Séquence d'apprentissage : stabilité et instabilité des masses d'air

1. Objectif du module

A la fin de ce module, vous devriez être capable d'expliquer pourquoi une masse d'air chaude est stable tandis qu'une masse d'air froide est instable.

2. Prérequis

Ce module contient des prérequis indispensables. Pour suivre cet apprentissage, vous devez connaître la notion de densité et implicitement les mouvements de convection.

Voici un test qui vous permettra de vérifier vos connaissances.

Il vous est conseillé de lire a voix haute l'ensemble de ce module.

  • 1.Pourquoi remplit-on les ballons à air avec de l'air que l'on chauffe plutôt qu'avec de l'air froid ?

  • 2.Qu'est-ce qui est plus léger : l'air chaud ou l'air froid ?

    Réponses :

    Question 1 : car l'air chaud est moins dense que l'air froid et s'élève alors que l'air froid a tendance à descendre.

    Question 2 : l'air chaud est plus léger que l'air froid car il est moins dense.

  • Si votre réponse est partielle (vous n'avez pas parlé de densité de l'air) comparée à celle qui vous est donnée, reportez-vous à la notion de Densité de l'air.

  • Si vous avez répondu en fonction de la densité de l'air qui a tendance à s'élever ou à descendre, passez tout de suite au point suivant : 3. Pré-test.

    3. Pré-test

    Ce pré-test porte sur les notions à apprendre durant le module.

    1. Que signifie température relative de l'air ?
    a. une température approximative
    b. une température comparée à une autre température
    c. une température moyenne
    d. la différence entre deux températures

    2. Comparé à l'air froid, l'air chaud est-il :
    a. plus dense
    b. de même densité
    c. moins dense

    3. L'air chaud est-il stable ou instable ?

  • Cliquez sur 7. Corrigé du pré-test pour voir le corrigé de ce test.

    4. Module

    4.1 Température relative de l'air :

    Dans le premier cas, la température de l'air est basse comparée à celle du sol. Dans le second cas, la température de l'air est élevée comparée à celle du sol.

    4.2 Densité de l'air :

    La densité représente la proportion de particules dans un volume donné. Cela signifie que dans une masse d'air donnée, il y a un certain nombre de particules. Ces particules sont plus ou moins nombreuses selon la température de la masse d'air.

    Si on chauffe une masse d'air, les particules auront besoin de plus de place pour se déplacer. Par conséquent, elles seront moins nombreuses dans la masse d'air. La masse sera alors moins dense.

    4.3 Stabilité et instabilité de l'air :

    Voici une schématisation des mouvements de l'air. Ils sont détaillés en quatre étapes successives de manière à restituer le plus fidèlement possible leur progression cyclique et leur durée.

    Etape 1:

    Une masse d'air froide par rapport à une masse d'air chaude a une densité élevée, elle est plus "lourde" et a donc tendance à rester stabilisée près du sol.

    Etape 2:

    Imaginez maintenant cette même masse d'air froide mais cette fois, le sol est plus chaud que dans la première étape : il va réchauffer la partie basse de la masse d'air.

    Etape 3:

    La partie de la masse d'air en contact avec le sol s'est réchauffée et va s'élever à travers la masse froide. C'est pourquoi on dit que la masse d'air froide est instable.

    Etape 4 :

    On passe alors par une phase où la masse contient de l'air chaud et de l'air froid mélangé, jusqu'à ce que finalement, la masse d'air chaude s'élève et se retrouve au-dessus de la masse d'air froide.

    Ce mouvement d'air détaillé ici en quatre étapes est continu et se répète. C'est-à-dire que la partie inférieure de la masse d'air va se réchauffer, et s'élever à travers la masse d'air.

    Ce mouvement vertical de l'air avec transfert de chaleur s'appelle une convexion.

    5. Synthèse

    Cette synthèse vous permettra de relever les points importants de ce module. On peut donc expliquer les mouvements de l'air en comparant deux situations :

    Première situation

    L'air est dit froid car on le compare à la température du sol qui est plus chaude.

    Dans cette première situation, le sol chaud va réchauffer la partie inférieure de la masse d'air froide. Par la chaleur, cette partie va devenir moins dense, donc plus légère. Elle va s'élever à travers la masse froide. On dit que la masse d'air froide est instable.

    Deuxième situation

    L'air est dit chaud car on compare sa température à celle du sol qui est plus froid.

    Dans ce cas, le sol va refroidir la masse d'air. Celle-ci deviendra plus dense et se maintiendra proche du sol. On dit que la masse d'air chaude est stable.

    6. Test

    Voici le test final qui vous permettra de déterminer si vous avez acquis les informations apportées dans le module.

    Question 1
    L'air est dit froid s'il est en contact avec une masse plus chaude et inversément, il sera dit chaud s'il est en contact avec une masse plus froide.

    De quel phénomène météorologique s'agit-il ?

    Question 2
    Dans quel cas la masse d'air est-elle plus légère, a ou b ?

    Question 3
    Dans quel cas la masse d'air est-elle plus dense, a ou b ?

    Question 4
    Dans quel cas y a-t-il un mouvement de convexion, a ou b ?

  • Cliquez sur 8. Corrigé du test pour voir le corrigé.

    • 7. Corrigé du pré-test

    Question 1
  • La bonne réponse est b.

    On dit que l'air a une température relative, lorsqu'on compare deux températures qui sont en contact. L'air est dit froid s'il est en contact avec une autre masse plus chaude et inversément, il sera dit chaud s'il est en contact avec une masse plus froide.

  • Réponses erronées:

    a.Vous ne pouvez pas répondre qu'il s'agit d'une température approximative car cela signifierait une température qui n'approche que de loin la réalité.

    c. Il ne s'agit pas d'une température moyenne, c'est-à-dire ni chaude ni froide.

    d. Ce n'est pas non plus la différence entre deux températures. En effet, on ne soustrait pas une température à une autre température.

    • Question 2
  • La bonne réponse est c.

    L'air chaud est moins dense que l'air froid. Pour une réponse plus détaillée, vous pouvez voir la notion de Densité de l'air.

    • Question 3
    L'air chaud est plutôt instable. Pour une réponse plus détaillée, voir la notion suivante: 4.3 Stabilité et instabilité de l'air.

    8. Corrigé du test

    Réponse 1
    Il s'agit du phénomène de la température relative.

    Réponse 2
    C'est dans le premier cas que la masse d'air est plus légère. En effet, elle est réchauffée par le sol et aura tendance à s'élever.

    Réponse 3
    Dans le deuxième cas. La masse d'air est plus dense, car plus froide.

    Réponse 4
    Il y a mouvement de convexion dans la cas a. En effet, la masse d'air est réchauffée par le sol et peut alors s'élever.
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