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L'agitation moléculaire et l'effet de serre

Dossier - Tout savoir sur l'effet de serre
DossierClassé sous :climatologie , changement climatique , gaz à effet de serre

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Quelles sont les causes de l’effet de serre ? Pourquoi s’agit-il d’un phénomène naturel ? Quel est le rôle de l’activité humaine dans l’augmentation des gaz à effet de serre et quelles sont les conséquences pour la planète ? Pour tout comprendre de l’effet de serre, plongez dans ce dossier au cœur de l’atmosphère terrestre.

  
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Dans cette partie, nécessairement un peu plus complexe, on s'intéresse donc aux interactions entre rayonnement et matière, à l'absorption moléculaire et à l'émission de rayonnement électromagnétique. Pour cela, on rappelle quelques notions de base sur les différents types d'énergie des molécules, les états énergétiques et les modes de passage d'un état à un autre. Pour préciser ce qu'est l'émission des molécules, on revient sur la notion d'équilibre thermodynamique et sur celle, essentielle ici, d'équilibre thermodynamique local. On commence ici par rappeler le principe de l'agitation moléculaire car son rôle entre en jeu dans le phénomène d'effet de serre.

Niveau confirmé

L'effet de serre est essentiellement la conséquence démontrable de la théorie de l'émission/ absorption, c'est-à-dire de la théorie des interactions entre le rayonnement électromagnétique et la matière.

Modes de vibration possibles de la molécule de vapeur d'eau. © Yves Fouquart - Tous droits réservés

Énergies cinétique, électronique, de vibration et rotationnelle

Les molécules d'un gaz sont constamment en mouvement. Cette agitation se fait sous quatre formes :

  • la molécule dans son ensemble se déplace à une vitesse directement liée à la température, l'énergie correspondante est l'énergie cinétique ;
  • les électrons sont en mouvement autour des noyaux sur des orbites privilégiées, l'énergie est donc l'énergie électronique ;
  • les atomes qui constituent la molécule sont en mouvement les uns par rapport aux autres, on dit qu'elles vibrent et l'énergie est l'énergie de vibration ;
  • la molécule tourne sur elle même, l'énergie est l'énergie rotationnelle.
Modes de rotation de la molécule de vapeur d'eau. © Yves Fouquart - Tous droits réservés

Les trois dernières formes sont discrétisées (quantifiées) ce qui signifie que ces énergies ne peuvent prendre que des valeurs précises qui correspondent à des modes particuliers de vibration ou de rotation de ces molécules.

Cela dépend donc de la molécule en question, c'est même sa signature et c'est ainsi qu'on identifie la présence de tel ou tel gaz dans l'atmosphère d'une étoile ou d'une planète.