1)L’évaporation, générateur de débit de molécules d’eau
Toute surface de liquide d’eau a tendance à s’évaporer plus ou moins rapidement selon principalement le flux calorifique entrant et capté (selon l’enthalpie H) et selon l’équilibre local thermodynamique (il me semble selon l’énergie de Gibbs G = H - TS) qui dépend principalement du vent vertical et horizontal. En ce qui concerne l’énergie nécessaire à 1 bar environ pour évaporer 1 kg d’eau pure, celle-ci vaut environ 2250 Kjoules. Cette énergie est normalement toujours rigoureusement échangée. En ce qui concerne la cinétique, celle-ci est peut-être gouvernée aléatoirement par l’énergie G.
En pratique, on peut remarquer que l’évaporation principale s’effectue au niveau des mers et des océans et que cette humidité vapeur se transforme en haute altitude en fines particules de glace (ou éventuellement d’eau : voir équilibre T, P de l’eau dans ses 3 états vapeur, liquide et solide). Les nuages ainsi formés sont déplacés vers les continents (voir ci-après) puis se compactent et chutent en se réchauffant sous forme de pluie, de neige ou de grêle.
En ce qui concerne les lacs, si ceux-ci sont rapprochés et étendus, ils constituent également une source de nuages mais correspondent, il me semble, à un refroidissement de la
température.
2)La thermodynamique comme cadre d’études approchées pointues
La thermodynamique peut être définie comme la science qui étudie l’évolution, la dynamique des corps élémentaires en entier (opposé au nucléaire) ou ensemble de corps entiers du point de vue macroscopique en extrapolant la physique quantique simple par la physique statistique avec comme paramètre principal la définition de la température (Kelvin (référence tous les corps entiers à énergie nulle à 0°K), Celsius (référence eau : de la solidification à
l’évaporation : 100) ou autres).
La thermodynamique est surtout associée à l’énergie que l’on associe à des groupes de corps.
L’observation de base est que, dans la majorité des cas, l’énergie est équirépartie au prorata des différents mouvements admis (par des transitions quantiques) translation, rotation, vibration, oscillation, etc… . De ce principe découle le type de formule statistico-quantique à la base : probabilité % e-E/kT
avec E : Energie de l’ensemble considéré k : 1.38 10-23 J/K constante de Boltzmann
T : Température rapportée à l’énergie nulle (sans le nucléaire) : 0°K
C’est la définition statistique de la température par la constante de Boltzmann qui la lie à l’énergie interne de mouvement. Le nombre de molécules (ou d’atomes) par molécule-gramme (ou atome-molécule-gramme) vaut quant à lui 6.023 1023 molécules par moles (Nombre d’Avogadro).
En étudiant plus en détail les équations et la réalité, l’entropie a été définie. Celle-ci est représentative du désordre qui, sans force extérieure réorganisant, ne fait que croître (second principe, le premier dit que l’énergie est conservée). Le contre-exemple que je me risque à avancer est l’organisation de l’atmosphère avec du N2 , O2 , H2O qui est organisé par la montée de l’eau jusqu’au nuage où elle est limitée en hauteur par la thermodynamique ne créant pas d’entropie mais celle-ci étant variable selon la météorologie et climatologie.
En pratique, la thermodynamique est gouvernée par 4 grandeurs fondamentales énergétiques : Modèle théorique
(base volume particules élémentaires = constante , Tableau de Mendeleiev) E(J/kg) = U(J/kg)
F(J/kg) = U – TS
avec U : Energie interne T : Température en °K S : Entropie (J/kgK) Modèles pratiques
(base pression = constante = réalité le plus souvent) H(J/kg) = U + pV : utilisation en mécanique
G(J/kg) = U+ pV – TS : utilisation en chimie avec p : pression(N/m2 )
V : Volume massique (m3/kg) = 1/ (densité en kg/m3)
3)Les distributions statistiques et leurs utilisations en physique quantique
Il existe 3 distributions principales : la distribution de Maxwell-Boltzmann pour les énergies des atomes entiers, la distribution de Bose-Einstein pour l’interaction par les électrons et la création subsécantes de lumière et la distribution de Fermi-Dirac pour les électrons dans leurs mouvements énergétiques.
La distribution de Maxwell-Boltzmann est caractérisée par la famille d’équations :
e-E/kT avec E : Energie de l’ensemble considéré
k : 1.38 10-23 J/K constante de Boltzmann
T : Température rapportée à l’énergie nulle (sans le nucléaire) : 0°K
Pour arriver à la réalité, on remarque et impose le postulat d’équiprobabilité dès que des seuils sont franchis.
La distribution de Bose-Einstein est caractérisée par la famille d’équations :
1/( eh/kT-1) avec h : Contribution de l’énergie infrarouge, lumineuse et ultraviolette kT : Contribution de l’énergie de mouvement des atomes et molécules La réalité est bien montrée par une probabilité d’apparion entre telle et telle valeur.
Les distributions de Fermi-Dirac ne sont pas reprises dans ce livre.
L’entropie est une mesure du nombre de possibilité d’échanges le plus important. Dans la majorité des cas, la thermodynamique par son second principe impose donc un désordre croissant.
