche; le rayonnement solaire et la
chaleur émis par la surface terrestre influencent l’air de la troposphère et y cause le
déplacement constant de l’air.
 Cette couche contient la plupart des particules de matière (poussière) de l’atmosphère,
incluant les polluants, les grains de pollen, la cendre volcanique, etc.
 La température diminue d’environ 6.5˚C à chaque km d’altitude; la température au bas de
la troposphère est environ 15˚C et au sommet est environ -55˚C.
o Au sommet de la troposphère, il y a une zone de transition appelée la tropopause.
o La couche suivante est la __________________________.
 La stratosphère est formée d’air sec et de quelques nuages.
 Sa partie inferieure a une température assez constante d’environ -55˚C.
 Sa partie supérieure devient légèrement plus chaude avec l’altitude; à son sommet (a
environ 50km), les températures peuvent atteindre 0˚C.
 Les vents de la stratosphère sont forts et constants.
 La stratosphère agit comme une barrière qui aide à retenir l’humidité dans la troposphère
et qui bloque le rayonnement nocif du Soleil.
 La couche d’ozone est une partie importante de la stratosphère.
 L’__________________ est une molécule formée de 3 atomes d’oxygène.
 Même s’il y a seulement environ 12 molécules d’ozone pour chaque million
d’autres molécules de la couche d’ozone, cette couche absorbe la plupart du
rayonnement ultraviolet du Soleil.
 Cette absorption du rayonnement réchauffe la stratosphère.
o La _________________________ s’étend d’environ 50-80 km au dessus du niveau de la mer.
 Sa température peut atteindre -100˚C.
 Chaque jour des millions de petites particules de poussière et de météorites s’écrasent
dans cette couche.
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 La collision entre ces particules et celles de la mésosphère libère de l’énergie
thermique et brûle les débris spatiaux (les débris spatiaux en combustion sont des
étoiles filantes).
o La _________________________ s’étend d’environ 80-500km au dessus du niveau de la mer.
 Au sommet de cette couche, le rayonnement solaire est le plus fort; il cause des
températures de 1500-3000˚C.
 Quand les particules chargés du champ magnétique de la Terre entre en collision avec
des particules de la thermosphère, on peut voir une vive luminescence.
 Dans l’hémisphère Nord, on appelle cette luminescence une aurore boréale.
o Le sommet de l’exosphère se mêle à l’espace à une altitude d’environ 700km.
 Même si seulement une minuscule partie du rayonnement solaire atteint la Terre, presque toute
l’énergie de la Terre vient du Soleil.
 Les ondes de rayonnement solaire transforment leur énergie quand elles sont absorbées par la
matière.
 La plus grande partie de l’énergie solaire est convertie en énergie thermique.
 La quantité de rayonnement solaire qui atteint une certaine région est appelée l’_________________.
o L’insolation est mesurée en watts par mètre carré (W/m2).
o Les particules de matière dans l’atmosphère interagissent avec le rayonnement solaire et ceci
réduit l’insolation à la surface de la Terre.
o Les régions situées aux hautes latitudes reçoivent moins de rayonnement.
 L’______________________________ est l’angle formé par un rayon qui atteint une
surface et une ligne perpendiculaire à cette surface.
 À l’équateur, l’angle d’incidence des rayons du Soleil est do 0˚C.
 À de plus hautes latitudes, l’angle d’incidence des rayons du Soleil est plus grand; la
même quantité de rayonnement solaire incident est repartie sur une plus grande surface.
o Une faible quantité de rayonnement solaire chauffe directement l’atmosphère.
 Le rayonnement solaire est formé de courtes longueurs d’ondes; certaines de ces ondes
traversent l’atmosphère et atteignent la surface de la Terre, où elles sont absorbées.
 La surface de la Terre renvoie une partie de cette énergie sous forme de rayons de plus
grande longueur d’onde ou de rayons infrarouge (l’atmosphère absorbe le rayonnement
infrarouge).
 La convection transfère l’énergie thermique dans la partie inferieure de la troposphère.
