LE RAYONNEMENT ET L'EFFET DE LA COULEUR SUR LA TEMPÉRATURE
D'après votre expérience personnelle, lequel des deux personnages suivants
aura le plus chaud
au cours d'une belle journée ensoleillée d'été :
Ce petit
exercice nous amène à parler d'une nouvelle notion, celle
de l'effet de la couleur sur la température d'un corps.
Un objet noir absorbe toute la lumière visible (rayonnement dans le visible) qu'il reçoit, il est donc de couleur noire.
Un objet blanc se comportera
de façon opposée : il n'absorbera pas la lumière,
mais il la réfléchira toute. Ainsi, la couleur d'un corps va affecter sa température intérieure, sa capacité
de se réchauffer et de réchauffer l'environnement dans lequel il se trouve. Autrement dit, deux surfaces de couleurs différentes
n'absorberont pas, et donc ne réfléchiront pas, les radiations solaires avec la même intensité.
À
retenir...
Les
rayons du Soleil qui sont absorbés par une surface (ou un objet)
servent à réchauffer cette surface (ou objet). En d'autres mots, l'énergie lumineuse est transformée en chaleur par la
surface.
La
surface de la Terre est d'abord réchauffée par le rayonnement
solaire et ensuite, c'est le sol qui réchauffe l'air environnant
que vous respirez.
S'il vous
arrive un jour de marcher sur un plancher fait de tuiles noires et de tuiles blanches, touchez les tuiles. Vous remarquerez que les tuiles blanches sont plus
froides que les tuiles noires. La différence de température
sera plus prononcée si le plancher est exposé aux rayons
du Soleil. Quelle est la morale de cette histoire ? C'est
qu'en été, on a intérêt à s'habiller
en blanc ou avec des vêtements aux couleurs pâles.
En météorologie,
ce comportement des surfaces de couleurs différentes à absorber
différemment l'énergie solaire a des conséquences sur
le climat. Une surface blanche, telle que la neige, réfléchira
plus de rayonnement qu'une surface verte, telle que l'herbe. L'asphalte,
qui est noir, absorbera plus de rayonnement que le sable beige pâle
ou les champs de blé. Dans les villes en été, la présence
d'asphalte a pour conséquence d'augmenter la température
de l'air ambiant qui se réchauffe au contact de l'asphalte très
chaud. Cette propriété de la matière à réfléchir
le rayonnement solaire s'appelle la réflectivité.
Elle dépend de la nature de la surface du sol et de sa couleur.
La réflectivité est donnée en pourcentage et représente
le pourcentage de l'énergie incidente qui est réfléchie
par la matière, le reste étant absorbé par cette
matière.
Réflectivité
ou « albédo » pour différentes surfaces
Surface
|
Réflectivité
(% d'énergie
solaire réfléchie)
|
Nuages (moyenne) |
50 à 55
|
Forêt |
5 à 10
|
Route asphaltée |
5 à 10
|
Béton |
17 à 27
|
Sable blanc |
30 à 60
|
Terre noire |
5 à 15
|
Neige fraîche |
80 à 90
|
Prairie |
5 à 25
|
Noir,
blanc et brillant
Nous
vous proposons ici une expérience qui montre comment différentes
couleurs et surfaces peuvent affecter la chaleur d'un objet.
Vous
aurez besoin de :
- 3
boîtes de conserve de même grandeur,
-
peinture blanche et peinture noire (de l'acrylique c'est parfait),
-
3 cartons de même couleur et de même dimension,
-
eau chaude,
-
1 thermomètre.
Quoi
faire :
Peinturez
l'intérieur et l'extérieur d'une boîte de conserve
en blanc. Peinturez une deuxième boîte de conserve, intérieur
et extérieur, en noir et laissez la troisième brillante.
Expérience
1
-
Remplissez
les trois boîtes de conserve avec de l'eau chaude de même température.
Notez la température de chaque boîte de conserve.
-
Recouvrez
chacune des boîtes de conserve avec un carton et placez-les dans
un endroit frais. Enregistrez la température de chacune des boîtes
de conserve toutes les 5 minutes durant 15 à 20 minutes.
Expérience
2
-
Maintenant,
remplissez les trois boîtes de conserve avec de l'eau très
froide. Notez la température de chaque boîte.
-
Recouvrez
maintenant les boîtes d'un carton et placez-les dans un endroit chaud
ou au Soleil. Enregistrez la température des boîtes de conserve toutes les 5 minutes durant 15 ou 20 minutes.
Que s'est-il
passé ?
Dans
chacune des expériences, on remarque que c'est la canne noire qui se réchauffe
le plus et la canne brillante qui se réchauffe le moins.
Pourquoi?
La couleur noire absorbe
beaucoup la lumière et la transforme en chaleur. La couleur blanche
absorbe moins la lumière. La canne brillante réfléchit
la lumière avant même de pouvoir la transformer en chaleur. |