MODELISATION DE LA TEMPERATURE MAXIMALE ET DU TAUX DE VAPEUR D’EAU

GENERALITES SUR LES VARIABLES A ETUDIER : TEMPERATURE MAXIMALE ET TAUX DE VAPEUR D’EAU 

LA TEMPERATURE 

La température, au sens ordinaire du mot, se présente à nous comme une valeur susceptible d’augmentation ou de diminution, caractérisant l’état d’un corps au point de vue des échanges possibles de chaleur entre ce corps et les corps extérieurs. Nos sens nous donnent la notion de corps chauds et de corps froids. La température est une grandeur intensive alors que la plupart des autres unités de mesure sont des grandeurs extensives. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert thermique entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se définit de plusieurs manières : comme fonction croissante du degré d’agitation thermique des particules, par l’équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l’entropie. La température est une variable importante dans d’autres disciplines : météorologie et climatologie, médecine, et chimie. Dans le domaine de la météorologie, la température de l’atmosphère s’écrit souvent T°. À proximité du sol, elle est prise sous abri à 2 mètres du sol.

Echelles et unités de mesure de température (http3)

La température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre et étudiée en thermométrie. La mesure d’une température est calibrée dans l’une des différentes échelles des températures: degrés Celsius, degrés Fahrenheit, degrés Kelvin, et degrés Rankine. L’unité S.I. de température est le kelvin (K);ainsi le degré Celsius (°C) est couramment utilisé. 

 L’échelle Kelvin 

Le mathématicien et physicien britannique sir William Thomson Kelvin au XIXe siècle inventait l’échelle Kelvin qui est l’échelle de température couramment employée dans les domaines scientifiques. L’échelle kelvin (K), unité SI de température, est défini comme la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l’eau. Il mesure la température absolue, grandeur définie par la thermodynamique. La température théorique la plus basse que l’on puisse approcher est le zéro absolu, à savoir 0 K, ou – 273,16 °C. 3 

L’échelle Celsius

L’échelle centésimale a été inventée en 1743 par l’astronome suédois Anders Celsius. Sur cette échelle, la température de congélation de l’eau est de 0 °C et sa température d’ébullition est de 100 °C sous pression atmosphérique. L’échelle Celsius est l’échelle de température utilisée dans la vie courante. Le Celsius (°C) est défini par la relation (1.1) suivante T (°C) = T(K)-273,16 (1.1)

 L’échelle Fahrenheit

L’une des plus anciennes échelles de température a été imaginée en 1720 par le physicien allemand Gabriel Daniel Fahrenheit. Sur cette échelle, à la pression de 1 atm, la température de congélation de l’eau est de 32 °F et sa température d’ébullition est de 212 °F. La température en Celsius est liée à la température exprimée en Fahrenheits par la relation (1.2) suivante : T(F) = 32 + 1,8 T (°C) (1.2) I-2-4-Le degré Rankine L’échelle Rankine (°R) n’est que la transposition en degré Fahrenheit de l’échelle des températures absolues Kelvin, nommée ainsi en l’honneur d’un pionnier de la thermodynamique : William John Macquorn Rankine (1820-1872). Le °R est égal à la température en °F + 459,67. Le tableau I ci-dessous nous donne les valeurs remarquables de la température. Tableau I : Récapitulation des points remarquables pour les différentes échelles de températures Kelvin Celsius Fahrenheit Rankine Zéro absolue 0 -273,16 -459,67 0 Température de fusion 273,15 0 32 491,67 Température d’ébullition 373,15 100 212 671,641 

VAPEUR D’EAU

 La vapeur d’eau est le gaz à effet de serre le plus important. Elle est définie comme l’eau présentée sous forme gazeuse. Sans la vapeur d’eau dans l’atmosphère, la planète Terre plonge dans une ère glaciale avec une température fictive de −18°C à la surface. 

