Effet de serre : corrigé des exercices de sciences physiques 3e – PDF gratuit à télécharger et imprimer

1. Un rayonnement est un transfert d’énergie sans contact ; il traverse le vide.
2. Par exemple : ondes radio, micro-ondes, infrarouges, lumière visible, ultraviolets (puis rayons X et gamma).
3. Le Soleil : surtout la lumière visible ; la Terre : surtout des infrarouges.
4. Des gaz de l’atmosphère absorbent les infrarouges émis par le sol et en renvoient une partie vers lui ; le sol est donc plus chaud que sans atmosphère.

a. Vrai : le rayonnement traverse le vide spatial.
b. Faux : l’effet de serre est naturel ; c’est son renforcement qui date de l’ère industrielle.
c. Faux : leur longueur d’onde est supérieure à 800 nm, ils sont invisibles.
d. Vrai.
e. Faux : il émet surtout du visible.
f. Faux : ce sont deux phénomènes différents.

Ondes radio : émission radiophonique ; micro-ondes : chauffage d’un plat dans un four ; infrarouges : télécommande ; ultraviolets : bronzage ; rayons X : radiographie.

1. 10 µm = 1,0 × 10⁻⁵ m ; 500 nm = 5,0 × 10⁻⁷ m.
2. 0,70 µm = 700 nm ; 3,0 × 10⁻⁷ m = 300 nm.
3. 10 µm = 10 000 nm : infrarouge ; 500 nm : visible ; 700 nm : visible ; 300 nm : ultraviolet.

1. E = P ÷ S = 1 280 ÷ 1,6 = 800 W/m².
2. P = E × S = 1 000 × 5,0 = 5 000 W.
3. S = P ÷ E = 3 000 ÷ 750 = 4,0 m².

1. W = P × t = 1,5 kW × 4 h = 6,0 kWh.
2. 6,0 × 3,6 × 10⁶ = 2,16 × 10⁷ J.
3. Puissance double : 12 kWh (le double).

1. En 1990 : environ 354 ppm.
2. 414 − 317 = 97 ppm ; 97 ÷ 317 ≈ 0,31, soit 31 % d’augmentation.
3. 97 ÷ 6 décennies ≈ 16 ppm par décennie.
4. (414 − 280) ÷ 280 = 134 ÷ 280 ≈ 0,48, soit environ 48 %.

1. 2000 : 0,7 °C ; 2020 : 1,2 °C.
2. 1,2 − 0,4 = 0,8 °C.
3. (1,2 − 0,7) ÷ 20 = 0,025 °C par an.
4. La hausse de la température coïncide avec la hausse de la concentration de CO₂ : le renforcement de l’effet de serre explique le réchauffement.

1. Albédo = 100 ÷ 340 ≈ 0,29 (soit environ 30 %).
2. Absorbé : 340 − 100 = 240 W/m².
3. À température constante, la Terre émet autant qu’elle absorbe : 240 W/m².
4. Sous forme d’infrarouges.

1. La neige renvoie le plus (0,80) ; l’océan absorbe le plus (0,06 renvoyé).
2. Part absorbée = (1 − albédo) × 1 000 : neige 0,20 × 1 000 = 200 W/m² ; forêt 0,85 × 1 000 = 850 W/m² ; océan 0,94 × 1 000 = 940 W/m².
3. En fondant, la glace laisse apparaître l’océan ou le sol, plus sombres, qui absorbent beaucoup plus : la Terre absorbe davantage d’énergie, se réchauffe, ce qui fait fondre davantage de glace.

1. A : lumière visible du Soleil ; B : infrarouges émis par le sol ; C : infrarouges renvoyés vers le sol ; D : infrarouges qui repartent vers l’espace.
2. La flèche C : le sol reçoit de l’énergie en plus de celle du Soleil.
3. Les infrarouges du sol partiraient presque tous vers l’espace : le sol serait beaucoup plus froid (environ −18 °C en moyenne).

