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Bioclimatologie > chapitre 2 > Flashcards

chapitre 2 Flashcards

1
Q

rayonnement et sol

A

48% de l’énergie solaire nette est absorbée par le sol

dans ça, énergie sol du sol par:
- 25% évaporation
- 5% convection
- 17% rayonnement thermique net

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2
Q

importance rayonnement pour les plantes

A
  1. effets thermiques
    -> rayonnement = principal moyen d’échange d’énergie entre plantes et environnement aérien
    -> rayonnement solaire = principal apport externe d’énergie
    -> majeure partie de l’énergie est convertie en chaleur = responsable de processus comme transpiration
  2. photosynthèse
    -> fixation du carbone = source primaire d’énergie dans la biosphère
  3. photomorphogénèse
    -> régulation de la croissance et du développement = floraison, germination
  4. mutagénèse
    -> rayonnement de courtes longueur d’ondes (ultraviolet, rayons X…) = très énergétique = dommages possibles sur les cellules
    -> problèmes si trop de lumière
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3
Q

longueurs d’ondes

A

rayonnement solaire = courtes
-> entre 0,15 à 3 micromètres

rayonnement thermique = longues
-> entre 3 et 100 micromètres

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4
Q

bandes des UV

A

UVA = 315 à 400 nm
UVB = 280 à 315 nm (bronzer)
UVC = moins de 280 nm (danger)

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5
Q

bandes IR

A

proche IR = 0,7 à 1,3 micrométres
IR moyen = 1,3 à 2,5
IR thermique = 2,5 à 100

*rayonnement solaire = proche IR + IR moyen

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6
Q

PAR

A

rayonnement photosynthétiquemlnt actif

400 à 700 nm

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7
Q

théorie des quanta

A
  • énergie (E) d’un photon est reliée à sa longueur d’onde
  • plus la longueur d’onde est courte = plus l’énergie est élevée
  • l’énergie est exprimée pour 1 mole de photons
  • nombre d’Avogadro = 6,022 x 10^23 photons dans une mole

E = h c / longueur d’onde

h = constante de Planck (6,63 x 10^-34 Js)
c - vitesse lumière (3 x 10^8 m/s)

*photon rouge = 0,64 à 0,74 micromètres
* photon bleu = 0,425 à 0,490 micromètres

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8
Q

direction du flux énergétique

A

Hémisphérique = vient de toutes les directions (ex: ciel)

Directionnel (ex: lampe)

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9
Q

flux énergétique (Qe)

A

quantité d’énergie radiative émise, transportée ou reçue par unité de temps (J/s ou Watt)

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10
Q

densité de flux énergétique (Φe)

A

flux énergétique par unité de surface (W/m2)
- densité de flux de photons (DFP)

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11
Q

Éclairement énergétique (Ee)

A

densité de flux incidente sur une surface donnée (W/m2)

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12
Q

Exitance énergétique (Me)

A

densité de flux émise par une surface (W/m2)

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13
Q

Intensité énergétique et luminance énergétique

A

si la source est ponctuelle et dans une direction données :

Ie = flux émis par unité d’angle solide (W/sr)
Le = densité de flux émis par unité d’angle solide (W/m2 sr)

*Intensité ne varie par avec r
*densité de flux diminue proportionnellement avec le carré de la distance à partir de la source (r) -> F/Δ A = I/r2

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14
Q

lois des corps noirs

A

corps noir = radiateur parfait
-> transforme l’énergie thermique en énergie radiative au taux maximum
-> absorbe et convertit toute l’énergie radiative reçue en chaleur
-> longueur d’onde correspondant à la valeur maximale de l’existence spectrale (λBmax) = loi de Wien

            λBmax = 2897 (μm K) /T  * T est en Kelvin *plus un objet est chaud = plus λBmax est petite
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15
Q

distribution énergétique spectrale du rayonnement émis par le soleil

A

0-300 nm = 1,2% É
300-400 (UV) = 7,8% É
400-700 (PAR, visible) = 39,8% É
700-1500 (proche IR) = 38,8% É
1500 à l’infini = 12,4% É

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16
Q

3 actions du rayonnement

A

absorbé (α)
émis (réfléchi) (ρ)
transmis (τ)

  • varient avec la λ
    α + τ + ρ = 1

-> Pour bande spectrale 0,3-3 micromètres :
coefficient d’absorption (αs)
coefficient de transmission (τs)
coefficient de réflexion (ρs).

