•      Aujourd'hui ce ne sera pas un article météo, mais des photos particulières :

         Un arc-en-ciel de feu circulaire et horizontal se forme lorsque le soleil et certains nuages se rencontrent accidentellement au bon moment et au bon endroit.
        Les cristaux à l’intérieur des nuages, réfléchissent la lumière des diverses longueurs d'onde du spectre de lumière visible, mais seulement dans certains dispositions géométriques et ils la dispersent comme de minuscules prismes, la décomposant dans l'espace, en les diverses couleurs élémentaires.
        Comme il est rare que toutes ces conditions soient réunies simultanément, il y a très peu de photos de ce phénomène remarquable qui peut prendre des allures très particulières et inattendues.


    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages2/arc1.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/Paysages2/Arc2.jpg

    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages2/arc3.jpg    

         Avec leur aspect sinistre, Les nuages "mammatus" annoncent souvent un orage violent ou un évènement météorologique et des températures extrêmes.
        Principalement composés de glace, ils peuvent s’étirer sur des centaines de kilomètres dans chaque direction et des formations différentes peuvent rester statiques et visibles pendant dix à quinze minutes.

    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/mamatus1.jpg
    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/mamatus2.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/mamatus3.jpg

         Enfin quelques images de nuages lenticulaires  qui se forment quand le vent accélère tandis qu’ils sont en train de se déplacer autour d’un large objet comme une montagne.
    Ces nuages ont la réputation d’être de "mystérieux objets volants non identifiés" ou leurs camouflages.

    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/lenticulaire1.jpg
    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/lenticulaire2.jpg






    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/lenticulaire3.jpg


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  •      J’ai toujours aimé voler en avion au dessus d’une “mer de nuages”; je trouve cela beau  et j’ai eu l’occasion de voir des photos assez extraordinaires de nuages et cela m’a donné envie de faire deux  articles sur ce sujet.

         L’océan, les mers et les lacs, les fleuves et rivières, laissent d’évaporer leur eau, et la vapeur d’eau, plus légère que l’air, monte dans le ciel jusqu’à ce qu’elle rencontre des couches froides qui la transforment alors en fines gouttelettes ou en petits cristaux de glace. Ce sont des nuages.
        Le refroidissement peut également provenir de la simple présence du sol, dont la température diminue rapidement lors de la tombée de la nuit ou du fait que le nuage doit monter en altitude en raison du relief terrestre.
        En général ces gouttes ou cristaux ne se forment pas spontanément et il faut que de fines poussières ou particules servent de “noyaux de condensation”.
        Les gouttes d’eau ou les cristaux de glace sont de très petites tailles, de l’ordre de 10 microns (1/100ème de mm) et forment comme un brouillard.
         Chaque m3 de nuage contient entre 0,5 et 5 g d’eau, et un gros cumulonimbus d’orage, qui s’étend sur quelques km carrés et culmine vers 8000 m d’altitude, peut contenir plus de 100 000  tonnes d’eau.!
         Par ailleurs la valeur de la pression atmosphérique a aussi une influence car plus la pression est basse, plus l’air peut contenir de vapeur d’eau, ce qui explique que l’on a davantage de nuages lorsque la pression est basse que dans une zone de hautes pressions.
         Les gouttellettes d’eau ou de glace diffusent toutes les longueurs d’onde de la lumière dans toutes les directions. La composante réfléchie est donc blanche et les nuages apparaissent blancs s’ils sont éclairés par le soleil (par exemple vu de dessus en avion).
         Mais si le nuage est très épais, les rayons du soleil ont du mal à atteindre le sol, et la base du nuage est alors grise, voire très sombre proche du noir, mais aussi quand ils sont dans l'ombre d'autres nuages.

