Préparation aux épreuves communes de contrôle continu
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Exercice 2
Albédo, fonte des banquises et réchauffement climatique ?
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Énoncé
Calculatrice autorisée
Une des conséquences les plus spectaculaires du réchauffement climatique est la fonte rapide de la banquise. Or, cela peut accélérer le réchauffement climatique. Quels sont les mécanismes qui expliquent ce phénomène ?
Doc. 1
L'albédo
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L'albédo sur Terre fluctue selon la nature du sol ou de la couverture nuageuse
Doc. 2
Évolution de l'épaisseur de la banquise
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En blanc les glaces épaisses pluriannuelles, en bleu les glaces annuelles, plus fines.
Doc. 3
Loi de Stefan-Boltzman
Un corps à une température T émet une puissance de
rayonnement surfacique :
L=\sigma \cdot T^{4}
où L est exprimé en W·m‑2, T en kelvin et
\sigma=5{,}670 \times 10^{-8} W·m‑2·K‑4.
1. Sachant que la température la surface du Soleil est de 5 570 K, calculer la puissance du rayonnement solaire LS.
2. Sachant que la puissance solaire en haut de l'atmosphère terrestre est de 1 360 W·m‑2, calculer la proportion d'énergie émise par le Soleil qui atteint la Terre.
3. En prenant en compte la forme sphérique de la Terre, la puissance surfacique moyenne reçue de la part du Soleil vaut 340 W·m-2. Connaissant l'albédo moyen terrestre, déterminer la puissance par mètre carré absorbée par la Terre.
4. En quoi la fonte accélérée de la banquise observée
depuis quelques années peut-elle provoquer une accélération du réchauffement climatique ?
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Exercice 3
Une base scientifique au pôle Nord
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Énoncé
Calculatrice autorisée
Une équipe de scientifiques souhaiterait installer une base scientifique au pôle Nord. Pour ses besoins énergétiques, on étudie la possibilité d'installer des panneaux solaires. La solution est-elle adaptée pour la station ?
Doc. 1
Diagramme solaire cylindrique au pôle Nord
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Le tracé correspond à des mesures prises le 15 de chaque mois entre avril et septembre.
Doc. 2
Éclairement et hauteur du Soleil
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Variations de l'éclairement en fonction de la hauteur apparente du Soleil.
Doc. 3
Angle des rayons solaires aux solstices
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Doc. 4
Caractéristiques des panneaux solaires
La puissance maximale des panneaux solaires prévus pour la base est P_{\max }=150 W·m-2. Cette valeur est obtenue pour un éclairement maximal, on peut supposer qu'elle varie proportionnellement à celui-ci. La puissance effective d'un panneau solaire d'une surface d'un mètre carré est donc : P_{\text { eff }}=E \cdot P_{\max } où E est
la fraction de l'éclairement maximal.
1. Le Soleil est-il visible tous les mois de l'année au
pôle Nord ? Justifier à l'aide du
2. Démontrer que la puissance maximale qu'un panneau
solaire au pôle Nord d'une surface de 1 mètre carré peut fournir est P =60 W.
3. Pour chauffer leur dortoir, les scientifiques ont besoin
d'un radiateur d'une puissance de 1 700 W. Déterminer le nombre de panneaux solaires de 1 m2 nécessaires pour fournir cette puissance ?
4. Rédiger un paragraphe justifiant pourquoi il n'est pas
pertinent d'alimenter la station uniquement grâce à des panneaux solaires.
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