1) Lémission de rayonnement Contenu scientifique : J.L. Dufresne ; Réalisation : S. Jamili Laboratoire de Méteorologie Dynamique, Institut Pierre Simon.

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1 1) Lémission de rayonnement Contenu scientifique : J.L. Dufresne ; Réalisation : S. Jamili Laboratoire de Méteorologie Dynamique, Institut Pierre Simon Laplace (CNRS – Université Paris 6) 3) Léquilibre énergétique 2) Rayonnement visible et rayonnement infrarouge 4) Température déquilibre dune plaque au soleil 5) Leffet de serre 6) Un peu d'histoire

2 1) Lémission de rayonnement a) Tout corps (ici une plaque posée sur un isolant thermique) émet du rayonnement et ainsi perd de lénergie isolant plaque

3 isolant b) Plus la température du corps est élevée, plus lénergie perdue est élevée isolant plaque 1) Lémission de rayonnement

4 Lave de volcan T= 1000° C Lampe à filament : T= 2500 °C Soleil : T=6000 ° C a) Si la température de lobjet est très élevée (supérieure à environ 700°C), notre œil voit une partie du rayonnement émis par cet objet : Cest le rayonnement visible 2) Rayonnement visible et rayonnement infrarouge

5 b) Si la température de lobjet est inférieure à 700°C, notre œil ne voit pas le rayonnement émis par lobjet : Cest le rayonnement infrarouge 2) Rayonnement visible et rayonnement infrarouge

6 Si un objet reçoit plus dénergie quil nen perd, sa température augmente. isolant 1 plaque 3) Léquilibre énergétique

7 Comme sa température augmente, l'énergie perdue par émission de rayonnement augmente. isolant 1 plaque 3) Léquilibre énergétique

8 isolant 1 plaque 3) Léquilibre énergétique Comme sa température augmente, l'énergie perdue par émission de rayonnement augmente.

9 isolant 1 plaque 3) Léquilibre énergétique Comme sa température augmente, l'énergie perdue par émission de rayonnement augmente.

10 Léquilibre est atteint lorsque lénergie que perd l'objet est exactement compensée par lénergie quil reçoit. isolant 1 1 plaque 3) Léquilibre énergétique

11 Si un objet reçoit moins dénergie quil nen perd, sa température diminue. isolant 0,2 plaque 3) Léquilibre énergétique

12 Comme sa température diminue, l'énergie perdue par émission de rayonnement diminue. isolant 0,2 plaque 3) Léquilibre énergétique

13 isolant 0,2 plaque 3) Léquilibre énergétique Comme sa température diminue, l'énergie perdue par émission de rayonnement diminue.

14 isolant 0,2 plaque 3) Léquilibre énergétique Comme sa température diminue, l'énergie perdue par émission de rayonnement diminue.

15 Léquilibre est atteint lorsque lénergie que perd l'objet est exactement compensée par lénergie quil reçoit. isolant 0,2 plaque 3) Léquilibre énergétique

16 a) Prenons une plaque noire, posée sur un isolant de sorte quelle ne peut émettre du rayonnement que vers le haut. isolant 1 plaque 4) Température déquilibre dune plaque au soleil

17 a) Prenons une plaque noire, posée sur un isolant de sorte quelle ne peut émettre du rayonnement que vers le haut. Plaçons cette plaque au soleil : parce quelle est noire, elle absorbe le rayonnement solaire. Elle gagne de lénergie. isolant 1 plaque 4) Température déquilibre dune plaque au soleil

18 b) Comme elle gagne de lénergie sa température augmente. Comme sa température augmente, l'énergie perdue par émission de rayonnement augmente. isolant 1 plaque 4) Température déquilibre dune plaque au soleil

19 isolant 1 plaque b) Comme elle gagne de lénergie sa température augmente. Comme sa température augmente, l'énergie perdue par émission de rayonnement augmente. 4) Température déquilibre dune plaque au soleil

20 isolant 1 plaque b) Comme elle gagne de lénergie sa température augmente. Comme sa température augmente, l'énergie perdue par émission de rayonnement augmente. 4) Température déquilibre dune plaque au soleil

21 c) Finalement elle atteint sa température déquilibre lorsquelle perd autant dénergie par émission de rayonnement infrarouge quelle en gagne par absorption de rayonnement solaire. isolant 1 1 plaque 4) Température déquilibre dune plaque au soleil

22 Plaçons maintenant une vitre au-dessus de cette plaque au soleil. Cette vitre est parfaitement transparente au rayonnement solaire mais absorbe totalement le rayonnement infrarouge. isolant Vitre 1 1 plaque 5) Leffet de serre

