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Figures et liens
utiles pour la compréhension de la matière
Chapitre 9
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L'irradiance
du Soleil sur Terre
La Terre capte une toute
petite fraction de l'énergie émise par le Soleil, correspondant à la
même fraction que celle du disque terrestre sur la surface totale
d'une sphère de rayon RTS autour du
Soleil.
La fraction captée de la
puissance solaire correspond environ à 4,6×10−10,
ou une partie sur 2,2 milliards!
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L'énergie atteignant la Terre,
dont la quantité est liée à la surface du disque terrestre, est
étalée sur une surface 4 fois plus grande (aire d'une sphère), durant une journée
entière.
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La constante solaire
(S = 1 361 W/m²) correspond à l'irradiance atteignant le sommet de
l'atmosphère au Zénith, où elle n'est pas étalée sur une surface
plus grande que l'aire porteuse.
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9.2 L'absorption et l'émission
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Les modes de vibration d'une
molécule
Les dimensions des molécules
polyatomique peuvent osciller de plusieurs manières à des fréquences
propre à chaque mode de vibration. Comme des systèmes masse-ressort,
les masses des atomes et la nature des forces qui déterminent leurs
dimensions entraînent des fréquences d'oscillations précises.
Les molécules de dioxyde de
carbone (CO2) et d'eau (H2O), peuvent toutes
les deux osciller en étirement, symétrique ou asymétrique, et en
flexion; l'angle formé par les deux liaisons varie autour de sa
valeur nominale (180° ou 105°).
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Les molécules peuvent
présenter un dipôle permanent ou temporaire. Dans le cas de la
molécule de CO2, le dipôle est temporaire, car à l'état
d'équilibre, la molécule est droite (180°). Lors de sa vibration
en flexion, il y a séparation des centres de charge positive et de
charge négative. Il y a alors un dipôle et ça permet à la molécule
d'interagir avec le champ électrique des photons ayant une fréquence
semblable.
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Via les fréquences de leurs différents modes
de vibration, les molécules peuvent interagir avec des photons de
fréquence bien précises.
Dans le cas du CO2, le mode de
vibration en flexion présente une fréquence propre d'environ
2×1013 Hz. Les photons d'une fréquence
semblable à celle-ci peuvent être absorbés en parcourant l'air quand
les autres passent librement. C'est l'absorption (d'énergie ) qui
contribue à réchauffer l'air.
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L'irradiance solaire au sommet de
l'atmosphère (courbe jaune)
s'apprente à celle d'un corps noir (inexactitudes dues à
des raies d'absorption dans la photosphère et à la physique du
plasma solaire).
L'irradiance au niveau de la mer (courbe
rouge) est déjà
réduite en intensité par l'opacité de l'air et par des raies
spectrales d'absorption des gaz de l'air.
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Bilan énergétique de la Terre
Ce shcéma du bilan
énergétiquemontre montre tous les échanges d'énergie impliquant le
sol l'atmosphère et l'espace.
(Les valeurs indiquées sont les moyennnes sur
l'ensemble de la Terre et durant une année entière.)
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Rayonnement infrarouge
sortant et Effet de serre
Le rayonnement « sortant » émis par la
Terre et atteignant l'espace (courbe mauve) correspond à la
différence entre ce qui est émis par le sol selon un spectre de corps noir (courbe rose)
et ce qui est absorbé par les diverses bandes spectrales
d'absorption.
L'effet de serre
est attribué au rayonnement qui n'atteint pas l'espace en raison de
ces bandes spectrales d'absorption (superficie rose) : l'énergie
correspondante réchauffe l'atmosphère et le maintient à une température
supérieure à la température d'équilibre d'un simple corps noir dans
l'espace.
L'atmosphère ainsi réchauffée
émet légèrement plus en raison de sa température plus élevé, et
trouve une nouvelle situation d'équilibre radiatif à cette
température plus élevée.
L'ampleur de l'effet de serre
(superficie rose) est affectée par l'intensité des bandes
d'absorption, et de façon non linéaire
par la concentration des différents gaz présentant des bandes
spectrales.
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: Écrire à Maxime Verreault
