Cours 2 - Propriétés de l'eau : lumière et chaleur

Question 1

Quel est l’une des caractéristiques les plus importante de l’eau ?

Answer 1

Sous forme liquide aux températures et pressions atmosphériques retrouvées sur la majorité de la planète

Question 2

Qu’est-ce qui dictent les conditions sous lesquelles l’eau est liquide ?

Answer 2

La polarité des molécule d’eau et sa propension à former des liaisons hydrogènes entre molécules

Question 3

Qu’est-ce qui fait que l’eau est retrouvé sous forme liquide à température ambiante ?

Answer 3

Sans les liaisons H retrouvés dans l’eau liquide, l’eau serait gazeuse à température ambiante.

Question 4

Que se passe-t-il avec la structure des molécules d’eau lorsque cette dernière gèle ?

Answer 4

Les molécules forment des structures tétrahédrales qui réduisent sa densité (rare que densité plus grande à l’état liquide de solide)

Question 5

Selon quoi varie la densité de l’eau ?

Answer 5

Selon sa température et la quantité d’ions dissous.

Question 6

Par quoi est causé la stratification thermique des lacs ?

Answer 6

La variation de la densité de l’eau en fonction de sa température et de la quantité d’ions dissous.

Question 7

Est-ce que les gaz ont aussi un effet sur la densité de l’eau ?

Answer 7

Oui

Question 8

Comment varie la densité de l’eau en fonction de la température de l’eau ?

Answer 8

La relation n’est pas linéaire :

• Entre 0C et 4C, la densité augmente
• Au dessus de 4C la densité diminue

Question 9

Quelles sont les propriétés de l’eau ?

Answer 9

• Un des meilleurs solvants et peut dissoudre autant des gaz que des ions solides/liquides
• Sa viscosité
• Adhésion et cohésion déterminent sa tension superficielle, qui est plus élevée que la plupart des liquides organiques
• Pression augmente avec la profondeur et la solubilité des gaz est proportionnelle à la pression

Question 10

Comment est-ce que la propriété de l’eau à être un bon solvant a influencé la géomorphologie de la surface terrestre ?

Answer 10

L’eau dissout les ions des roches et fournit ainsi des nutriments à la biosphère.

Question 11

Qu’est-ce que des terres continentales karstiques ?

Answer 11

Formations géologiques où l’eau a érodé et dissous les roches calcaires

Question 12

Qu’est-ce que la viscosité d’un liquide ?

Answer 12

Sa propriété à résister à l’écoulement ou à changer de forme

Question 13

Comment varie la viscosité de l’eau en fonction de la température ?

Answer 13

Inversement proportionelle

Question 14

Qu’est-ce que l’adhésion et la cohésion ?

Answer 14

• Tendance à coller aux autres surfaces
• Résistance à être séparée - liaisons H

Question 15

Comment peut-on décrire une surface qui adhésion>cohésion ?

Answer 15

Interface est hydrophile (mouillé)

Question 16

Donnez un exemple où un organisme tire profit d’une surface plus hydrophile ?

Answer 16

• Nécessaire pour les espèces respirant sous l’eau

Question 17

Comment peut-on décrire une surface où cohésion>adhésion ?

Answer 17

L’interface est hydrophobe (imperméable)

Question 18

Donnez un exemple où un organisme tire profit d’une surface plus hydrophobe ?

Answer 18

• Nécessaire pour plusieurs insectes respirant à la surface, pour réduire les entrées d’eau dans le corps d’organismes aquatiques, pour réduire la colonisation/prolifération d’organismes attachés sur la surface

Question 19

Qu’est-ce qui explique la capillarité de l’eau ? **

Answer 19

La tension de l’eau (capacité des molécules d’eau à adhérer aux surfaces et entre elles)

Question 20

Comment varie la solubilité des gaz en fonction de la pression ?

Answer 20

Proportionnelle

Question 21

Quelle est la principale source d’énergie des habitats aquatiques ?

Answer 21

La lumière

Question 22

Par quoi est limitée la productivité dans les milieux aquatiques ?

Answer 22

Par l’énergie disponible pour la photosynthèse

Question 23

Par quoi est déterminé le profil thermique des lacs ?

Answer 23

Par l’énergie solaire qui y pénètre

Question 24

L’atmosphère est perméable à quel type d’onde ?

Answer 24

Aux radiations d’onde courtes (radiations solaires ont une énergie élevée) mais absorbe les ondes longues (terre émet des ondes longues)

Question 25

Qu'est-ce qui contribue à l'effet de serre ?

Answer 25

L'atmosphère est réchauffée par le bas via les ondes longues et la convection (échange de chaleur entre molécules gazeuses)

Question 26

Qu'est-ce qui détermine la longueur d'onde de l'énergie émise ?

Answer 26

La température d'un corps détermine la longueur d'onde de l'énergie qu'il émet

Question 27

Qu'est-ce que la lumière ?

