Lycée · 1ʳᵉ · Enseignement scientifique
Le Soleil, notre source d'énergie
Rayonnement solaire, bilan radiatif terrestre et enjeux climatiques — programme d'Enseignement scientifique de 1re générale
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 37 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile — 12 questions
Quelle est la source d'énergie du Soleil ?
- A. La fission nucléaire
- B. La fusion nucléaire
- C. La combustion chimique
- D. La radioactivité
Réponse
B. La fusion nucléaire — Le Soleil produit son énergie par fusion nucléaire : 4 H → 1 He + énergie.
À quelle distance (environ) se trouve le Soleil de la Terre ?
- A. 15 millions de km
- B. 150 millions de km
- C. 1,5 milliard de km
- D. 150 milliards de km
Réponse
B. 150 millions de km — La distance Terre-Soleil est d'environ 150 millions de km = 1 UA.
La constante solaire vaut environ :
- A. 136 W/m²
- B. 1 361 W/m²
- C. 13 610 W/m²
- D. 13,61 kW/m²
Réponse
B. 1 361 W/m² — S₀ ≈ 1361 W/m², mesurée hors atmosphère à 1 UA.
Le rayonnement solaire est principalement dans le domaine :
- A. Infrarouge uniquement
- B. Ultraviolet uniquement
- C. Visible et proche infrarouge
- D. Micro-ondes
Réponse
C. Visible et proche infrarouge — Le Soleil émet dans l'UV (9 %), le visible (44 %) et l'infrarouge (47 %), avec un pic dans le visible.
L'albédo de la Terre vaut environ :
- A. 0,07
- B. 0,30
- C. 0,70
- D. 0,95
Réponse
B. 0,30 — L'albédo planétaire moyen est a ≈ 0,30 : 30 % du rayonnement est réfléchi.
Quelle surface a l'albédo le plus élevé ?
- A. Forêt
- B. Océan
- C. Neige
- D. Désert sableux
Réponse
C. Neige — La neige et la glace ont l'albédo le plus élevé (0,80–0,95) : elles réfléchissent presque tout le rayonnement.
La loi de Wien relie λmax à :
- A. La pression de l'étoile
- B. La masse de l'étoile
- C. La température de surface de l'étoile
- D. La luminosité de l'étoile
Réponse
C. La température de surface de l'étoile — λmax = b/T : plus une étoile est chaude, plus son rayonnement est décalé vers les courtes longueurs d'onde.
La Terre réémet son énergie principalement sous forme de :
- A. Rayonnement visible
- B. Rayonnement ultraviolet
- C. Rayonnement infrarouge
- D. Rayonnement gamma
Réponse
C. Rayonnement infrarouge — La Terre à ≈ 255 K réémet dans l'infrarouge (λmax ≈ 10 µm), conformément à la loi de Wien.
L'effet de serre naturel élève la température terrestre de :
- A. +10 °C
- B. +22 °C
- C. +33 °C
- D. +50 °C
Réponse
C. +33 °C — Sans effet de serre : Tₑ = −18 °C. Avec effet de serre naturel : +15 °C. Écart = +33 °C.
Parmi ces gaz, lequel N'EST PAS un gaz à effet de serre ?
- A. CO₂
- B. CH₄
- C. N₂
- D. H₂O
Réponse
C. N₂ — N₂ (diazote) est transparent au rayonnement infrarouge ; ce n'est pas un GES.
La puissance moyenne reçue par m² de surface terrestre (avant albédo) est :
- A. S₀
- B. S₀/2
- C. S₀/4
- D. 2·S₀
Réponse
C. S₀/4 — On divise S₀ par 4 car l'énergie interceptée (πR²) est répartie sur toute la sphère (4πR²).
La luminosité du Soleil est d'environ :
- A. 3,85 × 10²³ W
- B. 3,85 × 10²⁶ W
- C. 3,85 × 10³⁰ W
- D. 3,85 × 10²⁰ W
Réponse
B. 3,85 × 10²⁶ W — L₀ ≈ 3,85 × 10²⁶ W : une puissance colossale rayonnée dans toutes les directions.
Niveau moyen — 12 questions
Avec S₀ = 1361 W/m² et a = 0,30, la puissance absorbée par m² de surface terrestre est :
- A. 238 W/m²
- B. 340 W/m²
- C. 408 W/m²
- D. 952 W/m²
Réponse
A. 238 W/m² — Puissance absorbée = S₀(1−a)/4 = 1361 × 0,70 / 4 ≈ 238 W/m².
La température d'équilibre de la Terre sans effet de serre est :
- A. −33 °C
- B. −18 °C
- C. 0 °C
- D. +15 °C
Réponse
B. −18 °C — Tₑ ≈ 255 K = −18 °C, obtenu par Tₑ = (S₀(1−a)/(4σ))^(1/4).
Pour une étoile à T = 10 000 K, λmax vaut (b = 2,898 × 10⁻³ m·K) :
