Article | 15/07/2001
Modélisation d'un réchauffement par absorption d'infra-rouges
15/07/2001
Résumé
Modélisation permettant de mettre en évidence le rayonnement Infra-rouge et son absorption.
Table des matières
Proposé par Michel Petit et Jean-Louis Dufresne (Laboratoire de Météorologie Dynamique, Jussieu).
Objectif
Cette manipulation extrêmement simple ne traite pas de l'effet de serre en tant que tel, mais plutôt de l'existence du rayonnement infrarouge et du fait que certains matériaux absorbent ce rayonnement, comme certains gaz de l'atmosphère terrestre, d'autres non. C'est une étape nécessaire vers la compréhension de l'effet de serre.
Matériel et montage
Liste du matériel pour le montage :
- Réchaud électrique
- Détecteur infrarouge de présence
Des matériaux écrans qui couvrent toute la combinatoire transparent/opaque dans les domaines du visible et de l'infrarouge. Cela permettra de faire passer l'idée que les propriétés optiques dans les deux domaines du spectre ne sont pas liées :
- un matériau peut être transparent au visible et opaque à l'IR : matériau « effet de serre »,
- un autre au contraire opaque au visible et transparent à l'IR : matériau « anti-effet de serre ».
Écrans | Transparent dans le visible | Transparent dans l'infrarouge |
la plupart des matériaux transparents (verre, plexiglas...) | oui | non |
certaines matières plastiques | oui | oui |
matériaux opaques classiques (bois, métal....) | non | non |
certaines matières plastiques (sacs poubelles notamment...) | non | oui |
Manipulations et interprétations
On prend un réchaud électrique qu'on allume. Il s'agit de faire passer rapidement entre le réchaud et la main différents écrans, plus ou moins opaques à l'IR. L'avantage d'utiliser la main est de faire directement sentir l'énergie rayonnée, l'inconvénient est qu'il faut une source assez chaude, avec des risques de brûlures pour les élèves... D'où l'intérêt d'un détecteur infrarouge de présence...
- En approchant sa main (ou le détecteur de présence...) au-dessus, on sent la chaleur....
- On prend un écran absorbant peu l'infrarouge et on l'interpose.... On constate pas ou peu de changement.
- Ensuite, on met un écran absorbant l'infrarouge (analogue de l'atmosphère) : on constate qu'on ne sent plus la chaleur.
- En posant sa main sur l'écran absorbant l'infrarouge (analogue de l'atmosphère), on ne devrait rien sentir au début, puis progressivement la surface supérieure de l'écran devrait chauffer : le rayonnement est absorbé par l'écran et le réchauffe.
Discussions sur la modélisation
Pour éviter le transfert de chaleur par convection, il serait peut-être plus judicieux de mettre le réchaud quasi vertical, et de faire passer rapidement entre le réchaud et la main différents écrans, plus ou moins opaques à l'IR. Mais la transposition ultérieure à l'atmosphère, analogie de la plaque de verre absorbant l'infrarouge sera sans doute plus délicate, puisque, pour nos élèves, l'atmosphère est à l'horizontale au-dessus de nous.
L'avantage du détecteur de présence est de ne pas nécessiter de source très chaude ; par contre l'inconvénient est que la modélisation est plus abstraite.
