Rôle de la toile sur l'eau d'une piscine
(incluant des informations sur les notions de chaleur, de transfert de chaleur et d'évaporation)

La toile solaire ….

Aide à la conservation de la chaleur

Nous savons que la chaleur se propage selon trois modes : conduction, convection et rayonnement ; des corps chauds vers les corps froids. Parce que la chaleur est difficile et coûteuse à produire, nous cherchons à la conserver. Nous pouvons réduire le transfert de la chaleur par conduction en utilisant des isolants tels que le bois, le plastique et le polystyrène. Une toile sur l'eau va lui permettre de garder sa chaleur.

A l'effet d'un corps noir

http://galileo.cyberscol.qc.ca/Intermet/temperature/corps_noir.htm

Un corps noir absorbe les rayons et réémet ensuite beaucoup d'énergie sous forme de chaleur, entraînant ainsi une variation de sa température. C'est pourquoi une toile de couleur foncée, noire de préférence, est recommandée. Elle va transmettre la chaleur à l'eau, qui va ainsi se réchauffer et, en emmagasinant la chaleur, elle va empêcher le refroidissement de l'eau.

Réduit l'évaporation

La chaleur fournie par le rayonnement solaire donne de l'énergie aux particules d'eau. Elles se mettent alors à agir, s'échappent du liquide et se répandent dans l'atmosphère. Lorsque l'eau s'évapore, elle emmène simultanément de la chaleur avec elle. C'est le même phénomène qui se produit avec l'eau de la piscine si elle n'est pas couverte par une toile solaire : elle va perdre de la chaleur, donc sa température va diminuer.

A l'effet d'une loupe

Les bulles d'air contenues dans la toile solaire ont le même effet qu'une loupe. Elles font converger les rayons du soleil dans l'eau, ce qui a pour effet de réchauffer l'eau par rayonnement.

Chaleur et transfert de chaleur

Tous les manuels de physique décrivent trois modes classiques de transmission de la chaleur :

	le rayonnement
	la conduction (dans les solides, la chaleur résulte de l'agitation des particules, elle se propage quand les particules s'entrechoquent)
	la convection (dans les liquides)

Il y a deux types de convection thermique sans changement d'état :

	celle qui s'accompagne d'un changement de phases et d'un transfert de masse : l'ébullition, l'évaporation, la condensation, la fusion, la solidification, la sublimation ;
	celle qui s'effectue avec des réactions chimiques : la combustion.

Définition utile du transfert de chaleur : transfert entre un système et son environnement, uniquement à la suite de la différence de température entre les deux.

Capacité calorique d'un corps

Chaleur spécifique d'un matériau

On remarque que la capacité calorique d'un corps et la chaleur spécifique d'un matériau ne sont pas contantes et qu'elles dépendent de l'intervalle de température. Donc, la chaleur spécifique d'un matériau, quelle que soit sa température, est définie comme suit :

En conséquence, la chaleur qui doit être transmise à un corps de poids m, composé d'un matériau avec la chaleur spécifique c, pour augmenter sa température de la valeur T_i à la valeur T_f, est :

où c est une fonction de température. Pour des températures courantes et dans des intervalles au-dessus de la température courante, les chaleurs spécifiques peuvent être considérées constantes.

La conduction thermique
Le transfert d'énergie déterminé par une différence de température entre les parties adjacentes d'un corps est appelé conduction thermique.

Exemple :
On considère une plaque avec l'aire de la section transversale A et la grosseur Δx. Sur les deux facettes de la plaque, les températures sont différentes. Nous mesurons la chaleur ΔQ transférée perpendiculaire sur les facettes dans un temps Δt. L'expérience démontre que ΔQ est proportionnelle avec Δt et avec l'aire A pour une différence de température ΔT. On démontre aussi que ΔQ est proportionnelle avec ΔT/Δx pour ΔT et A donnés, à condition que ΔT et Δx soient petits. C'est-à-dire :

À la limite, pour une plaque de grosseur infinitésimale dx, sur laquelle existe quand même une différence de température dT, nous obtenons la loi fondamentale de la conduction thermique :

où :
dQ/dt est la vitesse de transfert de la chaleur à travers l'aire A
dT/dx s'appelle gradient de température
k est une constante de proportionnalité nommée conductivité thermique

NB: comme nous choisissons le sens du transfert de la chaleur comme le sens positif de l'axe x, il y a le signe moins dans l'équation (6) parce que nous voulons que la vitesse de transfert soit positive quand le gradient de température est négatif.

