La machine atmosphère, l’effet de serre et les éclairs
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L’atmosphère de notre planète est une couche de gaz (et non d’air) qui entoure notre globe jusqu’à 80 km d’altitude (voir 120 km) même si l’essentiel de l’atmosphère est dans les dix premiers km . Sa masse est colossale : 5130 millions de tonnes .Ce fluide est compressible . Autrement dit, sous son propre poids, l’atmosphère se tasse, se comprime dans les parties basses du globe . La pression atmosphérique correspond justement au poids de la colonne d’air supérieur et donc, elle est plus élevée au bord de la mer qu’en altitude ou en montagne .Et, qui dit compression, dit échauffement . Qui dit détente, dit froid . C’est ce qui explique le fait qu’il fasse -40° à -50° vers 12 000, 15 000 mètres d’altitude .
Les climatologues qui étudient l’atmosphère, suivent l’évolution de ce fluide en prenant en compte les deux phénomènes auquel il est sensible : l’énergie du soleil et la rotation de la Terre .
Le rayonnement solaire, pour commencer, est la principale source d’énergie de l’atmosphère . Tous les mouvements (qui nécessitent par définition de l’énergie) qu’on y observe (nuages, vents, cyclones, tornades) en dépendent .
En quel que sorte, le soleil est le carburant de l’atmosphère . L’atmosphère reçoit les rayons du soleil par le dessus : 1367 Watts par m2 . 30% est réfléchis par l’atmosphère et les nuages, le reste atteint le sol . Une partie est absorbée par les océans qui la restitue ensuite plus tard à l’atmosphère .
Pour les terres émergées, elles vont remettre cette chaleur sous forme de rayons infra rouges . La vapeur d’eau, le gaz carbonique, les aérosols et l’ozone, absorbent alors ces rayons infra-rouge et les empêchent de retourner dans l’espace . La chaleur est donc emprisonné en surface . C’est l’effet de serre . C’est le même principe que les plaques de verre à la surface des cultures dans les champs . La lumière traverse la plaque et est ensuite prisonnière entre la terre et la plaque, les infra-rouges réfléchis étant bloqués .
Aujourd’hui, l’activité humaine augmente les gaz emprisonnant les infra rouges et augmente donc la température et l’effet de serre .
C’est le réchauffement climatique : les températures sont plus extrêmes suivant les zones : soient beaucoup plus chaudes, soient beaucoup plus froides, suivant les régions . Et, les équilibres thermiques se modifient . Les Etats-Unis pourraient devenir arides, et en Russie, la Taïga va fondre et les terres devenir fertiles . En observant l’atmosphère passée grâce à des bulles emprisonnées dans les glaces des pôles, nous savons que nous avons déjà connus des réchauffements climatiques mais jamais aussi rapide qu’aujourd’hui .
Les scientifiques pensent que ce réchauffement actuel n’est pas naturel et cyclique mais qu’il est sans doute du à l’activité humaine . Sur ce point, ils sont unanimes, même si ils restent qu’il n’en sont pas sûrs ….
Ils n’en sont pas sûr car la connaissance des températures à l’échelle du globe ne datent que de 100 ans (depuis 1900) et c’est trop peu ! L’échantillon d’observation est trop faible . Il reste que si, il s’avère exact que l’Homme est responsable, il ne faut pas attendre, car dans 30 ans, il sera déjà trop tard et les conséquences seront dramatiques et irréversibles . On ne peut donc qu’appliquer le principe de précaution et lutter contre le réchauffement de manière déterminée et dés maintenant malgré la réticences des lobbying comme les industries du pétrole ou du gaz . Le principe de précaution nous y oblige !
L’atmosphère est aussi caractérisé par des écarts de températures suivant les zones . Ces écarts de températures provoquent des mouvements de convection et anime le tout . C’est le principe de la thermo-dynamique : la chaleur est transmise des zones chaudes au zones froides pour atteindre l’équilibre thermique . C’est ce qui explique les vents réguliers . Et, ces écarts de températures, à la surface du globe, sont dus à l’axe de rotation de la Terre incliné de 23° . Le soleil ne chauffe donc pas la planète de façon régulière mais l’équateur reçoit plus d’énergie que les pôles . L’écart est de 100°C des zones les plus chaudes de la planète (déserts) aux zones les plus froides (pôles), ce qui n’est pas négligeable .
Les mouvements d’eau sont eux aussi importants pour modéliser correctement l’atmosphère .
