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THERMIQUE
Lycée LEONARD DE VINCI - 2021/2022
COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER
LES TRANSFERTS THERMIQUES ?
THERM 3
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TTP PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 1/14
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1. Transfert thermique
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AP
TP 1 « Contre quel phénomène luttent les rupteurs de ponts thermiques ? »
AP S’Approprier
RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
Document : Pont thermique au niveau des balcons
Les balcons sont en contact à la fois avec l’air chaud intérieur et l’air froid extérieur.
Source : Les lois du monde – Belin – 2003
Document : Rupteur de pont thermique
Inventé en 1983 par la société Schöck, le rupteur de ponts thermiques de structure Schöck Rutherma® assure la continuité de l'isolation du bâtiment là où celle-ci serait interrompue par les jonctions de structure et de balcons. Rutherma® est un élément préfabriqué d'un mètre de longueur, la hauteur correspondant à l'épaisseur de la dalle (16-25 cm), composé d’un corps isolant et d’armatures pour la reprise des sollicitations de structure. Le corps isolant des rupteurs Rutherma® est fabriqué à partir de Neopor®, une mousse de polystyrène expansé (PSE) graphitée dont la conductibilité est de 0,031 W/(m.°C). Document : Thermographies de bâtiments
A : B :
Document : Conductiscope à cristaux liquides
Un film dont la couleur change en fonction de la
température est collé sur 4 barres métalliques
identiques mais de natures différentes (Fer, Laiton,
Aluminium, Cuivre). Il suffit de plonger le bout des barres dans de l’eau
préalablement bouillie et d’observer la propagation de la chaleur dans chaque métal. Le film est gradué tous les 10 mm pour mesurer la vitesse de propagation de la chaleur. Le film est réversible et l’expérience peut être répétée indéfiniment.
Document : Données thermodynamiques
en W/(m.°C)
Cuivre 390
Aluminium 237
Fer 80
Acier inoxydable 26
Granit 2,2
Verre 1,2
Laiton 110
Béton 0,92
Bois de chêne 0,16
Polystyrène expansé 0,036
1.a. Décrire le phénomène présenté dans le document . ...............................................................................
.....................................................................................................................................................................
b. Comment lutte-t-on contre ce phénomène ? .............................................................................................. c. Cette nouvelle technique se développe fortement en France, depuis le Grenelle de l’environnement,
avec notamment la mise en application de la RT2012. Que signifient les initiales RT ? Régulation de la Température Résistance Thermique Réglementation Thermique
d. Identifier, dans le document , le bâtiment qui est équipé de ce dispositif. A B
e. Parmi les schémas suivants, lequel traduit correctement l’échange du transfert thermique ?
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Chaleur Corps chaud
Corps froid
Chaleur Corps chaud
Corps froid
THERM 3 COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER LES
TRANSFERTS THERMIQUES ?
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TTP PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 2/14
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2.a. Schématiser ci-contre l’expérience utilisant le matériel du document .
b. Réaliser cette expérience. c. Décrire dans le détail les observations.
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
............................................................................................. d. Proposer un classement des métaux (dont on énoncera le
critère)
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
Schéma de l’expérience :
3.a. À l’aide du document , donner le nom des données thermodynamiques du document .
..................................................................................................................................................................... b. Classer ces données relatives aux 4 métaux du conductiscope.
.....................................................................................................................................................................
c. Ce classement est-il en accord avec le classement proposé à la question 2.d. ? OUI NON 4.a. Contre quel phénomène physique luttent les rupteurs de ponts thermiques ?
l’isolation thermique la conduction thermique la puissance thermique la convection b. Parmi les schémas suivants, lequel est correct ?
5. Compléter l’article du document avec les étiquettes suivantes :
Document : Un béton isolant qui évite la pose de rupteurs de ponts thermiques Conjuguant performances thermiques et structurelles, le béton de nouvelle génération Thermedia 0.6 de Lafarge a été choisi pour la construction de logements collectifs à très hautes performances énergétiques en Maine-et-Loire. Fruit d’un partenariat entre Lafarge et Bouygues Construction le Thermedia 0.6 est un béton isolant destiné aux applications en voile de façade. Sa formulation spécifique, à base de billes d’argile, ponce et schiste, lui confère une grande légèreté (1,4 t/m3) et divise
sa par trois par rapport à un béton standard.
Il n’en conserve pas moins une de 25 MPa.