Nous remarquons qu'un corps dont la conductivité thermique k est grande est un bon conducteur de chaleur, tandis qu'un petit k signifie un bon isolateur thermique.

Évaporation

EXCELLENT SITE http://galileo.cyberscol.qc.ca/Intermet/eau/evaporation.htm

Voici quelques extraits de ce site :

L'évaporation est le passage de la phase liquide d'une substance à sa phase gazeuse.
Comme toutes les matières, l'eau est constituée de molécules qui s'attirent mutuellement et vibrent plus ou moins fort selon leur énergie cinétique (vitesse). L'énergie cinétique des molécules d'eau est d'autant plus grande que leur température est haute. La force d'attraction des molécules du liquide rend difficile l'échappement des molécules de la surface du fluide vers l'atmosphère. Seules les molécules d'eau les plus énergétiques arriveront à briser la force d'attraction pour s'arracher de la surface du liquide et se retrouver sous forme de vapeur dans l'air. Les molécules les plus énergétiques sont les plus chaudes et lorsqu'elles s'échappent en emportant leur chaleur, l'énergie cinétique moyenne de la masse d'eau (c'est-à-dire la température) diminue.

L'évaporation est un processus qui provoque le refroidissement de l'air environnant parce que les molécules d'eau puisent leur énergie dans l'environnement.

De la chaleur (énergie) peut être ajoutée à l'eau par un apport externe : par exemple, quand l'eau est chauffée par le Soleil ou par l'atmosphère en contact avec la surface de l'eau. Les molécules d'eau qui se trouvent dans l'atmosphère pour former la vapeur d'eau conservent l'énergie qu'elles ont utilisée pour s'échapper de la masse d'eau. Cette énergie sera libérée dans l'environnement lorsque la vapeur retournera à l'état liquide. C'est la chaleur latente de vaporisation. Les molécules d'eau présentes dans l'air sont continuellement en mouvement et certaines viennent parfois frapper la surface de l'eau pour retourner à l'état liquide. On parle d'évaporation quand le nombre de molécules qui quittent la surface de l'eau est supérieur au nombre de molécules qui réintègrent la surface de l'eau.

Le principe de saturation et la pression de la vapeur d'eau
La pression atmosphérique de l'air est la somme des pressions de tous les gaz qui composent l'atmosphère. Le gaz qu'est la vapeur d'eau a donc un rôle à jouer sur la pression atmosphérique totale. Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, on détecte une faible augmentation de la pression de l'air au-dessus de la surface de l'eau. Cette augmentation de la pression est due au mouvement des molécules d'eau qui sont ajoutées à l'air par l'évaporation. Cette fraction de la pression due à la vapeur d'eau est appelée « pression de vapeur d'eau ».

À un certain moment, il y a tellement de molécules d'eau dans l'air qui se trouve au-dessus de la surface d'eau que le nombre de molécules qui retournent à l'état liquide devient égal au nombre de molécules qui s'évaporent. On dit alors que l'air est saturé : la pression de la vapeur d'eau a atteint son maximum et n'augmente plus. Lorsque l'air est saturé, on ne peut plus y ajouter de vapeur d'eau. Toutefois, si on chauffe l'eau encore plus, les molécules deviendront plus énergétiques et une plus grande quantité d'eau pourra s'évaporer avant que l'air ne soit saturé. Cela veut dire que, à des températures plus élevées, il doit y avoir plus de vapeur d'eau dans l'air pour que la saturation soit atteinte.

Vous savez que, lorsqu'on fait bouillir de l'eau dans une casserole, l'eau passe rapidement de l'état liquide à l'état gazeux (vapeur d'eau). L'eau bout rarement dans la nature et il y a pourtant énormément d'eau qui passe de l'état liquide à l'état gazeux par évaporation.


Les 5 facteurs qui favorisent l'évaporation
Certaines conditions peuvent favoriser ou accélérer le processus d'évaporation, c'est-à-dire permettre à un plus grand nombre de molécules d'eau de quitter la surface d'eau liquide pour se retrouver dans l'atmosphère.

La température
Un temps chaud permettra à la masse d'eau de se réchauffer et d'augmenter l'énergie cinétique de ses molécules. Un plus grand nombre de molécules auront alors l'énergie suffisante pour s'arracher à la surface d'eau (pour s'évaporer). On a tous remarqué que l'eau dans une casserole s'évapore plus vite lorsqu'on la chauffe.

Faible pression atmosphérique
Quand la pression atmosphérique de l'air est faible, l'air pousse moins fort sur la surface de l'eau. Les molécules d'eau auront alors plus de facilité à s'arracher de la surface de l'eau pour se retrouver à l'état de vapeur.

