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Le bilan radiatif de la Terre et l'effet de serre
Énergie solaire, rayonnements et mécanismes d'amplification du réchauffement climatique — programme de Spécialité SVT Terminale
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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
Dans quel domaine du spectre électromagnétique la Terre réémet-elle principalement son énergie ?
- A. Ultraviolet
- B. Visible
- C. Infrarouge
- D. Micro-ondes
Réponse
C. Infrarouge — La Terre, à ~255-288 K, réémet dans l'infrarouge (4–100 µm). Le Soleil (5 800 K) émet dans le visible.
L'albédo planétaire moyen de la Terre est d'environ :
- A. 0,10
- B. 0,30
- C. 0,70
- D. 0,95
Réponse
B. 0,30 — L'albédo terrestre moyen est ≈ 0,30 : 30 % du rayonnement solaire incident est réfléchi vers l'espace.
Sans l'effet de serre naturel, la température moyenne de la Terre serait d'environ :
- A. +15 °C
- B. 0 °C
- C. −18 °C
- D. −50 °C
Réponse
C. −18 °C — La température d'équilibre radiative sans effet de serre est T_e ≈ 255 K ≈ −18 °C.
Quel est le principal gaz à effet de serre naturel dans l'atmosphère terrestre ?
- A. Dioxyde de carbone (CO₂)
- B. Méthane (CH₄)
- C. Vapeur d'eau (H₂O)
- D. Oxyde nitreux (N₂O)
Réponse
C. Vapeur d'eau (H₂O) — La vapeur d'eau est le GES naturel le plus abondant et représente 50–60 % de l'effet de serre naturel.
Laquelle de ces surfaces a l'albédo le plus élevé ?
- A. Forêt dense
- B. Océan calme
- C. Neige fraîche
- D. Sol nu
Réponse
C. Neige fraîche — La neige fraîche a un albédo de 0,80–0,90, très élevé car elle réfléchit la quasi-totalité du rayonnement.
L'effet de serre naturel élève la température de la Terre d'environ :
- A. +5 °C
- B. +15 °C
- C. +33 °C
- D. +50 °C
Réponse
C. +33 °C — L'effet de serre naturel apporte +33 °C : de −18 °C (sans) à +15 °C (avec).
La constante solaire $S_0$ vaut environ :
- A. 341 W/m²
- B. 681 W/m²
- C. 1 361 W/m²
- D. 2 722 W/m²
Réponse
C. 1 361 W/m² — La constante solaire est S₀ ≈ 1 361 W/m². Le flux moyen par unité de surface terrestre est S₀/4 ≈ 340 W/m².
Le forçage radiatif anthropique est principalement dû à :
- A. L'augmentation de l'albédo
- B. L'augmentation des GES dans l'atmosphère
- C. La diminution de la vapeur d'eau
- D. L'augmentation des aérosols
Réponse
B. L'augmentation des GES dans l'atmosphère — Les émissions de CO₂, CH₄ et N₂O d'origine humaine constituent la principale cause du forçage radiatif positif.
Parmi les gaz suivants, lequel N'EST PAS un gaz à effet de serre ?
- A. CO₂
- B. CH₄
- C. N₂
- D. N₂O
Réponse
C. N₂ — N₂ (diazote) est une molécule diatomique symétrique sans dipôle oscillant : il n'absorbe pas le rayonnement infrarouge.
La loi de Wien permet de calculer :
- A. La puissance totale émise par un corps
- B. La longueur d'onde au maximum d'émission
- C. La fraction d'énergie réfléchie
- D. Le forçage radiatif d'un GES
Réponse
B. La longueur d'onde au maximum d'émission — Wien : λ_max = 2898/T. Pour T = 5 800 K → λ_max ≈ 0,5 µm (visible). Pour T = 255 K → λ_max ≈ 11 µm (IR).
Une rétroaction positive dans le système climatique :
- A. Atténue le changement initial
- B. Amplifie le changement initial
- C. Maintient la température constante
- D. Réduit les émissions de CO₂
Réponse
B. Amplifie le changement initial — Une rétroaction positive amplifie le changement initial (ex. : fonte des glaces → moins d'albédo → plus de réchauffement).
L'acidification des océans est due à :
- A. L'augmentation de la vapeur d'eau
- B. L'absorption de CO₂ par l'eau de mer
- C. La fonte des glaces arctiques
- D. L'augmentation des aérosols
Réponse
B. L'absorption de CO₂ par l'eau de mer — CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (acide carbonique). Plus de CO₂ atmosphérique → plus absorbé par les océans → pH plus bas.
