Pour comprendre le phénomène de dilatation thermique de l'eau, il faut tout d'abord comprendre de quelle manière sont structurés les fonds océaniques. Lorsque le rayonnement solaire frappe la surface de l'eau, il lui transmettait de l'énergie thermique. Cependant, la chaleur n'est pas répartie uniformément dans l'océan, c'est pourquoi on dit que ce dernier est stratifié. En effet, en fonction de la température, on peut distinguer différentes zones dans les profondeurs de l'océan : d'une part la couche que l'on appelle l'épilimnion, chaude et superficielle, et d'autre part la couche appelée l'hypolimnion, profonde et froide. La zone de transition thermique entre ces deux couches se nomme le thermocline, située environ à 1 000 mètres de profondeur en haute mer. En fait, on dit que l'épilimnion est en « équilibre thermique » avec l'atmosphère, ce qui signifie que leurs températures varient identiquement.
En additionnant les superficies des cinq océans qui recouvrent 71% de notre planète (les océans Pacifique, Atlantique, Indien, Antarctique et Arctique), on trouve qu'ils occupent surface totale notée S de :
S = 165 250 000 km² + 106 400 000 km² + 73 556 000 km² + 20 327 000 km² + 14 090 000 km²
S = 379 623 000 km²
En incluant les mers adjacentes, la profondeur moyenne de l'ensemble des océans vaut environ 3,795 km. Cependant, seul l'épilimnion se réchauffe, en d'autres termes les 1000 premiers mètres de profondeur, ce qui correspond à un volume total V de 379 623 000 km3.
Il existe deux types de dilatations thermiques : la dilatation linéique, c'est-à-dire d'expansion du volume dans une seule dimension, et la dilatation volumique, dans trois dimensions. Il est possible de comparer la dilatation thermique de l'eau à une dilatation linéique, car seul la hauteur de l'eau augmente (en effet, la submersion côtière est négligeable comparée à la surface total des océans). Si l'on appelle H la hauteur de l'épilimnion en centimètres, ΔT l'augmentation de sa température en degrés Celsius (c'est-à-dire la différence entre sa température initiale et celle après réchauffement) et α le coefficient de dilatation de l’eau valant 2,6.10-4 °C-1, l'expression littérale de la dilatation linéique qui donne ΔH, c'est-à-dire l'augmentation relative de la hauteur de l'épilimnion en centimètres, est :
ΔH = α * H * ΔT
ΔH = 2,6.10-4 * 1x105 * 2ΔH = 52 cmSi la température de l'épilimnion augmentait de 2°C, sa hauteur augmenterait de 52 cm. | ΔH = 2,6.10-4 * 1x105 * 5
ΔH = 130 cmSi la température de l'épilimnion augmentait de 5°C, sa hauteur augmenterait de 130 cm. |
Par ailleurs, nous pouvons comparer ce résultat à celui obtenu lors du calcul de la dilatation volumique. Si l'on appelle V le volume de l'épilimnion en centimètres cubes, ΔT l'augmentation de sa température en degrés Celsius et α le coefficient de dilatation de l’eau valant 2,6.10-4 °C-1, l'expression littérale de la dilatation volumique qui donne ΔV, c'est-à-dire l'augmentation relative du volume de l'épilimnion en centimètres cubes, est :
ΔV = α * V * ΔT
Pour déterminer de combien de centimètres s'élèvent les océans, il faut donc uniformément répartir l'augmentation de son volume ΔV en centimètres cubes sur sa surface S en centimètres carrés, ce qui revient à effectuer la division suivante : H (cm) = ΔV (cm³) / S (cm²)
H = α * V * ΔT / SH = 2,6.10-4 * 379,623x1021 * 2 / 379 623 000x1010 H = 52 cmSi la température de l'épilimnion augmentait de 2°C, sa hauteur augmenterait de 52 cm. | H = α * V * ΔT / SH = 2,6.10-4 * 379,623x1021 * 5 / 379 623 000x1010 Si la température de l'épilimnion augmentait de 5°C, sa hauteur augmenterait de 130 cm. |
SITOGRAPHIE
//fr.wikipedia.org/wiki/Zone_p%C3%A9lagique
//fr.wikipedia.org/wiki/Thermocline
//www.ilephysique.net/sujet-dilatation-thermique-des-oceans-65027.html
//www.parcourslemonde.com/articles/index.php?colonne=1&article=climat01.html
//uqac.ca/chimie_ens/Chimie_physique/Chapitres/chap_4.htm
//www.gfbienne.ch/physique/OS/OSch_chap2.pdf
//fr.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9an
//www.hydrologie.org/MISC/geog/tboceans.htm
//leclimatchange.fr/les-elements-scientifiques/
//syl.g.pagesperso-orange.fr/page4.htm