- A. 290 nm
- B. 2900 nm
- C. 29 nm
- D. 0,29 nm
Réponse
A. 290 nm — λmax = 2,898×10⁻³ / 10000 = 2,898×10⁻⁷ m = 290 nm (ultraviolet).
Si l'albédo terrestre augmente (ex. : plus de nuages), la température d'équilibre :
- A. Augmente
- B. Diminue
- C. Ne change pas
- D. Double
Réponse
B. Diminue — Un albédo plus élevé → moins d'énergie absorbée → Tₑ plus basse.
La loi de Stefan-Boltzmann relie la puissance émise à :
- A. T
- B. T²
- C. T³
- D. T⁴
Réponse
D. T⁴ — P = σT⁴ : la puissance rayonnée croît très rapidement avec la température.
La constante de Stefan-Boltzmann σ vaut :
- A. 5,67 × 10⁻⁸ W/m²/K⁴
- B. 5,67 × 10⁻⁸ W/m²/K²
- C. 1,38 × 10⁻²³ J/K
- D. 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²
Réponse
A. 5,67 × 10⁻⁸ W/m²/K⁴ — σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²/K⁴ est la constante de Stefan-Boltzmann utilisée dans P = σT⁴.
Le spectre du rayonnement solaire comprend environ 44 % de rayonnement :
- A. Ultraviolet
- B. Visible
- C. Infrarouge
- D. Micro-ondes
Réponse
B. Visible — Le visible représente environ 44 % de l'énergie solaire ; l'IR ≈ 47 % et l'UV ≈ 9 %.
Quel gaz à effet de serre est le plus abondant dans l'atmosphère terrestre ?
- A. CO₂
- B. CH₄
- C. H₂O
- D. N₂O
Réponse
C. H₂O — La vapeur d'eau H₂O est le GES le plus abondant et contribue le plus à l'effet de serre naturel.
En régime stationnaire, la puissance IR émise par la Terre vers l'espace vaut :
- A. 340 W/m²
- B. 102 W/m²
- C. 238 W/m²
- D. 1361 W/m²
Réponse
C. 238 W/m² — En équilibre, P_émise = P_absorbée ≈ 238 W/m².
La relation E = Δm·c² est utilisée pour expliquer l'énergie solaire. Que représente Δm ?
- A. La masse totale du Soleil
- B. La masse de l'hélium produit
- C. Le défaut de masse lors de la fusion
- D. La masse de la Terre
Réponse
C. Le défaut de masse lors de la fusion — Δm est le défaut de masse : la masse des produits est légèrement inférieure à celle des réactants ; cet écart est converti en énergie.
Sur Terre, l'énergie du vent provient :
- A. De la chaleur interne de la Terre
- B. Du rayonnement solaire (chauffage inégal de l'atmosphère)
- C. De la Lune (marées)
- D. De l'énergie nucléaire
Réponse
B. Du rayonnement solaire (chauffage inégal de l'atmosphère) — Le vent est causé par les différences de pression liées au chauffage inégal de l'atmosphère par le Soleil.
Qu'est-ce que le forçage radiatif positif ?
- A. Un excès d'énergie réfléchie par la Terre
- B. Un supplément d'énergie retenu dans le système Terre-atmosphère
- C. Une diminution de la luminosité solaire
- D. Une augmentation de l'albédo
Réponse
B. Un supplément d'énergie retenu dans le système Terre-atmosphère — Un forçage radiatif positif signifie que la Terre absorbe plus d'énergie qu'elle n'en émet, provoquant un réchauffement.
Niveau difficile — 13 questions
Si la concentration en CO₂ double, le forçage radiatif est estimé à +3,7 W/m². La nouvelle puissance absorbée est :
- A. 234,3 W/m²
- B. 238 W/m²
- C. 241,7 W/m²
- D. 340 W/m²
Réponse
C. 241,7 W/m² — 238 + 3,7 = 241,7 W/m². Ce forçage crée un déséquilibre provoquant un réchauffement climatique.
La rétroaction vapeur d'eau est dite 'positive' car :
- A. Elle refroidit la Terre
- B. Elle amplifie le réchauffement initial
- C. Elle est contrôlée par les humains
- D. Elle diminue l'effet de serre
Réponse
B. Elle amplifie le réchauffement initial — Un réchauffement → plus d'évaporation → plus de vapeur d'eau (GES) → effet de serre renforcé → plus de réchauffement.
Une planète avec albédo a = 0,70 et S₀/4 = 340 W/m² absorbe :
- A. 238 W/m²
- B. 102 W/m²
- C. 238 W/m²
- D. 340 W/m²
Réponse
B. 102 W/m² — 340 × (1 − 0,70) = 340 × 0,30 = 102 W/m². (Albédo élevé → peu d'énergie absorbée.)
La Terre avec Tₑ = 255 K émet par σTₑ⁴. Si T augmente à 256 K, l'émission :
- A. Diminue légèrement
- B. Augmente légèrement
- C. Double
- D. Reste constante
Réponse
B. Augmente légèrement — P ∝ T⁴ : une faible hausse de T entraîne une hausse de l'émission. C'est le mécanisme de rétroaction négative qui stabilise la température.
