Bilan : Synthèse et méthode sur Rayonnement solaire et bilan radiatif terrestre

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• **Origine de l'énergie solaire :** - Fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium au cœur du Soleil (4\,^1H ^4He). - Défaut de masse converti en énergie selon la relation d'Einstein : E = m c^2. - Perte de masse solaire continue : 4,2 10^9 kg/s. • **Lois du rayonnement thermique :** - Spectre de corps noir continu dépendant uniquement de T. - Loi de déplacement de Wien : _ T = 2,898 10^-3 mK. • **Bilan radiatif et équilibre thermique :** - Constante solaire : C_0 1\,364 W/m^2 au sommet de l'atmosphère. - Puissance moyenne incidente sur le globe : P_incidente = C_0 / 4 341 W/m^2. - Puissance réfléchie par albédo (A 0,30) : P_réfléchie = A P_incidente 102 W/m^2. - Puissance nette absorbée : P_absorbée = (1 - A) P_incidente 239 W/m^2. - Équilibre radiatif : le système Terre-atmosphère réémet 239 W/m^2 vers l'espace sous forme d'infrarouges thermiques (vers 10\ m), émis en majorité par l'atmosphère. • **Effet de serre :** - Absorption des infrarouges telluriques par les GES (H_2O, CO_2, CH_4) et réémission bidirectionnelle. - Réchauffement naturel de +33^C (passage de -18^C à +15^C). - Perturbation anthropique contemporaine : forçage radiatif positif de +2,7 W/m^2 rompant l'équilibre.

Le cours

Bilan : Synthèse et méthode sur Rayonnement solaire et bilan radiatif terrestre • **Origine de l'énergie solaire :** - Fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium au cœur du Soleil (4\,^1H ^4He). - Défaut de masse converti en énergie selon la relation d'Einstein : E = m c^2. - Perte de masse solaire continue : 4,2 10^9 kg/s. • **Lois du rayonnement thermique :** - Spectre de corps noir continu dépendant uniquement de T. - Loi de déplacement de Wien : _ T = 2,898 10^-3 mK. • **Bilan radiatif et équilibre thermique :** - Constante solaire : C_0 1\,364 W/m^2 au sommet de l'atmosphère. - Puissance moyenne incidente sur le globe : P_incidente = C_0 / 4 341 W/m^2. - Puissance réfléchie par albédo (A 0,30) : P_réfléchie = A P_incidente 102 W/m^2. - Puissance nette absorbée : P_absorbée = (1 - A) P_incidente 239 W/m^2. - Équilibre radiatif : le système Terre-atmosphère réémet 239 W/m^2 vers l'espace sous forme d'infrarouges thermiques (vers 10\ m), émis en majorité par l'atmosphère. • **Effet de serre :** - Absorption des infrarouges telluriques par les GES (H_2O, CO_2, CH_4) et réémission bidirectionnelle. - Réchauffement naturel de +33^C (passage de -18^C à +15^C). - Perturbation anthropique contemporaine : forçage radiatif positif de +2,7 W/m^2 rompant l'équilibre. Astuce et méthode clé Dans tout problème de bilan radiatif : 1) calcule la puissance solaire moyenne C_0/4, 2) retranche la part réfléchie par l'albédo, 3) écris l'égalité avec le flux infrarouge sortant T^4 pour en déduire T (loi de Stefan-Boltzmann). La loi de Wien, elle, donne T à partir du pic _ d'un spectre. Piège classique à éviter Attention à bien distinguer la constante solaire C_0 reçue par le disque terrestre et la puissance moyenne par m^2 de sphère terrestre (C_0/4).

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