 Le sol transfère l’énergie thermique aux particules d’air situées directement au-dessus de
lui; ce qui augmente la température de l’air.
o En moyenne, 342 W/m2 de rayonnement solaire atteignent le sommet de l’atmosphère terrestre.
o La Terre a un ___________________ qui maintient l’équilibre entre l’énergie qui entre et celle
qui sort.
o Les nuages (15%) et la poussière dans l’atmosphère (7%) reflètent le rayonnement solaire
incident; les nuages et l’atmosphère en absorbent 20%.
o Environ 58% atteint la surface de la Terre, mais seulement une partie est absorbée par le sol et
l’eau.
o La surface terrestre reflète environ 9% du rayonnement solaire incident vers l’espace.
o Un certain # de sources réémettent l’énergie absorbée sous forme de rayonnement de plus
grandes longueurs d’ondes : l’évaporation et la sublimation de l’eau (23%), la conduction et la
convection (7%) et le rayonnement infrarouge de la surface terrestre (19%).
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o Les nuages et les gaz piègent temporairement une grande partie du rayonnement de la surface
terrestre, puis ils le libèrent dans toutes les directions (y compris l’espace).
 L’_________________ décrit la quantité de rayonnement reflétée par une surface; elle dépend
grandement de la couverture végétale ou du sol.
o Les régions couvertes de neige et de déserts ont un albédo élève, et un grands # de forêts et de
sols ont un albédo faible.
o Les activités humaines, que ce soit le déboisement ou des activités qui polluent l’air, peuvent
modifier l’albédo de la surface terrestre.
 Les conditions métrologiques sont les conditions de l’atmosphère à un endroit particulier et à une
période donnée.
o Elles décrivent toutes les caractéristiques de l’atmosphère, incluant la température, la pression
atmosphérique, l’humidité l’air, la vitesse et la direction du vent, etc.
o La convection de l’air cause diverses conditions météorologiques observées à la surface de la
Terre.
 La __________________ est la force par unité de surface.
 La pression atmosphérique (pression de l’air), est la pression exercée par la masse d’air qui se
trouve au dessus de tout point de la surface terrestre.
 Un __________________ mesure la pression atmosphérique; de légers changements de la pression
atmosphérique causent la dilatation ou la contraction de la capsule faite d’un métal flexible.
 L’unité métrique de la pression atmosphérique est le pascal (Pa = N/m2).
1. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est d’environ 100kPa ou 1kg/cm2 ou 1atm.
 Quand tu montes en altitude, la densité de l’air diminue.
2. Quand on chauffe des particules, ils gagnent de l’énergie cinétique et se déplacent plus
rapidement.
 L’air chaude est moins dense que l’air froide puisque les molécules de gaz sont plus
éloignés les unes des autres.
3. L’___________________ décrit la quantité de vapeur d’eau dans l’air.
 Plus il y a de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, plus l’air est léger puisque l’oxygène
gazeux et l’azote gazeux sont plus lourds que la vapeur d’eau.
 L’humidité spécifique est la quantité totale de vapeur d’eau présente dans l’air; elle
s’exprime en # de grammes de vapeur d’eau par kilogramme d’air (g/kg) ou en # de
grammes de vapeur d’eau par mètre cube d’air (g/m3).
 Quand la température de l’air augmente, sa capacité à contenir de la vapeur d’eau
augmente; l’air devient saturé quand l’humidité spécifique est égale à la capacité de l’air
de retenir de l’eau à une certaine température, appelée le point de rosée.
 Quand l’air se refroidit en dessous du point de rosée, la vapeur d’eau se condense.
 Généralement, la quantité de vapeur d’eau dans l’air est plus basse que la quantité requise
pour saturé l’air à une température donnée.
 L’humidité relative compare la quantité de vapeur d’eau dans l’air à la quantité
que l’air pourrait contenir si elle était complètement saturée.
 Ex. Une humidité relative de 50% signifie que l’air est à moitie saturé.
 Les _______________________ sont des scientifiques qui étudient les conditions météorologiques.
o Ils utilisent les mesures de la pression atmosphérique pour prédire les changements des
conditions atmosphériques.
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 Une diminution de la pression atmosphérique indique que l’air chaud et humide
s’approche et que la température va augmenter.
 Une augmentation de la pression atmosphérique indique l’arrivée d’air froid et sec.
 Une ______________________ est un volume d’air où la température et l’humidité sont uniformes.
o Elle peut avoir plusieurs milliers de km de largeur et plusieurs km d’épaisseur.
o Les conditions dans une masse d’air changent et deviennent comme celles de la surface sous
elle.
o Ex. Une masse d’air dessus l’Okanagan en été deviendra chaude et sèche.
o Les masses d’air qui touche l’Amérique du Nord viennent principalement des régions polaires
et sous-tropicales où la pression atmosphérique est élevée.
