chapitre 3 L’eau et la vie 51
nous le verrons en détail au chapitre 36, l’eau atteint les
feuilles en se déplaçant dans un réseau de cellules conductrices depuis les racines. L’eau qui s’évapore d’une feuille est
remplacée par l’eau des nervures. Grâce à la force des liaisons
hydrogène, les molécules d’eau sortant des nervures attirent
les molécules d’eau situées plus bas. Cette traction vers le
haut se transmet tout le long des cellules conductrices jusqu’à
la racine. Quant à l’adhérence, issue de l’attraction mutuelle
entre deux molécules polaires de substances différentes, elle
joue aussi un rôle dans le transport de l’eau : celleci adhère à
la paroi des cellules qui forment les vaisseaux conduisant la
sève, ce qui lui permet de contrer la force de gravitation.
La tension superficielle, une force résultant de la cohésion, exprime la difficulté d’étirer ou de briser la surface d’un
liquide. La tension superficielle est plus grande dans l’eau
que dans la plupart des autres liquides ; seul le mercure a une
valeur plus élevée. À la surface de l’eau, les molécules sont
attirées par les molécules situées en dessous et de chaque côté
d’elles grâce aux liaisons hydrogène. Sous l’effet de cette attraction, il se forme une sorte de pellicule invisible qui occupe la
plus petite surface possible. Pour s’en rendre compte, il suffit
de remplir un verre un peu plus qu’à ras bord (par exemple,
en y ajoutant des pièces de monnaie une à une) : le volume
d’eau qui dépasse le bord du verre prend la forme d’un dôme.
C’est également la tension superficielle qui rend certains
animaux capables de se déplacer sur l’eau sans en briser la
surface (figure 3.4)… et sans se noyer.
La stabilisation de la température par l’eau
L’eau stabilise la température atmosphérique en absorbant la
chaleur de l’air plus chaud et en libérant sa propre chaleur
dans l’air plus froid. Elle forme un réservoir thermique efficace : un léger changement dans sa propre température s’accompagne de l’absorption ou de la libération d’une quantité
relativement grande de chaleur. Pour comprendre cette propriété, nous devons d’abord étudier brièvement les notions
de chaleur et de température.
La chaleur et la température
Tout ce qui se déplace possède de l’énergie cinétique, soit
l’énergie du mouvement. Les atomes et les molécules ont
également de l’énergie cinétique, parce qu’ils bougent continuellement, bien qu’ils ne suivent aucune direction particulière. Plus une molécule se déplace rapidement, plus son
énergie cinétique est grande. La chaleur est une forme d’énergie. La quantité de chaleur est une mesure de l’énergie cinétique totale des molécules d’un corps en mouvement ; par
conséquent, la chaleur dépend en partie du volume de ce
corps. La chaleur et la température sont liées, mais il s’agit de
deux notions distinctes. La température mesure l’intensité
de la chaleur qui représente l’énergie cinétique moyenne des
molécules d’un corps, indépendamment de son volume.
Lorsqu’on chauffe de l’eau dans une cafetière, la vitesse
moyenne des molécules augmente et le thermomètre indiquera une hausse de la température du liquide. Dans ce cas, la
quantité de chaleur augmente également. Notez toutefois que
la température de l’eau de la cafetière est beaucoup plus élevée que celle, disons, d’une piscine, mais celleci contient
beaucoup plus de chaleur en raison de son volume plus grand.
Chaque fois que deux corps de températures différentes
s’approchent l’un de l’autre, la chaleur de celui qui est le plus
chaud se transmet à celui qui est le plus froid, jusqu’à ce que
les deux atteignent la même température. Les molécules du
corps froid accélèrent donc leur mouvement au détriment de
l’énergie cinétique du corps chaud. Ainsi, un glaçon refroidit
une boisson non pas en lui donnant du froid, mais en absorbant la chaleur du liquide à mesure que la glace fond.
En général, nous utiliserons l’échelle Celsius (°C) pour
indiquer la température. Au niveau de la mer, l’eau gèle à
0 °C et bout à 100 °C. La température du corps humain se
situe autour de 37 °C ; une température ambiante agréable
varie de 20 à 25 °C.
