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Image de James Orr

Greenhouses

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Sébastien Lauwers

01 juin 2021

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Le rayonnement thermique et l'effet de serre

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Les objets ayant des températures supérieures au zéro absolu (-273,15°C) émettent de l'énergie thermique. La quantité d'émission augmente rapidement avec la température tandis que la longueur d'ondes se modifie. Les longueurs d'ondes d'énergies émise par les corps chaud (i.e. plus de 727°C) sont discernable à l'œil nu.

longueurs d'ondes spectres électromagnét

Aux  températures  de  surface  et  atmosphériques  habituelles, les longueurs d'onde infrarouges sont invisibles. La surface de la Terre émet et absorbe l'énergie infrarouge, tout comme les gaz atmosphériques. L'absorption gazeuse étant moins active sur la longueur d'onde du rayonnement entrant, environ la moitié de la lumière traverse l'atmosphère et réchauffe ainsi sa surface. Mais pour chaque unité d'émission infrarouge de surface, les gaz atmosphériques et les nuages en réémettent 0,85 unité, ce qui contribue à encore augmenter la chaleur à la surface. Cet effet de serre  naturel  qui réchauffe la Terre, est principalement dû à la vapeur d'eau et au CO2.

absorption réémission ges.JPG

Les gaz à effet de serre sont transparent, tout comme le verre d'une serre, au rayonnement visible mais absorbe les rayonnement infrarouge provenant du Soleil. C'est le Soleil qui est à l'origine des phénomènes  météorologiques  qui  détermine  le  climat. Seules 35% des longueurs d'ondes de l'énergie solaire sont visibles à l'œil nu; le reste se situe dans le domaine de l'ultraviolet (~15%), proche de l'infrarouge (~50%). Ce sont ces rayonnements, ultraviolet et proche de l'infrarouge qui est dispersée ou absorbée par les gaz présent dans l'atmosphère terrestre.

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Si l'H2O est le plus important des gaz présent dans l'atmosphère, il a un faible impact sur l'effet de serre. Il n'en est pas de même pour le CO2 (dioxyde de carbone) qui est le second de ces gaz. chaque année, environ 25% du CO2 de l'atmosphère est éliminé par les végétaux (par photosynthèse) et les Océans (par dissolution). Ensuite s'enclanche un processus - respiratoire - qui réémet dans l'atmosphère la quasi totalité du CO2. L'ensemble de la chaine représentant le cycle du carbone. 

cycle du carbone ipcc.jpg

Le climat et le cycle du carbone sont étroitement liés parce que les variations du CO2 atmosphériques altèrent la puissance de l'effet de serre tandis que le changement climatique modifie l'équilibre entre le CO2 absorbé et le CO2 émis par les océans et la biosphère. C'est la variations des stocks de CO2 qui entraine son augmentation dans l'atmosphère.

 

Si la majeure partie du CO2 reste confinée de manière stable dans des réservoirs géologiques, une quantité faible est utilisé par les activités humaine et impact le cycle du carbone.

budget carbone atmosphere ocean.jpg
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