Météo dans un réservoir

L'étude du comportement des fluides en rotation est essentielle pour comprendre le fonctionnement du temps et du climat, mais la physique de ces systèmes peut être difficile à appréhender. Une partie du problème est que les instructeurs enseignent généralement ces concepts abstraits en utilisant uniquement des équations ou des simulations informatiques.

courants colorés : La teinture dans un réservoir rotatif aide les élèves à apprendre comment l'atmosphère et les océans influencent le climat.

Mais deux éducateurs du Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes ont trouvé un moyen de concrétiser l'abstrait. Pendant près d'une décennie, Lodovica Illari, maître de conférences à l'EAPS, et John Marshall, professeur de sciences atmosphériques et océaniques, ont développé un programme de premier cycle en météorologie et climat qui est maintenant adopté par des dizaines d'écoles.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2010

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Illari et Marshall ont conçu le programme basé sur l'expérimentation, connu sous le nom de Weather in a Tank, en 2001 après avoir commencé à proposer un cours d'introduction sur la météo et le climat qui répondrait aux exigences du laboratoire de leurs étudiants. Depuis 2006, le MIT et cinq autres universités testent le programme dans le cadre d'un projet financé par la National Science Foundation. Il donne vie aux systèmes météorologiques à l'aide d'un équipement de laboratoire de faible technologie : un réservoir en acrylique au sommet d'un plateau tournant sur un chariot portable. Les expériences menées dans le réservoir montrent comment le mouvement de l'eau et de l'air influence le climat de la Terre.

Une expérience, qui démontre comment la rotation de la Terre crée des systèmes météorologiques qui affectent la différence de température entre les tropiques chauds et les pôles froids, consiste à placer un seau de glace au centre du réservoir d'eau en rotation. La glace crée une plage de températures à l'intérieur du réservoir cylindrique, rendant le centre plus frais que la périphérie relativement chaude. Lorsque la plaque tournante tourne, son mouvement provoque des tourbillons, ou de petits courants, à l'intérieur du réservoir. Quelques gouttes de colorant alimentaire peuvent aider les élèves à les voir.

Les tourbillons simulent les systèmes météorologiques atmosphériques en transportant un fluide chaud de l'équateur (les bords du réservoir) aux pôles (le seau de glace). Simultanément, ils transportent du fluide froid du godet vers la périphérie. Bien que le fluide se refroidisse considérablement au moment où il atteint les pôles, les tourbillons contribuent à rendre les pôles un peu plus chauds (et l'équateur un peu plus froid) qu'ils ne le seraient autrement. Les élèves peuvent ensuite modifier des paramètres, tels que le taux de rotation, et voir l'effet sur la circulation des tourbillons à différentes latitudes.

le Météo EAPS dans un réservoir programme d'études n'est pas conçu pour permettre aux étudiants d'éviter des équations difficiles ou des simulations informatiques. Au lieu de cela, dit Illari, cela vise à les aider à comprendre les processus décrits par les équations et les simulations. Nous pensons que c'est une erreur de donner aux élèves les phénomènes sans les outils pour comprendre, dit-elle.

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