        La pluie, la neige, la grêle : 
        Dans un nuage chaud, les gouttes d'eau grossissent par condensation de la vapeur d'eau qui les entourent et fusion avec d'autres gouttelettes. 
        La taille des gouttes varie du dixième de mm à quelques mm (aucune goutte ne dépassant les 3 mm, au-delà elle explose). 
        Quand elles sont trop lourdes (environ 0,5 mm de diamètre) pour être soutenues par le courant ascendant, elles tombent, formant ainsi une pluie.
        Dans un nuage froid, les gouttelettes se transformeront en cristaux de neige et de glace qui grossiront par condensation des gouttes surfondues les entourant. Ils finiront eux-aussi par tomber en capturant des flocons plus petits pour augmenter leur diamètre. 
        Lorsqu'ils passent dans de l'air au-dessus du point de congélation, les flocons fondent et continuent leur croissance comme les gouttes de pluie des nuages chauds

        La figure ci dessus montre les différentes sortes de nuages dont les noms furent attribués en 1804 par Luke Howard, et leur répartition habituelle en altitude :

    http://lancien.cowblog.fr/images/Paysages3/nuagesdistribaltitude.jpg

    A haute altitude

    La tête dans les nuages.

     

     

     

       Les cirrus, effilochures en haute altitude, sont des nuages de beau temps qui viennent en général avec un front chaud.

     

    La tête dans les nuages.

     

     

      Les cirrocumulus, petites taches dans le ciel sont souvent l’annonce d’un front froid et d’une perturbation à venir.
        Mes enfants les appelaient "les petits moutons".



    La tête dans les nuages.



        Les cirrostatus forment un voile presque continu et en général il annonce une dépression et donc une perturbation.




    A moyenne altitude
    La tête dans les nuages.

        Les altocumulus ressemblent aux cirrocumulus, mais plus bas et plus fournis, ils ressemblent à de grands champs de vagues moutonneuses ou à l'empreinte de la marée sur les plages.
    Ils annoncent souvent des nuages d’orage.



    La tête dans les nuages.

     


        Les altostratus, sont de vastes couches grises en strates, sans formes bien définies. C’est un nuage stable qui peut annoncer une perturbation mais faible.




    A basse altitude
        La tête dans les nuages.


        Les strato-cumulus  sont de larges masses nuageuses sombres et arrondies. Les strato-cumulus donnent rarement de la pluie, en général assez fine, et se rencontrent surtout dans les ciels de traîne, à la fin d'une perturbation.


    La tête dans les nuages.

     

       Les stratus sont les nuages bas, noirâtres, de temps “bouché” qui donnent souvent des pluies fines, du “crachin”. Ce sont aussi l’hiver des nuages de neige.





    Les multi-niveaux

    La tête dans les nuages.


        Les cumulus sont de grosses boules de coton blanches qui se promènent comme des ballons dans le ciel. Il est rare qu’il pleuve sous eux.

    La tête dans les nuages.




        Les nimbostratus sont des nuages stratiforme d'extension verticale importante, formés de plusieurs couches stratifiées sans forme définie et de couleur gris foncé; ils produisent des précipitations modérées mais sur de grandes superficies.

    La tête dans les nuages.
        Les cumulonimbus sont les nuages d’orage, qui présentent la plus grande extension verticale. La base se situe de quelques centaines de mètres à 2 000 mètres du sol et le sommet à des altitudes allant de 8 000 à 18 000 mètres et ressemble à une enclume,
        Ils sont en général associés à des vents forts et amènent des averses de pluie violente et de grêle


        Dans le prochain article nous verrons en image des nuages lenticulaires et mammatus assez bizarres et divers arcs en ciel.

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  •       Quand j’étais petit gosse, je m’étais passionné pour Jules Vernes et ses romans, qui n'intéressent plus les jeunes aujourd’hui car la science a fait trop de progrès.
        Une aventure m’avait frappée dans un de ses romans Michel Strogoff, qui lorsqu’on lui passe devant les yeux pour le torturer et le mettre hors d’état de remplir sa mission, la lame d’un sabre chauffée au rouge, est sauvé de l’aveuglement grâce aux larmes qui lui viennent en pensant à sa mère… Mon grand père m’avait expliqué que la vaporisation progressive des gouttes de larmes avaient suffisamment fait baisser la température au niveau de la cornée et que c’était peut être possible (à condition qu’on ne laisse que très peu longtemps  le sabre devant les yeux).

