Note sur la théorie de la serre, par R.W. Wood (1909)

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

19 - 09 - 2003

Résumé

Importance de l'absence d'advection dans l'élévation de la température dans une serre.


Introduction

En 1909, Robert Williams Wood (1868-1955) construisit deux serres similaires, l'une avec des plaques de verre (transparent au visible et opaque aux infrarouges), l'autre avec des plaques en halite (transparent au visible et aux infrarouges). Dans les deux cas, l'air ne peut sortir. La température dans les deux serres augmenta de la même façon, démontrant ainsi que cet effet thermique s'explique essentiellement par l'absence d'advection. On estime que cet effet thermique est environ quatre fois plus importante que l'absorption du rayonnement infrarouge par le verre.

Vous trouverez ci-dessous la traduction de la note transmise par R.W. Wood (Note on the Theory of the Greenhouse, publié dans le London, Edinborough and Dublin Philosophical Magazine, 1909, vol 17, p319-320). Cette note est consultable dans sa langue d'origine sur le site de William Michael Connolley.

Note sur la théorie de la serre

Selon une croyance répandue, les températures relativement élevées atteintes dans un espace fermé par un couvercle de verre, et exposé au rayonnement solaire, seraient le résultat d'une transformation de longueurs d'onde : les rayons solaires, capables de traverser le verre, s'arrêtent sur les parois de l'enceinte et en élèvent la température : l'énergie est alors réémise par les parois sous forme de radiations de plus grandes longueurs d'onde, qui ne peuvent pas traverser le verre : la serre agit donc comme un piège à rayonnement.

J'ai toujours émis des doutes sur l'importance de cet effet dans l'élévation de la température de la serre. Il me semble beaucoup plus probable que le rôle joué par le verre est d'empêcher la sortie d'air réchauffé par le sol dans l'enceinte. Si on ouvre les portes d'une serre un jour froid et venteux, le piégeage du rayonnement perd beaucoup de son efficacité. Par conséquent je pense qu'une serre faite d'un matériau transparent à toutes les longueurs d'onde montrerait une température presque aussi élevée que celle que l'on observe dans une serre de verre. L'écran de verre transparent permet au rayonnement solaire de chauffer le sol, et le sol réchauffe à son tour l'air, mais seulement la quantité d'air limitée à l'enceinte. Dans une serre ouverte, le sol est continuellement en contact avec l'air froid transporté par des courants de convection.

Pour résoudre ce problème, j'ai construit deux enceintes avec du carton noir, l'une avec un couvercle de verre, l'autre avec un couvercle de halite d'égale épaisseur. Un thermomètre a été insérée dans chaque enceinte et le dispositif a été emballé dans du coton, exceptés les couvercles transparents restants exposés. Une fois exposé au soleil, la température s'éleva graduellement jusqu'à 65°C, l'enceinte à couvercle de halite prenant une température un peu plus élevée que celle de l'enceinte en verre, dû à la transmission par la halite de radiations solaires des plus grandes longueurs d'onde, arrêtées par le verre. Afin d'éliminer cet effet, la lumière du soleil fut préalablement filtrée par une plaque de verre avant d'atteindre la halite.

Dans ces conditions, il n'y a plus qu'une différence de température d'à peine un degré entre les deux enceintes. La température maximale atteinte est d'environ 55°C. D'après le spectre de rayonnement d'un corps à 55°C, il est clair que le couvercle de halite est capable de transmettre pratiquement tout ce rayonnement, alors que le verre l'arrête entièrement. Ceci nous montre que la perte d'énergie par rayonnement du sol est très faible par rapport à la perte par convection, en d'autres termes que nous gagnons très peu par emprisonnement du rayonnement [...].

Professeur R. W. Wood, 1909