rayonnement d'un gaz, compréhension de l'effet de serre

[inviteeb07c2ff]

bonjour,

je me pose une question :

est ce qu'un gaz, émet dans l'infrarouge comme tous les corps, suivant la loi de planck-boltzman.

quel que soit le gaz ? et si oui, qu'est ce qui influe sur le flux ?

pour un corps, c'est sa surface et sa température, mais pour un gaz, sa masse ? sa densité ?

désolé de poser une question peut être très bête.

en cherchant sur internet je n'ai vu que les gaz a effet de serre. je comprends bien qu'ils interceptent des raies d'un rayonnement. mais sont-ils les seuls à pouvoir émettre du rayonnement ? je n'ai pas lu de choses convaincantes la dessus sur le net (mais je ne comprends pas tout non-plus...)

la question sous-jacente est : dans l’atmosphère, est ce que les GES sont les seuls à émettre l'énergie qu'il récupèrent. ou bien est ce qu'ils en refilent une partie à leur copains (O2 et N2) qui réémettent cela ?

désolé si les questions paraissent stupides, mais j'ai toujours été fâché avec la thermo
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[phys4]

Bonjour,

Tous les gaz peuvent intercepter et rayonner des ondes EM. Chaque molécule à des bandes ou des raies caractéristiques, donc ils n'interviennent pas tous au même titre.
Nous pouvons par exemple exclure les gaz rares pour les températures courantes car leur raies se situent dans le visible et l'UV.
Les molécules plus complexes comprenant deux ou trois atomes ont des bandes dans l'infra-rouge? Ces bandes sont larges et se recoupent largement. Ces gaz interagissent et échangent de l'énergie.
L'émission comme l'absorption seront proportionnelles à la quantité de gaz contenue dans un volume donné. L'émission dépend bien sûr de la température.
Les gaz considérés comme GES sont surtout ceux dont les molécules contiennent au moins trois atomes comme l'eau, le CO2, le méthane , l'ammoniac etc...

Quelles autre bonnes questions avez vous ?

[GillesH38a]

bonjour,

je me pose une question :

est ce qu'un gaz, émet dans l'infrarouge comme tous les corps, suivant la loi de planck-boltzman.

ben déjà, tous les corps n'émettent pas suivant la loi de Planck Boltzmann, il n'y a que les corps noirs (absorbant tout le rayonnement incident) qui le font. Dans le cas général l'émission est diminuée par le même facteur que l'absorption. Ce qui est vrai, en revanche, c'est que tout corps en équilibre thermique dans une enceinte est en équilibre avec le rayonnement de Planck.

Mais en pratique, l'équilibre thermique n'est pas toujours réalisé. En particulier sur la Terre où il y a des gradients thermiques importants entre le bas et le haut de l'atmosphère, et elle est chauffée par le rayonnement solaire qui n'est pas du tout un rayonnement de Planck à la température d'équilibre (son spectre est celui d'un corps noir à 6000 K mais sa densité d'énergie est celle d'un corps noir à 300 K )

Cependant, un corps va tendre vers le rayonnement de Planck sous deux conditions :
* être au moins à l'équilibre thermodynamique local
* être optiquement épais c'est à dire qu'un photon aura une très faible probabilité de s'échapper sans interagir de nombreuses fois.

C'est cette dernière condition qui est très peu remplie par les gaz, qui sont pratiquement transparents, sauf dans leur raies d'absorption. Les GES sont justement des gaz qui sont optiquement épais au moins à certaines longueurs d'onde IR (certains absorbent aussi dans quelques raies visibles, ils apparaissent alors colorés , comme le dioxyde d'azote NO2 qui absorbe dans le bleu et apparait orangé; si notre oeil voyait dans l'infrarouge, la vapeur d'eau et le CO2 seraient aussi très colorés et opaques dans leur couleur d'absorption). Les autres gaz absorbent un peu par des effets de dimères , mais l'absorption est largement dominée par les GES. Comme elle dépend fortement la longueur d'onde, le spectre émergent est cependant très éloigné de celui de Planck.

[Afira]

le rayonnement solaire qui n'est pas du tout un rayonnement de Planck à la température d'équilibre (son spectre est celui d'un corps noir à 6000 K mais sa densité d'énergie est celle d'un corps noir à 300 K )

Bonjour,

Je cherche des infos sur la sensibilité des gaz aux IR en fonction de la longueur d'onde, ce qui m'a conduit à ce topic.
Au passage je suis intrigué par cette différence entre spectre et densité d'énergie. Pourriez-vous m'expliquer ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[GillesH38a]

Bonjour,

Je cherche des infos sur la sensibilité des gaz aux IR en fonction de la longueur d'onde, ce qui m'a conduit à ce topic.
Au passage je suis intrigué par cette différence entre spectre et densité d'énergie. Pourriez-vous m'expliquer ?

ce que je veux dire, c'est que la forme du spectre (la puissance en fonction de la fréquence émise) est celle d'un corps noir à 5800 K, mais pas correctement normalisé : pour être plus précis, le problème est que les photons ne sont pas isotropes mais ne viennent que d'un petit angle solide, celui sous lequel on voit le Soleil. Le ciel n'est pas uniformément brillant à 5800 K (il devrait l'être d'ailleurs selon le paradoxe d'Olbers), mais juste brillant dans un petit disque de diamètre 0,5 ° . on peut d'ailleurs calculer la fraction d'angle solide occupée par le Soleil : où est le demi-angle sous lequel on voit le soleil, d'où une fraction de 4,8 .10 ^- 6 . La densité d'énergie totale n'est donc que 4,8 millionème de celle d'un "vrai" corps noir à 5800 K. On peut en déduire que la température d'équilibre est divisée par un facteur (4,8 e-6)^1/4 = 0,046, ce qui fournit une température équivalente à la densité d'énergie de 5800 K* 0,046 = 270 K ... à peu près la température moyenne de la Terre ! (on ne tient pas compte de l'albedo et de l'effet de serre bien sûr).

Le spectre "normal" devrait donc être celui d'un corps noir à 270 K. C'est la transformation du spectre solaire (un petit nombre de photons visibles de haute énergie concentré dans un petit angle solide) en un spectre à 300 K environ (un grand nombre de photons IR émis dans toutes les directions) qui est la source essentielle de la génération d'entropie à la surface terrestre, nécessaire en particulier à la vie.

[Afira]

Bonjour,

Donc, si j'ai bien compris, il est question de la densité d'énergie de la Terre et non du Soleil. Calcul qui correspond à l'équilibre thermique entre deux corps noirs supposés de températures homogènes, est-ce bien cela ?

Il me semble que la relation de Stéphan fait intervenir un coefficient d'émissivité, d'où ma question : où peut-on trouver les émissivités des corps (et principalement des gaz) en fonction de la longueur d'onde / température ?

Cordialement.

[invitebdab23db]

c'était très instructif votre discours, émouvant. moi je n'y connais pas grand chose, à part le boson et et le positron, un peu. sinon pour l'effet de serre, un de ces quatres, on va tous congelé. et merci encore.