Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l’origine de l’effet de serre atmosphérique en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de utiliser le rayonnement thermique et comprendre l’origine de l’effet de serre atmosphérique pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Rayonnement thermique et température d’un corps
- Rayonnement infrarouge
- Origine de l’effet de serre atmosphérique
- Gaz à effet de serre et changement climatique
Rayonnement thermique et température
Tout corps ayant une température au-dessus du zéro absolu émet du rayonnement électromagnétique. Plus la température est élevée, plus l'intensité du rayonnement augmente et plus il est énergétique.
Exemple
La résistance d'un grille-pain devient rouge quand elle chauffe : elle émet du rayonnement visible et infrarouge. Une brique sortie du four continue d'émettre de la chaleur par rayonnement même dans l'obscurité.
À retenir : Plus un corps est chaud, plus la puissance qu'il rayonne est grande et plus son rayonnement se décale vers les courtes longueurs d'onde (de l'infrarouge vers le visible).
Rayonnement infrarouge et spectre
Le rayonnement infrarouge est une onde électromagnétique invisible à l'œil humain, avec une longueur d'onde entre 700 nanomètres et 1 millimètre. C'est la principale forme de rayonnement thermique émis par les corps à température ambiante.
Exemple
Une télécommande envoie des signaux infrarouges pour commander ta TV. La caméra thermique d'un pompier détecte l'infrarouge pour voir à travers la fumée. Les lampes chauffantes des restaurants utilisent l'infrarouge.
À retenir : La majorité du rayonnement thermique émis par un corps à température terrestre est dans l'infrarouge.
Absorption et transmission du rayonnement
Quand un rayonnement rencontre la matière, il peut être absorbé (l'énergie chauffe le matériau), réfléchi (il repart) ou transmis (il traverse). L'atmosphère n'absorbe pas tous les rayonnements de la même façon.
Exemple
Un mur noir absorbe le rayonnement solaire et chauffe. Un miroir le réfléchit. Une vitre laisse passer la lumière visible mais absorbe une grande partie de l'infrarouge.
À retenir : L'atmosphère laisse passer le rayonnement solaire visible mais absorbe une partie du rayonnement infrarouge terrestre.
Bilan énergétique terrestre et équilibre
La Terre reçoit de l'énergie du Soleil et en renvoie sous forme de rayonnement infrarouge. Quand la Terre absorbe autant d'énergie qu'elle en renvoie, il y a un équilibre thermique.
Exemple
En hiver, tu dois chauffer ta maison parce que tu perds de la chaleur. Si le chauffage compense les pertes, la température reste stable. Pareil pour la Terre : elle reçoit du Soleil et renvoie de l'infrarouge.
À retenir : Sans effet de serre naturel, la température moyenne terrestre serait d'environ -18 °C au lieu de +15 °C.
Gaz à effet de serre et absorption
Les gaz à effet de serre (GES) comme le CO₂, le méthane (CH₄) et la vapeur d'eau absorbent fortement le rayonnement infrarouge et en réémettent une partie vers la surface terrestre, piégeant la chaleur.
Exemple
Une couverture ne produit pas de chaleur, mais elle limite les pertes de ton corps : les GES jouent un rôle comparable pour la Terre en retenant une partie de l'infrarouge qu'elle émet. Le CO₂ rejeté par les voitures et les usines rend cette « couverture » de plus en plus épaisse.
À retenir : Le CO₂ et le CH₄ sont les principaux gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique depuis 150 ans.
Origine de l'effet de serre atmosphérique
L'effet de serre est dû à la présence de gaz dans l'atmosphère qui retiennent le rayonnement infrarouge. Il existe un effet de serre naturel (essentiel à la vie) et un effet de serre renforcé par l'activité humaine.
Exemple
Vénus a une atmosphère très riche en CO₂ : sa température de surface dépasse 450 °C ; elle est plus chaude que Mercure, pourtant plus proche du Soleil. L'effet de serre naturel de la Terre permet à la vie d'exister ; le renforcement humain cause le réchauffement.
À retenir : L'effet de serre naturel rend la vie possible, mais l'augmentation des GES depuis 1850 renforce cet effet et cause un réchauffement problématique.
Changement climatique et sources anthropiques
Le réchauffement climatique est l'augmentation anormale de la température moyenne terrestre, principalement due aux émissions humaines de gaz à effet de serre (combustion de pétrole, charbon, déforestation).
Exemple
Depuis 1900, la température moyenne a augmenté de 1,2 °C. Les glaciers fondent, le niveau des mers monte, les tempêtes sont plus violentes. Une centrale à charbon ou une voiture essence rejette des tonnes de CO₂ par an.
À retenir : Le CO₂ rejeté par l'homme depuis la Révolution Industrielle a augmenté la concentration atmosphérique de 280 ppm à environ 425 ppm en 2024.
Les points clés
- La puissance rayonnée et la répartition spectrale du rayonnement dépendent de la température : plus un corps est chaud, plus il rayonne, et à des longueurs d'onde plus courtes
- Le rayonnement infrarouge est invisible mais représente l'essentiel du rayonnement thermique des corps terrestres
- L'atmosphère laisse passer une grande partie du rayonnement solaire visible mais absorbe fortement l'infrarouge émis par la Terre
- Gaz à effet de serre majeurs : CO₂, CH₄, N₂O, vapeur d'eau
- Concentration CO₂ : 280 ppm (1850) → environ 425 ppm (2024)
- Réchauffement observé : +1,2 °C depuis 1900, +0,2 °C par décennie depuis 1980
- Température moyenne sans effet de serre : -18 °C ; avec effet de serre naturel : +15 °C
L'essentiel
Le rayonnement infrarouge émis par la Terre est absorbé par les gaz à effet de serre qui le renvoient vers le sol ; augmenter la concentration de ces gaz renforce cet effet et réchauffe le climat.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une plaque de cuisson électrique, d'abord à 20 °C, est chauffée jusqu'à environ 600 °C. Décris comment évoluent la puissance qu'elle rayonne et le domaine de son rayonnement (infrarouge, visible). Explique ensuite pourquoi une caméra thermique permet de repérer une personne dans l'obscurité.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Explique pourquoi une serre en verre chauffe à l'intérieur même en hiver, et fais le lien avec l'effet de serre atmosphérique.
Corrige cet exercice avec le tuteur →