Une protubérance solaire ESSC 2015 – Kamel Bourenane Le flux d’énergie émis par le soleil Une protubérance solaire «Les météorites», Muséum national d’histoire naturelle, Bordas, 128 p. (p.78) ESSC 2015 – Kamel Bourenane

Le flux d’énergie émis par le soleil - Tout objet émet une quantité d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique; - Cette quantité d’énergie est dépendante de la température de l’objet; - Les corps qui émettent un maximum d’énergie pour une température donnée se nomment des corps noirs; - À la température correspondant à zéro (0) absolu (-273 °C), les molécules composant les corps n’émettent plus de rayonnement; - Échelle absolue de température: l’échelle Kelvin (K) - K = °C + 273° OU °C = K - 273°

Quand un corps est exposé à un rayonnement, il s’échauffe.

Selon la température de l'objet qui émet le rayonnement, Tout corps dont la température est non nulle émet un rayonnement thermique. Selon la température de l'objet qui émet le rayonnement, ce dernier peut être nous apparaître : comme très lumineux… 6000 K Température de surface du Soleil : ou, au contraire, totalement invisible. Température moyenne de la surface de la Terre : 288 K Dans les deux cas, on parle de rayonnement du « corps noir ».

On appelle « corps noir » isotherme, un corps théorique capable d’absorber intégralement tout le rayonnement qu’il reçoit. Sa température s’élève alors progressivement. Il émet à son tour un rayonnement thermique dont l’intensité augmente avec sa température. Lorsque l’énergie perdue par rayonnement compense celle qui est reçue, la température se stabilise. Le corps noir a atteint sa température d’équilibre radiatif.

6000 K 288 K Les propriétés du rayonnement de ce corps noir sont prévues par la théorie dite « du corps noir ». L’intérêt de cette théorie réside dans le fait qu’elle décrit très correctement le rayonnement émis par un grand nombre de corps réels. 6000 K Température de surface du Soleil : Température moyenne de la surface de la Terre : 288 K C’est, en particulier, le cas des rayonnement émis par la Terre et le Soleil.

Principales propriétés 6000 K L ’énergie émise - par unité de temps (puissance), - perpendiculairement à un élément de surface unité du corps émetteur, est fonction de la température du corps. C’est en fait un débit d’énergie, et l’on parle de « flux » de rayonnement (ou « d’intensité »). Il s’exprime en Watts par m2 (W.m-2).

La loi de Stefan-Boltzmann On peut alors écrire quantitativement le premier énoncé. L’intensité totale du rayonnement I (la puissance émise à toute les longueurs d’onde par unité de surface) émis par le corps noir: Où T est la température du corps noir, exprimée en kelvin, et s est une constante appelée de Stefan-Boltzmann. La valeur recommandée est s = 5,670 x 10-8 W/m2.

Le flux d’énergie émis par le soleil Exemple Déterminez le flux de l’énergie émis par le soleil en sachant que sa température de surface est de 5500 °C W/m2 I = 5,670 x 10-8 W/m2 X 5500 °C = 6,3 107

1.2 Le spectre lumineux du soleil

Le flux solaire incident sur Terre 8% 41% 51% absorption principalement due à la vapeur d’eau Le CO2 absorbe dans la bande de 2,8 à 4,3 m

Le spectre de la lumière du Soleil semble continu… PRISME Rayon de lumière SOLEIL ECRAN Le spectre de la lumière du Soleil semble continu…

Détail du spectre solaire 800 nm 400 nm

l’énergie solaire reçue sur la Terre 1.3 L’énergie reçue par la terre  Constante solaire ou comment mesurer l’énergie solaire reçue sur la Terre Polices utilisées : Times New Roman Abadi MT Condensed Webdings Wingdings 2 Symbol Symbol 

Définition de la constante solaire 1.3 L’énergie reçue par la terre Définition de la constante solaire flux total d’énergie solaire reçu … C ’est le  par unité de temps  au niveau de l’orbite de la Terre, hors de l’atmosphère par une surface de 1 m2, placée perpendiculairement aux rayons solaires

1.3 L’énergie reçue par la terre - Le soleil émis une énergie de 63 millions de watt par mettre carré, Constante solaire - Le flux d’énergie reçu à la périphérie de l’atmosphère, appelé constante solaire, est de 1386 W/ m2 , soit environ 46000 fois moins important qu’à la surface du soleil. 1368 W/ m2 - La surface de la Terre correspond à la surface d’une sphère, soit A = 4  R2 - Ainsi, chaque mettre carré de la surface terrestre reçoit ¼ du flux d’énergie provenant du soleil, soit 342 W/ m2 342 W/ m2

1.4 Le bilan énergétique de l’atmosphère

Le bilan énergétique de l’atmosphère

Bilan énergétique de l’atmosphère

1.5 L’énergie émise par la terre Données importantes 1.5 L’énergie émise par la terre La Terre reçoit 342 W/ m2, quelle devrait être sa température? Données importantes - 31 % de l’énergie reçue est directement réfléchie par les nuages et les glaciers - Ainsi, la Terre reçoit seulement 69% de l’énergie incidente, soit 236 W/m2 ; - Pour obtenir un équilibre thermique la terre réémet exactement la même quantité d’énergie, soit 236 W/m2. - La loi de stéfan- Boltzman nous permet de déterminer la température théorique moyenne de la terre, sachant qu’elle émet 236 W/m2 236 W/m= 5,670 x 10-8 W/m x T = - La température moyenne de la terre devrait être de 254 k, soit -19°C - Comment se fait-il alors que la température de la Terre est d’environ de 15°C ?