Pollution de l'air

Mise en évidence de l’effet de serre par l’expérience

Effet de serre. Qui n’a jamais entendu ce mot à la TV, à l’école ou sur les réseaux sociaux principalement autour du mot gaz à effet de serre sur des sujets autour du réchauffement climatique. Mais connaissez-vous vraiment la définition et le phénomène de l’effet de serre ? C’est ce que nous allons mettre en évidence ici grâce à deux petites expériences simples, avant de définir en détail le phénomène qui se déroule dans la vraie vie. Ces expériences nécessitent tout de même du matériel qui n’est pas du matériel commun comme des erlenmeyers à bouchon percé ou des sondes de température.

Expérience : mettre en évidence le phénomène de l’effet de serre

Expérience 1 : comprendre le phénomène de base

Est-ce possible de reproduire le phénomène de l’effet de serre par une expérience simple pour en comprendre le fonctionnement ? Oui, c’est ce que nous allons faire. Pour cette expérience, vous avez besoin d’un erlenmeyer avec bouchon percé (ou d’un pot en verre avec bouchon ou d’une bouteille de champagne même s’il sera compliqué de percer le bouchon sans tout casser) ; d’un thermomètre à deux sondes et d’une lampe.

Voici le déroulé de l’expérience. Premièrement, vous allez passer le capteur du thermomètre dans le trou du bouchon de l’erlenmeyer. L’autre capteur doit rester dehors. Deuxièmement, lorsque les deux thermomètres affichent la même température, vous allez tout éclairer avec la lampe. Troisièmement, vous allez noter la température dans l’erlenmeyer et en dehors toutes les 5 minutes pendant environ 1 heure. Faites un tableau pour plus de lisibilité avec en ligne la temporalité des mesures et en colonne les températures. Vous pourrez même construire les deux courbes d’évolution des températures en fonction du temps.

À ce stade, vous avez une évolution de température dans un bocal en verre et en dehors alors que les deux capteurs étaient illuminés par la chaleur de la lampe. Posez-vous ces questions :

  • Comment a évolué la température dans l’erlenmeyer ? En dehors ?
  • L’évolution entre les deux est-elle identique ?
  • Si oui ou si non, à votre avis, pourquoi ?

Réponse :

Si l’expérience s’est déroulée à merveille, les températures ont normalement augmenté. En revanche, la température dans l’erlenmeyer a dû augmenter dans de plus grande proportion. En effet, le verre joue ici le même rôle que les gaz sur Terre, en retenant l’air chaud et plus précisément en empêchant les rayons infrarouges émis de s’échapper. Du coup, la lampe continue de réchauffer l’erlenmeyer avec ces rayons et ceux déjà à l’intérieur ne peuvent s’échapper concrètement en extérieur. La chaleur accumulée reste et apporte un réchauffement continuellement plus élevé qu’en extérieur.

Expérience 2 : comprendre le rôle des gaz dans l’effet de serre

Vous avez maintenant compris que l’effet de serre était un phénomène de maintien de la chaleur et de rayons qui cherche à s’échapper de la Terre. Ce phénomène offre un équilibre de température sur Terre et permet la vie. Nous avons maintenant réalisé une seconde expérience. Pour cela, vous avez besoin de deux erlenmeyers à bouchon percé, deux thermomètres à deux sondes, deux lampes, une bouteille avec une paille, du vinaigre blanc et de la levure chimique.

Premièrement, vous allez préparer la même mise en place que tout à l’heure, mais pour les deux erlenmeyers et thermomètres. En somme, vous allez passer une sonde dans le bouchon de l’erlenmeyer et l’autre sonde en extérieur, et ce, pour les deux erlenmeyers. Vous allez donc vous retrouver avec un erlenmeyer avec une sonde par son bouchon percé et une seconde en extérieur, et à côté, exactement l’identique. Deuxièmement, une fois que l’équilibre des températures est atteint, vous allez déposer le vinaigre et la levure dans la bouteille avec sa paille, et pendant que ces derniers réagissent, vous allez relier la bouteille et un des deux erlenmeyers ensemble en passant la paille dans le trou du bouchon percé. Enlevez la sonde de température qui est normalement dans le trou. Troisièmement, lorsque le vinaigre et la levure ne réagissent plus, enlevez la paille et remettez la sonde dans le trou du bouchon. Vous allez maintenant pouvoir éclairer comme à la première expérience le tout avec les deux lampes. Quatrièmement, prenez les quatre températures à intervalle de 5 minutes pendant 1 heure.

À ce stade, vous avez une évolution de 4 températures dans un bocal en verre et en dehors alors que les deux capteurs étaient illuminés par la chaleur de la lampe, et qu’un des deux bocaux a reçu une « dose » de mélange vinaigre et levure chimique. Posez vous ces questions :

  • Comment a évolué la température dans l’erlenmeyer 1 ? 2 ? En dehors ?
  • L’évolution dans les quatre estelle identique ?
  • Si oui ou si non, à votre avis, pourquoi ?

Réponse :

Comme tout à l’heure, les températures dans les erlenmeyers ont beaucoup plus augmenté qu’en extérieur. En revanche, la température dans l’erlenmeyer qui a été relié au mélange vinaigre levure chimique a normalement augmenté de manière plus conséquente. Ce mélange joue en fait le rôle du CO2 dans la vraie vie. Ce CO2, un gaz à effet de serre, amplifie la retenue de chaleur au même titre que le verre. Ce dernier capte les rayons infrarouges puis les émet à nouveau. Il amplifie le phénomène d’effet de serre et le réchauffement.

Informations sur l’effet de serre

L’erlenmeyer transparent agit comme une serre. Il permet de laisser passer les rayons lumineux, mais retient la chaleur. Sur notre planète, ce sont les gaz à effet de serre qui ont ce rôle. Ils nous protègent et gardent la chaleur du soleil. Sans eux, il ferait près de –18°C sur Terre. L’effet de serre est donc un phénomène naturel et bénéfique pour nous, car il permet la vie et joue un rôle d’équilibre thermique dans le système Atmosphère-Terre.

En revanche, le mode d’action sur Terre est légèrement différent que dans l’erlenmeyer. La serre a deux modes d’action de rétention de la chaleur : un effet purement mécanique, car les vitres ne laissent pas l’air chaud s’échapper et un effet physique, car le verre est opaque aux infrarouges qui sont émis par le fait que l’intérieur de la serre chauffe. Pour l’atmosphère, avec les GES comme le CO2, c’est uniquement le second effet qui crée la montée en température, sans l’effet mécanique.

De manière plus détaillée, les rayons du Soleil se décomposent en arrivant sur la Terre. Il se passe des réactions différentes. Une partie des rayons solaires sont directement renvoyés par l’atmosphère et par la surface de la Terre. D’autres sont absorbés par l’atmosphère et la surface de la Terre. Ce sont ces rayons qui vont réchauffer la Terre. En réponse, il y aura une émission de rayons infrarouges et donc de chaleur. C’est à ce moment que les GES vont entrer en scène. Ils vont laisser passer une partie qui va pouvoir s’échapper et emprisonner une autre. Ce qui va permettre de créer un équilibre entre ce qui rentre et ce qui sort. Cet équilibre est donc primordial, mais dépend fortement des GES, car si la proportion de ces gaz dans l’atmosphère augmente, et comme c’est fortement le cas, l’équilibre est modifié, car plus le taux de rayonnement infrarouge capté va augmenter, et la Terre se réchauffe.

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