Les geysers en Islande
EXPERIENCES
Expérience 1:
Nous avons voulu la mettre en oeuvre afin de voir si l'augmentation de la température dans le réservoir entraîne aussi une augmentation de la pression. Pour cela, nous avons utilisé le matériel suivant:
- une console Jeulin et ses équipements
- un chauffe ballon
- un ballon en verre
- un thermomètre
- 150 mL d'eau
Tout d'abord, nous avons installé le matériel et pris connaissance avec la console Jeulin pour pouvoir l'utiliser. Nous avons mis l'eau dans le ballon, que nous avons fermé avec un bouchon qui comporte 2 trous. Un pour le termomètre et l'autre pour la sonde à pression.
Les conditions initiales étaient les suivantes: une pression athmosphérique de 1015 hPa et une eau dans le ballon de température initiale de 20°C.
Au cours de cette expérience nous avons relevé deux données, la pression en fonction de la température.
Nous avons commencé à noter les résultats quand la température de l'eau atteignait les 40°C. L'évolution de l'expérience s'est faite petit à petit, la pression a mit du temps à évoluer concrètement et finalement, nous avons eu des résultats corrects. Nous avons prit la décision de mettre fin à l'expérience aux alentours des 90°C, la pression devenant trop importante l'ensemble risquait d'exploser.
Température en °C
Pression en hPa
1017
1018
1020
1022
1024
1025
40
70
50
75
80
85
Ces différents relevés nous ont permis de tracer une courbe de tendance de l'augmentation de la pression en fonction de la température. Nous avions donc associé nos résultats à une formule physique:
P.V=n.R.T
Nous cherchions la pression P (en Pa), nous avons alors isolé ce terme, ce qui a donné cette relation:
P=(n.R/V).T
La pression P (en Pa) dépend donc du produit entre la quantité de matière n (en mol), la constante R (= 8,3 J.K-1.mol-1) et la température T (en °K), le tout divisé par le volume V (en m3). Nous avions donc une courbe affine (ci-contre) avec un coefficient directeur a=(n.R/V) et x=T, la relation est donc de forme y=ax.
Regressi: droite affine que l'on a tracé grace à la relation, qui montre l'évolution de la pression en fonction de la température. (cliquez pour zoomer)
Ainsi, grace à cette expérience nous avons pu démontrer que pression et température dans le geyser sont liés. Effectivement, lorsque la température augmente, la pression aussi; elles sont liées par une fonction de type y=ax.
Mais pour démonter le modèle du geyser, il nous fallait aussi montrer que la profondeur du réservoir joue un role important dans l'augmentation de la pression.
Expérience 2 :
Lors de cette seconde expérience nous avons voulu voir si il y avait un lien entre la profondeur du réservoir et la pression qui régnait à l'intérieur. Pour cela nous avons utilisé le matériel suivant :
- un double décimètre gradué
- une éprouvette graduée de 100mL
- une console Jeulin et ses équipements
- 100mL d'eau
Maintenant que le matériel nous était familier, il était beaucoup plus simple de réaliser l'expérience même si elle était moins complexe. Nous remplissons donc notre éprouvette de 100 mL d'eau et branchons la console Jeulin.
Nous notons la surface de l'eau Profondeur= 0 et nous placons la graduation 0 de la règle au niveau de la surface de l'eau, puis nous commençons les relevés tous les 5cm.
Nous relevons au cours de l'expérience deux données, la pression en fonction de la profondeur.
Ces différents relevés nous on permi une fois de plus de tracer une courbe de tendance et de nous rendre compte que l'évolution de la pression en fonction de la profondeur était une fonction affine.
Regressi: droite affine que nous avons tracé grace à la formule, elle représente l'augmentation de la température en fonction de la profondeur. (cliquez pour zoomer)
Profondeur en cm
0
5
Pression en hPa
1015
1022
1025
10
1030
15
20
1036
25
1040
Une nouvelles fois, nous avons appliqué une formule à nos résultats. Nous avons mis du temps à adapter les unités mais nous y sommes arrivés et avons sortit la formule:
(P-Pa)=p.g.h
Comme pour l'éxperience 1 nous cherchions P, nous avons donc isolé ce-dernier:
P=p.g.h + Pa
La pression P (en N/m3) dépend donc du produit entre la masse volumique p (en kg.m-3), la constante gravitationelle g (en N.kg-1) et la hauteur h (en m) additioné à la pression atmosphérique Pa (en N/m3).
Grace à cette éxperience nous avons pu démontrer qu'une augmentation de la profondeur engendrait une augmentation de la pression. Appliqué au modèle du geyser, cela permet de dire que plus le réservoir sera profond, plus l'eau subira une pression élevée.
Conclusion :
Ces deux expériences réalisées à la moitié de nos TPE nous ont permi de vérifier toutes les informations que nous avions recensées pendant ces semaines de recherches et aussi de nous éclairer grace à des modèles simples et équivoques sur les différents aspects physiques qui rentrent en compte dans le phénomène du geyser.