Ses propriétés lui permettent de s’affranchir de la pose de rupteurs de ponts thermiques. D’où une simplification de la mise en œuvre et un gain de temps non négligeable sur chantier.
Prêt à l'emploi, il se coule et se comme un béton classique et ne demande pas d’adaptation des méthodes constructives.
Article paru dans « Le Moniteur » le 20/02/12
AN
VA
Exercice 1 : Pourquoi les cuisiniers utilisent-ils des casseroles en cuivre ?
Les chefs cuisiniers utilisent plutôt des casseroles en cuivre.
1. Proposer, à partir du matériel suivant, un protocole expérimental
permettant de comprendre quel est l’intérêt pour un cuisinier
d’utiliser une casserole en cuivre plutôt qu’en aluminium.
Matériel à disposition : deux plaques chauffantes, une éprouvette
graduée, un chronomètre, deux béchers, de l’eau, deux thermomètres, deux supports pour les thermomètres, une casserole en aluminium, une casserole en cuivre.
2. La conductivité thermique du cuivre λCu est égale à 390 W/m.°C, celle de l’aluminium λAl est égale à
237 W/m.°C. Au bout de 5 min, dans quelle casserole l’eau sera-t-elle plus chaude si on chauffe les deux
casseroles de la même façon ?
.................................................
.................................................
.................................................
.................................................
isolantes conductivité thermique résistance mécanique vibre
THERM 3 COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER LES
TRANSFERTS THERMIQUES ?
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TTP PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 3/14
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TP 2 « Pourquoi le compartiment à glace d’un réfrigérateur est-il en haut ? »
AP S’Approprier
AN Analyser/Raisonner
RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
1. Étude du document : a. Quel est le nom plus courant donné
aux convecteurs électriques ? .........................................................
b. Y a-t-il un ventilateur dans les convecteurs électriques ? ................
c. Où se situe l’air froid ? ....................
d. Où se situe l’air chaud ? ..................
Document : Convecteur électrique
Document : Réfrigérateur avec bac à glace
2. « Pourquoi le compartiment à glace d’un réfrigérateur est-il toujours en haut ? »
Proposer une hypothèse, en explicitant celle-ci. ............................................................................................
........................................................................................................................................................................ 3. Parmi les schémas de montages suivants, lequel permet de modéliser et d’étudier l’évolution de la chaleur
à l’intérieur du réfrigérateur ?
Appel n°1 : Faire vérifier le choix du montage
4.a. Mettre en œuvre le dispositif expérimental validé par le professeur. On dispose du fichier LATIS PLP « ACQUISITION.plp » que l’on paramétra pour que les prises de mesures se fassent pendant 6 min et pour que les deux courbes se tracent dans un même repère pour une échelle de température variant de 10 à 50 °C.
Appel n°2 : Faire vérifier la mise en place du dispositif. Le professeur ajoutera le permanganate de potassium.
b. Lancer le chauffage et l’acquisition. On regardera bien le bécher au début, puis on notera les
observations quant au mouvement dans le fluide. ......................................................................................
...................................................................................................................................................................... c. Afin de régler l’éventuel décalage initial de température entre les sondes, à partir de la fenêtre « Feuille
de calcul » on lancera l’exécution du calcul via le menu calcul. On affichera ensuite une nouvelle fenêtre graphique dans laquelle on fera afficher les courbes T_BAS et T_HAUT issues du calcul.
Appel n°3 : Faire vérifier les résultats de mesures
e. Relever les valeurs des températures au bout de 4 min : fond = .................. surface = .................. 5.a. Le phénomène observé s’appelle la convection. Comment peut-on le définir ?
C’est le déplacement de la chaleur par déplacement de matière. C’est le déplacement de la chaleur sans déplacement de matière. C’est le déplacement de matière sans déplacement de chaleur.
b. Parmi les schémas suivants, lequel est correct ? A B
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Paro
i chau
de
Fluide froid
Fluide chaud
Paro
i fr
oid
e
A
Fluide froid
Fluide chaud
Fluide chaud
Fluide froid
B
Fluide chaud
Fluide froid Paro
i chau
de
Paro
i fr
oid
e
Cristaux de permanganate de potassium pour
colorer
Système d’acquisition
Ca
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Ca
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Pre
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Eau
Cristaux de permanganate de potassium pour
colorer
Système d’acquisition
Ca
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1
Ca
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2
Eau
Cristaux de permanganate de potassium pour
colorer
Système d’acquisition
Ca
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1
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2
Eau
Cristaux de permanganate de potassium pour
colorer
Système d’acquisition
Ca
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1
Ca
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2
Eau
THERM 3 COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER LES
TRANSFERTS THERMIQUES ?