L’unité de mesure servant à quantifier toute énergie est le
joule (J). Mais, dans les domaines de la médecine et de la diététique, notamment, l’usage de la calorie prend encore beaucoup de place. La calorie (cal) est une unité de mesure qui
correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour élever de
1 °C la température de 1 g d’eau, et réciproquement, la quantité de chaleur libérée par 1 g d’eau quand sa température
diminue de 1 °C. Une kilocalorie (kcal) (ou 1 000 cal) est la
quantité de chaleur requise pour élever de 1 °C la température
de 1 kg d’eau. (Les « calories » qu’on trouve sur les emballages
d’aliments sont en fait des « kilocalories ».) Un joule équivaut à
0,239 calorie et une calorie équivaut à 4,184 joules.
La chaleur spécifique élevée de l’eau
La capacité de l’eau à stabiliser la température ambiante
découle de sa chaleur spécifique relativement élevée. La chaleur spécifique d’une substance représente la quantité de
chaleur absorbée ou perdue par 1 g de cette substance pour
changer sa température de 1 °C. Nous connaissons déjà la
chaleur spécifique de l’eau puisque nous avons défini la calorie
comme étant la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter
de 1 °C la température de 1 g d’eau. Alors, la chaleur spécifique de l’eau correspond à 1 calorie par gramme par degré
Celsius ; on écrit de façon abrégée 1 cal/g ? °C. La chaleur spécifique varie selon les substances ; ainsi, l’éthanol contenu dans
les boissons alcoolisées a une chaleur spécifique de 0,6 cal/g ?°C,
c’estàdire qu’il faut seulement 0,6 calorie pour augmenter
de 1 °C la température de 1 g d’éthanol.
m Figure 3.4 Marcher sur l’eau. La tension superficielle élevée
de l’eau, une force résultant de la cohésion de l’eau (elle-même issue
de l’ensemble des liaisons hydrogène établies entre les molécules), permet
à la dolomède, ou araignée radeau (Dolomedes fimbriatus), de marcher
sur un étang sans en briser la surface.
nous le verrons en détail au chapitre 36, l’eau atteint les
feuilles en se déplaçant dans un réseau de cellules conductrices depuis les racines. L’eau qui s’évapore d’une feuille est
remplacée par l’eau des nervures. Grâce à la force des liaisons
hydrogène, les molécules d’eau sortant des nervures attirent
les molécules d’eau situées plus bas. Cette traction vers le
haut se transmet tout le long des cellules conductrices jusqu’à
la racine. Quant à l’adhérence, issue de l’attraction mutuelle
entre deux molécules polaires de substances différentes, elle
joue aussi un rôle dans le transport de l’eau : celleci adhère à
la paroi des cellules qui forment les vaisseaux conduisant la
sève, ce qui lui permet de contrer la force de gravitation.
La tension superficielle, une force résultant de la cohésion, exprime la difficulté d’étirer ou de briser la surface d’un
liquide. La tension superficielle est plus grande dans l’eau
que dans la plupart des autres liquides ; seul le mercure a une
valeur plus élevée. À la surface de l’eau, les molécules sont
attirées par les molécules situées en dessous et de chaque côté
d’elles grâce aux liaisons hydrogène. Sous l’effet de cette attraction, il se forme une sorte de pellicule invisible qui occupe la
plus petite surface possible. Pour s’en rendre compte, il suffit
de remplir un verre un peu plus qu’à ras bord (par exemple,
en y ajoutant des pièces de monnaie une à une) : le volume
d’eau qui dépasse le bord du verre prend la forme d’un dôme.
C’est également la tension superficielle qui rend certains
animaux capables de se déplacer sur l’eau sans en briser la
surface (figure 3.4)… et sans se noyer.
La stabilisation de la température par l’eau
L’eau stabilise la température atmosphérique en absorbant la
chaleur de l’air plus chaud et en libérant sa propre chaleur
dans l’air plus froid. Elle forme un réservoir thermique efficace : un léger changement dans sa propre température s’accompagne de l’absorption ou de la libération d’une quantité
relativement grande de chaleur. Pour comprendre cette propriété, nous devons d’abord étudier brièvement les notions
de chaleur et de température.