La Terre intercepte une puissance S₀·πR². Pourquoi divise-t-on par 4 pour obtenir la puissance par m² sur toute la surface ?
- A. Car il y a 4 saisons
- B. Car le rapport surface sphère / aire disque = 4πR²/πR² = 4
- C. Car la Terre tourne 4 fois plus vite que le Soleil
- D. Car 4 continents reçoivent l'énergie
Réponse
B. Car le rapport surface sphère / aire disque = 4πR²/πR² = 4 — La surface totale d'une sphère (4πR²) est 4 fois plus grande que l'aire du disque (πR²) qui intercepte le rayonnement.
Quelle planète aurait la température d'équilibre la plus élevée à S₀ et σ identiques ?
- A. Planète avec a = 0,90
- B. Planète avec a = 0,10
- C. Planète avec a = 0,50
- D. Planète avec a = 0,70
Réponse
B. Planète avec a = 0,10 — Tₑ ∝ (1−a)^(1/4) : plus l'albédo est faible, plus la planète absorbe → Tₑ plus élevée. a = 0,10 → max d'absorption.
Le méthane a un pouvoir de réchauffement global (PRG) de 28 sur 100 ans par rapport au CO₂. Cela signifie :
- A. CH₄ est 28 fois moins dangereux que CO₂
- B. 1 kg de CH₄ réchauffe autant que 28 kg de CO₂ sur 100 ans
- C. CH₄ reste 28 ans dans l'atmosphère
- D. CO₂ est 28 fois plus concentré
Réponse
B. 1 kg de CH₄ réchauffe autant que 28 kg de CO₂ sur 100 ans — Le PRG compare l'impact climatique des GES à masse égale par rapport au CO₂ sur 100 ans.
Sans effet de serre, quelle relation donne directement Tₑ ?
- A. Tₑ = S₀/4σ
- B. Tₑ = (S₀(1−a)/4σ)^(1/4)
- C. Tₑ = S₀(1−a)
- D. Tₑ = σ/S₀
Réponse
B. Tₑ = (S₀(1−a)/4σ)^(1/4) — On égalise l'énergie absorbée par m² [S₀(1−a)/4] à l'énergie rayonnée [σTₑ⁴], ce qui donne Tₑ = [S₀(1−a)/(4σ)]^(1/4).
La mission CERES a détecté un déséquilibre radiatif positif d'environ +0,9 W/m². Quelle en est la principale conséquence ?
- A. La Terre se refroidit
- B. La Terre atteint immédiatement un nouvel équilibre
- C. La Terre accumule de l'énergie, principalement dans les océans
- D. L'albédo diminue immédiatement
Réponse
C. La Terre accumule de l'énergie, principalement dans les océans — L'énergie excédentaire est stockée à ~90 % dans les océans, provoquant leur réchauffement et la dilatation thermique.
La photosynthèse est une forme d'exploitation de l'énergie solaire :
- A. Directe (panneaux solaires)
- B. Indirecte (via chimie du carbone)
- C. Nucléaire
- D. Géothermique
Réponse
B. Indirecte (via chimie du carbone) — La photosynthèse convertit le rayonnement solaire en énergie chimique (glucose) : c'est une utilisation indirecte de l'énergie solaire.
L'épaisseur de l'atmosphère terrestre représente environ 1 % du rayon terrestre. Pourtant, elle modifie fortement le bilan radiatif. Pourquoi ?
- A. Par sa masse totale très grande
- B. Par la présence de GES qui absorbent sélectivement l'IR
- C. Par sa réflexion totale du rayonnement solaire
- D. Par sa conduction thermique élevée
Réponse
B. Par la présence de GES qui absorbent sélectivement l'IR — Malgré leur faible concentration, les GES absorbent efficacement les longueurs d'onde IR, créant un effet de serre significatif.
Si S₀ augmentait de 2 % (ex. : variabilité solaire), quel serait l'effet sur Tₑ ?
- A. Tₑ augmente de 2 %
- B. Tₑ augmente de 0,5 % (∝ S₀^(1/4))
- C. Tₑ diminue de 2 %
- D. Tₑ n'est pas affectée
Réponse
B. Tₑ augmente de 0,5 % (∝ S₀^(1/4)) — Tₑ ∝ S₀^(1/4) : une variation de 2 % de S₀ entraîne une variation de (1,02)^(1/4) − 1 ≈ 0,5 % de Tₑ.
Pourquoi les combustibles fossiles sont-ils considérés comme de l'énergie solaire 'stockée' ?
- A. Ils contiennent de la lumière solaire
- B. Ils sont formés de matière organique ayant capté l'énergie solaire via la photosynthèse sur des millions d'années
- C. Ils sont extraits du Soleil
- D. Ils produisent de la lumière
Réponse
B. Ils sont formés de matière organique ayant capté l'énergie solaire via la photosynthèse sur des millions d'années — Pétrole, gaz, charbon : issus de matière organique (plantes, algues) ayant utilisé la photosynthèse. Leur combustion libère l'énergie solaire accumulée depuis des millions d'années.
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