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VA
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c. Compléter les schémas ci-contre par les mots
ou
.
6.a. Parmi les schémas ci-contre, quel
est celui qui permet d’expliquer la position du compartiment à
glace ? C D E F
b. Confirmer ou infirmer l’hypothèse formulée à la question initiale, en
l’explicitant. ................................... ......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
Synthèse et petit cours (1.) ...
AN
AN
Exercice 2 : Mode de transfert thermiques
1. Préciser pour chacune des situations suivantes le mode transfert thermique adéquat :
Échange thermique entre
les lampes chauffe plats
et les aliments
Échange thermique entre
la queue de la poêle et la
main du cuisinier
Échange thermique entre
les joueurs de rugby et
l’air environnant
Échange thermique entre
la pièce et les doigts
Conduction
Convection
Rayonnement
Conduction
Convection
Rayonnement
Conduction
Convection
Rayonnement
Conduction
Convection
Rayonnement
2. Compléter le
schéma ci-contre
pour préciser les
modes de transferts
de l’énergie
thermique mis en
jeu dans un
barbecue.
AN
Exercice 3 : Convection
Replacer les images de la modélisation du déplacement de matière par convection dans l’ordre.
<
<
<
<
<
convection
conduction
F
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conduction
THERM 3 COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER LES
TRANSFERTS THERMIQUES ?
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TTP PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 5/14
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Exercice 4 : Radiateur « ventilé »
Destiné au neuf et à la
rénovation, un nouveau type de
radiateur basse température est
irrigué en eau à l’avant et à
l’arrière (compatible avec des
températures d’eau inférieures à
40 °C) et dispose d’une
régulation intelligente, qui
permet de démarrer les micro-
ventilateurs selon les souhaits
de l’utilisateur ou la
température ambiante.
1. Quel est le mode de transfert thermique entre l’eau et le métal du radiateur ?
2. Quel est le mode de transfert thermique entre la radiateur et l’air ambiant ?
3. Quel est le nom donné par le constructeur à ce type de radiateur ?
Radiateur à conduction forcée Radiateur à convection forcée
Radiateur à rayonnement forcé Radiateur sèche-cheveux
4. Que font les ventilateurs ?
Ils aspirent plus d’air froid du bas du radiateur Ils aspirent plus d’air froid du haut du radiateur
Ils aspirent plus d’air chaud du bas du radiateur Ils aspirent plus d’air chaud du haut du radiateur
5. Parmi les schémas suivants, lequel est correct ?
AP
AN
AN
AN
CM
Exercice 5 : Chauffage au sol
Dans le plancher d’un salon et incorporé, un système
de chauffage par le sol maintenant la température
ambiante de l’air à 20 °C. Le système de chauffage est
constitué d’un tube dans lequel circule de l’eau à la
température moyenne de 40 °C. La température de
surface du sol ne doit pas dépasser 28 °C.
1. Quel est le corps chaud ?
2. Parmi les schémas suivants, lequel traduit le sens
des échanges thermiques ?
3.a. Quel est le mode de transfert thermique est mis en œuvre dans le sol ?
Conduction Convection Rayonnement
b. Quel est le mode de transfert thermique est mis en œuvre au niveau de l’air de la pièce ?
Conduction Convection Rayonnement
4. Quelle serait la conséquence thermique si une moquette était posée sur le carrelage ?
Radia
teur
R
adia
teur
Radia
teur
Radia
teur
Radia
teur
Carrelage Ragréage
en ciment
Chape en mortier
Tube chauffant
en polyéthylène
Isolant en
polystyrène
Carrelage
Chape en mortier
Système de chauffage
Isolant en polystyrène
Béton
Intérieur
Sol de fondation
Flux thermique
Flux thermique
Intérieur
Sol de fondation
Flux thermique
Flux thermique
Intérieur
Sol de fondation
Flux thermique
Flux thermique
THERM 3 COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER LES
TRANSFERTS THERMIQUES ?