    http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/calefaction.jpg

        Comme sans doute vous tous, j’ai mis sur la cuisinière très chaude de ma mère des gouttes d’eau (aujourd’hui sur une plaque électrique). et elle se met à tourner sur elle même et à se promener presque sans frottements, comme un aéroglisseur sur le coussin de vapeur qu’elle produit et si on arrive à la piéger, il est possible d’observer des vibrations dans la goutte, qui lui donnent des formes spectaculaires.
        Et quand deux gouttes se rencontrent, soit elles rebondissent, soit elles fusionnent et la goutte formée entame une ronde sur elle même.
        J’ai même fait la bêtise au lycée de mettre sur une plaque de métal une goutte d’azote liquide, ce qui, compte tenu de la différence de température encore plus grande, est encore plus spectaculaire.
        Ce phénomène, peut être le savez vous, s’appelle la “caléfaction”  (du latin calefacere : chauffer).
        J’avoue que, dans ma jeunesse j’aurais aimé avoir des explications sur ces phénomènes.

        Il m'arrive d'avoir des contacts avec des chercheurs et aussi avec des élèves d'écoles d'ingénieurs ou scientifiques et en particulier certains de l'Ecole Normale Supérieure de la rue d'Ulm, à Paris.

        Il y a dans cette école des travaux pratiques extraordinaires.
        Vous avez une semaine seulement pour les faire et il vous faut choisir un sujet peu connu et  absolument apporter quelque chose de plus, de nouveau.
        Bien sûr vous choisissez à l’avance, vous réfléchissez à ce que vous allez faire, vous rassemblez le matériel nécessaire, vous pouvez faire des calculs théoriques.
        Mais faire du nouveau sur un sujet pointu en 5 jours, c’est extrêmement difficile.
        Bien sûr on ne trouvera pas des choses révolutionnaires en 5 jours et cela ne servira pas pratiquement beaucoup. Mais ce n’est pas le but : l’objectif est de vous former à la recherche et pas à chercher, mais à trouver.    
        Il faut essayer de faire une théorie, de prévoir les résultats de ses expériences, puis de les réaliser, de critiquer les modes opératoires, les hypothèses et approximations faites, d’apprécier la précision des mesures par des calculs d’erreurs et d’en tirer des conclusions sur l’explication et les lois des phénomènes        
       Et j’ai trouvé cela passionnant.

        Pour l’un de leurs TP ils avaient choisi d’étudier ce phénomène de caléfaction.
           
        Ils filmaient avec une caméra des gouttes de diverses dimensions en mouvement, mesuraient  la décroissance de leur diamètre par évaporation ainsi que l’épaisseur de la couche de vapeur.
        Ils ont étudié le rebond sur des parois ou les chocs des gouttes entre elles et ils les ont même mises sur une plaque vibrante.
        Je ne vais pas vous entraîner dans leurs calculs et leurs expériences rassurez vous.
        Juste quelques photos :

    http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/goutte.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/crepe.jpg

        Ils ont montré que les petites gouttes étaient presque sphériques, alors que les gouttes plus grosses prenaient la forme aplatie d’une galette presque circulaire, et d’épaisseur presque constante.
        Et sur la plaque vibrante les petites gouttes sphériques prennent la forme d’étoiles dont le nombre de branches est d’autant plus grand que la goutte est plus importante tandis que les grosses gouttes galettes ont des bords dentelés et une surface rugueuse comme sur la figure ci-dessous.

    http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/calefaction-copie-1.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/Telerama30002.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/Telerama30001-copie-1.jpg
       
        J’ai assez bien compris leur étude physique et mathématique et au fond, ils ont réalisé une de mes aspirations d’ado : comprendre la caléfaction des gouttes d’eau que je m’amusais à faire danser sur la cuisinière de maman, qui n’était pas très contente de ce jeu, car elle avait peur que je me brûle !

     

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  •     Ce n'est pas un vélo en fibres de carbone comme pour les coureurs du Tour. !