Answer 27

Une séquence perpétuelle d'ondes. Elle contient des paquets d'énergie photons

Question 28

Comme varie l'énergie en fonction de la fréquence et de la longueur d'onde ?

Answer 28

Proportionnelle à la fréquence, mais inversement proportionnelle à la longueur d'onde

Question 29

Qu'est-ce qui cause principalement le ciel orange/rose au couché de soleil ?

Answer 29

L'angle d'incidence des rayons solaires est le facteur prédominant

Question 30

Pourquoi l'angle d'incidence des rayons solaires est le facteur prédominant au ciel orange/rose ?

Answer 30

- Les longueurs d'ondes courtes sont davantage diffusés par l'O2, l'ozone, la vapeur d'eau, le CO2. - À l'aube et au crépuscule, la lumière traverse une plus grande distance = grande proportion des longues longueurs d'ondes est absorbée (ciel rouge)

Question 31

Qu'est-ce qui influence la couleur d'un lac ?

Answer 31

- Le profil de lumière qui atteint le lac durant la journée - La proportion de la lumière diffusée et absorbée (eau pure = bleue, plus particules en suspension, plus lumière ondes courtes absorbée et ondes longues diffusée (vert, jaune)

Question 32

Qu'est-ce qui fait varier la quantité de lumière qui pénètre l'eau dans un lac ?

Answer 32

Le mouvement à la surface et l'angle de la lumière

Question 33

Quel est le destin de la lumière qui atteint un lac ?

Answer 33

- Absorbée - Réfléchie (par des particules en suspension) - Diffusée vers le bas

Question 34

Quel est le phénomène d'atténuation de la lumière ?

Answer 34

L'intensité lumineuse décroit de façon logarithmique avec la profondeur

Question 35

Qu'est-ce qu'un lac oligotrophe ?

Answer 35

Milieu aquatique pauvre en éléments nutritifs et présentant une productivité faible. Grande quantité d’oxygène dissous

Question 36

Qu'est-ce qu'un lac mésotrophe ?

Answer 36

État transitoire d’un lac entre l’oligotrophie et l’eutrophie, caractérisé par un enrichissement en matières organiques, une productivité moyenne, et un certain déficit en ozygène dissous

Question 37

Qu'est-ce qu'un lac eutrophe ?

Answer 37

Milieu aquatique riche en substance nutritives et présentant une productivité élevée. Pauvre en oxygène dissous (anoxie)

Question 38

Qu'est-ce qu'une zone euphotique ?

Answer 38

Région allant de la surface à la profondeur où 99% de la lumière reçue à la surface a disparue (intensité lumineuse minimale requise pour la photosynthèse)

Question 39

Comment peut-on quantifier l'atténuation lumineuse ?

Answer 39

- Disque de Secchi - Note la profondeur à laquelle le disque n'est plus visible - Correspond environ à profondeur où reste environ 10% de la lumière - Influencée par lumière ambiante et observateur - Relation entre profondeur de Secchi et quantité de lumière disponible pas linéaire

Question 40

Quel est le principal pigment photosynthétiques des algues du phytoplancton qui absorbent spécifiquement certaines longueurs d'ondes de la lumière ?

Answer 40

La chlorophylle a qui absorbe le bleu et le rouge

Question 41

Qu'est-ce qui arrive avec la couleur d'un lac lorsqu'il devient de plus en plus eutrophe ?

Answer 41

Plus la lumière bleue est absorbée (chlorophylle a) et plus la verte diffusée est réfléchie

Question 42

Qu'est-ce que les pigments appelés phycobilines ?

Answer 42

- Les cyanobactéries et les algues rouges ont ces pigments - Permettent de transférer la lumière verte à la chlorophylle a pour la photosynthèse

Question 43

Pourquoi retrouve-t-on des cyanobactéries à de plus grandes profondeurs dans un lac eutrophe, malgré la moins grande quantité de lumière ?

Answer 43

Utilisent le vert non absorbé par les algues supérieures qui utilisent surtout le bleu et le rouge (grâce aux pigments appelés phycobilines)

Question 44

À quoi correspond une perte de lumière ?

Answer 44

Un gain de chaleur

Question 45

Comme perte de lumière = gain de chaleur, est-ce que le profil thermique selon la profondeur dans un lac devrait être similaire au profil de lumière ?

Answer 45

Non. L'eau se stratifie dans le lac car l'eau chaude moins dense repose par-dessus l'eau froid plus dense (à cause de l'effet de la profondeur)

Question 46

Quels sont les trois régions d'un lac selon leur profil thermique ?

Answer 46

- Epilimnion - Hypolimnion - Métalimnion (ou thermocline)

Question 47

Qu'est-ce que l'epilimnion ?

Answer 47

Couche uniforme d'eau chaude brassée par le vent

Question 48

Qu'est-ce que l'hypolimnion ?

