Modélisation de l'effet de serre au lycée

Marc Joubert

Lycée Cordouan, Royan

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

06/06/2000

Résumé

Expérience montrant l'effet de l'albédo d'une planète et de l'effet de serre sur la température de surface.


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

Objectif

L'effet de serre est mis en évidence à travers une expérience analogique effectuée par groupe. L'expérience est simple de conception puisqu'il suffit d'un thermomètre intérieur extérieur et d'un récipient en verre pour obtenir des résultats corrects. Un phénomène supplémentaire est aussi testé, sans en indiquer l'origine : l'albédo. Pour cela, on ajoute des fonds de couleurs différentes (noir ou blanc).

Dispositif expérimental

Ces dispositifs ont été mis en place avec Christophe Ehrhard (Labo SVT Royan).

Premier protocole expérimental

Figure 1. Premier montage


Vous disposez d'un erlenmeyer avec son bouchon percé, d'un thermomètre à deux capteurs et d'une petite lampe. Disposer un capteur à l'intérieur du pot et l'autre à l'extérieur. Enfin vous avez un fond blanc (paillasse) et un fond noir en papier. Laisser les températures s'équilibrer pendant quelques minutes, lampe éteinte. Éclairer l'ensemble avec la lampe. Disposer la lampe à 20 cm de l'erlenmeyer. Prendre des mesures des température internes et externes toutes les 5 minutes pendant 20 minutes avec un premier fond, puis recommencer l'expérience avec l'autre fond (ne pas oublier d'attendre l'équilibrage des températures entre les deux mesures).

Deuxième protocole expérimental

Figure 2. Deuxième montage


Une autre expérience consiste à ajouter du CO2 dans l'enceinte suivant le protocole schématisé ci-dessus.

Résultats et commentaires

Commentaires Groupe d'élèves n°1


En comparant les températures intérieures (dans le flacon) et les températures extérieures, on peut dans tous les cas dire que sous le verre la température a augmenté de façon plus importante. Si on compare les fonds de couleurs différentes, le réchauffement est plus important avec un fond blanc qu'avec un fond noir (la différence entre intérieur et extérieur est de plus grande amplitude). La couleur du fond serait un facteur influençant l'évolution de la température dans le flacon.

De façon absolue, on peut remarquer que le réchauffement avec du CO2 est plus important qu'avec de l'air ambiant (le fond était aussi blanc). Il semblerait donc que le CO2 joue un rôle d'amplificateur (minime ici).

Commentaires Groupe d'élèves n°2


Les conclusions sont similaires, bien qu'il existe des aberrations, à commenter avec les élèves. Ceci permet de relativiser les conditions de l'expérience et aussi de faire acquérir un esprit critique aux élèves de seconde. La comparaison des mesures avec un témoin a permis de bien clarifier le but de l'expérience. La mesure effectuée du simple thermomètre éclairé donne des températures rapidement élevées, mais qui finissent par se stabiliser et devenir stationnaires.

Conclusion

Ces résultats sur l'effet de serre sont très critiquables... Je pense qu'en toute rigueur, on ne sait pas ce que l'on mesure (beaucoup de paramètres physiques rentrent en compte, tant sur le matériel utilisé que sur l'environnement de l'expérience). Il m'a été impossible de reproduire une seconde fois l'effet du CO2. Par contre le premier protocole (effet de l'albédo) semble fonctionner.

Voir également les commentaires de chercheurs sur les TP sur l'effet de serre proposés en lycée.