Lycée – 1re générale – Physique-Chimie – bilan radiatif terrestre – Lycée – 1re générale – Physique-Chimie

Comprendre le principe du bilan radiatif et calculer l’équilibre énergétique de la Terre.

À partir des données fournies, calculez le bilan radiatif de la Terre et interprétez le résultat.

• Données :
  • Énergie solaire reçue par la Terre : 342 W/m²
  • Albédo terrestre moyen : 0,3
  • Énergie émise par la Terre : 239 W/m²
• Questions :
  1. Calculez l’énergie solaire absorbée par la Terre.
  2. Comparez cette énergie à celle émise par la Terre. Que constatez-vous ?
  3. Si l’albédo augmentait à 0,4, quel serait l’impact sur l’énergie absorbée ?

Calculatrice

15 minutes

1. Énergie absorbée = Énergie reçue × (1 – Albédo) = 342 × (1 – 0,3) = 239,4 W/m².
2. L’énergie absorbée (239,4 W/m²) est très proche de l’énergie émise (239 W/m²), ce qui montre un équilibre radiatif.
3. Avec un albédo de 0,4, l’énergie absorbée serait 342 × (1 – 0,4) = 205,2 W/m², soit une diminution de 34,2 W/m².

• Remédiation : Fournir un exemple numérique simplifié (ex : albédo = 0,5, énergie reçue = 100 W/m²).
• Approfondissement : Étudier l’impact des nuages sur l’albédo et le bilan radiatif.

Identifier et analyser les différents flux radiatifs impliqués dans le bilan énergétique terrestre.

Complétez le tableau suivant en indiquant la direction et la nature (solaire ou terrestre) des flux radiatifs.

• Tableau ASCII :

  +----------------+---------------+----------------+
  | Flux radiatif   | Direction     | Nature          |
  +----------------+---------------+----------------+
  | Flux incident  |               |                |
  | Flux réfléchi  |               |                |
  | Flux absorbé    |               |                |
  | Flux émis       |               |                |
  +----------------+---------------+----------------+
  

• Questions :
  1. Pourquoi le flux émis est-il inférieur au flux incident ?
  2. Quel est le rôle de l’albédo dans ce bilan ?

Aucun

10 minutes

• Tableau complété :

  +----------------+---------------+----------------+
  | Flux radiatif   | Direction     | Nature          |
  +----------------+---------------+----------------+
  | Flux incident  | Vers la Terre | Solaire        |
  | Flux réfléchi  | Vers l’espace | Solaire        |
  | Flux absorbé    | Par la Terre  | Solaire        |
  | Flux émis       | Vers l’espace | Terrestre       |
  +----------------+---------------+----------------+
  

1. Le flux émis est inférieur car une partie de l’énergie solaire est absorbée et réémise sous forme de rayonnement infrarouge.
2. L’albédo représente la fraction de l’énergie solaire réfléchie par la Terre, réduisant ainsi l’énergie absorbée.

• Remédiation : Expliquer chaque terme du tableau avec des exemples concrets (ex : albédo des glaces).
• Approfondissement : Comparer le bilan radiatif terrestre à celui d’une autre planète (ex : Vénus).

Évaluer l’impact des gaz à effet de serre sur le bilan radiatif terrestre.

À partir des données, simulez l’effet d’une augmentation des gaz à effet de serre sur la température terrestre.

• Données :
  • Température moyenne actuelle : 15°C
  • Énergie émise sans GES : 239 W/m²
  • Énergie émise avec GES : 220 W/m²
• Questions :
  1. Calculez la différence d’énergie émise avec et sans GES.
  2. En supposant que cette différence est compensée par un réchauffement, estimez la nouvelle température terrestre (utilisez la loi de Stefan-Boltzmann : P = σT⁴, avec σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴).
  3. Quel est l’impact d’une augmentation de 1°C sur le bilan radiatif ?

Calculatrice

20 minutes

1. Différence d’énergie = 239 – 220 = 19 W/m².
2. En utilisant P = σT⁴, on trouve T ≈ 288 K (15°C) sans GES et T ≈ 290 K (17°C) avec GES (approximation simplifiée).
3. Une augmentation de 1°C correspond à une augmentation de l’énergie émise de ~5,67 W/m² (calculée via la loi de Stefan-Boltzmann).

• Remédiation : Fournir un exemple numérique simplifié (ex : température initiale = 0°C, énergie = 100 W/m²).
• Approfondissement : Étudier l’impact des différents gaz à effet de serre (CO₂, méthane, etc.).