🎯 Objectifs du chapitre cliquer pour développer

Montrer qu'un objet peut se réchauffer sous l'effet d'un rayonnement
Exploiter des images d'une caméra thermique (thermogrammes)
Illustrer expérimentalement l'absorption du rayonnement IR par différents matériaux
Expliquer le principe de l'effet de serre à partir d'un document
Identifier les principaux gaz à effet de serre (GES) et leurs origines
Comprendre l'impact de l'activité humaine sur l'amplification de l'effet de serre

Fiche résumé — Rayonnement thermique et effet de serre

Chapitre 4 | Terminale ICCER | Physique-Chimie

Rayonnement thermique

Tout corps dont T > 0 K émet un rayonnement électromagnétique (ondes IR). Plus le corps est chaud, plus il rayonne d'énergie et plus le pic se décale vers les courtes longueurs d'onde.

Propagation sans support matériel (fonctionne dans le vide).

Loi de Wien

\[ \boxed{\lambda_{max} \times T = 2{,}898 \times 10^{-3} \;\text{m.K}} \]

\(\lambda_{max}\) : longueur d'onde du pic (m)
T : température absolue (K)

\[ T(\text{K}) = T(°\text{C}) + 273 \]

Loi de Stefan-Boltzmann

\[ P = \varepsilon \, \sigma \, A \, T^4 \]

\(\varepsilon\) : émissivité (0 à 1)
\(\sigma = 5{,}67 \times 10^{-8}\;\text{W.m}^{-2}\text{.K}^{-4}\)
A : surface (m²) | T en K

Puissance rayonnée varie en \(T^4\) (augmentation très rapide).

Domaines spectraux

Corps humain (310 K) : IR moyen (~9,3 \(\mu\)m)
Terre (288 K) : IR moyen (~10 \(\mu\)m)
Lampe incandescence (2 700 K) : IR + visible
Soleil (5 780 K) : visible (~500 nm)

Les corps courants émettent dans l'IR, invisible pour l'oeil.

Caméra thermique

Détecte l'IR émis par les objets → image colorée (thermogramme).

Couleurs chaudes (blanc, rouge) = haute T
Couleurs froides (bleu, violet) = basse T
Applications : ponts thermiques, points chauds, maintenance

Mesure la T de surface, pas la T intérieure. Dépend de l'émissivité \(\varepsilon\).

Absorption IR par les matériaux

\[ \alpha + \rho + \tau = 1 \]

\(\alpha\) : absorption (se réchauffe)
\(\rho\) : réflexion (renvoyé)
\(\tau\) : transmission (traverse)

Peinture noire : \(\alpha \approx 0{,}95\) (absorbe bien).
Métal poli : \(\rho \approx 0{,}95\) (réfléchit bien).
Verre : absorbe l'IR, transparent au visible.

Effet de serre

Le Soleil émet dans le visible → l'atmosphère est transparente → le rayonnement atteint le sol.
Le sol absorbe et se réchauffe, puis émet en IR (pic ~10 \(\mu\)m).
Les GES (H\(_2\)O, CO\(_2\), CH\(_4\), N\(_2\)O) absorbent cet IR.
Les GES ré-émettent une partie de l'IR vers la Terre → réchauffement supplémentaire.

Sans effet de serre : T moyenne = −18 °C. Avec : T moyenne = +15 °C (écart de 33 °C).

Principaux GES et PRG

CO\(_2\) : PRG = 1 (référence). Combustibles fossiles.
CH\(_4\) : PRG = 28-36. Élevage, décharges.
N\(_2\)O : PRG = 265-298. Engrais azotés.
HFC (gaz fluorés) : PRG = 150 à 23 500. Fluides frigorigènes (climatisation, PAC).
H\(_2\)O : GES le plus abondant, rétroaction positive.

Amplification anthropique

CO\(_2\) : 280 ppm → ~422 ppm (+50 %)
CH\(_4\) : concentration \(\times\) 2,6
T mondiale : +1,2 °C depuis 1850
Réglementation F-Gas : remplacement des HFC par des fluides à faible PRG (HFO, CO\(_2\) R-744, NH\(_3\) R-717)

Pièges et astuces

Piège 1 : Dans la loi de Wien, la température doit être en kelvins (K), pas en degrés Celsius. Toujours convertir : T(K) = T(°C) + 273.

Piège 2 : Un métal poli (faible émissivité \(\varepsilon\)) peut paraître froid à la caméra thermique alors qu'il est chaud. La caméra mesure le rayonnement, pas directement la température.

Piège 3 : L'effet de serre naturel est indispensable à la vie. C'est son amplification par les activités humaines (GES supplémentaires) qui pose problème.

Astuce : Pour retenir le sens de la loi de Wien : plus c'est chaud, plus \(\lambda_{max}\) est petit (courtes longueurs d'onde). Le Soleil (chaud) → visible ; la Terre (froide) → IR.

Astuce : Le verre est transparent au visible mais absorbe l'IR : c'est exactement le mécanisme d'une serre de jardin et de l'effet de serre atmosphérique.