Rayons du soleil vu au travers d'une feuille d'arbre

Comment l’albédo influence le climat ?

Le rayonnement solaire, une fois qu’il s’approche de l’atmosphère terrestre ou qu’il y pénètre, peut être soit absorbé par les gaz composant l’atmosphère, soit diffusé (réfléchis), soit transmis. Le rayonnement solaire, que l’on nomme albédo, réchauffe la terre lorsqu’il est absorbée, ce qui influence le climat et contribue à l’augmentation des températures. Il est possible de comprendre l’albédo par l’expérience et en quoi ce phénomène joue sur la vie sur terre.

Expérience 1 : Rayons réfléchis et température

L’objectif de cette expérience est de comprendre l’impact du phénomène de diffusion des rayons du soleil (albédo) sur la température sur Terre. Afin de mettre en jeu cela, l’expérience va consister à comparer l’augmentation de température d’une surface blanche et d’une surface noire lorsqu’elles sont chauffées par la lumière.

Pour réaliser au mieux l’expérience, le matériel nécessaire est de :

  • 2 surfaces métalliques planes de couleur noir et blanc,
  • Du polystyrène
  • Deux ampoules identiques
  • Deux thermomètres
  • Et un téléphone pour chronométrer

Le déroulement de l’expérience est simple :

  • Commencez par coller ou poser les deux surfaces métalliques sur le polystyrène.
  • Puis mesurez la température des deux surfaces.
  • Inscrivez ensuite la température des deux surfaces comme la température au temps 0.
  • Allumez maintenant les deux lampes et dirigez-les chacune vers une des surfaces.
  • Vous devez à présent mesurer toutes les minutes la température de chaque surface pendant 5 minutes. Faites un petit tableau pour bien organiser les données avec la température de la surface noire, de la surface blanche et le temps de mesure.

Il suffit désormais d’analyser vos données :

  • Que s’est-il passé ? Comment les températures ont-elles évolué ?
  • Les températures ont-elles évolué de manière identique entre les deux surfaces ?
  • Si oui, ou si non, comment pouvez-vous l’expliquer ?

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Expérience 2 : Rayons réfléchis et lumière

L’expérience 1 a permis de mettre en lumière que toutes les surfaces ne montent pas identiquement en température face à une lampe de même puissance. Ici, il va s’agir de comprendre pourquoi en déterminant l’influence de la couleur et de la texture d’une surface sur sa capacité à réfléchir la lumière.

Cette expérience nécessite :

  • Des papiers cartonnés de couleurs et textures différentes (ondulés ou plats)
  • Une lampe
  • Un luxmètre pour calculer l’éclairement (certaines applications de téléphone ont cette option)
  • Une calculette

Pour réaliser cette expérience, il vous faut :

  • Disposer un papier sur une table et éclairer celui-ci.
  • En face de ce papier, positionnez le luxmètre pour capter les rayons réfléchis par le papier
  • Répétez cette opération pour chaque carton en mesurant à chaque fois la part de rayons réfléchis avec le luxmètre.
  • Enfin, mesurez avec le luxmètre l’éclairement de la lampe (éclairez le luxmètre directement avec la lampe). Vous pourrez ainsi calculer le pourcentage de rayons réfléchis par rapport aux rayons totaux apportés par la lampe.

Pour analyser les résultats, posez-vous ces questions :

  • Quelles textures et couleurs réfléchissent le plus ? Le moins ?
  • Quelle influence a la couleur sur la part de rayonnement réfléchi ?
  • Quelle influence a la texture sur la part de rayonnement réfléchi ?

Le rayonnement réfléchi ou albédo

Futura | L’albédo : qu’est-ce que c’est ?

L’albédo est une valeur permettant de caractériser la capacité d’un élément ou d’un système à réfléchir ou non un rayonnement. L’albédo influence donc la tendance de cet élément ou de ce système à se réchauffer vu que plus celui-ci réfléchit, moins il se réchauffe vu qu’il capte moins de rayons. L’albédo se calcule ainsi : A = (rayonnement réfléchi / rayonnement incident ou reçu) *100

Un albédo de 100 % va donc réfléchir la totalité de la lumière incidente. Un albédo de 0 % va absorber la totalité de la lumière incidente. Chaque élément sur Terre a un albédo différent en fonction de sa couleur et de sa texture. C’est l’albédo moyen de tout cela qui va donner l’albédo du système terre-atmosphère et ainsi permettre de savoir quelle partie du rayonnement est réfléchie. En moyenne, la Terre a un albédo de 30 % surtout grâce à l’atmosphère.

Dire que la couleur joue sur l’albédo est à la fois vrai et faux. En réalité, c’est le cas, mais la réflexion est inversée. Ce n’est pas la couleur qui joue directement sur le rayonnement, mais c’est justement parce que l’élément absorbe une partie et réfléchit une autre qu’on le voit de cette couleur. D’une part, parmi tous les rayonnements, on ne voit que la lumière visible (d’où son nom) sur une plage de longueur d’onde de 400 nm à 800 nm environ. Un élément va absorber et réfléchir (ou diffuser) une plage de longueur d’onde précise. Dans ce sens, par exemple, c’est parce qu’un objet ne réfléchit que le rouge, et qu’il absorbe tout le reste, qu’on le voit rouge. Un corps noir parfait absorbe tout et un corps blanc parfait réfléchit tout. C’est donc en fonction des plages des longueurs d’onde absorbées et réfléchies qu’un corps aura un albédo plus ou moins fort et un réchauffement plus ou moins fort.

C’est pourquoi dans l’expérience 1, le rayonnement lumineux est absorbé en partie par les plaques sous forme d’énergie thermique. La hausse de température est plus rapide et plus importante pour la plaque noire que pour la plaque blanche, car la surface blanche réfléchit plus la lumière, tandis que la noire en absorbe une plus grande partie.

Enfin, voici quelques valeurs d’albédo pour comparer vos résultats de l’expérience 2 :

  • Couleur noire : 0 % ;
  • Forêt : 5 à 10 % ;
  • Béton : 17 à 27 % ;
  • Glace : 30 à 50 % ;
  • Neige fraîche : 80 à 90 % ;
  • Miroir parfait : 100 %.

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