Chapitre 16
Activité 3 - Activité d'exploration
Effet de serre et albédo
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Objectif : Effectuer un bilan d'énergie pour estimer la température terrestre moyenne en discutant de l'influence de l'albédo et de l'effet de serre.
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Problématique de l'activité
Dénuée d'effet de serre, la vie sur Terre telle que nous la connaissons n'existerait pas.
De quels paramètres dépend la température à la surface de la Terre ?
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Doc. 1Flux solaire
La surface éclairée de la Terre reçoit un rayonnement solaire de flux thermique surfacique \varphi=1\ 360 W·m-2.
Cette grandeur correspond au flux thermique reçu par unité de surface éclairée. La face non éclairée ne reçoit aucun flux thermique provenant du Soleil.
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Doc. 2Loi de Stefan-Boltzmann
Tout corps chauffé émet un rayonnement thermique de flux thermique surfacique égal à :
\varphi=\sigma \cdot T^{4}
\varphi : flux thermique surfacique rayonné (W·m-2)
\sigma : constante de Stefan-Boltzmann égale à
\sigma = 5{,}67 \times 10^{-8} W·m-2·K-4
T : température de surface (K)
\sigma : constante de Stefan-Boltzmann égale à
\sigma = 5{,}67 \times 10^{-8} W·m-2·K-4
T : température de surface (K)
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Doc. 3Schématisation des flux
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Doc. 4Albédo et effet de serre
Tout le rayonnement solaire n'est pas absorbé par la surface de la Terre. En effet, une partie est directement réfléchie par les nuages ou la glace. L'albédo \alpha est défini comme le rapport entre la puissance surfacique réfléchie et la puissance surfacique reçue par la Terre. Aussi, l'atmosphère n'est pas transparente aux infrarouges. Elle en absorbe une partie et se réchauffe, réémettant des infrarouges.
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Questions
Compétence(s)
VAL : Analyser des résultats
RAI/MOB : Utiliser avec rigueur le modèle de l'énergie
RAI/MOB : Utiliser avec rigueur le modèle de l'énergie
1. Calculer le flux thermique solaire total \phi reçu par la Terre de rayon R_{\mathrm{T}}=6\ 370 km.
2. Retrouver le flux thermique surfacique moyen \varphi_{m}=340 W·m-2 en considérant l'alternance jour-nuit et la surface totale de la Terre.
3. Pour respecter son équilibre thermique, préciser la condition sur l'énergie émise par la Terre vers l'espace.
4. Vérifier la température moyenne T, en kelvin (K), de la surface de la Terre si l'atmosphère n'absorbait pas de rayonnement infrarouge.
2. Retrouver le flux thermique surfacique moyen \varphi_{m}=340 W·m-2 en considérant l'alternance jour-nuit et la surface totale de la Terre.
3. Pour respecter son équilibre thermique, préciser la condition sur l'énergie émise par la Terre vers l'espace.
4. Vérifier la température moyenne T, en kelvin (K), de la surface de la Terre si l'atmosphère n'absorbait pas de rayonnement infrarouge.
T=\theta+273{,}15
T : température (K)
θ : température (°C)
θ : température (°C)
5. Calculer l'albédo \alpha et préciser son influence sur la température T.
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Synthèse de l'activité
Vérifier que la température moyenne à la surface de la Terre correspond à un rayonnement émis de flux thermique surfacique égal à 390 W·m-2.
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