Les océans piègent des calories à l’équateur et les redistribuent à des dizaines de milliers de kilomètres de là, jusqu’aux latitudes élevées . On peut suivre les mouvements d’eau et la températures grâce à des bouées (+ de 2000) qui dérivent sur les océans du globe et qui mesurent la température des eaux jusqu’à deux cent mètres de profondeur et retransmettent le tout aux satellites (Argos) .
Ainsi, la température de l’océan varie de +30°C en zone tropicale à -2°C en zones arctique ou antarctique . Et, le Gulf Stream qui est un courant marin qui va de 2 m / s à quelques cm / s, déplace quelques 100 millions de m3 d’eau chaude à 30°C chaque seconde vers l’océan atlantique nord ou il se refroidit aux alentours de 12°C .
Les vents influent également sur les courants marins car la moitié de l’énergie du vent crée des vagues et l’autre crée un courant de surface sur une profondeur de 100 m .
Notre planète est donc le siège d’énormes transferts d’énergie dus aux déplacements d’air et aux courants océaniques . Ces mouvements suivent des trajectoires courbes à cause de la rotation de la Terre et de la force de Coriolis . On voit alors apparaître des spirales : les perturbations (dépressions) et les anti-cyclones .
Pour finir, l’équilibre électrique de l’atmosphère est assuré grâce à la foudre :
L’éclair est la partie visible du phénomène et résulte d’un transfert de charge électriques entre deux nuages, dans le même nuage ou entre le nuage et la Terre .
Afin d’assurer l’équilibre électrique des charges suivant le principe des corps électriquement neutre, lorsqu’il y a un déséquilibre des charges et une différence de potentiel, il se crée une décharge électrique qui rétablit immédiatement l’équilibre entre les charges électriques opposées . Cette décharge électrique, c’est l’éclair . Il ne se produit que lorsque l’humidité dans l’air est importante et donc quand l‘air est relativement conducteur . L’éclair commence à l’intérieur du nuage et progresse par bond d’une centaine de mètres cherchant le chemin le moins résistant . Lorsqu’il arrive à une centaine de mètres du sol d’une zone ou règne un champ électrique élevé (clocher, arbre, phénomène des pointes), un second précurseur monte à sa rencontre . C’est le choc en retour . Une fois la jonction faite, il existe entre le nuage et le sol un canal conducteur ionisé gros comme le poing d’une main ou les charges positives s’engouffrent et montent du sol vers le nuage . La foudre ne tombe donc pas mais monte . Porté brusquement à plusieurs milliers de degrés, l’air se dilate, la pression change localement, ce qui engendre une onde sonore (entrechoquement des molécules) : C’est le tonnerre .
En conclusion, l’atmosphère est une machine mettant en jeu de formidables quantités d’énergies . Songez que dans les cumulo-nimbus de 10 à 15 km de hauteur, il n’est pas rare de voir de violents courants d’air verticaux ascendants se déplacer vers le sommet à plus de 200 km / h . Lorsque la machine atmosphère se fâche à l’occasion de tempêtes ou de tornades, les dégâts sur les installations humains sont parfois catastrophiques …..
La cuisine est un laboratoire de chimie ou le subjectif, le goût et l’odeur, l’emporte sur le mesurable . Les aliments sont des mélanges très complexes de familles de substances dont nous ne connaissons bien souvent pas la formule exacte .
La chimie de la cuisine a la caractéristique de créer des produits ayant du goût et des odeurs agréables .
Aussi, nous allons d’abord voir comment nous percevons ces goût et ces odeurs qui sont inséparables de la cuisine .
En faisant de la cuisine, nous détectons les molécules produites . Ces molécules n’ont d’odeur ou de saveur, que si elles sont volatiles ou solubles dans l’eau . Si elles sont volatiles, elles se dégagent des aliments sous forme de vapeur et produisent donc une odeur; l’odeur d’une soupe chaude, par exemple . Si elles sont solubles dans l’eau, elles diffusent à travers la salive jusqu’aux papilles (ce sont les récepteurs situés sur notre langue et reliés à des terminaisons nerveuses ; nous en avons près de 10 000 sur notre langue . ) et nous percevons alors un goût .
Je viens de vous expliquer comment les goûts et les odeurs sont perçus en cuisine, je vais maintenant vous présenter quelques exemples pour vous démontrer que la cuisine n’est que de la chimie .
Tout d’abord, parlons de la cuisson . C’est le point le plus délicat de la cuisine .
Cuire, c’est rendre les denrées assimilables et leur donner du goût .
L’apport en chaleur, lors de la cuisson, dégrade les grosses molécules et entraîne de nouvelles réactions chimiques qui aboutissent à de nouveaux composés chimiques aromatiques .