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TTP PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 6/14
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TP 3 « Quel est l’impact thermique de la couleur d’un bungalow de chantier ? »
AP S’Approprier
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RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
Document : Bungalows de chantier
Document : Maisons traditionnelles grecques sur l’île de Santorin
1.a. Les bungalows de chantier sont-ils mieux isolés thermiquement qu’une maison ? OUI NON b. Quelle est la couleur de bungalow la plus répandue sur les chantiers ? .................................................... c. Les bungalows de chantier sont généralement le plus souvent : en plein Soleil à l’ombre d. Quelle est la particularité des maisons grecques du document ? ...........................................................
2. « Quel est l’impact thermique de la couleur d’un bungalow de chantier ? »
Proposer une hypothèse, en explicitant celle-ci. ............................................................................................
........................................................................................................................................................................ 3. Parmi les schémas de montages suivants, lequel permet de mesurer l’impact d’une couleur sur
l’éclairement ?
Appel n°1 : Faire vérifier le choix du montage
4.a. Mettre en place le montage validé par le professeur. On dispose du fichier LATIS PLP « ACQUISITION 1.plp».
b. Que mesure le luxmètre 1 ? l’éclairement absorbé l’éclairement réfléchi l’éclairement incident c. Que mesure le luxmètre 2 ? l’éclairement absorbé l’éclairement réfléchi l’éclairement incident
Appel n°2 : Faire vérifier le montage expérimental
d. Faire différentes mesures en changeant les supports colorés et noter les résultats des éclairements obtenus dans le tableau suivant :
Couleur du Support Blanc Rouge Vert Bleu Noir
Éclairement incident en lx
Éclairement réfléchi en lx
e. Quelle couleur absorbe le plus de rayonnement ? Blanc Rouge Vert Bleu Noir f. Quelle couleur absorbe le moins de rayonnement ? Blanc Rouge Vert Bleu Noir
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Système d’acquisition
Ca
pte
ur
Te
mp
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ture
Ca
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Luxm
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Supports colorés
Système
d’acquisition
Ca
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Ca
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Supports colorés
Système
d’acquisition
Ca
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Ca
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Supports colorés
Système
d’acquisition
Ca
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Ca
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Supports colorés
THERM 3 COMMENT UTILISER ET CONTRÔLER LES
TRANSFERTS THERMIQUES ?
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TTP PHYSIQUE CHIMIE / ACTIVITES 7/14
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5. Parmi les schémas de montages suivants, lequel permet de mesurer l’impact thermique du phénomène vu précédemment ?
Appel n°3 : Faire vérifier le choix du montage
6.a. Mettre en œuvre le dispositif expérimental validé par le professeur. On dispose du fichier LATIS PLP « ACQUISITION 2.plp » que l’on paramétra pour que les prises de mesures se fassent pendant 10 min et pour que les deux courbes se tracent dans un même repère pour une échelle de température variant de 10 à 50 °C.
Appel n°4 : Faire vérifier le montage expérimental
b. Lancer l’acquisition. Une fois que celle-ci sera terminée, afin de régler l’éventuel décalage initial de température entre les sondes, à partir de la fenêtre « Feuille de calcul » on lancera l’exécution du calcul via le menu calcul. On affichera ensuite une nouvelle fenêtre graphique dans laquelle on fera afficher les courbes T_BLANC et T_NOIR issues du calcul.
Appel n°5 : Faire vérifier les résultats de mesures
c. Commenter les résultats de mesures. ..........................................................................................................
......................................................................................................................................................................
d. Quel est le mode de transfert thermique mis ici en évidence ? ...................................................................
e. Parmi les schémas suivants représentant les infrarouges, lequel est correct ? A B C D
7.a. De quel couleur doit être le bungalow de chantier pour être plus confortable en plein été ? Blanc Rouge Vert Bleu Noir
b. Confirmer ou infirmer l’hypothèse formulée à la question initiale, en l’explicitant. .......................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
Système d’acquisition
Ca
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Ca
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Source à égale distance
des flacons
Système d’acquisition
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Ca
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Luxm
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Fe
uill
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Fe
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Source à égale distance
des flacons
Système d’acquisition
Ca
pte
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1
Ca
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mp
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ture
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Fe
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Source à égale distance
des flacons
Système d’acquisition
Ca
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Ca
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Source à égale distance
des flacons
A
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Exercice 6 : Brises sur le littoral
1. Compléter l’explication du phénomène des brises sur le littoral avec les étiquettes suivantes :
Sur la côte, pendant les journées , les sols se réchauffent rapidement. L’air qui les
surplombe devient alors moins dense et tend à . Il est aussitôt remplacé par de l’air plus
et plus dense qui vient de l’océan. Ainsi, en surface le vent souffle de la mer
: c’est la brise de mer. En altitude, le vent souffle des terres vers la mer pour alimenter
le courant froid subsident qui ferme la boucle. La nuit, le phénomène . Les sols se
refroidissent plus rapidement que la surface de l’océan. L’air y devient plus dense et s’écoule
: c’est la brise de terre.