Notion sur l’effet de serre 

L’effet de serre est un phénomène naturel qui permet à la planète Terre de retenir la chaleur fournie par le soleil et de maintenir la température acceptable et vivable. L’atmosphère laisse passer la lumière solaire mais emprisonne la chaleur. (Bu et Robert, 2008) 4 On peut distinguer deux types d’effet de serre : ❖ Effet de serre naturel qui est présenté par deux phénomènes bien distincts : -les rayons ultraviolets du soleil se jettent sur le sol terrestre et la terre en renvoie une partie de cette énergie vers le ciel. – Or, une couche de vapeur d’eau et de gaz empêche une partie de cette chaleur de repartir dans l’espace, d’où réchauffement de la planète ❖ Effet de serre additionnel L’augmentation de l’effet de serre due à l’activité humaine est constatée et incontestable Il est constaté que, depuis la mi-19ème siècle, la concentration de CO2 dans l’atmosphère a augmenté de 30 %, alors que la température moyenne du globe a augmenté de 0,6 % durant cette période. Depuis le début du 20 ième siècle, des études montrent que d’autres causes de réchauffement de la planète existent: irruptions volcaniques et radiations solaires. Mais leur impact est très largement inférieur à celui des concentrations de gaz à effet de serre d’origine humaine. • (LE TREUT et JANCOVICI, 2009) II-2-Les principaux gaz à effet de serre (http5) • La vapeur d’eau : L’effet de serre naturel est principalement dû à la vapeur d’eau : 0,3 % en volume soit 55 % de l’effet de serre et aux nuages : 17 % de l’effet de serre soit environ 72 % pour H2O, les 28 % restant étant pour l’essentiel le fait du CO2, porte la température moyenne à la surface de la Terre de −18 ° à +15 °C. • Le CO2 qui est généré par la combustion des combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et ses dérivés, les gaz par certains procédés industriels. la déforestation et les feux de brousse contribuent également à l’augmentation du taux du CO2 dans l’atmosphère. • Le méthane CH4 émis par l’élevage des bovins, les déjections animales et les cultures agricoles le riz par exemple, par la mise en décharges des déchets organiques. Le méthane est un gaz plutôt rare mais plus efficace par rapport au CO2. Son pouvoir sur l’effet de serre est de 21 fois celui du CO2. • Les gaz fluorés (HFC, PFC et SF6) sont utilisés dans la réfrigération et l’air conditionné dans les mousses isolantes et les aérosols, l’industrie des semi-conducteurs et les appareils de transport d’électricité. Leur pouvoir de réchauffement va de 1300 fois à 23 000 fois celui du CO2. Le 4ème rapport du GIEC (Groupe des Experts Inter-Gouvernemental sur l’évolution du Climat) affirme que l’activité humaine serait responsable du réchauffement accru de la température depuis 30 ans, constaté dans chaque continent. Les activités humaines sont 5 probablement à l’origine de la progression de la sécheresse depuis 1970 et de la fréquence des épisodes de fortes précipitations. Le dernier rapport du GIEC, disponible publiquement depuis le lundi 08 octobre 2018, confirme et renforce la certitude de l’existence d’une augmentation de l’effet de serre due à l’activité humaine avec une augmentation 1 ,5°C de la température globale de la Terre (http6). Il donne des prévisions d’augmentation de la température moyenne du globe et d’élévation du niveau moyen des mers sur ce globe. Ainsi, selon les scénarios publiés dans le dernier rapport du GIEC, la température moyenne sur la terre s’élèverait en 2100 de 1,8° à 4°. Le niveau moyen des mers augmenterait entre 18 et 59 centimètres comparable à celle qui a fait basculer le climat il y a 14000 ans du dernier âge glaciaire vers le climat tempéré que nous connaissons aujourd’hui. Il faut souligner par ailleurs que les émissions et la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère sont cumulatives; aussi le réchauffement, malgré des mesures de réduction des émissions, aura tendance à augmenter durant le 22ème siècle. (PLANET, 2009) Pour les îles comme Madagascar, l’élévation du niveau de la mer devrait intensifier les inondations, les ondes de tempête, l’érosion et d’autres phénomènes côtiers dangereux, menaçant l’infrastructure, les établissements humains et les installations vitales pour les populations insulaires.