Niveau moyen — 12 questions
Le flux solaire moyen reçu par la Terre (par unité de surface) est d'environ :
- A. 170 W/m²
- B. 238 W/m²
- C. 340 W/m²
- D. 680 W/m²
Réponse
C. 340 W/m² — S₀/4 = 1361/4 ≈ 340 W/m². On divise par 4 car la sphère terrestre a une surface 4 fois plus grande que le disque interceptant le rayonnement.
Avec un albédo de 0,30, le flux solaire absorbé par la Terre est d'environ :
- A. 102 W/m²
- B. 170 W/m²
- C. 238 W/m²
- D. 340 W/m²
Réponse
C. 238 W/m² — F_abs = 340 × (1 − 0,30) = 340 × 0,70 = 238 W/m².
Quel est l'effet des aérosols sulfatés d'origine industrielle sur le bilan radiatif ?
- A. Forçage positif : ils amplifient l'effet de serre
- B. Forçage négatif : ils réfléchissent le rayonnement solaire
- C. Forçage nul : ils n'ont aucun effet
- D. Forçage positif indirect via la vapeur d'eau
Réponse
B. Forçage négatif : ils réfléchissent le rayonnement solaire — Les aérosols sulfatés diffusent et réfléchissent une partie du rayonnement solaire vers l'espace → forçage négatif (refroidissant).
La sensibilité climatique à l'équilibre (ECR) est définie comme :
- A. Le réchauffement dû à un doublement du CO₂
- B. Le réchauffement annuel observé
- C. Le forçage radiatif total anthropique
- D. La concentration de CO₂ préindustrielle
Réponse
A. Le réchauffement dû à un doublement du CO₂ — L'ECR est le réchauffement moyen à l'équilibre pour un doublement de CO₂, estimé entre 2,5 et 4 °C (GIEC AR6).
Le réchauffement observé depuis l'ère préindustrielle (1850-1900) est d'environ :
- A. +0,5 °C
- B. +1,1 °C
- C. +2,0 °C
- D. +3,5 °C
Réponse
B. +1,1 °C — Le GIEC (AR6, 2021) estime le réchauffement observé à +1,1 °C depuis 1850–1900.
La rétroaction eau-vapeur est une rétroaction :
- A. Négative car l'eau refroidit
- B. Positive car la vapeur d'eau est un GES
- C. Nulle car sa concentration est stable
- D. Négative car elle forme des nuages réfléchissants
Réponse
B. Positive car la vapeur d'eau est un GES — Un réchauffement accroît l'évaporation → plus de vapeur d'eau → GES supplémentaire → amplification du réchauffement.
Le PRG du protoxyde d'azote (N₂O) sur 100 ans est d'environ :
- A. 1
- B. 28
- C. 265
- D. 3 000
Réponse
C. 265 — PRG(N₂O) ≈ 265 sur 100 ans. Un kg de N₂O a 265 fois plus d'impact climatique qu'un kg de CO₂.
Depuis l'ère préindustrielle, la concentration en CO₂ est passée d'environ 280 ppm à :
- A. 300 ppm
- B. 360 ppm
- C. 420 ppm
- D. 500 ppm
Réponse
C. 420 ppm — En 2024, la concentration atmosphérique en CO₂ dépasse 420 ppm, une augmentation de 50 % par rapport au niveau préindustriel.
La rétroaction albédo-glace est une rétroaction positive car :
- A. La glace absorbe plus d'énergie quand elle fond
- B. La fonte des glaces diminue l'albédo, augmentant l'absorption solaire
- C. La glace émet davantage d'infrarouge après la fonte
- D. Les océans découverts réfléchissent plus
Réponse
B. La fonte des glaces diminue l'albédo, augmentant l'absorption solaire — Glace fond → surface sombre (eau/sol) → albédo diminue → plus d'énergie absorbée → réchauffement accru.
Le forçage radiatif du CO₂ depuis 1750 est estimé à :
- A. +0,5 W/m²
- B. +1,0 W/m²
- C. +1,8 W/m²
- D. +3,7 W/m²
Réponse
C. +1,8 W/m² — Le forçage du CO₂ seul est estimé à +1,82 W/m² depuis 1750 (GIEC AR6). +3,7 W/m² correspond au doublement de CO₂ non encore atteint.
