Glace, albédo et réchauffement climatique

Quelles sont les conséquences de la fonte de la banquise et des glaciers sur le climat ?

Difficulté

Easy Facile

Durée

30 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Science de la terre, Optique, Physique

Environnement, Climat, Réchauffement climatique, Albédo, Lumière, Chaleur, Fonte des glaces Glace__alb_do_et_r_chauffement_climatique_1280px-Arctic_ice_melt-NOAA-PublicDomain.jpg

Introduction

Très vulnérables au réchauffement climatique, les banquises et les glaciers voient leur surface réduire d'année en année. Les conséquences de ce phénomène sont multiples, elles affectent notamment la régulation du climat sur la planète. Cette expérience simple permet de le mettre en évidence.

• Matériel et outils

Barquette

Petit récipient léger et rigide utilisé pour le conditionnement de produits alimentaires.

Barquette

Polystyrène A fatal error occurred in the #info parser function

Polystyrène

Eau

L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.

Eau

Projecteur

Un projecteur est un système d'éclairage portatif puissant, qui produit de la lumière et de la chaleur.

Projecteur

Colorant

Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.

En chimie, les groupement d'atomes dont l'absorption lumineuse cause la couleur s'appelle un chromophore. Un colorant soluble se désigne comme teinture, sinon c'est un pigment.

Dans les techniques d'application, comme la pharmacie ou la cuisine, un colorant peut contenir une combinaison de molécules solubles et de particules insolubles. En biologie, on parle de pigments plus que de colorants, dans tous les cas.

Colorant

Étape 1 - Réunir le matériel

• 2 barquettes ou assiettes creuses identiques
• 1 plaque de polystyrène blanc ou une feuille de papier blanc
• de l’eau
• 1 projecteur ou une journée ensoleillée
• 1 cutter ou un couteau à dents
• du colorant alimentaire bleu ou vert
• option : 1 thermomètre

Étape 2 - Préparer le matériel

• A l’aide du cutter, découper le polystyrène pour obtenir un morceau juste un peu plus petit que la taille d’une barquette ou de l’assiette
• Si l’on a du colorant à disposition, préparer environ un demi-litre d’eau colorée

Étape 3 - Lancer l'expérience

• remplir à moitié les barquettes avec de l’eau (colorée si possible) en mettant bien la même quantité d’eau dans les deux barquettes. Si l’on utilise un thermomètre, mesurer et noter la température de l’eau
• Poser le morceau de polystyrène découpé sur l’eau dans l’une des barquettes (si l’on n’a pas de polystyrène, poser une feuille blanche sur l’une des deux barquettes, mais sans la mouiller)
• Installer les deux barquettes sous une source lumineuse très chaude, comme un spot, ou tout simplement au soleil
• Attendre au moins une vingtaine de minutes, puis mesurer la température de l’eau dans les deux barquettes à l’aide du thermomètre ou en la touchant du bout du doigt Remarque : L’expérience peut être poursuivie plus longtemps, en contrôlant régulièrement la température, les résultats seront encore plus nets.

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Après plusieurs minutes d’exposition aux rayons lumineux, l’eau contenue dans la barquette recouverte d’un morceau de polystyrène blanc a nettement moins chauffé que celle directement exposée à la lumière.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Cette expérience ne peut pas fonctionner avec des lumières dites « froides », comme les lampes à LED ou les néons, dont la lumière ne dégage que très peu de chaleur.

Explications

Les couleurs sombres absorbent plus la lumière, elles chauffent donc plus rapidement que les couleurs claires. L’eau recouverte d’une surface blanche n’a pas reçu autant de lumière, et donc de chaleur, que l’eau laissée sans protection, car la surface blanche a renvoyé une partie des rayons lumineux avant qu’ils touchent l’eau placée dessous. Le polystyrène a aussi joué un rôle d’isolant, plus ou moins important selon son épaisseur.

Plus d'explications

Lorsqu’une surface est exposée à la lumière du soleil ou à autre une source lumineuse chaude, sa température augmente car elle absorbe une partie de la chaleur contenue dans les rayons lumineux, et en renvoie une partie. On dit qu’elle réfléchit une partie de la lumière. Cette augmentation de température sera plus ou moins importante selon la couleur et la matière de la surface éclairée. Les surfaces de couleur claire réfléchissent plus la lumière, et donc accumulent moins vite la chaleur que les surfaces sombres. Le pouvoir réfléchissant d'une surface est appelé « albédo ».

Applications : dans la vie de tous les jours

La banquise sur l’eau de mer, comme les glaciers et la neige sur la terre, agissent comme une barrière : de couleur claire, ils renvoient vers l’espace une part importante de la chaleur des rayons du soleil qu’ils reçoivent. Au contraire, la mer, les roches ou la terre, de couleur plus sombre, captent et conservent mieux la chaleur du soleil. Une surface non recouverte par de la neige ou de la glace aura donc tendance à accélérer le phénomène de réchauffement.

Contrairement à une idée reçue, la disparition de la banquise ne fait pas monter le niveau des océans (voir expérience « Fonte des glaces » ), mais elle accélère le réchauffement climatique. La banquise agit comme une barrière de protection par dessus la mer : elle réfléchit une grande partie des rayons du soleil et forme une barrière isolante entre la mer et l’air ambiant, plus chaud. A cause de la fonte des glaces, les eaux de l’Arctique, de moins en moins recouvertes par la banquise, captent de plus en plus de rayons du soleil et se réchauffent plus rapidement.

Le même phénomène est observé dans les montagnes : sous l’effet du réchauffement climatique, les glaciers et la neige situés en altitude fondent. Ces grandes surfaces initialement blanches deviennent sombres, une fois les roches et la terre mises à nu, ce qui augmente la capture de chaleur par le sol et donc accélère encore le réchauffement de la planète. Dans certaines régions, les populations ont décidé de réagir en recouvrant de grandes étendues de montagne avec des panneaux blancs. Cela limite effectivement le réchauffement en réfléchissant une part plus importante des rayons du soleil, mais cette action ne concerne que des zones très limitées.

Vous aimerez aussi

• Absorption de la lumière

• Isolation thermique
• Noir ou blanc ?
• Fonte des glaces

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

• Aborder les notions de lumière réfléchie et absorbée
• Comprendre le lien entre l’absorption de l’énergie lumineuse et l’augmentation de chaleur
• Faire le lien avec les problématiques liées au réchauffement climatique et la fonte des glaces
• Comprendre que le réchauffement climatique cause la fonte de la banquise, qui à son tour accélère le réchauffement des mers et des océans, et la fonte des glaciers, qui accélère à son tour le réchauffement des zones montagneuses

Pistes pour animer l'expérience

Il est intéressant de proposer cette expérience dans le cadre d’animations consacrées au réchauffement climatique, à ses mécanismes et à ses enjeux

L’expérience peut être complétée par d’autres expériences en lien avec le phénomène d’albédo et une exploration des thèmes de l’isolation thermique et de l’aménagement urbain, abordant notamment la notion d’îlots de chaleur.

Sources et ressources

Article sur Futura Sciences :

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/climatologie-impact-energetique-flaques-banquise-44141/

Article sur Natura Sciences :

https://www.natura-sciences.com/environnement/fonte-banquise-arctique527.html

Dernière modification 30/09/2020 par user:Maud M..

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