23 Labsorption par la vitre du rayonnement infrarouge émis par la plaque lui fait gagner de lénergie donc sa température sélève. isolant Vitre 1 1 plaque 5) Leffet de serre

24 Comme la température de la vitre augmente, elle émet plus de rayonnement infrarouge. Dans le cas présent, elle émet autant de rayonnement vers le haut que vers le bas. isolant Vitre 1 1 plaque 5) Leffet de serre

25 isolant Vitre Comme la température de la vitre augmente, elle émet plus de rayonnement infrarouge. Dans le cas présent, elle émet autant de rayonnement vers le haut que vers le bas. 1 1 plaque 5) Leffet de serre

26 Elle atteint sa température déquilibre lorsque elle perd autant dénergie quelle en reçoit. isolant Vitre 1 1 1/2 plaque 5) Leffet de serre

27 Le rayonnement infrarouge émis par la vitre vers le bas est absorbé par la plaque. isolant 5) Leffet de serre Vitre 1 1 1/2 plaque 5) Leffet de serre

28 Comme la plaque reçoit plus dénergie, sa température augmente et donc émet davantage de rayonnement infrarouge. isolant Vitre 1 1 1/2 plaque 5) Leffet de serre

29 isolant Vitre 1 1 1/2 plaque Comme la plaque reçoit plus dénergie, sa température augmente et donc émet davantage de rayonnement infrarouge. 5) Leffet de serre

30 isolant Vitre 1 1 1/2 plaque Comme la plaque reçoit plus dénergie, sa température augmente et donc émet davantage de rayonnement infrarouge. 5) Leffet de serre

31 Jusquà ce quelle atteigne une nouvelle température déquilibre. isolant Vitre 1 1 1/2 plaque 5) Leffet de serre

32 Ce rayonnement supplémentaire émis par la plaque est de nouveau absorbé par la vitre dont la température augmente encore. isolant Vitre 1 1 1/2 plaque 5) Leffet de serre

33 Comme la température de la vitre augmente, elle émet plus de rayonnement infrarouge, moitié vers le haut, moitié vers le bas. isolant Vitre 1 1 1/2 plaque 5) Leffet de serre

34 Elle atteint sa température déquilibre lorsque elle perd autant dénergie quelle en reçoit. isolant Vitre 1 1 1/2 1/4 plaque 5) Leffet de serre

35 Comme la plaque reçoit plus dénergie, sa température augmente et donc émet davantage de rayonnement infrarouge. Elle atteint sa température déquilibre lorsque elle perd autant dénergie quelle en reçoit. isolant Vitre 1 1 1/2 1/4 plaque 5) Leffet de serre

36 isolant Vitre 1 1 1/2 1/4 1/8 Comme la plaque reçoit plus dénergie, sa température augmente et donc émet davantage de rayonnement infrarouge. Elle atteint sa température déquilibre lorsque elle perd autant dénergie quelle en reçoit. 5) Leffet de serre

37 isolant Vitre 1 1 1/2 1/4 1/8 Comme la plaque reçoit plus dénergie, sa température augmente et donc émet davantage de rayonnement infrarouge. Elle atteint sa température déquilibre lorsque elle perd autant dénergie quelle en reçoit. 5) Leffet de serre

38 etc... isolant Vitre 1 1 1/2 1/4 1/8 1/16 5) Leffet de serre

39 isolant Vitre 1 1 1 1 et si on fait la somme... 1 plaque 5) Leffet de serre

40 isolant 1 1 Si on résume le déroulement précédent,... plaque 5) Leffet de serre

41 on retient que placer une vitre au dessus dune plaque au soleil a pour effet de «piéger» le rayonnement infrarouge émis par la plaque, et donc daugmenter sa température. isolant Vitre 1 1 1 1 1 plaque 5) Leffet de serre

42 Dans notre exemple, nous avons supposé quil ny avait pas dautre transfert dénergie que ceux par rayonnement, ce qui est faux. Les échanges avec lair en mouvement au-dessus de la plaque (phénomène de convection) sont très importants, et la présence de la vitre les modifie également. Néanmoins notre exemple reste tout à fait valable pour comprendre les mécanismes de leffet de serre. Lanalogie de l'effet de serre

43 A la fin du 18ème siècle H.B. Saussure a réalisé un dispositif expérimental composé de caisses de verre emboîtées les unes dans les autres. Le dispositif est très proche de lexemple traité ici. Cette expérience de H.B. de Saussure est également reprise par Joseph Fourier en 1827 dans son «Mémoire sur les températures du globe Terrestre et des Espaces planétaires ». Ce mémoire est le premier à présenter le rôle du rayonnement infrarouge dans léquilibre thermique de la Terre et de son atmosphère. Ce nest que plus tard que ce phénomène sera appelé «Effet de serre» 6) Un peu d'histoire