NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

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  BASES de l a physique

 

Débutants

Général

Composantes fondamentales

 

Glossaire

Général

 

 

INDEX

 

Physique

 

 

Effet goutte d'eau

Matière

Masse

Gravitation

Eau

États

Force

Matière sombre

Air

Feu

 

Sommaire de cette page

>>> Eau dans l'Univers

>>> Comparaisons

>>> Origine de l'eau sur la Terre

>>> Eau sous Terre

>>> Nature de l'eau

>>> Molécules dans un litre

>>> Énergie dans un litre

>>> Curiosités

>>> Grandeurs

 

 

>>> Eaux

>>> Piles à combustible

>>> Eau – un liquide précieux

>>> Eau sur la Terre

>>> Eau de pluie

>>> Eau de mer

>>> Condensation

>>> Eau dans le corps humain

>>> Goutte métrique

 

 

 

 

 

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.

Une des rares matières existant naturellement à l'état liquide (pétrole).

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.

La glace est un très bon isolant thermique (cf. igloos). L'eau ne gèle que sur une certaine épaisseur; plus bas elle est protégée.

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

 

 

image002.jpg

Pourquoi se mettre dans tous ces états mon bonhomme,

c'était un sot et même un "sale eau"?

C'est vrai qu'il ne fut pas blanc comme neige!

 

Voir Pensées & humour

 

 

 

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.

*      1021 litres d'eau sur Terre.

Voir Éléments chimiques

 

 

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

 

 

Quantité d'eau sur Terre – Comparaisons  (2015)

Source image: Des océans tombés du ciel

– David Jewitt et Edward Young

– Pour la Science – Août 2015 – page 34

– Accès partiel.

 

Accès à l'article original complet

– Scientific American – March 2015

– en anglais avec illustrations – pages 36 à 43

 

Extrait ci- dessous avec traduction

 

 

Un océan plus sec qu'un os

Vue de l'espace la planète Terre devrait plutôt être la planète Océan. L'eau couvre plus des deux tiers de la surface et constitue plus des deux tiers du terrien (de l'humain) typique.

Les océans, qui ont une profondeur moyenne de quatre kilomètres, contiennent assez d'eau pour remplir une sphère de plus de 1 300 kilomètres de diamètre.

Pourtant, beaucoup de personnes sont surprises  d'apprendre que toute cette eau des océans ne constitue seulement que 0,02 pourcent de la masse de la Terre. Dit-autrement, si notre planète était un Boeing 777 de 300 000 kilogrammes, alors toute l'eau des océans aurait la masse d'un seul passager.

L'eau douce emprisonnée dans les calottes glacières, les nuages, les rivières, les lacs, la terre et le biote (faune et flore) terrestre contribuent seulement pour une fraction infime du total.

 

 

 

 

 

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 sous la Terre

Hypothèse (2014)

*    Un océan souterrain de une à trois fois le volume de tous les océans réunis.

*    Situé au niveau de la surface de transition à quelques centaines de kilomètre sous la surface terrestre (de 410 à 660 km).

*    Témoignerait que l'eau sur Terre proviendrait des entrailles de la Terre et non apportée par des météorites.

 

Rappels

*    Le forage le plus profond actuellement ne dépasse pas 12 km.

*    Il y a 40 ans, le géologue Ted Ringwood (1930-1993) avait déjà émis l'hypothèse d'un océan sous-marin.

 

Indices

Diamant de 5 mm trouvé aux abords d'un volcan brésilien en 2008.

Inclusion naturelle de ringwoodite (variété de l'olivine: silicate de fer et de magnésium) déjà trouvée dans les météorites, mais jamais sur Terre.

Ce minerai emprisonne l'eau sous forme d'ions hydroxydes (HO-). C'est forme non liquide n'est possible que sous conditions de hautes pressions et hautes températures comme celles qui existent à plus de 500km sous la Terre.

Une étude sismographique américaine tendrait à corroborer cette hypothèse d'eau souterraine
 

D'après les média de juin 2014

 

 

 

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).

H2O2

*      Peroxyde d'hydrogène plus connu, en solution aqueuse, sous le nom d'eau oxygénée.