Answer 48

Couche uniforme d'eau froide non affectée par le vent

Question 49

Qu'est-ce que la métalimnion (ou thermocline) ?

Answer 49

Zone intermédiaire où la température chute rapidement avec la profondeur

Question 50

Est-ce qu'il y a du brassage entre les deux strates d'eau ?

Answer 50

Non, même un ouragan affecte peu la stratification et il y a peu de brassage entre l'épilimnion et l'hypolimnion.

Question 51

De quoi dépend la stabilité des stratifications thermiques ?

Answer 51

De la différence de densité entre les couches (plus petites différences = moins grande stabilité) : - Dans les eaux froides, la stabilité des stratifications est moins grande

Question 52

Est-ce que la différence de densité est plus grande pour une même différence de température à température basse ou élevé ?

Answer 52

Température élevé, car à température élevé, la densité chute plus rapidement qu'à température basse

Question 53

Qu'est-ce que le brassage du printemps (turnover) ?

Answer 53

- Pas de différence de densité - Pas de résistance au brassage - Chaleur absorbée en surface est distribuée dans toute la colonne d'eau

Question 54

Qu'est-ce qui arrive à la stratification thermique au du printemps ?

Answer 54

- Jours plus longs et chauds fournissent plus de chaleur à la surface - L'eau de surface se réchauffe plus vite que la chaleur peut être redistribuée (résistance au brassage) - Épilimnion flotte sur l'hypolimnion et grande différence de densité

Question 55

Qu'est-ce qui arrive à la stratification thermique au fil de l'été ?

Answer 55

- Stratification thermique très forte - Décomposition du plancton mort peut mener à une baisse de l'oxygène dans l'hypolimnion (abondance de nutriments)

Question 56

Qu'est-ce qui arrive à la stratification thermique au fil de l'automne ?

Answer 56

- Différence de densité diminue au mesure que la couche supérieur se rafraichit - Brassage automnal = retourne oxygène aux eaux profondes et les nutriments à la surface

Question 57

Qu'est-ce qui arrive à la stratification thermique au fil de l'hiver ?

Answer 57

- Stratification inverse (eau de surface plus froide et eau à 4C flotte sur celle-ci) - Glace empêche le vent de mélanger l'eau froide avec l'eau plus profonde

Question 58

Quels sont les différents types de lacs selon le brassage ?

Answer 58

- Amictique - Holomictique - Méromictique

Question 59

Qu'est-ce qu'un lac amictique ?

Answer 59

Aucun brassage car le lac est gelé. Surtout en Antarctique, quelques uns à de très haute altitudes

Question 60

Qu'est-ce qu'un lac holomictique ?

Answer 60

Le lac se mélange complètement (de la surface au fond)

Question 61

Qu'est-ce qu'un lac méromictique ?

Answer 61

Ne se mélange jamais complètement à cause de l'accumulation de composés dissous dans la couche la plus profonde (comme le sel)

Question 62

Quels sont les différentes catégories de lacs holomictiques ?

Answer 62

- Monomictiques - Dimictiques - Polymictiques

Question 63

Qu'est-ce qu'un lac monomictique ?

Answer 63

Une seule période annuelle de brassage (peuvent être lacs monomictiques froids ou chauds)

Question 64

Qu'est-ce qu'un lac dimictique ?

Answer 64

Deux périodes de brassage, et deux stratifications différentes

Question 65

Qu'est-ce qu'un lac polymictique ?

Answer 65

Se mélangent plusieurs fois par année (peuvent être chauds ou froids)

Question 66

Comment est-ce que les lacs méromictiques sont stratifiés ?

Answer 66

Chimiquement

Question 67

Quelles sont les différentes strates des lacs méromictiques ?

Answer 67

- Thermocline - Chimiocline - Monimolimnion - Mixolimnion

Question 68

Qu'est-ce que le coefficient d'atténuation lumineuse (Kd) ?

Answer 68

La relation entre la distance de Secchi et la quantité de lumière photosynthétiquement disponible

Question 69

Quelles sont les variables du calcul d'atténuation ?

Answer 69

- Intensités lumineuses (I1 et I2) à deux profondeurs (z1 et z2) différentes

Question 70

Comment calcule-t-on le coefficient d'atténuation ?

Answer 70

Kd = ln(I1) - ln(I2) / (z2-z1) si on calcule par rapport à la surface, on a juste la profondeur z : Iz = I0 e^-Kd*z

Question 71

Qu'est-ce qu'un lac monomictique froid ?

Answer 71

- Une seule de période de brassage - Gelé tout l'hiver (stratification inverse) - Brassage bref pendant l'été - Lac arctiques et alpins

Question 72

Qu'est-ce qu'un lac monomictique chaud ?

Answer 72

- Une seule période de brassage - Stratification thermique en été - Ne gèle pas, brassage continuel en hiver