Rayonnement thermique

Un corps noir est un corps idéal qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques qu’il reçoit : le spectre du Soleil montre qu'il se comporte en première approximation comme un corps noir. La loi de Planck indique que ce type de corps émet un rayonnement qui ne dépend que de la température du corps.

La Loi de Wien est propre aux corps noirs et permet de déterminer la température de surface T (en Kelvin) d'un corps noir à partir de sa longueur d'onde d'émission lumineuse maximale (en mètre) connue par son spectre, tel que : λmax . T = 2,9 . 10⁻³ m·K.

Imaginons que l’on place un morceau de charbon au soleil. Il est noir, ce qui veut dire qu’il absorbe toute la lumière du soleil qu’il reçoit. Il chauffe, mais il ne fond pas; cela signifie qu'il a un moyen de se débarrasser d'une partie de l'énergie qu'il reçoit du soleil. Ce moyen est le rayonnement thermique: un rayonnement émis par les objets du simple fait de leur température.

Dans le cas d’objets à température ambiante, ce rayonnement reste invisible à nos yeux car il est constitué de longueurs d’onde plus grande que les longueurs d’onde visibles : il s’agit d’un rayonnement infrarouge, qui ne peut-être observé qu’avec des caméras spéciales.

Analyser le graphique ci-dessus.

.

Document 1 : le document ci-dessous montre l'absorption par l'atmosphère du rayonnement thermique du soleil en fonction de ses constituants.

1. Trouvez les intervalles de longueurs d'onde pour lesquelles l'absorption par les gaz atmosphériques est maximale et ceux où elle est minimale.

2. En déduire les rayonnements les plus absorbés par les différents gaz présents dans l'atmosphère.

.

Document 2 : le rayonnement d'un corps chaud

Tout corps chaud émet un rayonnement. S'il n'est pas très chaud (25 °C), celui-ci n'est pas visible ; il est infrarouge (IR). À partir de 500 °C, le rayonnement devient visible, de couleur rouge, on parle alors de corps incandescent.

Bien qu'il ne soit pas visible, un rayonnement infrarouge n'en transporte pas moins de l'énergie susceptible de réchauffer un corps. Quand on regarde un feu de près, alors que la température de l'air est pratiquement la même, on a le visage et le côté exposé au feu qui chauffent rapidement.

Quand un corps émet des rayonnements, il perd de l'énergie et se refroidit.

.

Document 3 : les gaz à effet de serre (GES)

• Les principaux gaz responsables de l'effet de serre contenus dans l'atmosphère sont l'eau et le dioxyde de carbone. Ce dernier est produit naturellement par les feux de forêts et la respiration des êtres vivants. D'autres gaz interviennent également dans l'effet de serre : le méthane (CH₄) et l'oxyde de diazote (N₂O).

• Depuis une cinquantaine d'années, les activités humaines produisent en abondance du dioxyde de carbone lors des combustions réalisées dans les moyens de transport, les installations de chauffage ou industrielles. Les activités humaines semblent conduire à une augmentation de la proportion de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, et donc, à plus ou moins long terme, à un réchauffement de la Terre.

.

Document 4 : effet de serre et réchauffement

• Les légumes sont cultivés en serre pour arriver à maturité plus tôt dans l'année. Les vitres des serres sont en verre ou en matière plastique transparente. Les serres protègent des intempéries, mais surtout, il y fait plus chaud qu'à l'extérieur bien que généralement elles ne soient pas chauffées.

• C'est l'effet de serre qui explique cette température plus élevée. Voici ce qui se passe : réchauffé par le rayonnement solaire, le sol de la serre émet un rayonnement infrarouge dont une partie est réfléchie sur les parois de la serre et donc renvoyée vers l'intérieur de celle-ci. Globalement, le sol et l'air de la serre se refroidissent beaucoup moins vite que l'environnement extérieur.

• Pour la Terre, c'est l'atmosphère qui joue le rôle des vitres de la serre. Elle laisse pénétrer une partie du rayonnement solaire qui réchauffe la surface de la Terre. Celle-ci émet alors un rayonnement infrarouge réfléchi par les couches de l'atmosphère. La Terre perd ainsi beaucoup moins d'énergie que si elle n'avait pas d'atmosphère, c'est l'effet de serre. Sur la Lune, qui n'a pas d'atmosphère, la température ne dépend que de son éclairement. Elle varie ainsi beaucoup entre le jour et la nuit.

• L'effet de serre est donc un phénomène naturel, il réchauffe la Terre et y rend possible la vie. Les scientifiques pensent que les activités humaines pourraient l'accentuer et conduire à une augmentation de la température moyenne à la surface de la Terre. Cela pourrait avoir des conséquences catastrophiques pour une grande partie de ses habitants.

.

1. Trouvez les intervalles de longueurs d'onde pour lesquelles l'absorption par les gaz atmosphériques est maximale et ceux où elle est minimale.

2. En déduire les rayonnements les plus absorbés par les différents gaz présents dans l'atmosphère.

3. Quel est le rayonnement mis en cause dans l'effet de serre ?

4. Faire un schéma de la Terre et de son atmosphère pour modéliser l'effet de serre.

5. Quelles sont les principales activités humaines qui favorisent l'effet de serre ?

6. Quelles sont les conséquences possibles de l'effet de serre de manière globale ?

   .