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17
Q

réflectance (ρ) ou réflectivité

A

fraction du rayonnement incident (pour une longueur d’onde donnée) qui est réfléchi

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18
Q

facteurs qui font varier la réflectance

A
  • longueur d’onde
  • âge
  • statu nutritif
  • teneur en eau

faible teneur en eau = augmente réflectance

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19
Q

Absorbance (α)

A

fraction du rayonnement incident (pour une λ donnée) qui est absorbé par un corps

α = 1 – (τ + ρ)

*lumière vert = 100% réfléchie par les plantes

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20
Q

Transmittance (τ)

A

fraction du rayonnement incident (pour une λ donnée) traversant un corps

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21
Q

fenêtre atmosphérique

A

PAR = AUCUNE absorption de l’atmosphère et d’autres gaz… peu importe la λ

22
Q

Albédo

A

coefficient de réflexion du rayonnement solaire d’une surface naturelle

23
Q

Émissivité (ou émittance) (ε)

A

rapport du flux d’énergie émis par un objet sur le flux émis par un corps noir qui a la même T

24
Q

absorbance selon couleur

A
  • bleue, verte et rouge = absorbées par les premières couches de feuilles
  • rouge lointain = à la base du couvert végétal
25
Q

réflectance des sols dépend de :

A
  1. teneur en eau
    -> rayonnement est absorbé par réflexion
    interne
    -> ménisques d’eau dans les pores du sol = ρ plus faible que dans un sol sec (réflextion interne de l’É solaire plus grande)
  2. contenu en m.o
    -> ρs ~10 % pour un sol avec beaucoup de mat. org.
    -> ρs ~30 % pour un sable (désert)
  3. tailles des particules
    -> grosses particules irrégulières = réflexions multiples entre les particules = absorbent plus
    -> poudres fines = surface uniforme (miroir) = réfléchissent davantage
  4. angle d’incidence du soleil
26
Q

photons bleus VS photons rouges

A
  • besoin de moins de photons bleus pour transporter beaucoup d’É comparé au nombre de photons rouges
27
Q

rayonnement solaire et DFPP

A

ÉQUATION:
densité de flux énergétique moyen d’une bande spectrale (W/m2) = É d’un photon de λ médiane de la bande (J/mol) X Densité de flux de photons (mol/m2 s)

  • dans PAR: λ médiane = 550 nm
    -> É photon dans PAR = 217 000 J/mol

*densité de flux énergétique = quantité totale d’énergie qui peut être transportée/convertie

28
Q

conversion du PAR ou rayonnement solaire en DFPP

A

PAR:
1 W/m2 = 4,6 μmol photons/m2 s (DFPP)

RAYONNEMENT SOLAIRE:
1 W/m2 = 2,3 μmol photons/m2 s (DFPP)

50% du rayonnement solaire est dans le PAR

29
Q

revêtement des serres/tunnels

A

VERRE RÉGULIER
- excellente transmission de la lumière
- absorbe les UVB mais bloque juste 50% des UVA

PELLICULE DE POLYÉTHYLÈNE
- double couche
- diminue les pertes d’énergie de 35 à 40%
- diminue condensation
- réduit la lumière de 8 à 10%

30
Q

Rayonnement diffus et direct

A

Rayonnement global = direct (Sb) + diffus (Sd)

31
Q

diffusion de la lumière naturelle

A

DIFFUSION DE RAYLEIGH
- diffusion moléculaire
- due à la taille des molécules gazeuses
- coefficient de diffusion est inversement relié à la 4e puissance de la longueur d’onde (1/λ4)
- ciel est enrichi en bleu et UV, mais appauvri en rouge et IR

DIFFUSION DE MIE
- reliée aux grosses particules
- phénomène complexe
- indice de réfraction et coefficient d’absorption des particules

32
Q

Zénith

A

point dans la sphère directement au-dessus de l’observateur

2 SYSTÈMES DE RÉFÉRENCE:
- Élévation du soleil (β) = degrés au-dessus de l’horizon
- Angle solaire zénithal (Z) = degrés entre les rayons du soleil et le zénith (réciproque de β)

33
Q

Loi de Lambert

A
  • plus l’angle entre le faisceau et la surface est aigu (plus Z est grand et β est petit) = plus le faisceau est dispersé sur une grande superficie = densité de flux diminue

S = Sp (aire faisceau / aire surface)
S = Sp cos Z

*S est la densité de flux à la surface
*Sp est la densité de flux perpendiculaire au faisceau

34
Q

Sp

A

Sp = rayonnement direct sur une surface perpendiculaire au faisceau

dépend du:
- flux extraterrestre
- τ atmosphère
- la distance parcourue dans l’atmosphère (masse optique)

35
Q

Sb

A

rayonnement direct sur une surface horizontale

Sb = Sp cos Z
ou
Sb = Sp sin β

36
Q

Sd

A

rayonnement diffus sur un plan horizontal

37
Q

St

A

rayonnement total (global) sur une surface horizontale

St = Sb + Sd

38
Q

Sr

A

rayonnement réfléchi à partir d’une surface

Sr = ρs St

*coefficient de réflexion (courtes λ) d’une
surface = albédo

39
Q

valeurs typiques du rayonnement direct et diffus

A

CIEL TRÈS PUR : Sd = 15% de St

CIEL CLAIR : St au sol = environ 900 W/m2

CIEL AVEC PASSAGES NUAGEUX : St = environ 800 W/m2

CIEL COMPLÈTEMENT COUVERT : St = Sd

40
Q

instruments de mesure du rayonnement

A

CAPTEURS THERMIQUES
- absorbent les radiations
- énergie thermique mesurée par une thermopile et convertie en signal électrique
- différence de T avec l’ambiant est proportionnelle au rayonnement global

