Bilan C — S12 et S13 · L'effet de serre et nos ressources
L'équilibre dynamique
Pourquoi la température du bocal cesse-t-elle de monter ?
Sous la lampe, la température d'un bocal monte de moins en moins vite, puis elle cesse de monter.
Les échanges d'énergie ne se sont pourtant pas arrêtés. La température est stable parce que la puissance reçue est devenue égale à la puissance émise. On parle d'équilibre dynamique. Le bocal continue de recevoir de l'énergie et de rayonner. À chaque seconde, il reçoit autant d'énergie qu'il en perd.
Pourquoi la température finale dépend-elle du fond du bocal ?
Un bocal à fond noir devient plus chaud qu'un bocal à fond clair. Le fond noir a un albédo plus faible, donc il absorbe une plus grande part de la lumière reçue.
À RETENIR : un bocal couvert ne démontre pas l'effet de serre atmosphérique. Robert Wood l'a montré dès 1909 avec deux caissons. Il a fermé le premier avec du verre, qui arrête l'infrarouge. Il a fermé le second avec du sel gemme, qui laisse passer l'infrarouge. Les deux caissons ont atteint presque la même température. Une serre est donc chaude surtout parce qu'elle empêche l'air chaud de s'échapper. Or l'atmosphère n'a pas de couvercle.
Le vrai mécanisme de l'effet de serre
Le vrai mécanisme est radiatif, c'est-à-dire qu'il repose sur le rayonnement. Il se déroule en quatre étapes.
- L'atmosphère est largement transparente au rayonnement visible qui vient du Soleil. Ce rayonnement atteint donc le sol et le chauffe.
- La surface de la Terre est à 15 °C, donc elle rayonne elle aussi. D'après la loi de Wien, son maximum d'émission se situe vers 10 µm, c'est-à-dire dans l'infrarouge.
- Or, à certaines longueurs d'onde de l'infrarouge, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone absorbent fortement ce rayonnement. Ils le réémettent ensuite dans toutes les directions, y compris vers le bas.
- La surface reçoit donc deux rayonnements : celui du Soleil et celui de l'atmosphère. Elle se stabilise alors à une température plus élevée que les −18 °C prévus sans atmosphère.
La surface de la Terre est à 15 °C, soit 288 K :
λ₍max₎ = 2,90 × 10⁻³ ÷ 288 = 1,0 × 10⁻⁵ m = 10 µm
Que se passe-t-il quand on ajoute du CO₂ ?
L'atmosphère absorbe alors un peu plus le rayonnement autour de 15 µm. La Terre évacue donc moins bien son rayonnement vers l'espace, et l'égalité reçu = émis n'est plus vraie. La température monte jusqu'à ce que la Terre émette de nouveau autant qu'elle reçoit. Le nouvel équilibre se fait à une température plus élevée.
Nos ressources viennent du Soleil
Presque toute l'énergie que nous utilisons vient du Soleil :
- le Soleil chauffe la Terre de façon inégale, ce qui met en mouvement le vent et le cycle de l'eau ;
- le bois et les aliments viennent de la photosynthèse ;
- le charbon, le pétrole et le gaz viennent de la même matière organique, enfouie puis transformée pendant des millions d'années.
Quelles sources font exception ?
Trois sources seulement font exception : la géothermie, les marées et le nucléaire.
Renouvelable ou non ?
Qu'est-ce qu'une ressource renouvelable ?
Une ressource est dite renouvelable quand son stock se reconstitue à l'échelle d'une vie humaine.
Le bois de chauffage est renouvelable, si on le coupe moins vite qu'il ne repousse. Le pétrole ne l'est pas. Pour un seul litre d'essence, il a fallu en moyenne 24 tonnes de matière organique ancienne, accumulées pendant des millions d'années.
À RETENIR : le charbon, le pétrole et le gaz contiennent de l'énergie solaire stockée pendant des millions d'années. Nous brûlons ce stock en quelques décennies.