        Vous allez sûrement vous rappeler des cours de chimie de première et de terminale sur le carbone.
    Il existe couramment deux variétés le diamant qui a une structure pyramidale d’arrangement des atomes, chacun étant lié aux quatre atomes voisins, ce qui lui confère ses qualités extraordinaires notamment de dureté, et le graphène,dont la structure est hexagonale et plane, chaque atome étant lié à trois autres, et ces structures planes s’empilent les unes sur les autres, sous forme de carbone graphite, d’où sa friabilité et sa conductivité électronique (la force de liaison entre structures hexagonales est faible - 2% de celles dans l’hexagone - et ces hexagones glissent donc facilement les uns sur les autres).
        C’est le graphite qui est la variété stable dans les conditions normales de température et pression, le diamant n’étant que métastable dans ces conditions et sa formation nécessitant des températures et pressions très élevées.
    http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/Diamondandgraphite.jpg

     Savez vous ce qu'est le cycle-carbone ?   Le graphène peut de mettre sous forme de nanotubes, les plans des hexagones prenat la forme d’un cylindre.Ces nanotubes ne sont constitués que d’un seul « plan » enroulé sur lui même et donc de l’épaisseur d’un atome de carbone, mai leur longueur peut atteindre le millimètre.
    Il existe aussi des nanostructures composées de plusieurs couches hexagonales de carbone, fermées sur elles-mêmes, de forme polyèdrique avec une cavité au centre.

        En outre il existe des formes amorphes de carbone, désordonnées, mélange de graphite hexagonal et de diamant pyramidal.

        De plus on peut avoir du carbone liquide à haute température et pression (11Mpa et 4800 d°) ou gazeux (4100 d°C sous la pression atmosphérique. Il se condnse en se refroidissant sous forme de petites chaines d’atomes appelées carbyles, qui de lient sous forme de plaques ou de sphères pour composer la suie. Cette forme spéhérique compée de 20 à &00 atomes est appelée fullerène et a été explicitée dans les années 1985.

        Les chercheurs avaient alors par le calcul , montré que le carbone devait pouvoir également se structurer selon un cercle de 18 atomes, reliés entre eu par des liaions doubles de chaque coté, ou triple et simples. Mais cette structure est instable et personne n’avait pu la synthétiser.
    Une équipe de chercheurs suisses d’IBM et d’Oxford au Royaume Uni, ont enfin réussi à créer cet anneau, sous un vide poussé et à -268 d°C. Ils sont passé par une forme contenant 24 atomes de carbone et 6 oxygène , qu’ils ont déposé sur une couchede chlorure de sodium déposé sur une plaque de cuivre.Puis, ils ont extrait six molécules d’oxyde de carbone CO, en utilisant la pointe d’un microscope électronique (voir le schéma ci-dessous) :

    http://lancien.cowblog.fr/images/anneaucarbonepur.jpg
        
Les atomes de ce cyclo-carbone sont liés alternativement par des liaisons simples et triples, et il est semi-condusteur.
    Ses propriétés vont être étudiées, puis il faudra essayer de produire des assemblages de molécules pour pouvoir leur trouver une utilisation pratique.

    http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/cyclo18carbon219thumb.jpg

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  • Pourquoi la mer est elle bleue le ciel aussi le jour et noir la nuit?

               Lorsqu’on est en vacances au bord de la mer, on vous pose des questions saugrenues, très terre à terre : Pourquoi la mer est elle bleue, pourquoi le ciel est il bleu, pourquoi le ciel est il noir la nuit ???
              Ce n’est pas toujours s simple que cela d’y répondre.

     Pourquoi la mer est elle bleue ?

              Effectivement l’eau est transparente, alors pourquoi celle de la mer est elle bleue ? Il y a plusieurs raisons :
              D’abord le reflet du ciel dans la mer : quand il fait beau la mer est bleue; quand le ciel est gris, la mer est vert-gris; les vagues rajoutent de petits moutons blancs dus au vent.
              Mais une autre raison, en fait plus importante,  est due au soleil qui diffuse une lumière blanche, en réalité composée de tout un spectre de couleurs c’est à dire de photons d’énergies diverses, les plus énergiques étant ceux qui correspondent au violet et au bleu).
              L’eau de la mer ne réagit pas de la même façon à tous le photons : elle va davantage absorber les photons de moindre énergie, c’est à dire les rouges, jaunes, oranges et elle absorbera moins les photons correspondant au bleu.
              Ceux-ci seront donc davantage réfléchis ou diffusés, et donc ce n’est pas l’eau qui est bleue, mais la lumière qui est diffusée et réfléchie par sa surface.
              Plus l’eau est profonde, plus la mer est bleue, car ce sont les seuls photons peu absorbés.
              Mais comment expliquer que la mer puisse être gris-vert, par temps moins beau. En fait l’agitation due au vent et à la tempête perturbe la réflexion et la diffusion des photons et des matières diverses sont « remuées » et mises en suspension.
              Par ailleurs si l’eau est calme et très transparente, la couleur du fond proche peut influer sur la couleur apparente de l’eau, le sable la faisant paraître gris-jaune, des algues pouvant donner l’impression d’une eau verte, voire rouge due à des microorganismes dinoflagellés ou turquoise, due à certains phytoplanctons. Les photons bleus sont alors absorbés et c’est la chlorophylle qui donnera la couleur verte.
              Vu des satellites, c’est l’océan profond qui prédomine est compte tenu de la grade surface des océans la terre est « la planète bleue ».