  1. Pyranomètre
    -> rayonnement solaire provenant d’un hémisphère = global, réfléchi par sol, diffus
  2. Pyrhéliomètre
    -> rayonnement solaire direct sous une incidence normale
    -> capteur suit la trajectoire solaire

CAPTEURS QUANTIQUES
- à partir des quanta d’énergie radiative absorbés = libèrent des électrons = courant électrique
- faible coût, très grande sensibilité et vitesse de réponse
- varie en fonction de la λ du rayonnement incident = bande spectrale spécifique

  1. Pyranomètre
    -> intègre l’énergie totale du spectre solaire en entier
  2. Quantummètre
    -> intègre l’énergie entre 0,4 et 0,7 μm
    -> grâce à des filtres
41
Q

2 composantes du bilan énergétique

A

rayonnement terrestre et atmosphérique

42
Q

bilan radiatif

A

R net = rayonnement incident - rayonnement ascendant

*rayonnement ascendant = R réfléchis + R émis par surface

43
Q

Émissivité

A

CORPS NOIR
α = 1, ρ = 0 et τ = 0
- est un radiateur et absorbeur parfait -> ε = 1 donc ε = α

*si on ne connait pas l’absorbante ou l’émissivité d’un object, on peut utiliser la Loi de Kirchoff puisque, pour une surface en équilibre thermique : αλ = ελ

**si un objet à une T donnée émet un flux radiatif de 90 W/m2 et qu’un corps noir sous les mêmes conditions émet 100 W/m2 -> son ε = 0,9

  • tout objet dont la T > 0K = émet du rayonnement
  • distribution et quantité totale de ce rayonnement émis sont dépendantes de la T
44
Q

loi de Stefan-Boltzmann

A

É totale émise par unité de surface et de temps

B = ε σ T4

ε est l’émissivité (on suppose que ε = 1)
T est la température en K
σ est la constante de Stefan-Boltzmann (5,67 x 10–8 W m–2 K–4)

  • Si T est grande -> B est plus petit
45
Q

rayonnement terrestre et atmosphérique

A
  • rayonnement thermique émis par la surface de la terre est absorbé par les gaz atmosphériques
  • gaz -> spectre d’émission = spectre d’absorption (Kirchoff)
  • fenêtre atmosphérique (8 à 13 μm) = coïncide avec l’existence maximale de la Terre = rayonnement perdu vers l’espace….
  • gel au sol lors de nuits sans nuage
46
Q

pourquoi le bilan du rayonnement de grandes λ au sol est souvent négatif?

A
  1. T°terrestre > T°atmosphère
  2. atmosphère rayonne vers la terre et vers l’Espace
  3. fenêtre atmosphérique (ciel sans nuage)
47
Q

valeurs typiques du rayonnement atmosphérique moyen

A

ciel clair et air sec = 170 W/m2

ciel clair et air humide = 310 W/m2

ciel couvert = 380 W/m2

48
Q

formules empiriques pour calculer l’émissivité du ciel

A

CIEL CLAIR
εciel = 1,72 (ea / Tair)1/ 7
où Tair (K); ea (kPa); mesures à ~2 m.

εciel = 9,2 x 10–6 (Tair)2 -> si on connaît juste Tair

*ciel clair -> ε beaucoup plus faible
* εciel = 0,74 à 10°C

CIEL NUAGEUX
εciel (n) = (1 – 0,84n) εciel + 0,84n
où n est la fraction du ciel couvert par les nuages

49
Q

bilan radiatif

A
  • Rayonnement net (Rn) = la différence entre le rayonnement
    incident et le rayonnement émis c (W/m2)
  • bilan = gains - pertes
  • Rn = (St + Ld) – (ρs St + εσT4)
  • doit aussi tenir compte des autres sources d’énergie radiative
    -> rayonnement solaire réfléchi par sol, autres feuilles, tiges
    -> rayonnement de grandes λ émis par les autres surfaces

GAINS
- rayonnement solaire (St)
- rayonnement de longues λ provenant du ciel (Ld)

PERTES
- rayonnement réfléchi (ρs St)
- rayonnement de longues λ émis par la surface (Lu = εσT4)

COURTES λ
- gain ray solaire St
- perte ray réfléchi ρs St

GRANDES λ
- gain ray thermique ciel Ld
- perte ray émis surface Lu

50
Q

VOIR EXEMPLE BILAN RADIATIF DU GAZON

A

!!!

51
Q

Facteur de forme et flux intercepté

A

f = Ah/Ao

  • Ah = aire de l’ombre de l’object au sol
  • Ao = aire de l’ombre de l’object sur une surface normale au faisceau

Flux intercepté par une object :
So = (Ah / Ao ) * Sh

  • So = rayonnement solaire direct moyen reçu à la surface d’un objet
  • Sh = densité de flux au sol

Rayonnement absorbé par l’objet :
Rabs = αs(fb Sb + fd Sd + fr ρSt) + αL(fcielLciel + fsol Lsol)

52
Q

Modélisation agricole

A

optimisation des régies de culture, de l’Efficacité d’utilisation de l’Eau, de la productivité des systèmes irrigués, de la lutte contre les changement climatiques et autres sujets

Bioclimatologie (5 decks)

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