Correction du TP Rappel de col

Problématique : Quels facteur(s) conditionne(nt) la présence
d’eau liquide sur une planète ?
Correction du TP
Rappel de collège : …………………………………………………………………………………………………………………………………...
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Hypothèse : La température sur Terre dépend de l’apport de chaleur
provenant du Soleil.
Expérience : On modélise la lumière du Soleil, source de chaleur, par
une lampe que l’on recule progressivement d’un capteur de lumière.
Résultats : Graphe de l’évolution de l’éclairement en fonction de la
distance de la source lumineuse.
Interprétation : La lumière diminue en s’éloignant de la source. Dans
les premiers cm, la diminution est brutale ; le niveau de lumière
Distance (cm)
passe de 1 à 0,16 dans les 20 premiers cm. Puis au-delà de ces 20
cm, la luminosité diminue progressivement et est presque nulle au bout de 100 cm. La lumière est de moins en
moins concentrée en s’éloignant de la source. Elle est dispersée avec la distance.
Conclusion : La chaleur apportée par le Soleil est très forte à proximité mais diminue rapidement. Il faut donc
être plutôt proche du Soleil pour envisager qu’il y ait de l’eau liquide sur une planète. Trop proche, il fait trop
chaud. Au-delà d’une certaine distance, la température est trop faible l’eau est à l’état solide.
Constat : Sur Vénus, la température est de 470°C alors qu’étant donné sa distance au Soleil, il devrait faire
environs 30°C. Sur la Terre, la température est de 15°C, alors qu’il fait – 18°C sur la Lune. La Terre et Vénus
possèdent une atmosphère contenant du CO2 ; la Lune n’en a pas.
Température en °C
Hypothèse : L’atmosphère et le CO2 qu’elle contient réchauffe la
planète.
Expérience : On utilise 3 thermomètres. Le 1er est dans un tube
contenant
exclusivement
du CO2 (modélisant
atmosphère qui contient 95% de CO2), le 2
ème
Vénus
et
son
est dans un tube
contenant l’air de la pièce (modélisant la Terre et son atmosphère),
le dernier est à l’air libre. Les 3 milieux sont éclairés par une lampe
Milieu 1
Milieu 2
Milieu 3
chauffante représentant la chaleur du Soleil.
Résultats : Graphe de la température selon le milieu.
Interprétation : On constate que la température évolue différemment selon le milieu. Dans l’air de la pièce
(milieu 3), la température a augmenté de 1°C pendant l’expérience (de 23 à 24°C). Dans le tube avec l’air de la
pièce (milieu 2), la température a plus augmenté. Elle est passée de 23,6 à 25,1°C soit une augmentation de
1,5°C. La chaleur délivrée par la lampe est contenue par les parois du tube alors que précédemment, elle se
dispersait dans la pièce. Dans le tube contenant du CO 2, le gain de température est de 1,9°C (de 23,4 à 25,3°C).
Le CO2 a visiblement un effet qui augmente la chaleur retenue par les parois du tube.
Conclusion : La présence d’une atmosphère, comme les parois du tube retiens la chaleur fournie par le Soleil. Le
CO2 augmente cet effet. Cela s’appelle l’effet de serre.
Bilan : La température d’une planète est déterminée par la distance de la source de chaleur qui est son étoile.
Cette chaleur peut être augmentée par l’effet de serre du à certains gaz comme le CO 2.
Schéma de l’effet de serre
Constat : La température d’ébullition est variable selon les conditions. Par exemple, à 3 700m d’altitude, l’eau
boue à 90°C alors qu’elle boue à 100°C à notre altitude.
Température en °C
Hypothèse : La température de changement d’état dépend de
la pression atmosphérique.
Expérience : La pression est augmentée progressivement et
on a mesuré la température à laquelle l’eau est devenue
gazeuse.
Résultat : Graphe du changement d’état de l’eau (de liquide à
gazeux) en fonction de la température et de la pression.
Pression en KPa
Interprétation : On constate que la courbe obtenue est
exponentielle. Pour une pression inférieure à 80 KPa, l’eau boue à une température inférieure à 0°C. La
température d’ébullition augmente fortement à partir d’une pression de 50 KPa. Pour une pression de 100 KPa
(correspondant la pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer), l’eau boue à 100°C. Pour 125 KPa, l’eau
boue à 250°C.
Conclusion : La pression est un facteur déterminant pour les états de l’eau. La pression est due à la présence
d’une atmosphère. A la pression moyenne de la Terre (100 KPa), l’eau boue à 100°C. L’eau sur Terre peut donc
exister à l’état liquide car la température moyenne de la Terre est inférieure à 100°C (elle est de 15°C).
Bilan général :
Eau
Liquide
Les conditions pour avoir
de l’eau à l’état liquide