2. Quel mode de transfert thermique cela met-il en évidence ?
CM
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Exercice 7 : Radiateur d’alimentation d’ordinateur
Certaines alimentations d’ordinateur possèdent un large radiateur à
l'arrière pour aider à la dissipation. Le radiateur est composé d’ailettes
orientées verticalement.
1. Que veut dire le mot « dissipation » ?
2. Quel est le mode de transfert de la chaleur à l’intérieur des ailettes ?
Conduction Convection Rayonnement
3. Quel est le mode de transfert de la chaleur entre les ailettes ?
Conduction Convection Rayonnement
4. Expliquer comment ce radiateur permet de dissiper la chaleur de
l’alimentation de l’ordinateur.
2. Le forçage radiatif (ou « effet de serre »)
TP 4 « Quel est l’impact du rayonnement sur le dioxyde de carbone ? »
AP S’Approprier
AN Analyser/Raisonner
RE Réaliser
VA Valider
CM
Communiquer
Document : Bilan radiatif sur la Terre
Période pré-industrielle (1850)
Période industrielle (2020)
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...................................
...................................
...................................
...................................
...................................
s’élever ensolleillées s’inverse froid vers la terre vers l’océan
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
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TRANSFERTS THERMIQUES ?
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Document : Bilan radiatif sur la Lune
Document : Principe de l’effet de serre sur la température
S’il n’y avait pas d’effet de serre :
La vie grâce à l’effet de serre :
Un risque de déséquilibre :
Document : Petite expérience de pensée
Prenons un dormeur lambda
Ajoutons une couette à + 10 W
Laissons le temps s’écouler
Document : Gaz à Effet de Serre (GES)
1.a. Quels rayonnements sont responsables de « l’effet de serre » ? Solaires Infrarouges UV b. Y a-t-il un « effet de serre » sur la Lune ? OUI NON c. Pourquoi ? car la Lune est plus éloignée du Soleil que la Terre
car il n’y a pas d’atmosphère sur la Lune car la masse de la Lune est plus faible de celle de la Terre car la surface de la lune est plus réfléchissante des rayonnements
d. La vie sur Terre serait-elle mieux sans « effet de serre » ? OUI NON e. Quelle est la conséquence d’une augmentation du bilan radiatif ? une réduction de la température une stabilisation de la température une augmentation de la température
f. Quel est le GES dont l’émission est la plus importante ? .............................................................................
g. Quel est le secteur économique dégageant le plus de GES ? .................................................................... 2. « Quel est l’impact du rayonnement sur le dioxyde de carbone ? »
Proposer une hypothèse, en explicitant celle-ci. ............................................................................................
........................................................................................................................................................................
Bilan radiatif : + 0 W
Température : 35 °C
+ 100 W – 100 W
Bilan radiatif : + 10 W
Température : 35 °C
+ 100 W – 90 W
Bilan radiatif : + 0 W
Température : 37 °C
+ 100 W – 100 W
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3. Un cachet effervescent libérant du dioxyde de carbone, parmi les schémas de montages suivants, lequel permet de mesurer l’impact du rayonnement sur le dioxyde de carbone ?
Appel n°1 : Faire vérifier le choix du montage
4.a. Mettre en œuvre le dispositif expérimental validé par le professeur sans introduire le cachet effervescent. On dispose du fichier LATIS PLP « ACQUISITION.plp » que l’on paramétra pour que les prises de mesures se fassent pendant 20 min et pour que les deux courbes se tracent dans un même repère pour une échelle de température variant de 10 à 40 °C.
