Diapos Cours Bilan radiatif Terre PDF

THÈME 2 : LE SOLEIL : NOTRE SOURCE D’ÉNERGIE Chapitre 5 : Le bilan radiatif terrestre Problématique : Comment expliquer que la température moyenne de surface terrestre reste constante ? L’intégralité de la puissance émise par le soleil n’atteint pas la Terre → Quelle est la proportio...

THÈME 2 : LE SOLEIL : NOTRE SOURCE D’ÉNERGIE Chapitre 5 : Le bilan radiatif terrestre Problématique : Comment expliquer que la température moyenne de surface terrestre reste constante ? L’intégralité de la puissance émise par le soleil n’atteint pas la Terre → Quelle est la proportion de la puissance émise par le soleil réellement reçue par la Terre et son atmosphère ? Cette détermination se fait en plusieurs étapes : Grâce aux documents 1 et 2 1) Calculer l’aire de la sphère ayant pour centre le soleil et pour rayon la distance Terre-Soleil (R = 150 x 109 m) 2) Calculer la puissance par mètre carré reçue de la part du soleil à la distance Terre-Soleil (puissance rayonnée par le Soleil = 3,84 x 1026 W) 3) En déduire l’aire du disque non éclairé du document 2 (rayon de la Terre r = 6380 km) 4) Calculer la puissance des rayons émis par le Soleil et interceptés par la Terre et son atmosphère 1) La Terre est située en bordure d’1 sphère imaginaire ayant pour - centre le Soleil - aire S = 4πR2 - avec R = rayon de la sphère = distance Terre-Soleil ici = 150 x 109 m = 1,5 x 1011 m donc S = 4*3,14*(1,5 x 1011) 2 donc 2) La puissance disponible par mètre carré sur cette surface est : 3) L’aire du disque non éclairé est l’aire du disque dont le rayon est le rayon de la Terre donc 4) La Terre intercepte des rayons sur une surface d’aire égale à celle calculée à la question 3 donc Bilan La proportion d’énergie solaire reçue par 1 astre dans le système solaire est donnée par la formule Elle est donc - proportionnelle au carré de son rayon - inversement proportionnelle au carré de la distance au Soleil. Ainsi, la Terre reçoit moins de 1% du rayonnement solaire émis. Tableau comparatif de la puissance solaire reçue par les planètes Une unité astronomique (1 UA) vaut 1,5. 10 11m et est égale à la distance entre la Terre et le soleil. Cette unité est utilisée pour exprimer les distances dans l’univers. 1 - Rayonnement électromagnétique émis par la Terre En vous appuyant sur les documents 4 à 8 : - montrer que la Terre émet des rayonnements - expliquer ce qu’il advient de ces rayonnements Composition de l’atmosphère terrestre : - diazote (78 %, en quantité) - dioxygène (21 %) - argon (0,93 %) - dioxyde de carbone (0,033 %) - vapeur d’eau et poussières en quantités variables. Courbes délimitant les surfaces colorées : - en rouge = spectre de la lumière solaire quand elle parvient à la surface de la Terre → 70 à 75 % de la puissance transportée par le rayonnement solaire parvient à la surface de la Terre. - en bleu = spectre du rayonnement thermique d’origine terrestre émis vers l’espace → 15 à 35 % de la puissance transportée par le rayonnement thermique terrestre s’échappe de l’atmosphère. - Les bandes d’absorption les + larges sont dues aux gaz à effet de serre (H 2O, CO2) qui absorbent la quasi- totalité des rayonnements dans les infrarouges. - L’ozone absorbe surtout les rayonnements ultraviolets. - Le dioxygène absorbe le rayonnement proche infrarouge. - Il y a peu d’absorption dans le visible. DONC - La Terre rayonne avec 1 maximum en longueur d’onde situé dans l’infrarouge. - Cette puissance rayonnée est en rapport direct avec la moyenne temporelle des températures à la surface de la Terre : plus la température du sol est élevée, plus la puissance par unité de surface des rayonnements émis par la Terre est grande. - 1 partie des rayonnements infrarouges émis par la Terre est renvoyée dans l’espace tandis que l’autre partie est absorbée par l’atmosphère et les gaz qu’elle contient. 2 - Effet de serre naturel En vous appuyant sur les documents 9 à 11 : - expliquer l’effet de serre naturel - préciser ses conséquences sur la température terrestre et le développement de la vie sur Terre - dans 1 atmosphère sèche, le CO2 = gaz largement prépondérant alors que dans 1 atmosphère d’humidité moyenne, l’H2O = espèce principalement responsable de l’effet de serre. - Les gaz à effet de serre (autres que l’H2O) = 1 toute petite partie des gaz atmosphériques (0,04 %). Pour 1 atmosphère non sèche, les 2 principaux gaz à effet de serre = H2O et CO2 → l’effet de serre est + important dans les zones humides comme au-dessus des océans. - L’effet de serre naturel est responsable de la température de la Terre, s’il était absent la température à la surface de la Terre serait bien - élevée que la température moyenne actuelle. - Ce n’est pas le rayonnement infrarouge émis par la Terre qui se réfléchit sur l’atmosphère mais le rayonnement émis par les gaz à effet de serre qui est envoyé en partie vers la Terre Évolution de la teneur en dioxyde de carbone dans l’atmosphère et de la température moyenne du globe au cours des 800 dernières années DONC La Terre reçoit de l’énergie solaire : - 1 partie est réfléchie par l’atmosphère et par la surface planétaire - le reste = l’énergie absorbée qui réchauffe la planète. D’après l’albédo moyen de la Terre, on s’attendrait une à température de surface d’environ – 18°C or elle est = en moyenne à 15°C → l’autre paramètre qui intervient dans la détermination de la température à la surface de la Terre = présence d’1 atmosphère : - La Terre, comme tout corps qui s’échauffe, réémet de l’énergie sous forme de rayonnement infra-rouge - Certains gaz atmosphériques absorbent ces rayonnements infra- rouge et les réémettent vers la surface de la Terre ils sont piégés. Donc l’effet de serre = l’échauffement d’1 planète lié à l’absorption par certains gaz atmosphériques du rayonnement émis par cette surface.