1. Vénus, à 465 °C ; l’écart avec la Terre est 465 − 15 = 450 °C.
2. L’atmosphère de Mars est très mince (0,006 bar) : malgré sa proportion de CO₂, la quantité de gaz est faible, l’effet de serre est négligeable. De plus, Mars est plus éloignée du Soleil et reçoit moins d’énergie.
3. La température d’une planète dépend de la quantité de gaz à effet de serre de son atmosphère, pas seulement de sa distance au Soleil.

1. 15 − (−18) = 33 °C.
2. L’eau serait gelée : la température est inférieure à 0 °C.
3. Il maintient une température moyenne de 15 °C qui permet à l’eau liquide d’exister, condition de la vie telle que nous la connaissons.

a. L’effet de serre et le trou dans la couche d’ozone sont deux phénomènes différents.
b. Les infrarouges ont une longueur d’onde supérieure à 800 nm.
c. Les gaz à effet de serre laissent passer le visible et absorbent les infrarouges.
d. L’effet de serre est naturel ; l’homme le renforce.
e. Un rayonnement peut se propager dans le vide.

1. Gaz naturel : CO₂ ; élevage de bovins : CH₄ ; engrais azotés : N₂O ; déforestation par brûlis : CO₂.
2. Les arbres absorbent du CO₂ pour grandir : ils stockent le carbone.
3. Par exemple : économiser l’énergie, utiliser les transports en commun ou le vélo, isoler son logement.

1. 30 × 220 = 6 600 km.
2. 6 600 × 120 = 792 000 g = 792 kg.
3. 6 600 × 15 = 99 000 g = 99 kg.
4. 792 − 99 = 693 kg de CO₂ économisés par an.

1. Vitres fermées : 52 °C ; vitres entrouvertes : 32 °C.
2. 52 − 32 = 20 °C.
3. Les deux courbes montent d’abord ; la courbe « vitres fermées » continue de monter plus longtemps mais ralentit ; la courbe « vitres entrouvertes » atteint un palier à 32 °C vers 30 min.
4. Vitres fermées, l’air chaud reste enfermé et la vitre laisse passer le visible tout en retenant en partie les infrarouges émis par l’habitacle : l’énergie s’accumule et la température monte bien plus haut. Entrouvertes, l’air se renouvelle et évacue l’énergie. C’est une situation voisine de l’effet de serre (énergie qui entre plus facilement qu’elle ne sort).

1. P = E × S = 900 × 1,7 = 1 530 W.
2. P_él = 0,20 × 1 530 = 306 W.
3. W = 306 × 5 = 1 530 Wh = 1,53 kWh.
4. Les 80 % restants (1 224 W) sont transformés en chaleur ou renvoyés par réflexion.

1. S_disque = π × (6,37 × 10⁶)² ≈ 1,27 × 10¹⁴ m².
2. P = 1 360 × 1,27 × 10¹⁴ ≈ 1,73 × 10¹⁷ W.
3. S_sphère = 4 × S_disque ≈ 5,10 × 10¹⁴ m².
4. E_moyen = 1,73 × 10¹⁷ ÷ 5,10 × 10¹⁴ ≈ 340 W/m² : on retrouve 1 360 ÷ 4.

Exemple de réponse. L’élève a raison sur un point : l’effet de serre est naturel et indispensable, car sans lui la Terre aurait une température moyenne de −18 °C au lieu de +15 °C. Mais naturel ne veut pas dire sans danger : l’activité humaine augmente la quantité de gaz à effet de serre. La concentration de CO₂ est passée de 280 ppm avant 1750 à plus de 410 ppm, et la température moyenne mondiale a augmenté d’environ 1,2 °C. L’atmosphère retient davantage d’infrarouges et le climat se réchauffe, ce qui provoque fonte des glaces, hausse du niveau des mers et événements extrêmes. Pour agir, on peut réduire sa consommation d’énergie, choisir des transports peu émetteurs et, collectivement, développer les énergies renouvelables et protéger les forêts.