Thème 2 - Le Soleil, notre source d’énergie
La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Cette énergie conditionne la température de surface de la Terre et détermine climats et saisons. Elle permet la photosynthèse des végétaux et se transmet par la nutrition à d’autres êtres vivants.
2.1 - Le rayonnement solaire
Le soleil transmet à la Terre de l’énergie par rayonnement.
2.1.1 L’origine et nature du rayonnement solaire
PHYSIQUE-CHIMIE
L’énergie dégagée par les réactions de fusion de l’hydrogène qui se produisent dans les étoiles les maintient à une température très élevée.
Du fait de l’équivalence masse-énergie (relation d’Einstein), ces réactions s’accompagnent d’une diminution de la masse solaire au cours du temps.
Comme tous les corps matériels, les étoiles et le Soleil émettent des ondes électromagnétiques et donc perdent de l’énergie par rayonnement.
Le spectre du rayonnement émis par la surface (modélisé par un spectre de corps noir) dépend seulement de la température de surface de l’étoile.
La longueur d’onde d’émission maximale est inversement proportionnelle à la température absolue de la surface de l’étoile (loi de Wien).
SVT
La proportion de la puissance totale, émise par le Soleil et atteignant la Terre, est déterminée par son rayon et sa distance au Soleil. La puissance radiative moyenne reçue par la Terre est de 342 W/m2
2.1.2 Les variation de l’ensoleillement de la Terre
SVT
La puissance radiative (W) reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil, c'est à dire de l'angle d'incidence.
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| A2 : Angle d'incidence, surface éclairée et énergie reçue par unité de surface |
De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface (W.m-2) diminue avec l'angle d'incidence sur une surface terrestre, elle dépend donc :
(1) de l’heure (position du Soleil dans le ciel = variation diurne) ;
(2) du moment de l’année (inclinaison de l'axe N-S de la Terre = variation saisonnière) ;
(3) de la latitude (sphéricité de la Terre = zonation climatique).
La puissance solaire reçue par unité de surface (W.m-2) influence la température de la surface terrestre.
La puissance solaire reçue par unité de surface (W.m-2) influence la température de la surface terrestre.
Remarque : La climatologie travaille sur des moyennes de pressions, températures, précipitations calculées sur 30 ans, alors que la météorologie s'intéresse aux variations de ces paramètres sur quelques heures à quelques jours.
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| Les saisons (dans l'hémisphère Nord) |
Les températures de la journée
2.2 - Le bilan radiatif terrestre
La Terre reçoit le rayonnement solaire et émet elle-même un rayonnement. Le bilan conditionne le milieu de vie.
2.2.1 L'albédo terrestre
Une fraction de cette puissance incidente (P incidente), quantifiée par l’albédo A terrestre moyen, est diffusée par la Terre vers l’espace (P réfléchie), le reste est absorbé par l’atmosphère, les continents et les océans.
A = P réfléchie / P incidente (grandeur sans unité, comprise entre 0 et 1)
Valeurs d'albedo (%) de quelques surfaces terrestres et théoriques (corps noir et miroir parfait)
A6 : Réchauffement climatique : causes et conséquences = Bilan
Pb : Pourquoi le réchauffement climatique est-il plus important au pôle Nord?
Hypothèse : On suppose que la réduction de la banquise modifie l'albédo du pôle Nord et donc le réchauffement climatique de la région.
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| Dispositif expérimental et tableau des résultats : énergies mesurées et albedos calculés |
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| Interprétations des résultats en terme de bilan radiatif au niveau du Pôle Nord |
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| Bilan et relations avec les données réelles mesurées : mise en évidence d'une rétroaction positive |
Le sol émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine infra-rouge (longueur d’onde voisine de 10 μm) dont la puissance par unité de surface augmente avec la température (Loi de Wien).
Une partie de cette puissance est absorbée par les gaz à effet de serre (GES) de l’atmosphère, qui elle-même émet un rayonnement infrarouge vers le sol et vers l’espace : c’est l’effet de serre.
La puissance reçue par le sol en un lieu donné est égale à la somme de la puissance reçue du Soleil et de celle reçue de l’atmosphère. Ces deux dernières sont du même ordre de grandeur.
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| A compléter à partir des documents et questions de l'A7 |
Un équilibre, qualifié de dynamique, est atteint lorsque le sol reçoit au total une puissance moyenne égale à celle qu’il émet. La température moyenne du sol est alors constante.
Le réchauffement climatique global est un léger déséquilibre du système, il est associé au renforcement de l’effet de serre par l’augmentation des GES libérés dans l’atmosphère par les activités humaines (utilisation des énergie fossiles et déforestation).
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| Evolution des GES (axe de gauche) et des températures atmosphériques (axe de droite) terrestres au cours du temps (1870-2000) |