Appel n°2 : Faire vérifier le montage expérimental et introduire le cachet devant le professeur
b. Lancer l’acquisition. Une fois que celle-ci sera terminée, afin de régler l’éventuel décalage initial de température entre les sondes, à partir de la fenêtre « Feuille de calcul » on lancera l’exécution du calcul via le menu calcul. On affichera ensuite une nouvelle fenêtre graphique dans laquelle on fera afficher les courbes T_AIR et T_CO2 issues du calcul.
Appel n°3 : Faire vérifier les résultats de mesures
c. Commenter les résultats de mesures. ..........................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
Document : Variation de la température à la surface du globe, moyenne décennale, en °C.
Source : GIEC ; Infographie : Le Monde
Document : Évolution de la température à la surface du globe par rapport à la période 1850-1900 selon plusieurs scénarios en °C.
Source : GIEC ; Infographie : Le Monde
5.a. Par rapport à l’année 2015, quelle est la variation moyenne de température à la surface du globe prévisible en 2100 dans le pire scénario du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat) ? –4,7 °C –3,7 °C –1 °C +1 °C +3,7 °C +4,7 °C
b. Compléter l’article du document avec les étiquettes suivantes :
visible rapidité n’absorbent pas absorberait thermique
ricocher méthane l’espace CO2 la Terre température atmosphère
électromagnétique infrarouges forçage radiatif vapeur d’eau température globale
Système d’acquisition
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Eau + cachet effervescent
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Système d’acquisition
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Eau + cachet effervescent
Source à égale distance
des flacons
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Eau + cachet effervescent
Source à égale distance
des flacons
Système d’acquisition
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Eau + cachet effervescent
Source à égale distance
des flacons
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Document : Le réchauffement climatique et ses causes
La moyenne globale de la Terre a augmenté d’environ 1 °C depuis un siècle et demi. Cette
augmentation, unique dans l’histoire de la Terre par sa , est ce que l’on appelle le réchauffement climatique. Le réchauffement climatique est du a une augmentation de l’effet de serre sur notre planète. Celui-ci est directement lié à
l’existence d’une sur la Terre. D’ailleurs, il est également observé sur les autres planètes du système solaire dotées d’une atmosphère (comme Venus et Mars), alors qu’il est inexistant sur des corps qui en sont dépourvus, comme la Lune. Il est à noter que l’expression « effet de serre » bien qu’extrêmement utilisée dans le langage courant, est assez malheureuse, puisque le réchauffement observé dans une serre n’est que peu souvent provoqué par cet effet. De
manière plus rigoureuse, on préfère parler de . La Terre reçoit, comme les autres corps du système solaire, de l’Energie du Soleil sous forme d’un rayonnement
, notamment dans le domaine de la lumière .
En l’absence d’atmosphère, la Terre en réfléchirait une partie mais le reste, ce qui l’échaufferait a une température moyenne que l’on peut estimer a environ –17°C (à comparer avec les températures dans l’espace où il n’y a presque rien à chauffer et qui vont très approximativement de –270°C a –170°C). Cette chaleur serait ensuite réémise
vers l’espace sous forme de rayons . En revanche, l’atmosphère absorbe le rayonnement
infrarouge de la Terre. Échauffée, elle réémet elle-même un rayonnement thermique infrarouge dans
toutes les directions. La moitié de ce rayonnement est donc perdu en direction de . Cependant,
l’autre moitié est renvoyée en direction de et contribue de nouveau à son réchauffement, avant d’être réémise elle aussi sous forme d’infrarouges. L’atmosphère va la réabsorber, la réémettre pour moitié vers l’espace et pour moitié de nouveau vers la Terre. Et ainsi de suite.
En quelque sorte, l’atmosphère force une partie du rayonnement infrarouge à , ce qui élève la quantité d’énergie reçue par la surface terrestre. Celle-ci est ainsi bien plus réchauffée : +15°C en moyenne a l’heure actuelle. Un point important est que tous les gaz de l’atmosphère ne sont pas responsables du forçage radiatif, car tous
les infrarouges. Les gaz concernes sont appelés gaz à effet de serre (GES). Ce sont principalement,
par ordre décroissant de contribution a l’effet de serre dans l’atmosphère terrestre actuelle, (H2O a
l’état gazeux, 60 %), le dioxyde de carbone ( , 26 %), l’ozone (O3, 8 %), le et le protoxyde d’azote (CH4 et N2O, 6 % à eux deux). Il faut souligner que tous ces gaz sont présents naturellement dans l’atmosphère. Cependant, les teneurs de certains d’entre eux (CO2, CH4 et N2O) ont drastiquement augmente depuis le début de l’ère industrielle (début du XIXe siècle environ), comme le montrent les dosages de l’air des bulles prises dans les glaces
anciennes. La conséquence directe est une augmentation du forçage radiatif et donc de la .