Par exemple, lors de la cuisson d’un rôti, les glucides et les acides aminés (constituants des protéines) réagissent avec les graisses chaudes et engendrent des arômes variés qui donnent au rôti cette odeur si caractéristique . Dans le même temps, la surface de la viande durcit parce que l’eau contenue dans les fibres s’évapore .
Un autre exemple :
Le refroidissement d’une soupe chaude est aussi l’occasion de phénomènes physiques :
La soupe est essentiellement constituée d’eau . A haute température, celle-ci s’évapore, la soupe « fume » . Cette évaporation (passage de l’état liquide à gazeux) s’accompagne d’un refroidissement de la soupe en surface . Mais, comme la soupe est épaisse, les courants de convection, c’est-à-dire la circulation naturelle entre le fond chaud et la surface tiède, ont du mal à s’établir . C’est pourquoi il est bon de remuer en même temps que de souffler .
Un dernier exemple permet de montrer que la cuisine est une chimie : le soufflé .
Dans un soufflé, la partie essentielle est constituée par un blanc d’œuf battu en neige . Le blanc est un mélange d’eau et de protéines . Ces protéines ont la propriété d’être tensio-active . C’est-à-dire, que les deux extrémités de la molécule sont différentes : l’une aime l’eau, l’autre l’air . Les protéines vont donc se placer à la limite de l’eau et de l’air . Les protéines du blanc d’œuf vont entourer les bulles d’air et les isoler de l’eau qu’il renferme . Plus on fouette le mélange , plus on fractionne les bulles d’air, qui ont moins tendance à remonter à la surface . Au cours de la cuisson et du phénomène de « montée » du soufflé, les protéines du blanc d’œuf coagulent sous la chaleur ce qui rigidifie les parois des bulles d’air . Dans le même temps, l’air emprisonné se dilate ce qui transforme les micro bulles en mini-ballons .Les bulles augmentent de volume et donc, le soufflé « monte » . Il ne faut pas trop chauffer sinon les bulles éclatent et le soufflé retombe .
Bref, ou que l’on se tourne, la cuisine est un magnifique laboratoire …
Dans tous les cas, savoir comment les réactions se produisent n’enlève rien au plaisir que nous avons de déguster …
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L’atmosphère de notre planète est une couche de gaz (et non d’air) qui entoure notre globe jusqu’à 80 km d’altitude (voir 120 km) même si l’essentiel de l’atmosphère est dans les dix premiers km . Sa masse est colossale : 5130 millions de tonnes .Ce fluide est compressible . Autrement dit, sous son propre poids, l’atmosphère se tasse, se comprime dans les parties basses du globe . La pression atmosphérique correspond justement au poids de la colonne d’air supérieur et donc, elle est plus élevée au bord de la mer qu’en altitude ou en montagne .Et, qui dit compression, dit échauffement . Qui dit détente, dit froid . C’est ce qui explique le fait qu’il fasse -40° à -50° vers 12 000, 15 000 mètres d’altitude .
Les climatologues qui étudient l’atmosphère, suivent l’évolution de ce fluide en prenant en compte les deux phénomènes auquel il est sensible : l’énergie du soleil et la rotation de la Terre .
Le rayonnement solaire, pour commencer, est la principale source d’énergie de l’atmosphère . Tous les mouvements (qui nécessitent par définition de l’énergie) qu’on y observe (nuages, vents, cyclones, tornades) en dépendent .
En quel que sorte, le soleil est le carburant de l’atmosphère . L’atmosphère reçoit les rayons du soleil par le dessus : 1367 Watts par m2 . 30% est réfléchis par l’atmosphère et les nuages, le reste atteint le sol . Une partie est absorbée par les océans qui la restitue ensuite plus tard à l’atmosphère .
Pour les terres émergées, elles vont remettre cette chaleur sous forme de rayons infra rouges . La vapeur d’eau, le gaz carbonique, les aérosols et l’ozone, absorbent alors ces rayons infra-rouge et les empêchent de retourner dans l’espace . La chaleur est donc emprisonné en surface . C’est l’effet de serre . C’est le même principe que les plaques de verre à la surface des cultures dans les champs . La lumière traverse la plaque et est ensuite prisonnière entre la terre et la plaque, les infra-rouges réfléchis étant bloqués .
Aujourd’hui, l’activité humaine augmente les gaz emprisonnant les infra rouges et augmente donc la température et l’effet de serre .
