Modélisation de l'effet de serre au lycée

Jean-Claude Biton

Lycée Théodore Aubanel, Avignon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

12/06/2000

Résumé

Tentative de modélisation du rôle de CO2 dans l'effet de serre.


Lire aussi l'article critique Commentaires de chercheurs sur la modélisation de l'effet de serre au lycée pour compléter cette lecture.

Origine du projet et problématique

Gérard Mégie, du Service d'aéronomie du CNRS, écrit : « ... dans le système Terre-atmosphère, l'émission infrarouge est celle de la surface de la Terre chauffée par le rayonnement solaire. Une partie de cette émission est absorbée par l'atmosphère et renvoyée vers la surface et provoque ainsi une élévation de température de la surface de 32°C (effet de serre naturel). » D'où, l'idée de reprendre la "manip" présentée sur le serveur de l'académie d'Aix-Marseille, pour mesurer le rayonnement solaire. On mesure la température à l'intérieur du bloc de laiton en espérant observer une augmentation de température en présence de CO2 (effet de serre naturel)

Le montage


Le bloc de laiton est noirci au noir de fumée sur ses deux faces.

Pourquoi ce montage « à l'envers » ? Tout simplement pour un problème d'étanchéité du système au niveau bloc de laiton PVC. En principe, il n'y a aucune raison pour que le rayonnement ne se fasse pas vers le bas, puis vers le haut !

La feuille de plastique provient de l'emballage d'une revue sur lequel sa nature, polyéthylène, était indiquée. Son très mauvais effet de serre (pas d'absorption du rayonnement infrarouge) convient parfaitement.

Un premier essai en montée de température, puis refroidissement donne deux courbes exactement superposées entre de l'air sec et du CO2 sec. Sachant que l'on ne peut rien observer de démonstratif en dehors d'un état stable, la "manip" est reprise avec le protocole suivant.

Protocole

  • Allumage de la lampe et attente de la stabilité du système dans lequel se trouve de l'air sec, pendant 3 heures (un programmateur a lancé la manip).
  • Lancement de l'acquisition pour une durée de deux heures.
  • Au bout d'un enregistrement témoin de 16 min, introduction de 2 litres de CO2 sec (le volume du cylindre est de un peu moins d'un litre) et on laisse les mesures se faire pendant 3 heures.

Résultats


Au bout de 3 heures, on est passé de 50,1°C à 50,5°C. Est-ce concluant ? J'en doute car la précision des mesures est de 0,1°C. D'autre part, ayant débuté la manipulation à 8 heures du matin, la température de la salle a sans doute augmenté entre cette heure et 11 heures. Le durée de la manip fait qu'elle n'a aucun intérèt pour une pratique expérimentale en seconde par les lycéens. De plus, je suis sceptique quant à l'interprétation du résultat comme conséquence d'un effet de serre du CO2. Cependant, ce n'est qu'une approche grossière. Il faudrait recommencer en enregistrant la température de la pièce, en diminuant le volume de l'enceinte pour tenter d'obtenir des temps plus courts. Il est possible aussi que la surface utile du bloc de laiton soit insuffisante.