    Pourquoi le ciel est il bleu ?

              Là encore l’air est invisible et transparent et donc le ciel bleu est encore un effet d’optique dû à la lumière solaire.
              Celle-ci est diffusée par les molécules d’azote et d’oxygène, qui sont très petites par comparaison à la longueur d’onde de la lumière diffusée. (je rappelle que la longueur d’onde associée à une lumière est inversement proportionnelle à l’énergie des photos correspondants).
              Or d’après la loi de Rayleigh, la diffusion est inversement proportionnelle à la  longueur d’onde à la puissance 4, c’est à dire proportionnelle à l’énergie à la puissance 4 des photons.
             La diffusion des photons rouges, orange, jaune est très faible vis à de celle des photons bleus plus énergétiques et donc la mer paraît bleue.

     Pourquoi le ciel de nuit est il noir ?

              On pourrait croire que vu les milliards d’étoiles, le ciel devrait être lumineux la nuit. Pourtant il n’en n’est rien, il est noir piqueté des points brillants que constituent les étoiles, et cela à longtemps intrigué les scientifiques, notamment Kepler ou Halley aux 17ème et 18ème siècles.
              Une première raison est due à l’énorme éloignement des étoiles, c’est à dire aux dimensions de l’univers.
              Une étoile lointaine émet dans toutes le directions et plus elle est éloignée, plus la proportion de lumière qui atteint la terre est faible, infime par rapport à celle qui nous vient du soleil. (le flux lumineux décroit comme le carré de la distance).
              Par ailleurs les étoiles ont une certaine durée de vie et certaines ont donc disparu.
              La vitesse de la lumière est finie (300 000 km/s), et donc il est possible que la lumière de nombreuses étoiles ne nous soit pas encore parvenue, tout dépend de la distance à laquelle elles sont et de la date de leur création.
              Ainsi, le noir que nous observons sur le fond cosmique est rempli d’étoiles dont la lumière n’a pas atteint la Terre, ou ne l’atteint plus…

              De plus l’univers n’est pas infini : il est né, selon la théorie du « big bang », il y a environ 13 milliards d’années et donc on ne peut rien voir au delà de 13 milliards d’années-lumière de distance, puisque au delà de cette distance aucune lumière n’était émise. Toutefois l’univers est en expansion, de telle sorte que ses limites sont plus importantes que cette distance et on suppose qu’il atteint environ 80 milliards d’années-lumière (8 X10 puissance 23 km).
            Néanmoins, même très grand, le nombre d’étoiles est donc limité et la lumière qu’elles émettent aussi.

               On a toujours des difficulté à se représenter cet univers, car ce n’est pas possible en trois dimensions, dans notre espace euclidien), mais il faut utiliser un espace plus complexe , celui de la relativité générale, où le temps est aussi une dimension,. On peut dans un tel espace où l’on peut continuer son chemin sans jamais rencontrer d'obstacle ou de point d'arrêt et que l'on peut explorer dans leur totalité en un temps fini, en se retrouvant au point de départ et donc cette univers ne présente pas de limite, comme le fait une sphère dans l’espace euclidien.

               De plus en raison de cette expansion de l’univers, la lumière subit l’effet Döppler du fait de la composition des deux vitesses. La lumière en provenance des étoiles est ainsi décalée vers le rouge, ce qui a permis de confirmer les théories d’expansion de l’univers, mais diminue également la lumière perceptible émise par celles-ci.


     On voit que contrairement aux raison simples qui expliquent le bleu du ciel et de la mer, la couleur noire du ciel la nuit est un phénomène très complexe.

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