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.
Histoire, enjeux, débats :
Le discours sur l’énergie dans la société :
analyse critique du vocabulaire d’usage courant (énergie fossile,
énergie renouvelable, etc.).
L’albédo terrestre : un paramètre climatique
majeur.
Distinction météorologie/climatologie.
2.1
- Le rayonnement solaire
→ cours de Physique-Chimie
Le soleil transmet à la Terre de l’énergie par
rayonnement
Déterminer la
masse solaire transformée chaque seconde en énergie à partir de la
donnée de la puissance rayonnée par le Soleil.
À partir d’une
représentation graphique du spectre d’émission du corps noir à
une température donnée, déterminer la longueur d’onde d’émission
maximale. Appliquer la loi de Wien pour déterminer la température
de surface d’une étoile à partir de la longueur d’onde
d’émission maximale.
Sur un schéma,
identifier les configurations pour lesquelles la puissance reçue par
une surface est maximale ou minimale.
Analyser,
interpréter et représenter graphiquement des données de
températures.
Calculer des
moyennes temporelles de températures.
Comparer des
distributions temporelles de températures
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).
La
puissance radiative 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. De ce fait,
la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend :
- de l’heure (variation diurne) ; - du moment de l’année
(variation saisonnière) ; - de la latitude (zonation climatique).
2.2
- Le bilan radiatif terrestre
→ cours de Physique-Chimie
La Terre reçoit le rayonnement solaire et émet
elle-même un rayonnement. Le bilan conditionne le milieu de vie. La
compréhension de cet équilibre en classe de première permettra
d’aborder sa perturbation par l’humanité en terminale.
En s’appuyant
sur un schéma, calculer la proportion de la puissance émise par le
Soleil qui atteint la Terre. L’albédo terrestre étant donné,
déterminer la puissance totale reçue par le sol de la part du
Soleil.
Commenter la
courbe d’absorption de l’atmosphère terrestre en fonction de la
longueur d’onde.
Expliquer
qualitativement l’influence des différents facteurs (albédo,
effet de serre) sur la température terrestre moyenne.
Représenter sur
un schéma les différents rayonnements reçus et émis par le sol.
La
proportion de la puissance totale, émise par le Soleil et atteignant
la Terre, est déterminée par son rayon et sa distance au Soleil.
Une fraction de cette puissance, quantifiée par l’albédo
terrestre moyen, est diffusée par la Terre vers l’espace, le reste
est absorbé par l’atmosphère, les continents et les océans.
L’albédo
terrestre : un paramètre climatique majeur.
Le
sol émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine
infrarouge (longueur d’onde voisine de 10 µm) dont la puissance
par unité de surface augmente avec la température. Une partie de
cette puissance est absorbée par l’atmosphère, qui elle-même
émet un rayonnement infrarouge vers le sol et vers l’espace (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.
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.
2.3
- Une conversion biologique de l’énergie solaire : la
photosynthèse
L’utilisation par la photosynthèse d’une
infime partie de l’énergie solaire reçue par la planète fournit
l’énergie nécessaire à l’ensemble des êtres vivants (à
l’exception de certains milieux très spécifiques).
1/
Comparaison d’images satellitales / site NASA
Serveur d’images satellitales de la Nasa :
site NEO (Nasa Earth Observations) :
http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/
