sciences de la vie et de la Terre

Ces quelques pages proposent, à partir de la mesure de l'absorption atmosphèrique à l'aide d'un montage simple, comment différentes simulations rendues possibles par l'utilisation de javascripts interactives (en fonction de la date, des coordonnées, de l'heure)permettent :

• D'évoquer la variation de l'énergie solaire en fonction de la distance au soleil.
• D'expliquer la variation de flux énergétique en fonction de la date et de l'heure.(influence de la rotation de la Terre autour d'un axe incliné par rapport au plan de révolution autour du soleil).
• De préciser la répartition en latitude des climats (Influence de la sphéricité de la terre).
• De proposer, en autonomie, la réalisation de courbes de rayonnement

 

• Le dispositif de mesure
• Calcul de l'absorption atmosphérique
• Simuler le flux énergétique reçu par la surface terrestre (formulaire interactif avec son aide d'utilisation permettant l'évaluation du flux solaire quelquesoit la date, l'heure et le lieu)

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©JP Leclerc 2000 mise à jour 2008

Une mesure calorimétrique permet de déterminer l'énergie reçue par un cylindre de laiton exposé au soleil, une série de calculs va permettre d'en déduire la puissance reçue au sol par m²

• Le dispositif :

• Le protocole :

1 - Placer le bouchon d'isolant ( ce qui a pour but d'empêcher le rayonnement solaire d'atteindre le cylindre de métal). 2 - Introduire le thermomètre dans le cylindre 3 - Attendre environ 10 minutes pour que la température se stabilise, on note T°1 (température initiale) 4 -Après avoir orienté convenablement le dispositif en s'aidant du dispositif de visée ( ne jamais regarder directement le soleil), noter l'angle a ( la mesure de l'angle a est inutile si les calculs s'effectuent à l'aide d u menu "Calculer l'absorption atmosphérique d'après une mesure") 5 - Remplacer le bouchon isolant par le bouchon de verre ,le cylindre de laiton reçoit alors les rayons lumineux et sa température s'élève. 6 - Relever la température toutes les 5 minutes pendant 15 à 20 minutes.

Remarque:

En remplaçant le cylindre de laiton par un cylindre d'aluminium de même dimension et recouvert de la même peinture, les résultats sont identiques , il convient alors dans "Calculer l'absorption atmosphérique d'après une mesure" de changer la chaleur massique.

En remplaçant le cylindre de laiton par un cylindre de même caractéristiques mais recouvert d'un film d'aluminium, il est possible de mettre en évidence la notion d'albédo.

• Comment utiliser les résultats (un exemple de calcul) :

Tableau des résultats de mesures effectuées  le 15 octobre à 11h30 pour un ciel moyen .
 

A savoir...
 

La quantité de chaleur reçue par le laiton par minute est de:

Q(J)= m.c.(élévation de T° en 1 minute) où c est la chaleur massique du laiton;

On en déduit la puissance reçue par m²:

P= Q/( S * Temps d'exposition en seconde) avec S la surface de base du cylindre de laiton en m2 et le temps d'exposition en seconde: 379W/m2

 

Remarque: Le bouchon de plexiglass annule les pertes de chaleur par convection, les pertes par rayonnement sont minimes( effet de serre) car le laiton, à la T° de 30°C rayonne dans l'infrarouge lointain ( loi des corps noirs) que le plexiglass laisse passer.

La puissance reçue par m2 disposé perpendiculairement au rayonnement et mesuré au sommet de l'atmosphère, est appelée Constante solaire, cette grandeur, mesurable, est estimée environ à 1368W/m2, elle est la conséquence de l'activité solaire.

On démontre que cette valeur est en relation avec l'éloignement du soleil, étant donné que l'orbite terrestre est légérement elliptique, la "constante" présente quelques variations au cours du temps.( elle présente un minimum en été et un maximum en hiver), on admettra cependant qu'il s'agit d'une valeur constante.

L'atmosphère est un mélange de gaz, vapeur d'eau, poussières, aérosols...responsable d'une absorption (Composition de l'atmosphère). Le dispositif expérimental, permet, par une simple mesure, d'évaluer l'absorption atmosphérique pour un lieu et un moment donné.

Remarque: Sans effectuer de mesure, des approximations tenant compte de la hauteur du soleil au dessus de l'horizon ( en relation avec la date et l'heure) et de la nébulosité permettent la détermination du coefficient d'absorption, ce dernier donne en effet les valeurs de l'absorption en fonction des caractéristiques du ciel (nébulosité(=qualité), épaisseur d'atmosphère traversée en relation avec la hauteur du soleil au moment de la mesure.

soit pour un ciel "moyen" et un soleil faisant un angle de 27° au dessus de l'horizon, une absorption atmosphérique de 72%

Quels sont donc les paramètres qui influent sur la valeur de cette absorption atmosphérique?