Humidité relative faible
Lorsque l'humidité relative est faible, l'air est loin d'être saturé en vapeur d'eau. Dans ce cas, il est possible d'ajouter beaucoup plus de vapeur d'eau par évaporation que lorsque l'humidité relative est forte. (Voir l'explication de l'humidité relative.)

Vent fort
On sait que les vêtements sèchent beaucoup plus rapidement sur la corde à linge lorsqu'il y a un bon vent. Cela est dû au fait que la mince couche d'air qui se trouve autour des vêtements devient saturée de vapeur d'eau à cause de l'évaporation. À mesure que l'air se rapproche de la saturation, l'évaporation diminue. Le vent chasse constamment la mince couche d'air autour des vêtements et la remplace. La nouvelle couche d'air contient moins de vapeur d'eau et permet une évaporation plus importante.

Grande surface d'eau
Une grande surface d'eau facilite l'évaporation, car, dans ce cas, un plus grand nombre de molécules d'eau ont la possibilité de se détacher de la masse d'eau.

Effet de serre

Note : On peut faire l'analogie entre une toile solaire et l'effet de serre. En effet, dans les deux cas, les rayons solaires entrent mais réfléchissent lorsqu'ils veulent ressortir. La chaleur reste donc emprisonnée.

http://www.amisdelaterre.org/publications/publications_4.html#mecanisme

Le sol réémet vers l'espace des rayons infrarouges que certains gaz, les gaz à effet de serre (GES), interceptent et rabattent vers le sol, augmentant ainsi la température. C'est là l'effet de serre, un phénomène naturel. Sans les GES, la température moyenne du globe serait de 35 ºC plus basse : -20 ºC au lieu de +15 ºC.

Quelques conséquences, au moins qualitatives, d'un réchauffement global :

	Une élévation du niveau des mers. La part due à la dilatation de l'eau de mer peut être quantifiée en fonction de l'élévation de la température. La fonte des grandes masses glaciaires continentales (Groenland, Antarctique Ouest...) est plus problématique.
	Un déplacement des zones climatiques propres à tel ou tel type de culture, d'élevage ou de forêt.
	L'extension des zones où peuvent prospérer les vecteurs d'épidémies (par exemple les anophèles, insectes qui transportent et injectent le plasmodium, un protozoaire qui provoque la malaria).
	Une température plus élevée accroîtra l'évaporation, d'où davantage de vapeur d'eau, un gaz qui contribue à l'effet de serre (« rétroaction positive »).
	Celle-ci, en particulier en présence d'aérosols, se condense en fines gouttelettes qui forment les nuages. D'où davantage de nuages et de précipitations. Les nuages bas réfléchissent la lumière solaire (rétroaction négative) tandis que les nuages hauts absorbent et réémettent les infrarouges (rétroaction positive), mais on ne sait guère lesquels l'emporteront (ce qui explique l'ampleur des fourchettes de réchauffement données par les modèles). Il y a aussi des incertitudes sur les zones qui recevront davantage de précipitations.
	La fonte de neiges et de glaces diminue le pouvoir réfléchissant de la surface du globe (« albédo ») et accroît donc l'absorption de chaleur par les sols et les mers (rétroaction positive).
	Une température plus élevée rend le C02 moins soluble dans l'océan superficiel (rétroaction positive).

EXCELLENT SITE http://www.citeweb.net/temps/suj.htm (fermé)

Qu'est-ce que l'effet de serre ?

L'atmosphère intercepte une partie du rayonnement solaire, le reste atteint le sol. Environ le tiers de ce rayonnement retourne dans l'espace. Le reste est absorbé par différentes composantes du système climatique : l'atmosphère, les océans, la glace, la terre et les diverses formes de vie. La Terre répand ensuite son énergie dans l'espace, ou la réfléchit de nouveau, sous la forme de rayonnement de grandes longueurs d'onde. Une partie de cette énergie est de nouveau absorbée et réémise selon un processus appelé effet de serre. Le reste de l'énergie se perd dans l'espace. Il existe un équilibre délicat, à long terme, entre le rayonnement émis par le Soleil et l'énergie que celui-ci reçoit. Toute variation des facteurs qui influent sur ce processus de réception et d'émission d'énergie, ou qui modifient la répartition de l'énergie, se répercutera sur notre climat.
Extrait de l'EXPRESS n°2531 du 06 au 12 janvier 2000

Bibliographie