Pourquoi fait-il si froid aux pôles?

Pour le comprendre, nous avons mis en place une série d’expériences.

Nous savons que c’est le soleil qui éclaire et chauffe la Terre : nous avons matérialisé le soleil par une lampe torche et la Terre par un globe terrestre.

soleilterre2     soleilterre

On voit que la partie la mieux éclairée de la Terre est l’équateur: c’est là qu’il fait le plus chaud! Les pôles par contre sont peu éclairés car plus éloignés du soleil. Du fait du caractère sphérique de la Terre, l’intensité des rayons du soleil est moins forte aux pôles.

intensité      Nous avons représenté la Terre par une feuille de papier noire (pour mieux voir le rond lumineux): si elle offrait une surface plane aux rayons du soleil, on aurait un « disque » de lumière intense (donc une région chaude) mais petit. Comme sa surface est courbe, le rayon lumineux est plus grand mais aussi moins intense, comme on le voit sur la vidéo: (lien à venir)

 

 

La lumière du soleil qui atteint les pôles est donc peu intense: il fait plus froid!

Mais ce n’est pas le seul facteur. Il faut aussi prendre en compte l’inclinaison de l’axe de la Terre. La Terre tourne autour du soleil et lors de cette révolution, la quantité de lumière que vont recevoir les pôles est inégale:

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L’été au pôle nord

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Position de la Terre pendant l’été dans l’hémisphère nord

Sur la photo, l’hémisphère nord est plus éclairé que l’hémisphère sud : il fait plus chaud, c’est l’été dans l’hémisphère nord. Si on fait tourner la Terre sur elle-même (ce qui explique l’alternance du jour et de la nuit), on voit que le pôle nord reste éclairé: il fait donc jour en permanence pendant l’été. Par contre c’est l’hiver au pôle sud, il fait nuit en permanence!

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Position de la Terre lors de l’été austral

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L’été au pôle sud

Puis, c’est l’été dans l’hémisphère sud, le pôle sud est éclairé en permanence : le jour dure tout l’été! C’est l’hiver au pôle nord: il y fait nuit toute la journée!

Ces longues nuits expliquent aussi les températures si basses aux pôles!

La formation de l’Antarctique (2)

Après quelques jours au congélateur, voici notre continent Antarctique:

antar        antar2

 

 

 

 

 

Comme on le voit sur les photos, les morceaux de glace n’ont pas formé une couche uniforme, par contre, ils se sont soudés entre eux et la terre a gelé : cela peut représenter le pergélisol, le sol gelé en permanence (le permafrost désignant lui le sol gelé une partie de l’année). Les petits traits verts indiquent le niveau de glace que nous avions mis au début de l’expérience : on voit que la glace ne s’est pas tassée, le niveau est identique.

Nous avons donc fabriqué une 2ème couche de neige, avec de la glace pilée un peu plus finement:

antar2couche            antar2couchedessus

 

 

 

 

 

Et nous avons remis le tout au congélateur!

 

 

La formation de l’Antarctique

Nous essayons de modéliser la formation de l’Antarctique et de sa calotte glaciaire. Pour cela, nous avons rempli un bac de terre mêlée de cailloux.

antarterre

 

 

 

 

Puis nous avons cherché comment simuler des chutes de neige… Pas très facile au mois de mai de trouver de la vraie neige fraîche. Nous avons donc fait des glaçons que nous avons ensuite pilés :

casseglace

 

 

 

 

 

Nous avons ensuite mis la glace pilée sur la terre pour simuler la chute de neige et placé le bac au congélateur afin de faire bénéficier à notre Antarctique de températures glaciales!

antar    antar3

 

 

 

 

 

 

 

Le résultat n’est pas très satisfaisant car les morceaux de glace pilée sont encore assez gros et compacts, il faudrait quelque chose de plus aéré pour que ce soit réaliste. Nous essaierons de faire mieux lors de la « seconde chute de neige ».

Plusieurs questions se posent:

– les morceaux de glace pilée vont-ils former une couche plus uniforme ou rester aussi morcelés?

– va-t-on voir les couches de « neige » successives ou pas?

– que va-t-il se passer quand nous aurons mis plusieurs couches de « neige »?

Nous envisageons quand notre continent sera formé de faire une carotte de glace.

 

 

Comment réaliser un time lapse de la formation de la banquise?

Pour notre projet, nous voulions réaliser une vidéo montrant la formation de la banquise, autrement dit de la glaciation d’eau salée. Nous avions pensé au stop motion (des photos prises à intervalles réguliers puis montées en vidéo au rythme de 24 images/s.) car d’après notre 1ère expérience, il faut de nombreuses heures pour qu’une couche de glace se forme. Problème: d’après nos calculs, il faut prendre beaucoup,  beaucoup de photos et à intervalles réduits (toutes les 30 secondes par exemple). Ce qui n’est pas très pratique. En plus, cela suppose d’ouvrir très souvent la porte du congélateur et cela peut gêner la glaciation….

