Le bilan radiatif terrestre

Le soleil : notre source d’énergie

Chapitre 2 : bilan radiatif terrestre

4 Comportements d'une onde qui rencontre un milieu :

*Transmission : onde traverse le milieu (rayonnement solaire).

*Réflexion : onde rebondit et repart dans une autre direction (rayonnement solaire réfléchi par la glace).

*Réfraction : onde change de direction en passant d'un milieu à un autre (déviation due au changement de vitesse) (arc-en-ciel).

*Absorption : onde retenue par le milieu, qui la transforme en énergie (rayonnement IR émis par la Terre absorbé par les GES).

Paramètres déterminant la puissance solaire reçue par la Terre

• Energie émise par le Soleil : 3,85 × 10²⁶ Joules par seconde ou Watts (1 Watt = 1 Joule par seconde).
• Energie reçue par la Terre : 1,23 × 10¹⁷ W.
• Calcul de l'énergie reçue par une planète :

-Constante solaire (Cs) : quantité d'énergie solaire reçue par m² (sommet de l'atmosphère terrestre Cs≈1361 W/m2).

-Aire de la planète : π × R² (en m2).

-1-albédo : énergie réellement absorbée (car Albédo = énergie réfléchie vers l'espace).

• Quantité d’énergie reçue dépend de la distance avec l’astre et du rayon de l’astre.
• Plus la planète est grande, proche du Soleil et sombre (albédo faible), plus elle reçoit et absorbe d'énergie solaire.

Energie solaire reçue par la Terre

A/Rôle de l’atmosphère

• Puissance solaire reçue au sommet de l'atmosphère : 342 W.m-2 & Puissance solaire absorbée par le sol : 170 W.m-2.
• Atmosphère terrestre est composée de gaz (diazote, dioxygène, argon, dioxyde de carbone, ozone, méthane, etc.).

1. Les molécules de gaz absorbent le rayonnement solaire → augmentation de l’énergie des molécules → réchauffement de l’atmosphère.
2. Les radiations non absorbées sont renvoyées dans toutes les directions → une partie repart vers l'espace.
3. Les nuages (microgouttelettes d'eau et cristaux de glace) jouent un double rôle :

-réfléchissent la lumière solaire (effet refroidissant).

-retiennent le rayonnement IR terrestre (effet réchauffant).

• Puissance solaire :

-20% absorbée par l'atmosphère.

-30% réfléchie par la Terre (albédo).

-50% absorbé par le sol (170 W.m-2 sur 342 W.m-2).

B/Albédo terrestre

• Albédo : rapport entre la quantité d’énergie solaire renvoyée vers l’espace et la quantité d’énergie reçue (0 = surface absorbante et 1 = surface réfléchissante).

Ex : nuage avec albédo de 70% renvoie vers l’espace 70% de l’énergie solaire reçue. Banquise : 60 à 90%, Océan : 5 à 10%.

• Albédo élevé (surface claire qui réfléchit) → refroidissement.
• Albédo faible (surface sombre qui absorbe) → réchauffement.
• Albédo modifié par les activités humaines (réchauffement plus important que refroidissement) :

-Activités provoquant réchauffement (déforestation, fonte des glaces, urbanisation → albédo diminue).

-Activités provoquant refroidissement (particules fines → voile réfléchissant vers l’espace → albédo augmente).

C/Effet de serre (Terre (40°C > Lune) et lune reçoivent une puissance solaire = par m2 (Écart expliqué par l’effet de serre).

•  Plage de longueurs d'onde des Rayonnements Infrarouges : 780 nm à 1 mm, divisé en 3 zones (proches, moyens, lointains).

1. Terre absorbe le rayonnement solaire, se réchauffe, puis réémet cette énergie sous forme de rayonnement infrarouge thermique vers l'espace, dans l'infrarouge lointain (puissance 240 W.m-2).
2. Eau atmosphérique (vapeur d'eau H₂O) et Gaz à effet de serre (GES) (CO₂ (Dioxyde de carbone), O₃ (ozone) et CH₄ (Méthane)) absorbent ce rayonnement émis par la Terre (écart entre le rayonnement mesuré au sol et celui mesuré au-dessus de l'atmosphère = énergie absorbée par eau atmosphérique et gaz) → réémettent dans toutes les directions, notamment vers le sol → réchauffement de la surface terrestre → effet de serre.

• Bilan radiatif : différence entre l’énergie solaire reçue par la planète et l’énergie renvoyée vers l’espace.
• Bilan radiatif terrestre déséquilibré : Terre absorbe plus d'énergie qu'elle n'en renvoie vers l'espace → augmentation de la température → réchauffement climatique.
• Éruptions volcaniques diminuent temporairement la température terrestre, en réduisant la quantité d'énergie solaire atteignant le sol (voile). Une fois les aérosols retombés, les températures remontent.

Chapitre 3 : conversion naturelle de l’énergie solaire : photosynthèse

Photosynthèse

• Processus biochimique par lequel les organismes autotrophes (végétaux, algues, certaines bactéries) synthétisent de la matière organique à partir de matière minérale, en utilisant l'énergie lumineuse.
• Réaction endergonique : nécessite un apport d'énergie (lumineuse) pour se dérouler.
• Équation bilan de la photosynthèse : 6 CO₂ + 6 H₂O ⟶ C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Réactifs minéraux : eau (H₂O) et dioxyde de carbone (CO₂) sont les matières premières.

Source d'énergie : l'énergie lumineuse capturée par la chlorophylle + sels minéraux.

Matière organique : glucose (C₆H₁₂O₆) produit et stocké dans la plante.

Dioxygène libéré : O₂ est un sous-produit pour les êtres vivants aérobies (O₂ libéré provient de la photolyse de l'eau, pas du CO₂).

• Respiration cellulaire : réaction inverse de la photosynthèse, qui se déroule dans les mitochondries :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie (ATP) Cellule "brûle" le glucose en présence d'oxygène pour libérer de l'énergie.

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