Terminale : l’énergie thermique

Bonjour à tous,

au programme du jour, un nouveau module qui s’intitule l’énergie thermique.

Commençons par la petite motivation – pourquoi se préoccuper de l’énergie thermique ?


Eh bien, pour commencer, il faut savoir que tout système macroscopique, c’est-à-dire tout système dont les dimensions sont à notre échelle, est constitué d’un très grand nombre de particules microscopiques, en fait plusieurs milliards de milliards de particules microscopiques. Ce système échange de l’énergie sous différentes formes avec le monde extérieur. La thermodynamique est la discipline qui s’occupe de modéliser ces transferts d’énergie et de prévoir l’évolution de l’énergie de ces systèmes macroscopiques. Elle permet d’expliquer les transferts d’énergie à l’aide de modèles microscopiques de la matière comme par exemple les transferts thermiques qui gèrent les flux de chaleur dans votre maison.


Lors d’un jour de grand soleil, si vous ne voulez pas qu’il fasse trop chaud dans votre maison, eh bien, vous savez que vous devez fermer les portes et les fenêtres. La raison en est que ces portes et fenêtres ont une résistance thermique qui empêche un flux thermique d’entrer dans la maison. De même, s’il fait froid dehors, vous fermerez ces même portes et fenêtres pour éviter  qu’un flux thermique n’aille vers l’extérieur (que la chaleur sorte comme on-dit dans le langage commun). 


Dans ce module, on va voir les règles qui gouvernent ces fuites thermiques de l’intérieur vers l’extérieur et vice et versa. On va voir quels matériaux il faut choisir pour bien se protéger des variations de température. C’est particulièrement important pour se préserver des températures extérieures parfois extrêmes, que l’on peut rencontrer en hiver et en été.


Une autre partie reliée à l’énergie thermique sera de considérer les changements d’état de la matière. Ainsi, par exemple, la physique nous permettra de comprendre pourquoi mettre un glaçon dans un verre d’eau produit un refroidissement conséquent de cette eau, qui est de plus beaucoup plus rapide et beaucoup plus efficace que de simplement mettre votre verre dans le réfrigérateur.

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Pour comprendre et s’exercer avec ces notions, le module va prendre le chemin habituel : tout d’abord on va rappeler ce que sont les transferts thermiques. On va donc en donner les définitions et les notions importantes qu’il faut connaître. Ensuite, on va voir les différents modes de transfert thermique que sont la conduction, la convection et le rayonnement. On va souligner leurs différences. Ensuite, on parlera d’énergie interne et donc d’augmentation de température et de changement d’état, comme je viens de vous le rappeler avec le glaçon dans l’eau. On développera bien entendu d’autres exemples. Enfin, on va apprendre à faire un bilan énergétique, en particulier dans le cas du logement.


Après ses rappels, comme d’habitude, vous aurez un petit quizz pour vous assurer que vous les avez bien compris et retenus. Si c’est le cas, on passera alors aux méthodes et aux exercices. La différence entre ces deux dernières parties est que dans les méthodes, je vous présente en fait déjà déjà des exercices, mais je vous donne les conseils pour les résoudre avant de les résoudre complètement avec vous tandis que dans les exercices, vous êtes censé les résoudre par vous  mêmes. Il seront bien entendu corrigés par après.


Voilà, j’espère que ceci vous motive bien pour la suite et que cette étude des phénomènes liés aux échanges d’énergie thermique vous plaira. Voici la motivation à ce module en vidéo. Je vous attends tout de suite pour les rappels avec cette vidéo. @ bientôt

A bientôt, portez vous bien et sortez le moins possible 🙂

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Le climat – Sixième épisode – Transfert radiatif dans l’atmosphère

Dans le système climatique, l’énergie est transférée de deux manières principales : 1) par des mouvements dans l’atmosphère et l’océan, qui transportent l’air et l’eau chauds dans des régions plus froides et inversement, et 2) par transfert radiatif infrarouge, cette fois uniquement dans l’atmosphère, car l’océan est trop opaque pour permettre des transferts importants. 

La théorie du transfert radiatif, qui est un peu trop complexe pour être présentée ici 🙂, peut être décomposée en deux parties, qui concernent respectivement les rayonnements solaire (ondes courtes)et planétaire (ondes longues).

La grande différence entre les deux est que le premier (rayonnement solaire), bien qu’il soit absorbé et dispersé dans l’atmosphère, provient uniquement du soleil. Le second, le rayonnement planétaire, est lui émis par la terre, l’océan et toutes les parties de l’atmosphère. Les deux régimes se chevauchent à peine en longueur d’onde : pratiquement tout le flux d’énergie solaire est contenu dans la plage allant de 0,2 à environ 5,0 micromètres, qui comprend bien sûr la plage visible ainsi que les UV et le proche infrarouge. Aux contraire, les émissions planétaires ou terrestres se produisent entre 5,0 et 100 micromètres, souvent appelé le domaine de l‘infrarouge thermique.

Distributions de l’intensité émise par le Soleil et la Terre en fonction de la longueur d’onde

Parce que les couches de l’atmosphère sont toutes émettrices et absorbantes en même temps, le calcul détaillé des bilans énergétiques résultants et du profil de température à l’équilibre nécessitent des formules assez compliquées que nous ne présenterons pas 😞

Gardons les choses simples, n’est-ce pas ? 🙂

La théorie de le la radiation, basée sur la loi de radiation de Planck et les lois du transfert radiatif, affine notre compréhension des sources et des puits d’énergie dans l’atmosphère elle-même et nous permet d’étudier des concepts simplifiés comme des atmosphères en équilibre radiatif et de comprendre le bilan énergétique qui a lieu au niveau de la surface de la Terre.

Ainsi, l’absorption atmosphérique dans les deux régimes et l’émission dans l’infrarouge sont régis par les principes de la spectroscopie moléculaire qui décrivent l’interaction entre les molécules atmosphériques et les photons d’origine solaire et planétaire.

Ces lois conduisent à l’absorption et à l’émission dans des raies spectrales, regroupées en bandes, qui absorbent et émettent seulement à des longueurs d’ondes spécifiques qui sont différentes pour chaque espèce moléculaire. Elles expliquent également pourquoi les constituants mineurs de l’atmosphère comme le dioxyde de carbone sont si importants : ils ont de nombreuses bandes dans l’infrarouge, tandis que les espèces principales N2 et 02, en raison de leur simplicité et symétrie, n’en ont pas.

Une compréhension détaillée du transfert radiatif est également essentielle pour calculer la distribution en longueur d’onde de l’intensité du rayonnement quittant le sommet de l’atmosphère.

Les détails de cette distribution dépendent des profils de la température et de la composition de l’atmosphère située en-dessous. Leurs mesures et analyse constituent les bases des techniques de télédétection, qui dominent actuellement les mesures du système terrestre. Sans ces mesures, aucune compréhension quantitative de la physique du climat ne serait possible.

Voila voila, j’en ai fini pour cet article  J’espère que vous l’avez aimé. Si c’est le cas et que vous ne voulez pas raté les suivants, souscrivez à notre lettre et n’hésitez pas à laisser un commentairepour me faire partager votre avis, vos accords avec ce qui est écrit, vos objections 

[1] Elementary Climate Physics

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