Le défi consistait donc à automatiser la prise de photos: mission réussie grâce à l’utilisation d’un Raspberry Pi et de sa caméra, auquel nous avons ajouté deux sondes afin de prendre les températures de « l’air » (à l’intérieur du congélateur) et de la glace en formation et au développement d’une interface de contrôle du timelapse.

camerasonde

la caméra et les sondes

pi1

le Raspberry Pi

 

 

 

 

 

 

interface

l’interface de contrôle

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous avons effectué un premier test avec un verre d’eau douce: testverred'eau

 

 

 

 

 

Voici la vidéo: https://www.dropbox.com/s/notbsrckzvv8mzl/TimeLapseVerre.avi?dl=0

 

Et maintenant, début de l’expérience avec un bac rempli d’un litre d’eau salée (à 35g/l, salinité des océans):

montagecongel

 

La biodiversité des pôles

Parallèlement à notre recherche sur la formation des glaces aux pôles, nous travaillons aussi sur la biodiversité aux pôles et notamment sur l’adaptation des animaux à leur milieu: comment des animaux peuvent-ils survivre dans des conditions aussi extrêmes?

Voici les premiers résultats de nos recherches:

adaptpolaire

chainealim  chainealim2

Nous avons commencé à établir des chaînes alimentaires afin de pouvoir évaluer par la suite les conséquences d’une modification de la chaîne, due au réchauffement climatique.

Notre 1ère expérience!

exp1Notre première expérience avait plusieurs objectifs:

– savoir si nous pouvions rendre compte de la formation de la banquise, c’est à dire de la formation d’une croûte de glace à la surface de l’eau salée

– mesurer le temps nécessaire à la glaciation pour la réalisation de notre stop motion

– savoir si l’eau douce et l’eau salée gèlent de la même façon

Nous avons donc placé deux bacs dans le congélateur de l’école: un d’eau douce et un d’eau salée. Nous avions cherché la teneur en sel des océans: environ 35g/l et avons donc salé en conséquence notre eau. Nous avons isolé le fond des bacs en les plaçant dans des barquettes en plastique et en couvrant le fond de polystyrène pour éviter que le fond ne gèle.

Voici les deux bacs au congélateur: exp1congel

Plusieurs hypothèses avaient été émises par les élèves:

– le sel empêche l’eau de geler (on s’en sert pour déneiger les routes)

– l’eau va geler d’un bloc et non former une croûte

 

exp1obsPuis nous avons observé à intervalles réguliers ce qui se passait et noté sur une feuille nos observations:

 

 

 

 

Vers 14h30:

exp1saléeetdouce

 

L’eau salée est dans la barquette verte, l’eau douce dans la barquette orange: on voit que la texture n’est pas la même. L’eau salée gelée forme comme une « compote » ou un « granité », la surface est rugueuse, un peu grisâtre, tandis que l’eau douce a formé une couche de glace bien lisse et transparente.

L’eau douce a gelé plus vite que l’eau salée.

 

 

 

On voit sur les photos ci-dessous prises vers 14h30 que l’eau douce a formé une couche de glace solide que l’on ne peut briser d’une pression du doigt tandis que l’eau salée n’est pas encore complètement solidifiée.

saléedouce

 

 

 

 

 

Au bout d’une semaine, les deux blocs avaient gelé entièrement, mais l’eau salée gelée conservait cet aspect rugueux et grisâtre. Autre constat: en manipulant les blocs de glace, on s’est rendu compte que le bloc d’eau salée gelée brûlait les doigts. Le bloc d’eau douce était aussi très froid mais pas au point de brûler.

Nos conclusions:

– l’eau douce et l’eau salée ne gèlent pas de la même manière: l’eau douce gèle plus vite, elle forme un bloc de glace bien lisse et transparent tandis que l’eau salée forme une bloc rugueux et grisâtre. Notre marraine, Lydie, nous avait expliqué lors de sa venue que les icebergs n’étaient pas des bouts de banquise qui se seraient détachés mais des morceaux de glaciers (formés d’eau douce gelée) qui tombent dans l’océan au fur et à mesure de leur avancée (car les glaciers se déplacent de quelques centimètres par an et il arrive donc qu’ils arrivent en bord de mer!): effectivement les icebergs ne peuvent être faits d’eau salée, ils ont davantage l’aspect de l’eau douce gelée!

– l’eau qui gèle forme bien une croûte de glace à la surface avant de geler en profondeur: on devrait donc pouvoir réaliser notre vidéo de la formation de la banquise

– cela prend de nombreuses heures pour obtenir une « banquise »: ce qui pose un problème technique pour la prise de nos photos

Notre nouvelle question: est-ce que l’eau salée gelée est plus froide que l’eau douce gelée? Ou la brûlure est-elle un effet du sel?

Vivement vendredi!

Vendredi, notre marraine, Lydie Lescarmontier, vient nous rendre visite.

Comme elle rentre d’une mission en Antarctique, elle pourra nous parler de son travail et des conditions dans lesquelles il s’effectue. Cela a t-il beaucoup changé depuis les pionniers du continent blanc que présentaient les vidéos que nous avons visionnées?

Cela sera aussi l’occasion de la questionner sur le continent Antarctique: qu’y a-t-il dans et sous la glace?

Nous aimerions le savoir pour rendre notre maquette la plus réaliste possible!

Les élèves raconteront sur le blog la semaine prochaine cette visite et notre échange.