NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

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ORIENTATION GÉNÉRALE    -   M'écrire   -   Édition du: 04/04/2012

Débutants

Général

PHYSIQUE  BASES

Glossaire Général

 

Composantes fondamentales

 

 

Matière

Eau

Force

 

 

États

Air

Gravitation

 

 

Masse

Matière sombre

 

 

Sommaire de cette page

>>> Eau dans l'Univers

>>> Origine de l'eau sur la Terre

>>> Nature de l'eau

>>> Curiosités

>>> Grandeurs

 

 

>>> Eaux

>>> Piles à combustible

>>> Eau – un liquide précieux

>>> Eau de pluie

>>> Eau de mer

 


 

EAU

*    L'eau est vitale pour la vie !

 

*    Elle couvre 70% de la planète.

 

*    Molécule simple.

Propriétés complexes.

 

*    Une des rares substances à exister dans la nature sous les trois formes: gaz, liquide et solide.

Contrairement à la plupart des liquides, l'eau se dilate en se solidifiant.

Elle se contracte à la fusion. Sa viscosité diminue lorsqu'on la comprime.

Elle a des propriétés électriques et thermiques uniques.

Elle accumule une quantité de chaleur anormalement élevée.

Sa température d'ébullition est très supérieure à celle attendue.

Un des quatre

 éléments fondamentaux

de l'Antiquité:

Terre, Air, Eau et Feu

Avec mon produit miracle:

*    les eaux de la Seine seront tamisées et

*    les eaux de la Tamise seront saines

 

Voir Humour / L'eau de Lafontaine /

Marée basse / Eau et vin / Chat

 

 

 

 

EAU dans l'Univers

 

1 / 1000 000

*      L'eau est rarissime dans l'Univers.

*      Environ un millionième de la masse visible de l'Univers.

*      L'hydrogène 70% et l'oxygène 1% seulement de la masse visible de l'Univers.

Voir Éléments chimiques

 

À l'échelle cosmique, l'eau est plus rare que l'or.

Hubert Reeves

 

Origine de l'eau sur Terre

 

Contribution interne

 

*      4, 56 milliards d'années en arrière: formation de la Terre par accrétion de corps célestes.

*      Il y a 4, 46 milliards d'années, cent millions d'années plus tard, la Terre a atteint sa taille actuelle. Elle est gorgée d'eau incluse dans les minéraux.

*      Évaporation sous l'effet de la chaleur du noyau terrestre et des éruptions volcaniques.

*      Condensation en altitude et formation de nuages, du fait du rafraîchissement.

*      Pluies en déluge durant des millions d'années.

*      Océans, mers et lacs se forment.

*      La température de la Terre est telle que l'eau reste sous forme liquide ou glace.

 

Contribution externe

 

*      Comètes: formées de poussière et de glace (50% environ), nombreuses jusqu'il y a 3,8 milliards d'années.

 

Et dans l'Univers

 

*      Rarissime du fait de la rareté de l'oxygène et d'un phénomène d'ionisation aux ultraviolets, non-propice à la formation de l'eau.

 

Accrétion: Capture de matière par un astre sous l'effet de la gravitation.

 

D'après Science & Vie – Février 2007

 

EAU

 

H2O

*      À la fin des années 1700, Lavoisier et Cavendish, séparément, découvrent que l'eau se compose:

*    d'air inflammable (hydrogène), et

*    d'air vital (oxygène).

*      En fait, l'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène.

Symbole H2O : oxyde d'hydrogène.

 

Voir Structure des molécules

Proportion

*      D'une manière générale, les éléments se combinent dans des proportions en nombres entiers. C'est le chimiste français Lavoisier qui le premier comprit cette régularité.

*      Exemple avec l'eau:

*    Oxygène:     16 grammes

*    Hydrogène:    2 grammes

=> Eau :   18 grammes.

 

 

Liaisons

*      Comme pour toute molécule, chaque atome d'oxygène est solidaire des deux atomes d'hydrogène par des liaisons chimiques.

*      Mais, singularité de l'eau:

Chaque atome d'oxygène a des relations particulières avec les atomes d'hydrogène des molécules voisines.

Relations baptisées: les liaisons hydrogène.
 

*      Ces liaisons se font et se défont des milliards de fois par seconde.

*      Elles sont responsables de la formation de réseaux d'hexagones.

Il en résulte une sorte d'arrangement à la manière des cristaux, plutôt qu'une anarchie chaotique comme pour la plupart des liquides. Ce qui explique que l'eau est anormalement stable.

 

 

 

CURIOSITÉS

 

La glace flotte sur l'eau

*      La densité de la glace est 8% inférieure à celle de l'eau liquide.

*      Ce qui entraîne que 8% de la masse d'un glaçon se trouve au dessus de la surface.
Ou vision plus large: 8% de la masse des icebergs est en surface

*      Le passage eau glace se fait avec dilatation.
Si l'eau occupe un volume contraint, le récipient subit une pression colossale: > 5 tonnes / cm².

*      La quasi-totalité des liquides ont la propriété inverse: ils se contractent en se solidifiant.

 

Étoiles à 6 branches

*      Les flocons de neige ont la forme d'étoiles à 6 branches.
Les molécules d'eau s'organisent en réseaux hexagonaux.
Il existe 12 variétés de glace.

 

Propriétés

*      Il subsiste encore des zones de mystère avec l'eau. Certaines des propriétés ne sont pas encore expliquées.
Par exemple, l'eau finit par dissoudre l'or.

 

 

 

GRANDEURS

 

Température

*      Par définition de l'échelle des degrés Celsius, sous pression atmosphérique normale:

*    Point de fusion:          0 °C

*    Point d'ébullition:   100 °C

 

Chaleur

*      Par définition, la calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de l'eau de 14,5 à 15,5 °C de 1 gramme d'eau distillée.

