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Courants d'eau dans la casserole
Tu poses une casserole d'eau froide sur la cuisinière. Après un moment, l'eau est chaude. Elle a chauffé par convection. Mais comment cela se passe-t-il? Cette expérience permet de visualiser et de comprendre ce phénomène physique.
Infobox
Il te faut:
- un petit pot en verre
- du colorant ou de l’encre
- une aiguille à tricoter ou un pic de brochette
- une feuille d’aluminium
- un élastique
- un grand récipient transparent
- de l'eau très chaude
- de l'eau glacée
Marche à suivre
- Prépare dans le grand récipient des glaçons et chauffe de l’eau dans une bouilloire.
- Verse du colorant, ou de l'encre dans le petit pot. Verse de l’eau chaude jusqu’au bord du pot et couvre-le avec du papier d’aluminium que tu fixes avec un élastique. Essuie les bords du pot si l’eau colorée a un peu débordé. Place délicatement le petit pot en verre, que tu as nettoyé, au centre du grand récipient. Fais attention de ne pas te brûler.
- Verse l'eau bien glacée dans le grand récipient en visant le bord pour ne pas affecter le petit pot. Il faut que le petit pot soit recouvert par une bonne couche d'eau, 3-5 cm. Perce 2 trous dans le papier d’aluminium avec un petit bâton pointu ou une aiguille à tricoter.
Ce que l'on observe
Un filet d’eau chaude colorée monte dans l'eau froide, un peu comme de la fumée. En arrivant proche de la surface, l’eau colorée s’étale un peu. On voit des sortes de circonvolutions qui se forment.
Après un moment, l’eau colorée forme une sorte de boucle et redescend. Ailleurs dans le pot, les circonvolutions d'eau s'atténuent, les mouvements d’eau colorée se dispersent et la couleur de l’eau s’uniformise peu à peu.
Voilà pourquoi
Comme l’eau chaude est moins dense (moins lourde) que l’eau froide, elle sort du petit pot et se dirige vers la surface. Cette eau colorée se refroidit tout en montant, et arrivée à la surface elle à tendance à s’étaler. Le filet d’encre est également «poussé» par l’encre qui continue de sortir du pot et s'élève.
A proximité du pot d’eau chaude, l’eau glacée est un peu chauffée par diffusion de chaleur. Cela crée une différence de température entre le pot d’eau colorée et l’eau au-dessus. L’eau colorée arrivée en surface est devenue plus froide et donc plus lourde que l’eau juste en dessous. Elle redescend, en fait elle coule, en formant une sorte de boucle.
Ces mouvements de convection qui ont lieu dans une casserole d'eau qui chauffe, se retrouvent partout où il y a un fluide soumis à des différences de températures. On l'observe aussi à une toute autre échelle: les masses de roches du manteau terrestre réagissent comme des fluides et elles sont entrainées par des mouvements de convection dus aux différences de températures entre la surface terrestre et le noyau (voir notre article sur les plaques tectoniques).