Le scénario SSP5-8,5 du GIEC correspond à :
- A. Une forte réduction des émissions
- B. Des émissions modérées
- C. Des émissions élevées non contraintes
- D. La neutralité carbone en 2050
Réponse
C. Des émissions élevées non contraintes — SSP5-8,5 est le scénario 'émissions élevées' (fossile intensif), projetant +3,3 à +5,7 °C à 2100.
Parmi ces processus, lequel est une rétroaction NÉGATIVE (stabilisatrice) ?
- A. Fonte du permafrost libérant du CH₄
- B. Augmentation de la vapeur d'eau par réchauffement
- C. Augmentation de l'émission infrarouge avec la température
- D. Diminution de l'albédo par fonte des glaces
Réponse
C. Augmentation de l'émission infrarouge avec la température — Loi de Stefan-Boltzmann : quand T augmente, l'émission infrarouge augmente, ce qui tend à refroidir la surface. C'est la principale rétroaction négative du système.
Niveau difficile — 13 questions
En appliquant la loi de Stefan-Boltzmann, la température d'équilibre $T_e$ est telle que $\sigma T_e^4 = 238$ W/m². Laquelle de ces valeurs est correcte ?
- A. T_e ≈ 200 K
- B. T_e ≈ 255 K
- C. T_e ≈ 288 K
- D. T_e ≈ 310 K
Réponse
B. T_e ≈ 255 K — T_e = (238 / 5,67×10⁻⁸)^{1/4} = (4,20×10⁹)^{0,25} ≈ 255 K ≈ −18 °C.
Le doublement du CO₂ correspond à un forçage radiatif de ~3,7 W/m². La sensibilité climatique sans rétroaction est ~0,27 °C/(W/m²). Quel réchauffement attendrait-on sans rétroaction ?
- A. ~0,5 °C
- B. ~1 °C
- C. ~2 °C
- D. ~4 °C
Réponse
B. ~1 °C — 0,27 × 3,7 ≈ 1 °C. Avec rétroactions positives, ce chiffre monte à 2,5–4 °C (ECR du GIEC).
La vapeur d'eau est le principal GES naturel mais n'est pas considérée comme un forçage anthropique direct. Pourquoi ?
- A. Elle n'absorbe pas l'infrarouge
- B. Sa durée de vie dans l'atmosphère est très courte (jours)
- C. Elle est uniquement d'origine naturelle
- D. Les humains ne peuvent pas l'émettre
Réponse
B. Sa durée de vie dans l'atmosphère est très courte (jours) — La vapeur d'eau a une durée de vie de quelques jours dans l'atmosphère, contrôlée par la température (condensation/évaporation). C'est une rétroaction, pas un forçage direct.
Si la surface terrestre passe d'un albédo de 0,30 à 0,32 (augmentation des nuages ou glaces), quel est l'impact approximatif sur le flux absorbé (S₀/4 = 340 W/m²) ?
- A. −6,8 W/m²
- B. −3,4 W/m²
- C. +6,8 W/m²
- D. Nul
Réponse
A. −6,8 W/m² — ΔF = 340 × (0,30 − 0,32) = 340 × (−0,02) = −6,8 W/m². Un albédo plus élevé réduit le flux absorbé → refroidissement.
Un corps noir à 300 K émet une puissance $E = \sigma T^4$. Quand T passe de 300 K à 303 K, l'augmentation relative de E est d'environ :
- A. ~1 %
- B. ~4 %
- C. ~16 %
- D. ~64 %
Réponse
B. ~4 % — E ∝ T⁴. ΔE/E ≈ 4 × ΔT/T = 4 × 3/300 = 0,04 = 4 %. La dérivée de T⁴ donne 4T³, donc ΔE/E ≈ 4 ΔT/T.
Un chercheur modélise une 'Terre sans nuages' avec un albédo de 0,10. Quel flux solaire serait absorbé ?
- A. 238 W/m²
- B. 306 W/m²
- C. 340 W/m²
- D. 374 W/m²
Réponse
B. 306 W/m² — F_abs = 340 × (1 − 0,10) = 340 × 0,90 = 306 W/m². Les nuages représentent environ 2/3 de l'albédo terrestre total.
Le permafrost sibérien fond et libère du méthane. Quelle chaîne de rétroaction cela illustre-t-il ?