 

Masse volumique

*      L'eau a une masse volumique maximale à 4°C: 1g/cm3

*      Cela signifie que l'eau du fond des océans peut être plus chaude que l'eau de la surface. En fait entre 0 et 4°C l'eau se contracte.

*      L'eau qui gèle se dilate et fait éclater les conduites.

Voir Unités / Kelvin / Chaleur et calories

 

 

EAUX

 

*      Selon les isotopes de l'hydrogène et de l'oxygène, il existe au moins 32 formes différentes d'eaux.

Théorique 33 = 81

*      La quasi-totalité de l'eau est de la forme =>

*      L'eau lourde ou D2 O est la combinaison =>

1H2 16O

 

2H2 16O

*      Pour obtenir toutes les formes, il faut:

*    Hydrogène: deux des trois isotopes =>

*    Oxygène: un des trois isotopes =>

1H, 2H, 3H

16O, 17O, 18O

 

 

PILES à combustible

 

Électrolyse

 

*      Apport d'électricité
pour décomposer l'eau
en oxygène
et hydrogène.

 

Piles à combustible

Fuel cell

*      Apport d'oxygène et d'hydrogène
pour former de l'eau
et produire de l'électricité.

*      La pile à combustible fait l'objet de recherches intensives.
Avec elle, plus besoin de pétrole.
L'hydrogène est abondant dans la nature.
Le principal problème est de stocker l'hydrogène et de le produire en toute sécurité.

*      Il existe déjà des piles en service pour

*    les sous-marins,

*    les voitures,

*    les portables: téléphones et PC,

*    etc.

 

 

 

EAU – UN LIQUIDE PRÉCIEUX

 

La raréfaction de l'eau est sans doute un problème plus important que celle du pétrole.

*    Eau bue sous une forme ou une autre:

4

litres / jour / personne

*    Eau nécessaire pour produire notre alimentation:

2 000

litres / jour / personne

Notez le rapport entre ce que nous buvons et ce que nous "mangeons"

*    Utilisation de l'eau douce disponible:

70

20

10

%  pour l'agriculture

%  pour l'industrie

%  pour les particuliers

*    Quantité d'eau nécessaire pour produire:

*      Une tonne d'acier (550 $)

*      Une tonne de blé  (150 $)

*    Une tonne de viande (15 000 $)

 

 

10

1 000

 

 

 

tonnes

tonnes

Beaucoup, beaucoup plus!

 

Conclusion (une des -)

 

Mieux vaut cultiver où il y a de l'eau, car il est plus facile de transporter une tonne de blé que 1 000 tonnes d'eau.

 

Selon Lester Brown – Président du Earth Policy Institute – Son livre Plan B2O

Le Figaro – 30 janvier 2006

 

 

EAU de PLUIE

 

400 milliards de mètres cubes (400 Gm3).

*      Quantité de pluie que la France reçoit chaque année.

*      Les 2/3 s'évaporent

*      Les 133 Gm3 qui restent alimentent les eaux de surface: rivières, lacs; et les eaux souterraines: nappes phréatiques.

 

Note: Le journaliste qui rapporte ce fait mentionne 175 (au lieu de 133) comme étant le tiers de 400!

 

 

Occasion d'un petit calcul de vraisemblance:

                 Volume d'eau                      4 1011 m3

                 Superficie de la France     550 000 km² = 5,5 105 x 106

                                                              = 5, 5 1011

                 Volume en m3 par m²         4 / 5,5 = 0,72

                 Conversion en litre             720 litres par m²

                 Conversion en hauteur      720 mm

 

*      Avec la quantité de pluie annoncée la France, en un an, est recouvert par 720 mm d'eau. On garde souvent en mémoire que la pluviométrie en France est de 800 mm (C'est le cas pour Nice). Les chiffres sont cohérents.
Il existe des coins dans le monde où la pluviométrie dépasse les 6 m (6 000 mm) d'eau par an (Inde, Colombie, Cameron …) !

 

Voir le site NAREVA: La Pluie mesurée chaque mois dans les Alpes-Maritimes

 

 

EAU de MER

 

*      La faune sous-marine n'est pas en majorité là où on le pense.

*      En nombres d'individus, les poissons, les mammifères marins, les céphalopodes ou autres crustacés de toutes tailles ne représentent pas 1% de la vie sous l'eau.

*      En effet un litre d'eau de mer voisin de la surface compte:

*       des dizaines de milliards de virus,

*       un milliard de bactéries,

*       cinq millions d'unicellulaires,

*       un million d'algues.

*      À six mille mètre, on trouve encore des millions de virus et de bactéries.

*      L'eau de mer au microscope: une goutte d'eau ressemble à une goutte de gel très fin. Un réseau de macromolécules nouées ensemble parcourt chaque goutte d'eau de mer comme des ponts suspendus. D'innombrables bactéries trouvent leur niche écologique entre des paquets de fils transparents, de peaux et de pellicules.

Source: Livre Abysses de F. Schätzing (page 902)

 

 

 


 

Suite

*    Eau – changements d'états

*    Eau  - Ébullition

*    Eau - Densité

*    Eau - Consommation

Voir

*    Aminoacides

*    Éléments chimiques

*    Éléments dans l'antiquité

*    Énergie

*    Énergie nucléaire

*    Matière

*    Matière et particules

*    Narcisse, l'eau et le lac

Livres

*    La matière - Bernard Tyburce - Complet tour d'horizon abordable (génial!)

*    Graines de sciences n°7 – Les états de l'eau – Le Pommier - 2005