Le bilan radiatif terrestre

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Pour chaque phrase, coche la seule réponse juste.

1. 1.Les rayons du Soleil atteignent notre planète…

   0.5 pt
   • dans toutes les directions
   • en rayons parallèles
   • seulement près de l’équateur
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   en rayons parallèles

   Le Soleil est si loin que ses rayons arrivent parallèles : ils n’éclairent qu’une face de la planète.

2. 2.La soustraction liée à l’albédo s’effectue…

   0.5 pt
   • avant le calcul de la moyenne planétaire
   • une fois la moyenne planétaire obtenue
   • à la place de la division par quatre
   Voir la correction

   une fois la moyenne planétaire obtenue

   La méthode commence par la moyenne planétaire (division par quatre) ; c’est de cette moyenne qu’on retranche ensuite l’albédo.

3. 3.Une grande étendue de neige fraîche renvoie vers l’espace…

   0.5 pt
   • presque rien du rayonnement solaire
   • une grande part du rayonnement solaire
   • uniquement de l’infrarouge
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   une grande part du rayonnement solaire

   La neige, comme les nuages, a un albédo élevé : elle renvoie beaucoup sans être chauffée.

4. 4.Face à la lumière venue du Soleil, l’air qui entoure la Terre est…

   0.5 pt
   • totalement opaque
   • un miroir qui renvoie tout
   • largement transparent
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   largement transparent

   L’atmosphère laisse passer l’essentiel du rayonnement solaire ; c’est pour l’infrarouge émis par le sol qu’elle est absorbante.

5. 5.Si l’effet de serre disparaissait, le sol terrestre serait en moyenne…

   0.5 pt
   • beaucoup plus froid qu’aujourd’hui
   • à peu près aussi chaud
   • beaucoup plus chaud qu’aujourd’hui
   Voir la correction

   beaucoup plus froid qu’aujourd’hui

   Privée du second apport venu de l’atmosphère, la surface serait bien plus froide, et l’eau liquide bien plus rare.

6. 6.Les mesures actuelles indiquent que notre planète…

   0.5 pt
   • renvoie un peu plus qu’elle ne reçoit
   • reçoit un peu plus qu’elle ne renvoie
   • renvoie exactement ce qu’elle reçoit
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   reçoit un peu plus qu’elle ne renvoie

   Le renforcement de l’effet de serre crée un léger excédent : c’est un déséquilibre, pas un équilibre.

7. 7.L’eau des mers absorbe la plus grosse part du surplus d’énergie parce que…

   0.5 pt
   • elle réfléchit le rayonnement solaire
   • elle est plus chaude que l’air
   • sa capacité thermique est bien plus grande que celle de l’air
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   sa capacité thermique est bien plus grande que celle de l’air

   C’est sa capacité thermique, bien plus grande que celle de l’air, qui fait de l’océan le principal réservoir de l’énergie accumulée.

8. 8.Lorsque la planète réémet exactement ce qu’elle absorbe, sa température moyenne…

   0.5 pt
   • augmente sans cesse
   • ne change plus
   • baisse sans cesse
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   ne change plus

   C’est la définition de l’équilibre radiatif : les deux termes se compensent et la température se stabilise.

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Relie chaque mot à sa définition par un trait, puis recopie la lettre dans la case.

• AEnchaînement dans lequel une conséquence renforce sa propre cause.
• BValeur mesurée face au Soleil, à la limite haute de l’air : environ 1361 W·m⁻².
• CFraction de la lumière du Soleil réfléchie par la planète sans être absorbée.
• DType de rayonnement que réémet un corps beaucoup moins chaud que notre étoile.
• ERayonnement reçu en moyenne par chaque mètre carré, une fois réparti sur toute la sphère.

1. 1.Flux incident

   0.5 pt
   Voir la correction

   B

   Le flux incident est mesuré au sommet de l’atmosphère, avant toute répartition sur la sphère.

2. 2.Flux moyen

   0.5 pt
   Voir la correction

   E

   Le flux moyen est le flux incident réparti sur toute la sphère : il en vaut le quart.

3. 3.Albédo

   0.5 pt
   Voir la correction

   C

   L’albédo est la fraction réfléchie directement, sans avoir chauffé quoi que ce soit.

4. 4.Infrarouge

   0.5 pt
   Voir la correction

   D

   Bien plus froide que le Soleil, la surface terrestre émet dans l’infrarouge.

5. 5.Rétroaction positive

   0.5 pt
   Voir la correction

   A

   Exemple : la glace fond, l’albédo baisse, l’absorption augmente, la glace fond davantage.

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Complète le texte avec les mots de la banque. Deux mots ne servent pas.

1. 1.Ce qui ne repart pas aussitôt est par le sol et les océans.

   0.5 pt
   Voir la correction

   absorbé

   Ce qui ne repart pas par l’albédo est absorbé : c’est le flux absorbé du bilan.

2. 2.Il alors cette surface.

   0.5 pt
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   chauffe

   Le rayonnement absorbé apporte de l’énergie à la surface, qui s’échauffe.

3. 3.L’océan et les renvoient très peu le rayonnement solaire.