*    agent de blanchiment,

*    désinfectant.

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

Symbole H2O : oxyde d'hydrogène.

*      1047 molécules d'eau sur Terre.

http://villemin.gerard.free.fr/Scienmod/Eau_fichiers/image020.gif

Voir Liaison covalente / Liaison hydrogène / Structure des molécules / Nombre 1047

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.

 

 

 

 

Molécules dans un litre d'eau

*    Nombre d'Avogadro ou quantité: d'atomes dans une mole

6,0221415 1023

*    Masse de la molécule d'eau:

18 grammes par mole

*    Dans un gramme d'eau:

3, 34 1022 molécules

*    Dans un litre d'eau (1 kg):

3, 34 1025 molécules

*    Configuration de la molécule d'eau:
(1 angström = 0,1 nm = 10-10 m).

 

*    Distance entre le centre de gravité des charges positives et celui des charges négatives: 0,0038 nm.  >>>

*    La molécule présente un angle de :

104,5°

*    Distance centre H à centre O:

0,9584 angström = 0,9584 10-10 m

*    Distance centre H à centre H:

*    Longueur des molécules de 1 litre d'eau mises bout à bout:

3, 34 1025 x 1,51508 10-10 = 5,06 1015 m

*    Distance Terre-Soleil:

150 millions de km = 1,5 1011 m

*    Les molécules d'un litre d'eau s'allongent sur la distance de:

5,06 1015 / 1,5 1011 = 3,37 104

= 33 700 fois la distance Terre-Soleil

*    Une année de lumière

0,94 1016 m = 9,4 1015

*    Les molécules d'un litre d'eau s'allongent sur la distance parcourue par la lumière en:

0,54 al

En gros, six mois de lumière.

 

Micro-ondes

L'oxygène attire les électrons des atomes d'hydrogène vers son centre. Le centre de gravité des charges positives et celui des charges négatives est séparé de 0,0038 nm, créant un dipôle électrique (sorte d'aimant).

Si on applique un champ électrique oscillant à de l'eau, du fait de ce moment dipolaire, les molécules d'eau vont suivre le mouvement oscillatoire. Du fait du frottement interne, l'eau va chauffer. Voilà pourquoi un four à micro-ondes réchauffe les aliments, ou du moins l'eau des aliments.

Voir Circuit oscillant

 

 

 

Énergie dans un litre d'eau

*    Selon la célèbre formule d'Einstein

E = mc²

*    Pour un litre (1 kg) d'eau

E = 1 x (3 108) = 9 1016 joules

    = 9 1016 / 3600 = 25 1012 kW

*    Capacité à faire bouillir

200 milliards de tonnes d'eau.

Source: La physique tout simplement – Clément Santamaria – ellipses - 2007

 

 

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.

 

Liaison hydrogène: liaison entre le sommet (oxygène) d'une molécule d'eau et un hydrogène d'une autre molécule. Quatre molécules d'eau se placent à peu près sur les sommets d'un tétraèdre. Il se forme de longues chaines de molécules qui se replient tout en occupant moins de place que le cristal hexagonal de glace (à moins de 0°C). La glace est moins dense que l'eau liquide.

Les liaisons hydrogène assure la cohésion de la sève qui monte dans les arbres, aspirée par le feuillage.

 

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.

 

 

À quoi s'intéresse l'Union Européenne ?

En novembre 2013, l'UE annonce une nouvelle mesure concernant les chasses d'eau des toilettes: six litres pour une évacuation normale et trois litres pour une chasse économique. Il a fallu un rapport coûtant 88 000 euros suite à trois ans d'études pour en arriver à cette norme.

La Finlande consacre 14% de son eau domestique aux toilettes, alors que les Anglais en consomment 30%. Les Anglais, connus pour être eurosceptiques,  sont furieux car ils sont équipés avec des demi-chasses de quatre litres. Déjà que le taux minimum de sucre dans la confiture (jam) va être réduit de 60% à 50% par Bruxelles.

Indignation d'un député: il ne semble y avoir aucune limite au pouvoir auto-conféré de la Commission de se mêler de tout.

 

 

 

 

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!