 Un système de ______________________ se forme quand une masse d’air se refroidit au dessus
d’un océan ou d’une terre froide.
o Quand la masse d’air se refroidit, les particules d’air perdent de l’énergie cinétique et l’air
devient plus dense.
o La masse d’air se contracte et attire l’air environnant de la haute troposphère.
o Le poids supplémentaire de cet air augmente la pression atmosphérique.
o La pression d’air dense et élevée se déplace vers des régions de faible pression, ce qui crée un
mouvement de la masse d’air (le vent).
 Le vent est le mouvement de l’air d’une région de haute pression vers une région de
basse pression.
 Dans l’hémisphère Nord, la rotation de la Terre faire circuler le vent dans le sens horaire
autour du centre de haute pression.
 Quand l’air à haute pression descend, elle devient plus chaude et sèche; ceci est
pourquoi le ciel est généralement clair en présence d’un système de haute
pression.
 Les masses d’air qui se déplacent au dessus des terres chaudes ou des océans chauds peuvent
former des systèmes de ___________________________.
o Quand une masse d’air se réchauffe, elle se dilate et s’élève; elle devient plus épaisse.
o Quand l’air monte, elle se refroidit; la vapeur d’eau dans l’air peut se condenser et produire des
nuages ou des précipitations.
o Pendant ce temps, la masse d’air en expansion pousse l’air de la haute troposphère, et la région
de plus basse pression d’air à la surface attire de l’air des régions de plus haute pression.
 Quand l’air de haute pression de l’atmosphère s’écoule vers une région de basse pression,
la rotation de la terre la fait tourner.
 Le vent s’écoule dans le sens antihoraire autour du centre de basse pression dans
l’hémisphère Nord et dans le sens horaire dans l’hémisphère Sud.
 Les ________________________________ sont des vents représentatifs d’une certaine région.
o Ceux du sud de la Colombie-Britannique soufflent vers les terres au dessus de la chaine côtière
en poussant des masses d’air humide de l’océan Pacifique.
o Les températures froides et les hautes altitudes causent la condensation de la vapeur d’eau, ce
qui forme la pluie ou la neige (c’est pourquoi l’air que transportent ces vents dominants a perdu
la plupart de son humidité quand il atteint l’intérieur de la Colombie-Britannique).
o Plusieurs facteurs influencent les vents dominants : sur une courte distance, ils suivent un trajet
plutôt normal des régions de haute pression vers des régions de basse pression et sur de longues
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distances, où il y a de grandes régions de haute et basse pression, la configuration des vents
n’est pas simple.
o Les particularités géographiques, comme les montagnes, les océans, et les lacs influencent le
vent.
o Les différences entre les vitesses de réchauffement et de refroidissement de la terre et de l’eau
sont à l’origine de vents locaux appelés ____________________________.
 Le jour, la terre se réchauffe plus rapidement que l’eau.
 Elle réchauffe l’air à la surface, cette air chaude monte, et l’air froide qui était au
dessus de l’eau la remplace.
 Ceci crée un vent appelé brise de mer (il souffle généralement en fin de matinée
dans les régions côtières).
 La nuit, la terre se refroidit plus rapidement que l’eau.
 L’air assez chaude au dessus de l’eau monte et attire l’air froid de la surface de la
terre.
 Ceci crée un vent appelé _____________________________ (il souffle la nuit).
 L’effet de Coriolis provoque un changement de direction d’air, d’eau, ou d’objet en déplacement à
cause de la rotation de la Terre.
o Quand la Terre tourne, tout point situé à l’équateur se déplace beaucoup plus rapidement qu’un
point situe près d’un pôle.
o L’effet de Coriolis dévie les vents vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans
l’hémisphère Sud.
 Les __________________________________ sont de larges zones de vents dominants,
principalement due à la combinaison des courants de convections et de l’effet de Coriolis.
 La Terre a 3 principaux systèmes de vents qui agissent dans les 2 hémisphères : les alizés, les vents
d’ouest dominants et les vents d’est polaires.
o Les vents alizés et les vents d’ouest dominants sont constants, et ils sont les vents que les
navigateurs utilisaient pour traverser les océans.
o Les vents d’ouest dominants dans l’hémisphère Nord sont responsables de la plupart des
conditions météorologiques du Canada et des États-Unis.
o Les vents d’est polaires sont des vents froids qui viennent des pôles.
