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/
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