C’est le réchauffement climatique : les températures sont plus extrêmes suivant les zones : soient beaucoup plus chaudes, soient beaucoup plus froides, suivant les régions . Et, les équilibres thermiques se modifient . Les Etats-Unis pourraient devenir arides, et en Russie, la Taïga va fondre et les terres devenir fertiles . En observant l’atmosphère passée grâce à des bulles emprisonnées dans les glaces des pôles, nous savons que nous avons déjà connus des réchauffements climatiques mais jamais aussi rapide qu’aujourd’hui .
Les scientifiques pensent que ce réchauffement actuel n’est pas naturel et cyclique mais qu’il est sans doute du à l’activité humaine . Sur ce point, ils sont unanimes, même si ils restent qu’il n’en sont pas sûrs ….
Ils n’en sont pas sûr car la connaissance des températures à l’échelle du globe ne datent que de 100 ans (depuis 1900) et c’est trop peu ! L’échantillon d’observation est trop faible . Il reste que si, il s’avère exact que l’Homme est responsable, il ne faut pas attendre, car dans 30 ans, il sera déjà trop tard et les conséquences seront dramatiques et irréversibles . On ne peut donc qu’appliquer le principe de précaution et lutter contre le réchauffement de manière déterminée et dés maintenant malgré la réticences des lobbying comme les industries du pétrole ou du gaz . Le principe de précaution nous y oblige !
L’atmosphère est aussi caractérisé par des écarts de températures suivant les zones . Ces écarts de températures provoquent des mouvements de convection et anime le tout . C’est le principe de la thermo-dynamique : la chaleur est transmise des zones chaudes au zones froides pour atteindre l’équilibre thermique . C’est ce qui explique les vents réguliers . Et, ces écarts de températures, à la surface du globe, sont dus à l’axe de rotation de la Terre incliné de 23° . Le soleil ne chauffe donc pas la planète de façon régulière mais l’équateur reçoit plus d’énergie que les pôles . L’écart est de 100°C des zones les plus chaudes de la planète (déserts) aux zones les plus froides (pôles), ce qui n’est pas négligeable .
Les mouvements d’eau sont eux aussi importants pour modéliser correctement l’atmosphère .
Les océans piègent des calories à l’équateur et les redistribuent à des dizaines de milliers de kilomètres de là, jusqu’aux latitudes élevées . On peut suivre les mouvements d’eau et la températures grâce à des bouées (+ de 2000) qui dérivent sur les océans du globe et qui mesurent la température des eaux jusqu’à deux cent mètres de profondeur et retransmettent le tout aux satellites (Argos) .
Ainsi, la température de l’océan varie de +30°C en zone tropicale à -2°C en zones arctique ou antarctique . Et, le Gulf Stream qui est un courant marin qui va de 2 m / s à quelques cm / s, déplace quelques 100 millions de m3 d’eau chaude à 30°C chaque seconde vers l’océan atlantique nord ou il se refroidit aux alentours de 12°C .
Les vents influent également sur les courants marins car la moitié de l’énergie du vent crée des vagues et l’autre crée un courant de surface sur une profondeur de 100 m .
Notre planète est donc le siège d’énormes transferts d’énergie dus aux déplacements d’air et aux courants océaniques . Ces mouvements suivent des trajectoires courbes à cause de la rotation de la Terre et de la force de Coriolis . On voit alors apparaître des spirales : les perturbations (dépressions) et les anti-cyclones .
Pour finir, l’équilibre électrique de l’atmosphère est assuré grâce à la foudre :
L’éclair est la partie visible du phénomène et résulte d’un transfert de charge électriques entre deux nuages, dans le même nuage ou entre le nuage et la Terre .
Afin d’assurer l’équilibre électrique des charges suivant le principe des corps électriquement neutre, lorsqu’il y a un déséquilibre des charges et une différence de potentiel, il se crée une décharge électrique qui rétablit immédiatement l’équilibre entre les charges électriques opposées . Cette décharge électrique, c’est l’éclair . Il ne se produit que lorsque l’humidité dans l’air est importante et donc quand l‘air est relativement conducteur . L’éclair commence à l’intérieur du nuage et progresse par bond d’une centaine de mètres cherchant le chemin le moins résistant . Lorsqu’il arrive à une centaine de mètres du sol d’une zone ou règne un champ électrique élevé (clocher, arbre, phénomène des pointes), un second précurseur monte à sa rencontre . C’est le choc en retour . Une fois la jonction faite, il existe entre le nuage et le sol un canal conducteur ionisé gros comme le poing d’une main ou les charges positives s’engouffrent et montent du sol vers le nuage . La foudre ne tombe donc pas mais monte . Porté brusquement à plusieurs milliers de degrés, l’air se dilate, la pression change localement, ce qui engendre une onde sonore (entrechoquement des molécules) : C’est le tonnerre .