On peut la caractériser par l’équation suivante : S = Q/T + Si
S : Entropie
Q : Chaleur fournie T : Température considérée
Si : Augmentation de possibilités de mélange et ainsi d’entropie
On peut remarquer qu’il existe des exceptions qui sont dues à des forces de réorganisation : 1)en mécanique la poussée d’Archimède pour l’atmosphère : le plus léger a le plus tendance à monter : vapeur (H2O : 18=X)), azote (N2 : 28=X), oxygène (O2 : 32=X) et dioxyde de carbone (CO2 : 44 =X). Le nombre d’Avogadro, nombre d’atomes / atome-gramme, nombre de molécules / mole, nombre de molécules / X grammes de molécules vaut 6.02474 1023. 2)en électricité par la force coulombienne : La force électromagnétique est donnée par
F = qE + Fmagn avec Fmagn = /l Wmagn .La force magnétique minimise bien l’énergie en collant au principe d’équirépartition d’énergie et en minimisant le travail total mais la force du champ électrique réorganise et ordonne les électrons.
3)en chimie, on peut, par exemple, remarquer que, lorsque l’énergétique et leur cohésion le permet, il se passe une décantation même fluides qui est une de toutes les possible, et très très très très rare, organisations qui se passe(nt).
5)La vitesse des vents par équilibrage volumique avec comme conséquence la pression locale
Localement, on peut décomposer l’air en ses principaux éléments : l’oxygène, l’azote, l’eau sous une quelconque de ses formes et le dioxyde de carbone. On peut définir à ce moment là, la variation densité et de pression en fonction de la hauteur :
Equation des gaz parfaits : P(h)/(h) = i(h)* Ri(h)*T(h) avec P(h) : Pression absolue locale mesurée (Pa)
(h) : Densité locale (kg/m3)
i(h) : Pourcentage de composant : oxygène, azote, eau ou dioxide de carbone Ri(h) : Constante du gaz (J / kg K)
T (h) : Température (K)
Equilibre vertical de pression (Archimède) : P(h) = (h) * g(h) * h avec P(h) : Pression absolue mesurée localement (Pa)
(h) : Densité locale (kg/m3)
g (h) : force de gravité constante = 9.81 m / s2
h : hauteur (m)
L’intégration de ces équations doit se faire verticalement pour voir localement l’état du ciel.
La pression différentielle existant entre les différents lieux de l’atmosphère amène des vents dont les équations de Navier-Stokes où l’on peut généralement négliger les effets visqueux amène une approche de la détermination scientifique des vents. Pour être plus précis, il faut également tenir compte des variations locales de température donnant des variations locales de densité. En réalisant des modélisations par cette méthode (en y incluant les effets
d’inertie de rotation par Coriolis et on arrive à un modèle stable avec de la pluie progressive.
Seulerment la réalité de la météorologie est beaucoup plus à assimiler au comportement d’un animal sauvage en résumé la modélisation scientifique précise arrive ici sur une limite. Le modèle précis est correct et stable alors que la réalité est assez aléatoire comme par exemple pour un nuage ou des vents violents.
Le modèle théorique s’approche cependant de la réalité dans l’ensemble sans tenir compte des variations rapides. A ce titre, on peut remarquer le modèle stable de l’eau schématisé ci-après :
On peut comparer à titre d’exemple la pluviosité à proximité de la Méditerranée ( mer bleue transparente) qui est faible avec la pluviosité à proximité de la mer du Nord (mer verdâtre presque opaque) qui est assez forte.
6)La pluie comme évacuation des nuages
Comme expliqué ci-dessus lorsque la concentration en humidité associé à la taille des gouttes et aux éléments déclencheurs, provoque la création de gouttes dont la vitesse naturelle relative est plus importante que la vitesse relative d’élévation et le mouvement brownien :
vlim = (2 * g * S * Réq * eau / ( 1 + cx ) / air / S) vélévation =%= 2 * (h g –R T)
vbrownien est déterminé quant à lui en fonction de la température (agitation moléculaire en translation avec Boltzmann) et des coefficients de diffusion
De cette manière les nuages se désagrègent petit à petit ou d’un seul coup rapidement et le ciel bleu succède à un ciel nuageux par diminution de l’humidité de l’atmosphère.
On peut remarquer, d’un avion, que généralement les nuages ne dépassent pas un certain plafond (8000 m normalement) qui correspond à la terminaison à 0.25 bar de la séparation entre les constitution stable solide et vapeur inférieure à 10°C. Les courbes
thermodynamiques varient peut-être selon la latitude et je n’ai su obtenir que des approches qui sont en Europe relativement bien corrélées à première vue. En conséquence au delà de la limite thermodynamique, la vapeur H2O ne s’élève pas plus haut et seuls subsistent les gaz oxygène et azote pour la haute atmosphère.
7)Les déserts zones d’absorption rapides de l’eau
Dans les zones où un désert existe, la majorité du sol est constitué de sable. De ce fait lorsque de la pluie tombe sur ce sol, elle est rapidement absorbée par le sol et n’est donc plus
utilisable. Il s’agit alors de récupérer cet eau lorsqu’elle tombe ou alors vivre près des oasis où celle-ci se concentre. Dans ces endroits la vie est difficile car il existe peu de verdure qui permet de recycler le CO2 (voir ci-après).Du fait du vent, il n’y a pas de difficulté de vie avec
8)Les marées et la lune
L’influence newtonienne de la lune sur les mers et les océans provoquent les marées qui atteignent des extrema aux équinoxes, soient en mars et septembre. Les marées sont un phénomène très stable harmonique. La fréquence le la lune est de 1 par jour et la fréquence des marées complètes est de 2 par jour. Une tentative d’explication en physique quantique de grands ensembles est de considérer qu’il y a masquage partiel de la force de gravité
newtonienne par les masses d’eau voisine qui sont alors la captation de ces forces de gravités.
En toute logique, la marée la plus basse se voit alors lorsque la lune est à 45 °au-dessus de l’horizon de référence choisie et la marée la plus haute se voit lorsque la lune est à 45 ° de l’horizon exactement opposé à la référence.