Document : Cartes d’identité des GES
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c. Quel gaz à effet de serre est émis lors de la production de ciment ? H2O CO2 CH4 N2O d. Quel gaz à effet de serre est le plus répandu dans l’atmosphère ? H2O CO2 CH4 N2O e. Sur quels gaz à effet de serre l’action de l’homme est à considérer ? H2O CO2 CH4 N2O
6. Confirmer ou infirmer l’hypothèse formulée à la question initiale, en l’explicitant.
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Synthèse et petit cours (2.) ...
AN
Exercice 8 : Évolution de l’effet de serre
Faire les bonnes associations.
Pas d’effet de serre
Effet de serre amplifié
Effet de serre naturel
Pas d’effet de serre
Effet de serre amplifié
Effet de serre naturel
Pas d’effet de serre
Effet de serre amplifié
Effet de serre naturel
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Exercice 9 : Forçage radiatif
L’atmosphère d’une planète peut générer un effet de serre plus ou moins important. Légender les schémas.
Sans effet de serre, la chaleur n’est pas gardée. Température autour de –18 °C.
Avec un effet de serre, un recyclage de la chaleur se met en place. Température autour
de 15 °C.
Rayonnement solaire
Rayonnement solaire
absorbé
Rayonnement solaire
directement réfléchi
par l’atmosphère
Rayonnement
thermique de la
planète
Rayonnement
thermique de la
planète vers l’espace
Rayonnement
thermique absorbé
par les gaz à effet de
serre de l’atmosphère
Sol chauffé par
l’atmosphère
Terre
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Exercice 10 : Détecteur de CO2 Source : « Pour la Science » n°518 du 01/11/2020
Dans un lieu clos, la concentration en CO2 de
l’air augmente vite lorsque des personnes sont
présentes, chaque adulte rejetant, par sa
respiration, environ 18 L/h de ce gaz. Mais
l’ouverture des fenêtres permet de revenir très
rapidement à une concentration normale. Le
graphique ci-contre donne les résultats des
mesures sur une journée de travail dans un
bureau d’un conducteur de travaux.
Les détecteurs de CO2 mesurent l’absorption à
un type de rayonnement par les molécules de
CO2 qui présentent une absorption
caractéristique pour une longueur
d’onde = 4,3 µm. Les détecteurs
comportent deux capteurs, mesurant
ainsi la concentration en CO2 par
différence d’absorption du CO2 au
rayonnement émis.
1. Quel est le nom de la molécule de CO2 ?
2. Combien de fois le conducteur de travaux a aéré la pièce ?
3.a. Quelle est la longueur d’onde absorbée par les molécules de CO2 ?
= 4,3×10–9 m = 4,3×10–6 m = 4,3×106 m = 4,3×109 m = 4,3×1012 m
b. En déduire quel est le domaine du rayonnement émis par le détecteur.
AIR NORMAL AIR RICHE EN CO2
Capteur A
Capteur B
Filtres
Source de
rayonnement
Rayonnement absorbés par le CO2
Rayonnement non absorbés par le CO2
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Exercice 11 : Gaz et rayonnement
Attribuer sur chacune des expériences ci-
contre les température ci-dessous :
AN
AP
Exercice 12 : Accentuation de l’effet de serre
1. Placer les éléments suivants sur le schéma
ci-contre.
CFC
(ChloroFluoroCarbures)
CO2
NO2
CH4
Augmentation du
réchauffement
2. Quel élément chimique est responsable du
« trou de la couche d’ozone » ?
CFC CO2 NO2 CH4
CM
Exercice 13 : Conséquences du forçage radiatif
À partir de l’infographie suivante, écrire 10 phrases explicitant les conséquences du forçage radiatif.
22 °C 20 °C 25 °C
Vide Air Dioxyde de carbone
A Skeiðarar, en Islande, le 25 juillet 2021,
le pont n’est plus utilisé en raison de la
baisse du débit d’une rivière glaciaire.
![(TRANSFERTS THERMIQUES [Mode de compatibilité])](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/6169ee2e11a7b741a34cf227/transferts-thermiques-mode-de-compatibilit.jpg)