   0.5 pt
   Voir la correction

   forêts

   Le cours oppose l’océan et les forêts, qui renvoient très peu, à la neige et aux nuages.

4. 4.La lumière du traverse l’air presque sans obstacle.

   0.5 pt
   Voir la correction

   Soleil

   L’atmosphère est largement transparente au rayonnement venu du Soleil, qui atteint ainsi la surface.

5. 5.Le rayonnement du , en revanche, est en partie retenu puis renvoyé vers le bas.

   0.5 pt
   Voir la correction

   sol

   L’infrarouge vient de la surface chauffée ; l’atmosphère en renvoie une partie vers elle.

6. 6.Le sol bénéficie alors de deux d’énergie : c’est l’effet de serre.

   0.5 pt
   Voir la correction

   apports

   Le rayonnement solaire absorbé et l’infrarouge renvoyé par l’atmosphère : deux apports au lieu d’un.

7. 7.Si la planète absorbe plus qu’elle ne réémet, elle de l’énergie.

   0.5 pt
   Voir la correction

   accumule

   Ce qui entre sans ressortir reste dans le système : il accumule de l’énergie.

8. 8.Elle n’est alors pas en équilibre, mais en .

   0.5 pt
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   déséquilibre

   Un écart entre absorbé et réémis est un déséquilibre ; ce n’est pas un nouvel équilibre.

Calculer un flux

Réponds à chaque question en posant le calcul. Les indices donnent les formules utiles.

1. 1.À l’aide des indices, calcule $\frac{4\pi R^2}{\pi R^2}$. Que représente ce nombre ?

   1 pt
   Voir la correction

   4 : la Terre réémet sur une surface quatre fois plus grande que celle qui intercepte.

   Le rayon et π se simplifient : la sphère est quatre fois plus grande que le disque, quelle que soit la taille de la planète.

2. 2.Avec le résultat de la question a, calcule la moyenne planétaire à partir de 1361 W·m⁻².

   1 pt
   Voir la correction

   $1361÷4=340,25$, arrondi à 340 W·m⁻².

   On divise par le rapport des aires trouvé à la question a ; on arrondit ensuite à 340 W·m⁻², la valeur retenue pour la suite.

3. 3.Sur dix parts de rayonnement solaire moyen, combien repartent directement vers l’espace ? Combien sont absorbées ?

   1 pt
   Voir la correction

   3 parts repartent, 7 sont absorbées.

   Un albédo de 0,30 correspond à trois dixièmes renvoyés ; il reste donc sept dixièmes, absorbés par la planète.

4. 4.Applique l’albédo de 0,30 aux 340 W·m⁻² : combien de W·m⁻² repartent sans être absorbés ?

   1 pt
   Voir la correction

   $340\times 0,30=102$, soit environ 102 W·m⁻².

   On applique l’albédo au flux moyen, et non au flux incident : 0,30 de 340 W·m⁻².

Compléter un schéma

Complète le schéma : écris dans chaque case A à F le nom du flux, choisi dans la banque, puis ajoute sa valeur quand la banque en propose une.

Les cases de la figure sont les questions. La correction, case par case :

1. 1.Case A — la flèche qui descend du Soleil vers la surface

   1 pt
   Voir la correction

   Solaire moyen reçu, ≈ 340 W·m⁻².

   C’est le flux incident divisé par quatre : la moyenne planétaire calculée à l’exercice 4. Un demi-point pour le nom, un demi-point pour la valeur.

2. 2.Case B — la flèche en trait plein qui remonte

   1 pt
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   Renvoyé (albédo), ≈ 102 W·m⁻².

   Cette part repart sans avoir chauffé quoi que ce soit : 0,30 de 340 W·m⁻². Un demi-point pour le nom, un demi-point pour la valeur.

3. 3.Case C — ce qui reste dans la surface

   1 pt
   Voir la correction

   Absorbé par la surface, ≈ 238 W·m⁻².

   $340-102=238$ : c’est ce qui reste une fois retirée la part de l’albédo. Un demi-point pour le nom, un demi-point pour la valeur.

4. 4.Case D — les tirets qui montent du sol vers l’atmosphère

   0.5 pt
   Voir la correction

   Infrarouge émis par le sol.

   La surface chauffée réémet, et comme elle est bien plus froide que le Soleil, elle le fait dans l’infrarouge, non dans l’ultraviolet.

5. 5.Case E — les tirets qui redescendent de l’atmosphère vers le sol

   1 pt
   Voir la correction

   Infrarouge renvoyé vers le sol : c’est l’effet de serre.

   L’atmosphère absorbe l’infrarouge du sol et en renvoie une partie vers lui : la surface reçoit deux apports. Un demi-point pour le nom, un demi-point pour « effet de serre ».

6. 6.Case F — les tirets qui partent de l’atmosphère vers l’espace

   1 pt
   Voir la correction

   Infrarouge vers l’espace, ≈ 238 W·m⁻² à l’équilibre.

   À l’équilibre, ce qui repart compense exactement ce qui a été absorbé : la même valeur que la case C. Un demi-point pour le nom, un demi-point pour la valeur.