- A. Rétroaction négative via l'albédo
- B. Rétroaction positive via l'émission de GES
- C. Rétroaction négative via l'augmentation des précipitations
- D. Forçage radiatif externe
Réponse
B. Rétroaction positive via l'émission de GES — Réchauffement → dégel du permafrost → libération de CH₄ (PRG=28) → amplification de l'effet de serre → réchauffement accru. C'est une rétroaction positive via les GES.
La rétroaction des nuages est la plus incertaine dans les modèles climatiques. Pourquoi les nuages bas sont-ils associés à une rétroaction positive ?
- A. Ils absorbent davantage d'infrarouge
- B. Ils pourraient se raréfier avec le réchauffement, diminuant leur effet réfléchissant
- C. Ils augmentent la vapeur d'eau
- D. Ils forment une couche opaque à l'IR
Réponse
B. Ils pourraient se raréfier avec le réchauffement, diminuant leur effet réfléchissant — Les nuages bas réfléchissent efficacement le solaire (fort albédo). Si le réchauffement les raréfie, l'albédo global diminue → plus d'énergie absorbée → rétroaction positive. Mais cette réponse reste incertaine dans les modèles.
Laquelle de ces affirmations sur le forçage radiatif est CORRECTE ?
- A. Un forçage de +1 W/m² entraîne toujours un réchauffement de +1 °C
- B. Le forçage radiatif total = somme algébrique des forçages individuels
- C. Les rétroactions sont incluses dans la définition du forçage
- D. Un forçage négatif entraîne obligatoirement un refroidissement immédiat
Réponse
B. Le forçage radiatif total = somme algébrique des forçages individuels — Le forçage radiatif total est bien la somme algébrique des forçages individuels (CO₂, CH₄, aérosols…). Les rétroactions ne font PAS partie du forçage : elles s'y ajoutent pour calculer la réponse climatique.
Si la Terre avait le même albédo que Vénus (~0,75), quel flux serait absorbé (S₀/4 = 340 W/m²) ?
- A. 85 W/m²
- B. 170 W/m²
- C. 238 W/m²
- D. 340 W/m²
Réponse
A. 85 W/m² — F_abs = 340 × (1 − 0,75) = 340 × 0,25 = 85 W/m². Malgré cet albédo élevé, Vénus est brûlante (~464 °C) car son atmosphère très dense en CO₂ crée un effet de serre extrême.
En quoi la formulation $\Delta F = 5{,}35 \times \ln(C/C_0)$ est-elle pertinente pour le CO₂ ?
- A. Elle montre que le forçage croît linéairement avec la concentration
- B. Elle montre que le forçage croît de façon logarithmique avec la concentration
- C. Elle calcule la température d'équilibre
- D. Elle mesure l'albédo en fonction du CO₂
Réponse
B. Elle montre que le forçage croît de façon logarithmique avec la concentration — Le forçage du CO₂ suit une loi logarithmique : doubler la concentration donne un forçage de 5,35 × ln(2) ≈ 3,7 W/m², quelque soit le point de départ. Cela signifie que chaque doublement supplémentaire ajoute le même forçage.
Dans le scénario SSP1-1,9, le réchauffement à 2100 est estimé entre +1,0 et +1,8 °C. Que faudrait-il pour rester sous +1,5 °C ?
- A. Uniquement développer les énergies renouvelables
- B. Atteindre la neutralité carbone avant 2050 et réduire fortement toutes les émissions de GES
- C. Augmenter l'albédo via des aérosols artificiels
- D. Supprimer toutes les émissions de méthane uniquement
Réponse
B. Atteindre la neutralité carbone avant 2050 et réduire fortement toutes les émissions de GES — L'objectif +1,5 °C nécessite la neutralité carbone (net zéro) avant 2050 et une réduction drastique de tous les GES, comme modélisé dans SSP1-1,9.
Lors d'une éruption volcanique majeure, des aérosols sulfatés sont injectés dans la stratosphère. Quel effet climatique attend-on à court terme ?
- A. Un réchauffement par effet de serre
- B. Un refroidissement par augmentation de l'albédo
- C. Un réchauffement par réduction de l'albédo
- D. Un effet nul car les aérosols retombent vite
Réponse
B. Un refroidissement par augmentation de l'albédo — Les aérosols sulfatés stratosphériques réfléchissent le rayonnement solaire → augmentation de l'albédo → forçage radiatif négatif → refroidissement temporaire. Ex : éruption du Pinatubo (1991) → −0,5 °C pendant 1–2 ans.
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