 

Conclusions (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 sur la Terre

 

Source

Volume en km3

%

d en m

Atmosphère

12 900

0,001

        0,026

Eau douce

35 030 000

2,5

      68,67

Eau

1 386 000 000

100

2 716

d représente la hauteur d'eau si celle-ci était répartie sur tout le globe.

 

Selon The USGS Water Science School

 

 

*    La planète Terre dispose de trois pour cent d'eau douce.

*    Sur ces 3%, un quart est gelé à l'année, dispatchée entre les pôles et les glaciers.

*    Un autre quart est la propriété du Canada.

*    Le troisième quart se trouve dans le reste de l'hémisphère nord dont une bonne partie dans le lac Baïkal (la plus grande réserve d'eau douce liquide de surface au monde avec environ 23 500 km3).

*    Le quatrième quart est dans l'hémisphère sud. En clair, ça signifie que 75% de la population mondiale se bataille ¼  de 3% d'eau. Pour vivre; pour survivre!

D'après Malhorne – Jérôme Camut – T2-514

 

 

 

 

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)

 

 

Eau (fluides) dans le corps humain

 

*    En moyenne, un adulte homme contient 60% d'eau et la femme adulte 55%, dont la majorité (2/3) est dans les cellules.

 

*    Le liquide intracellulaire (ICF) est donné pour 66% et le liquide extracellulaire (ECF) pour 33%, dont 20% de plasma sanguin.

 

 

*    Le cerveau, les poumons, le cœur, le foie et les reins en contiennent entre 65 et 85% selon l'organe. Les os en contiennent 35%.

 

*    Les fluides particuliers du corps:

*      La lymphe

*      Le lait (glandes mammaires)

*      Fluide cérébrospinal (CSF)

*      Fluide amniotique

*      Humeur aqueuse des yeux

*      Sueurs

*      Larmes

 

Source: Water : Human body's major component

 

 

GOUTTE comme unité de volume

 

La goutte métrique: unité de volume valant: 1/20 ml = 0,050 ml; soit 20 000 gouttes dans un litre.

 

La goutte impériale: 1/480 d'once liquide impériale = 0,059 193 880 208 333 millilitres;

La goutte américaine: 1/480 d'once liquide américaine = 0,061 611 519 921 875 ml; et

La goutte américaine (drop) = 1/360 US fl oz ou environ 0,082 148 693 229 167 ml.

Source Wikipédia

Énigme

Combien de gouttes d'eau peut-on mettre dans un verre vide ?

Une seule, car après le verre n'est plus vide.

 

Commentaires

Attention à bien poser la colle. Si la question avait été: combien de gouttes faut-il pour remplir un verre? La réponse aurait été environ 4 000 pour un verre de 20 cl.

D'ailleurs la réponse à l'énigme pourrait être: 4 000. Comment cela? Je mets 4 000 gouttes dans un bol et je les verse d'un coup dans le verre. De vide, il passe à plein d'un coup!

Voir ÉnigmesIndex

 

 

Le saviez-vous?

La condensation produit des gouttelettes sur une surface. Elles ne couvrent pas plus de 55% de la surface.

Ce qui se passe: les gouttelettes ont tendance à fusionner car une grosse goutte présente moins de surface que deux petites. Ce phénomène s'appelle la coalescence. Pourquoi? Pour minimiser l'énergie. De sorte de la surface occupée par la nouvelle goutte (plus grosse) occupe aussi moins de surface sur le support.

À noter que la croissance des gouttes sur le support est auto-similaire (fractale).

 

 

 

 

Suite

*    Barrage

*    Eau – Atmosphère

*    Eau – Changements d'états

*    Eau – Consommation 

*    Eau – Densité

*    Eau – Ébullition

*    Eau – Molécule

*    Détecteur de pluie

Voir

*    Aminoacides

*    Éléments chimiques

*    Éléments dans l'antiquité

*    Énergie

*    Énergie nucléaire

*    Matière

*    Matière et particules

*    Narcisse, l'eau et le lac

*    Plan 34-2013

DicoNombre

*    Nombre 0,5

*    Nombre 0,55

Livres

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

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

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