La chaleur et la température
Tout ce qui se déplace possède de l’énergie cinétique, soit
l’énergie du mouvement. Les atomes et les molécules ont
également de l’énergie cinétique, parce qu’ils bougent continuellement, bien qu’ils ne suivent aucune direction particulière. Plus une molécule se déplace rapidement, plus son
énergie cinétique est grande. La chaleur est une forme d’énergie. La quantité de chaleur est une mesure de l’énergie cinétique totale des molécules d’un corps en mouvement ; par
conséquent, la chaleur dépend en partie du volume de ce
corps. La chaleur et la température sont liées, mais il s’agit de
deux notions distinctes. La température mesure l’intensité
de la chaleur qui représente l’énergie cinétique moyenne des
molécules d’un corps, indépendamment de son volume.
Lorsqu’on chauffe de l’eau dans une cafetière, la vitesse
moyenne des molécules augmente et le thermomètre indiquera une hausse de la température du liquide. Dans ce cas, la
quantité de chaleur augmente également. Notez toutefois que
la température de l’eau de la cafetière est beaucoup plus élevée que celle, disons, d’une piscine, mais celleci contient
beaucoup plus de chaleur en raison de son volume plus grand.
Chaque fois que deux corps de températures différentes
s’approchent l’un de l’autre, la chaleur de celui qui est le plus
chaud se transmet à celui qui est le plus froid, jusqu’à ce que
les deux atteignent la même température. Les molécules du
corps froid accélèrent donc leur mouvement au détriment de
l’énergie cinétique du corps chaud. Ainsi, un glaçon refroidit
une boisson non pas en lui donnant du froid, mais en absorbant la chaleur du liquide à mesure que la glace fond.
En général, nous utiliserons l’échelle Celsius (°C) pour
indiquer la température. Au niveau de la mer, l’eau gèle à
0 °C et bout à 100 °C. La température du corps humain se
situe autour de 37 °C ; une température ambiante agréable
varie de 20 à 25 °C.
L’unité de mesure servant à quantifier toute énergie est le
joule (J). Mais, dans les domaines de la médecine et de la diététique, notamment, l’usage de la calorie prend encore beaucoup de place. La calorie (cal) est une unité de mesure qui
correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour élever de
1 °C la température de 1 g d’eau, et réciproquement, la quantité de chaleur libérée par 1 g d’eau quand sa température
diminue de 1 °C. Une kilocalorie (kcal) (ou 1 000 cal) est la
quantité de chaleur requise pour élever de 1 °C la température
de 1 kg d’eau. (Les « calories » qu’on trouve sur les emballages
d’aliments sont en fait des « kilocalories ».) Un joule équivaut à
0,239 calorie et une calorie équivaut à 4,184 joules.
La chaleur spécifique élevée de l’eau
La capacité de l’eau à stabiliser la température ambiante
découle de sa chaleur spécifique relativement élevée. La chaleur spécifique d’une substance représente la quantité de
chaleur absorbée ou perdue par 1 g de cette substance pour
changer sa température de 1 °C. Nous connaissons déjà la
chaleur spécifique de l’eau puisque nous avons défini la calorie
comme étant la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter
de 1 °C la température de 1 g d’eau. Alors, la chaleur spécifique de l’eau correspond à 1 calorie par gramme par degré
Celsius ; on écrit de façon abrégée 1 cal/g ? °C. La chaleur spécifique varie selon les substances ; ainsi, l’éthanol contenu dans
les boissons alcoolisées a une chaleur spécifique de 0,6 cal/g ?°C,
c’estàdire qu’il faut seulement 0,6 calorie pour augmenter
de 1 °C la température de 1 g d’éthanol.
m Figure 3.4 Marcher sur l’eau. La tension superficielle élevée
de l’eau, une force résultant de la cohésion de l’eau (elle-même issue
de l’ensemble des liaisons hydrogène établies entre les molécules), permet
à la dolomède, ou araignée radeau (Dolomedes fimbriatus), de marcher
sur un étang sans en briser la surface.