Enseignement scientifique 1re - 2023
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Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Son et musique
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 5
Activité 4 - documentaire
L'albédo : un paramètre clé pour le climat
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Introduction
La proportion de la puissance surfacique provenant du Soleil et interceptée par la Terre est extrêmement faible. Tout ce qui lui parvient n'est pourtant pas intégralement absorbé par la surface.
Quelle est la puissance solaire réellement absorbée par la surface de la Terre ?
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- La notion de puissance
- Le phénomène de réflexion des ondes lumineuses
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Documents
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Doc. 1Un volcan dans l'histoire
Le volcan Laki (Islande).
En 1783, le volcan Laki entre en éruption. Celui-ci provoque le déversement dans l'atmosphère d'énormes quantités de gaz et de cendres volcaniques. Rapidement, les poussières se propagent dans l'hémisphère nord avant de rejoindre la haute atmosphère dont la composition se trouve modifiée. L'augmentation de la réflexion du rayonnement solaire reçu dans la haute atmosphère a pour conséquence directe une diminution des températures : l'hiver 1784 est extrêmement rude sur l'ensemble de l'Europe. Les conséquences sont dramatiques : très mauvaises récoltes, inondations et augmentation de la mortalité. Certains affirment que l'éruption du Laki est l'un des éléments ayant indirectement favorisé les insurrections de la Révolution française en 1789.
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Doc. 2La définition de l'albédo
L'albédo est une grandeur physique sans unité, comprise entre 0 et 1. Il caractérise l'aptitude d'une surface à réfléchir le rayonnement qui lui parvient. Si l'on note P_i la puissance lumineuse incidente (arrivant sur la surface) et P_r la puissance réfléchie (par la surface), l'albédo, noté \alpha, est défini par :
Une surface dont l'albédo est égal à 0 absorbe l'intégralité de la puissance lumineuse qu'elle reçoit. À l'inverse, une surface dont l'albédo est égal à 1 en réfléchit l'intégralité.
Les rayons lumineux provenant du Soleil sont donc en partie réfléchis vers l'espace, du fait de l'albédo de la Terre valant 0,30. Il peut se décomposer en deux parties :
Valeurs d'albédo de surfaces sur Terre et paysage d'Arctique.
\alpha=\frac{P_{\mathrm{r}}}{P_{\mathrm{i}}}
Une surface dont l'albédo est égal à 0 absorbe l'intégralité de la puissance lumineuse qu'elle reçoit. À l'inverse, une surface dont l'albédo est égal à 1 en réfléchit l'intégralité.
Les rayons lumineux provenant du Soleil sont donc en partie réfléchis vers l'espace, du fait de l'albédo de la Terre valant 0,30. Il peut se décomposer en deux parties :
- l'albédo de l'atmosphère et des nuages ;
- l'albédo de la surface terrestre, qui varie selon la nature de la surface (océan, forêt, glace, etc.).
| Surface | Albédo |
|---|---|
| Océan | 0,05-0,10 |
| Désert | 0,25-0,40 |
| Glace | 0,60 |
| Neige fraîche | 0,90 |
Valeurs d'albédo de surfaces sur Terre et paysage d'Arctique.
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Protocole permettant de mesurer l'albédo de différentes surfaces en classe :
- Entourer les tubes à essai avec les différents papiers à disposition. Si le papier aluminium possède deux faces différentes (une face polie et une face dépolie), réaliser deux tubes différents ;
- Remplir les tubes d'eau et les placer dans le porte tube ;
- Mesurer et noter la température de chaque tube ;
- Éclairer les tubes à une quinzaine de centimètres à l'aide de la lampe. Essayer d'éclairer uniformément les tubes ;
- Attendre 5 à 10 minutes ;
- Mesurer à nouveau la température des tubes.
Matériel :
- Une lampe de bureau ;
- Un porte tube ;
- Des tubes à essai ;
- Du papier aluminium ;
- Du papier noir ;
- Du papier blanc ;
- Du ruban adhésif ;
- De l'eau ;
- Un thermomètre.
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Questions
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1. Doc. 2 Proposez un schéma permettant d'illustrer l'albédo de la Terre
2. Doc. 2 Sachant que la puissance solaire surfacique qui atteint la Terre correspond à 340 W·m-2 en moyenne, déterminez la puissance surfacique qui arrive effectivement à sa surface.
3. Doc. 2 Identifiez les deux types de surface qui réfléchissent le plus les rayons lumineux qui leur parviennent. Déduisez-en les zones du globe qui sont le plus concernées par ce phénomène.
4. Doc. 1 Expliquez alors quel a été l'impact de l'éruption du volcan Laki sur l'albédo de la Terre.
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2. Doc. 2 Sachant que la puissance solaire surfacique qui atteint la Terre correspond à 340 W·m-2 en moyenne, déterminez la puissance surfacique qui arrive effectivement à sa surface.
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