Cours & bilans
Carte mentalePremière ens. scientifique · Le Soleil, notre source d'énergie

Carte mentale — B et C · Bilan radiatif et effet de serre

Masque les idées et essaie de les retrouver.
La Terre et son bilan d'énergie

Séances 10 à 13, du rayon incliné au climat

  • L'inclinaison

    Un faisceau qui s'étale

    • Surface inclinée : la lumière s'étale, chaque m² reçoit moins
    • La puissance reçue est proportionnelle à cos θ

    L'origine des saisons

    • L'axe de la Terre est incliné de 23,4° et garde sa direction
    • Hémisphère penché vers le Soleil : rayons plus verticaux

    Le piège de la distance

    • La Terre est la plus proche du Soleil début janvier
    • Inclinaison : facteur 2,5 à 45° nord. Distance : moins de 7 %

  • La puissance reçue

    La constante solaire

    • 1 361 W.m⁻² face au Soleil, hors atmosphère

    Le facteur 4

    • La Terre intercepte le rayonnement sur un disque d'aire πR²
    • La Terre rayonne comme une sphère, d'aire 4πR²
    • La Terre reçoit d'un seul côté, mais elle émet de partout

    L'albédo

    • Fraction renvoyée sans rien réchauffer, 0,30 en moyenne
    • Albédo élevé pour la neige, faible pour l'océan
    • Si la banquise fond, l'océan absorbe plus et se réchauffe

  • Le bilan radiatif

    L'égalité

    • Température stable donc absorbé = émis
    • (1 − A) × E / 4 = σ × T⁴

    Les 33 degrés manquants

    • Le calcul prévoit −18 °C
    • On mesure en réalité +15 °C

  • L'effet de serre

    L'équilibre dynamique

    • Température stable, mais les échanges continuent
    • Puissance reçue = puissance émise

    Le mécanisme, en quatre étapes

    • L'atmosphère est transparente au visible
    • Le sol à 15 °C émet un large spectre infrarouge, maximal vers 10 µm
    • Les gaz à effet de serre absorbent une partie de cet infrarouge (CO₂ : vers 15 µm)
    • Les gaz en renvoient vers le sol, qui dépasse alors −18 °C

    Ce que le bocal ne prouve pas

    • Wood, 1909 : sous verre ou sous sel gemme, même température
    • Une serre retient l'air chaud ; l'atmosphère n'a pas de couvercle

  • Nos ressources

    Presque tout vient du Soleil

    • Vent et cycle de l'eau : dus au chauffage inégal de la Terre
    • Bois et aliments : photosynthèse
    • Charbon, pétrole, gaz : matière organique ancienne, enfouie

    Les trois exceptions

    • La géothermie, les marées et le nucléaire

    Renouvelable ou non

    • Renouvelable : le stock se refait à l'échelle d'une vie
    • 24 tonnes de matière ancienne pour un litre d'essence