Absorption atmosphérique et rayonnement infrarouge tellurique

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• Sur les 239 W/m^2 de rayonnement solaire absorbés en moyenne par le système Terre-atmosphère, environ 160 W/m^2 le sont par la surface (continents et océans, de température moyenne 15^C, soit 288 K) ; le reste, environ 80 W/m^2, est absorbé directement par l'atmosphère (ozone, vapeur d'eau, nuages). • Assimilée à un corps noir à 288 K, la surface terrestre émet un **rayonnement infrarouge tellurique** (grandes longueurs d'onde, pic vers 10\ m d'après la loi de Wien). • L'atmosphère terrestre se comporte de manière asymétrique vis-à-vis des rayonnements : - Elle est en grande partie **transparente** au rayonnement solaire incident (courtes longueurs d'onde, surtout le visible ; l'ozone absorbe toutefois la plus grande partie des UV). - Elle est en grande partie **opaque** au rayonnement infrarouge thermique émis par la surface terrestre en raison de gaz minoritaires qui l'absorbent (gaz à effet de serre : vapeur d'eau, dioxyde de carbone, méthane…). • Les molécules atmosphériques absorbent sélectivement les photons infrarouges correspondant aux fréquences de vibration et de rotation de leurs liaisons chimiques.

Le cours

Absorption atmosphérique et rayonnement infrarouge tellurique • Sur les 239 W/m^2 de rayonnement solaire absorbés en moyenne par le système Terre-atmosphère, environ 160 W/m^2 le sont par la surface (continents et océans, de température moyenne 15^C, soit 288 K) ; le reste, environ 80 W/m^2, est absorbé directement par l'atmosphère (ozone, vapeur d'eau, nuages). • Assimilée à un corps noir à 288 K, la surface terrestre émet un **rayonnement infrarouge tellurique** (grandes longueurs d'onde, pic vers 10\ m d'après la loi de Wien). • L'atmosphère terrestre se comporte de manière asymétrique vis-à-vis des rayonnements : - Elle est en grande partie **transparente** au rayonnement solaire incident (courtes longueurs d'onde, surtout le visible ; l'ozone absorbe toutefois la plus grande partie des UV). - Elle est en grande partie **opaque** au rayonnement infrarouge thermique émis par la surface terrestre en raison de gaz minoritaires qui l'absorbent (gaz à effet de serre : vapeur d'eau, dioxyde de carbone, méthane…). • Les molécules atmosphériques absorbent sélectivement les photons infrarouges correspondant aux fréquences de vibration et de rotation de leurs liaisons chimiques. Astuce et méthode clé Associe chaque rayonnement à sa source grâce à la loi de Wien : Soleil à 5\,800 K, pic vers 0,5\ m (il traverse l'atmosphère) ; Terre à 288 K, pic vers 10\ m (il est absorbé). Une température 20 fois plus faible donne une longueur d'onde 20 fois plus grande. Piège classique à éviter L'atmosphère n'est pas chauffée surtout par la lumière visible qu'elle traverse : elle l'est principalement par le bas, par les infrarouges émis par le sol et par les échanges de chaleur avec la surface (convection, évaporation).

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