En conclusion, l’atmosphère est une machine mettant en jeu de formidables quantités d’énergies . Songez que dans les cumulo-nimbus de 10 à 15 km de hauteur, il n’est pas rare de voir de violents courants d’air verticaux ascendants se déplacer vers le sommet à plus de 200 km / h . Lorsque la machine atmosphère se fâche à l’occasion de tempêtes ou de tornades, les dégâts sur les installations humains sont parfois catastrophiques …..
La chimie de la cuisine
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La cuisine est un laboratoire de chimie ou le subjectif, le goût et l’odeur, l’emporte sur le mesurable . Les aliments sont des mélanges très complexes de familles de substances dont nous ne connaissons bien souvent pas la formule exacte .
La chimie de la cuisine a la caractéristique de créer des produits ayant du goût et des odeurs agréables .
Aussi, nous allons d’abord voir comment nous percevons ces goût et ces odeurs qui sont inséparables de la cuisine .
En faisant de la cuisine, nous détectons les molécules produites . Ces molécules n’ont d’odeur ou de saveur, que si elles sont volatiles ou solubles dans l’eau . Si elles sont volatiles, elles se dégagent des aliments sous forme de vapeur et produisent donc une odeur; l’odeur d’une soupe chaude, par exemple . Si elles sont solubles dans l’eau, elles diffusent à travers la salive jusqu’aux papilles (ce sont les récepteurs situés sur notre langue et reliés à des terminaisons nerveuses ; nous en avons près de 10 000 sur notre langue . ) et nous percevons alors un goût .
Je viens de vous expliquer comment les goûts et les odeurs sont perçus en cuisine, je vais maintenant vous présenter quelques exemples pour vous démontrer que la cuisine n’est que de la chimie .
Tout d’abord, parlons de la cuisson . C’est le point le plus délicat de la cuisine .
Cuire, c’est rendre les denrées assimilables et leur donner du goût .
L’apport en chaleur, lors de la cuisson, dégrade les grosses molécules et entraîne de nouvelles réactions chimiques qui aboutissent à de nouveaux composés chimiques aromatiques .
Par exemple, lors de la cuisson d’un rôti, les glucides et les acides aminés (constituants des protéines) réagissent avec les graisses chaudes et engendrent des arômes variés qui donnent au rôti cette odeur si caractéristique . Dans le même temps, la surface de la viande durcit parce que l’eau contenue dans les fibres s’évapore .
Un autre exemple :
Le refroidissement d’une soupe chaude est aussi l’occasion de phénomènes physiques :
La soupe est essentiellement constituée d’eau . A haute température, celle-ci s’évapore, la soupe « fume » . Cette évaporation (passage de l’état liquide à gazeux) s’accompagne d’un refroidissement de la soupe en surface . Mais, comme la soupe est épaisse, les courants de convection, c’est-à-dire la circulation naturelle entre le fond chaud et la surface tiède, ont du mal à s’établir . C’est pourquoi il est bon de remuer en même temps que de souffler .
Un dernier exemple permet de montrer que la cuisine est une chimie : le soufflé .
Dans un soufflé, la partie essentielle est constituée par un blanc d’œuf battu en neige . Le blanc est un mélange d’eau et de protéines . Ces protéines ont la propriété d’être tensio-active . C’est-à-dire, que les deux extrémités de la molécule sont différentes : l’une aime l’eau, l’autre l’air . Les protéines vont donc se placer à la limite de l’eau et de l’air . Les protéines du blanc d’œuf vont entourer les bulles d’air et les isoler de l’eau qu’il renferme . Plus on fouette le mélange , plus on fractionne les bulles d’air, qui ont moins tendance à remonter à la surface . Au cours de la cuisson et du phénomène de « montée » du soufflé, les protéines du blanc d’œuf coagulent sous la chaleur ce qui rigidifie les parois des bulles d’air . Dans le même temps, l’air emprisonné se dilate ce qui transforme les micro bulles en mini-ballons .Les bulles augmentent de volume et donc, le soufflé « monte » . Il ne faut pas trop chauffer sinon les bulles éclatent et le soufflé retombe .
Bref, ou que l’on se tourne, la cuisine est un magnifique laboratoire …
Dans tous les cas, savoir comment les réactions se produisent n’enlève rien au plaisir que nous avons de déguster …