 Dans la troposphère, la surface de la Terre et la densité de l’air produisent un frottement (ce qui
ralentit les vents mondiaux).
 Dans la stratosphère, les vents subissent moins de frottement et peuvent se déplacer rapidement.
 Un _______________________ est une bande d’air qui se déplace rapidement dans la stratosphère.
o Il provient des courants de convection et des différences de température dans l’atmosphère.
o Pendant les périodes plus froides de l’année, les courants-jets sont plus rapides et se produisent
plus près de l’équateur.
o Les courants-jet sont si forts et rapides que les pilotes d’avion s’efforcent de voler avec ces
vents, et non contre eux.
 Un ______________ est une bande de nuages qui indique la frontière entre 2 masses d’air.
o Il peut avoir plusieurs centaines de kilomètres de largeur et des milliers de kilomètres de
longueur.
o L’étendue du changement des conditions météorologiques dépend des différences entre les
masses d’air.
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 Ex. L’air froid et dense glissera sous l’air chaud, ce qui apportera des températures plus
froides et des conditions sèches.
o Les fronts apportent généralement des précipitations.
 L’air froid plus dense déplace l’air chaud au front. → L’air chaud et humide monte. →
Quand cet air se refroidit, la vapeur d’eau qu’il contient se condense et forme des nuages
(et souvent de la pluie).
 Les orages, les tornades, et les cyclones sont des exemples de conditions météorologiques
extrêmes.
o Un _________________ est une perturbation accompagnée d’éclairs, de coups de tonnerre, de
forts vents et de pluie ou de grêle.
 Il se produit quand la vapeur d’eau contenue dans l’air chaud qui monte se condense et
libère de l’énergie thermique.
 La condensation produit de gros nuages orageux (des cumulonimbus) qui précède et
accompagne un orage.
 Ces nuages peuvent atteindre le sommet de la troposphère, où ils s’étendent et prennent
la forme typique d’une enclume.
 L’air humide qui s’élève rapidement le long d’une montagne ou dans une masse d’air
froid peut produire des orages intenses.
 Les brises de mer dans les tropiques, les fronts froids, et quelques fois les fronts chauds
causent aussi des orages.
o Une _________________ est une violente colonne conique d’air en rotation qui touche le sol.
 Elle peut se former quand des vents horizontaux à haute altitude rencontrent de gros
orages.
 Les vents horizontaux font tourner l’air qui monte rapidement dans l’orage, ce qui
produit un tourbillon d’air appelé un nuage en entonnoir (si le nuage en entonnoir
touche le sol, il devient une tornade).
 Les tornades projettent de la poussière et des débris dans toutes les directions, et si elles
se forment par-dessus l’eau, elles peuvent produire des trombes marines (des colonnes
d’eau coniques en rotation).
o Dans les tropiques, l’eau chaude des océans et les vents chauds créent des conditions dans
lesquelles l’air humide est soulevé haut dans l’atmosphère.
 La vapeur d’eau se condense, ce qui produit des nuages et de la pluie.
 En même temps, l’air qui monte produit une région de basse pression à la surface de
l’océan.
 L’air chaud se dirige rapidement vers la région de basse pression pour remplacer l’air
montant.
 L’effet de Coriolis force l’air à tourner dans le sens antihoraire dans l’hémisphère Nord
et dans le sens horaire dans l’hémisphère Sud; ceci résulte en une immense tempête
tourbillonnante appelée __________________________________.
 Les gens qui vivent près de l’océan Indien appellent les cyclones tropicaux des cyclones;
pour ceux qui vivent près de l’océan Pacifique Ouest, ce sont des typhons; pour ceux qui
vivent près de l’Océan Atlantique, ce sont des ____________________.
 La saison des ouragans est de la fin de l’été au de but de l’automne.
P. 440 questions 1-5, P. 443 questions 1-5, P. 446 questions 1-4, P. 451 questions 15, P. 452questions 1-4 et P. 459 questions 5, 7, 9-19
Questions optionnelles Pgs. 460-461
Sois productif/ve en classe et n’oublie pas de faire toutes tes questions! 
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