Qu'est-ce que c'est ?
Activités scientifiques sur ce thème
L'effet de serre est difficile à montrer par des expériences simples. De nombreuses propositions sont disponibles sur internet mais peu sont réellement reproductibles et nombreuses sont celles qui donnent de mauvaises représentations physiques du phénomène.
Nous vous expliquons tout cela dans notre article consacré à l'effet de serre, et nous proposons 7 expériences qui marchent et peuvent être réalisée avec du matériel bon marché :
Visualiser des rayons infrarouge avec un smartphone
Comment une surface absorbe ou transmet les rayons infrouges
Le rayonnement du corps noir
Calculer l'albédo de la terre
Mettre en évidence l'effet radiatif d'un gaz à effet de serre
Identifier les fréquences d'absorbtion infrarouge du CO2
Recréer l'effet de refroidissement de la stratosphère due au réchauffement climatique
En savoir plus
L'effet de serre est un phénomène crucial qui contribue au réchauffement climatique de notre planète. Pour bien comprendre ce processus, il est essentiel d'explorer plusieurs aspects : les rayons infrarouges, la transformation des rayons visibles en infrarouges, l'albédo, l'effet radiatif des gaz à effet de serre, la variabilité de cet effet selon les fréquences et le refroidissement de la stratosphère.
Les Rayons Infrarouges
Les rayons infrarouges (IR) sont une forme de rayonnement électromagnétique avec des longueurs d'onde plus longues que la lumière visible mais plus courtes que les micro-ondes. Découverts par l'astronome William Herschel en 1800, ils sont souvent appelés "rayonnement thermique" car ils sont associés à la chaleur que nous ressentons. Bien que les rayons infrarouges ne soient pas visibles à l'œil nu, ils peuvent être détectés par des capteurs thermiques et sont émis par tous les objets en fonction de leur température.
La Transformation des Rayons Visibles en Rayons Infrarouges par le Corps Noir
Lorsqu'une surface, comme celle de la Terre, est exposée à la lumière visible du soleil, elle absorbe cette énergie et chauffe. Ce phénomène est décrit par le concept de corps noir en physique, un objet théorique qui absorbe parfaitement toutes les radiations électromagnétiques. Une fois chauffée, cette surface émet à son tour des radiations, principalement sous forme de rayons infrarouges. Cette réémission d'énergie sous forme de rayons infrarouges est un élément clé du mécanisme de l'effet de serre.
L'Albédo et le Réchauffement des Surfaces Sombres
Tous les corps ne réemettentpas la même quantité de rayons infrarouges quand ils sont éxclairéspar des rayons du visible. Cette capacité à réémettredes rayons infraouges s'appelle l'albédo. L'albédo est la mesure de la réflectivité d'une surface. Il varie entre 0 (aucune réflexion, surface totalement absorbante) et 1 (réflexion totale, surface complètement réfléchissante). Les surfaces sombres, comme les océans ou les forêts, ont un faible albédo et absorbent plus de lumière solaire, contribuant ainsi à un réchauffement plus important de la Terre. À l'inverse, les surfaces claires, comme la glace et la neige, ont un albédo élevé et réfléchissent une grande partie de la lumière solaire, contribuant à un refroidissement localisé. Cette différence dans l'absorption de la lumière solaire joue un rôle significatif dans la régulation de la température de la Terre.
L'Effet Radiatif des Gaz à Effet de Serre
Les gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et la vapeur d'eau (qui n'est pas un gaz), jouent un rôle crucial dans le réchauffement climatique. Ces gaz absorbent les rayons infrarouges émis par la surface terrestre et les réémettent dans toutes les directions, y compris vers la Terre. Ce processus augmente la température de l'atmosphère et de la surface terrestre, créant l'effet de serre. C'est cet effet radiatif que l'on cherche à démontrer expérimentalement pour comprendre son impact sur le climat.
Fréquences d'Absorbtion des Rayons Infrarouges
L'absorption des rayons infrarouges par les gaz à effet de serre n'est pas uniforme et dépend de la fréquence des radiations. Chaque gaz a des bandes d'absorption spécifiques où il est particulièrement efficace pour absorber l'énergie infrarouge. Par exemple, le CO₂ absorbe fortement à des longueurs d'onde autour de 4,3 et 15 micromètres. La vapeur d'eau, quant à elle, absorbe dans plusieurs bandes, notamment autour de 2,7, 6,3 et 19 micromètres. Cette variabilité signifie que différents gaz à effet de serre contribuent différemment au réchauffement climatique en fonction de leurs caractéristiques spectrales. Comprendre ces différences est essentiel pour prédire et modéliser l'impact des divers gaz sur le climat.
Le Refroidissement de la Stratosphère
Une des conséquences de l'effet de serre est le refroidissement de la stratosphère, la couche de l'atmosphère située au-dessus de la troposphère. Cet effet a été prévu par les premiers modèles du réchauffement climatique (1967, Syukuro Manabe et Richard Wetherald) mais ne fut prouvé grâce aux satellites météo que plus de vingt ans plus tard. L'augmentation des gaz à effet de serre dans la troposphère retient plus de chaleur près de la surface terrestre, ce qui réduit la quantité de chaleur atteignant la stratosphère. En conséquence, tandis que la troposphère se réchauffe, la stratosphère tend à se refroidir. Ce phénomène a été prédit par des modèles climatiques et confirmé par des observations satellitaires. Le refroidissement de la stratosphère est une signature caractéristique de l'influence humaine sur le climat.