Le rayonnement

Tous les objets matériels émettent un rayonnement. C'est à dire qu'ils émettent
en permanence quelque chose (appelé rayonnement électromagnétique), qui
transporte de l'énergie, qui se propage à la vitesse de la lumière et qui est
très souvent imperceptible à nos sens. Lorsqu'un objet est suffisamment chaud
(plus de 700 degrés), nous percevons une partie de ce rayonnement avec nos yeux
: c'est le rayonnement visible ; par exemple le filament d'une lampe à
incandescence (environ 1000 degrés) ou le soleil (environ 6000 degrés) émettent
un rayonnement dont une bonne partie est visible. Mais notre corps ne possède
aucun récepteur pour le rayonnement émis par les objets plus froids, par exemple
les objets à température ambiante à la surface de la Terre (15 degres en
moyenne) ou même notre propre corps (environ 37 degrés). Lorsque nous regardons
notre main, ce que nous percevons c'est le rayonnement visible diffusé par notre
peau, ce n'est pas le rayonnement émis par la peau de notre main (d'ailleurs, la
nuit, on ne voit plus notre main du tout).

Comment se convaincre de l'existence de cette émission de rayonnement par des
objets même à température ambiante ? On en reparlera dans un futur texte.
Mentionnons simplement que la mise en évidence de ce rayonnement va être
essentiellement liée au fait qu'il transporte de l'énergie, autrement dit qu'il
peut échauffer les objets qui vont l'absorber.

Qu'est-ce-qui différencie le rayonnement émis par un objet à 20°C et
un objet à 6000°C ? Cette différence est d'abord lié au fait que ce rayonenment
électromagnétique est composés d'ondes, lesquelles sont caractétisées en
particulier par leur longueur d'onde. Et ce que nous apprend la physique, c'est
que les longueurs d'onde des rayonnements émis par les objets matériels varient
selon la température du corps qui les émet. Ceci s'exprime par la très fameuse
loi de Planck qui fait appel à des notions de Physique Fondamentale que nous ne
reprenons pas ici. Plus la température du corps qui émet est chaude, plus la
longueur d'onde est petite. Ainsi le Soleil dont la température est d'environ
6000° émet dans les longueurs d'ondes entre 0.4 et 0.7 microns (1 micron est
égal à un millième de millimètre). C'est le domaine« visible ». Tandis que la
surface de la Terre (température en moyenne d'environ 15°C) ou bien la surface
de notre corps (proche de 37°C) va émettre dans les longueurs d'ondes entre 4
et 20 microns. On appelle ces longueurs d'onde l'infra rouge.

Dans le contexte du climat de notre Planète, la source d'énergie est le
rayonnement solaire incident. Les composants de l'atmosphère (gaz, nuages) vont
interagir avec ce rayonnement visible puis une partie va être absorbée par la
surface. La surface à son tour va émettre du rayonnement, comme tout corps,
cette fois ci dans l'infrarouge à cause de sa température relativement basse. Ce
rayonnement va lui aussi interagir avec les gaz et les nuages présents dans
l'atmosphère avant de rejoindre l'espace. Toute perturbation de la composition
de l'atmosphère va donc perturber ces échanges d'énergie entre le Soleil, La
Terre et l'Espace. C'est le travail des chercheurs de bien comprendre et
modéliser la sensibilité de ces échanges à des changements pour tenter de
prévoir au mieux la réponse de notre climat aux modifications en cours de notre
Atmosphère.

Pour tenter de mieux appréhender le concept du rayonnement nous vous proposons
une petite vidéo réalisée dans notre laboratoire lors des Journées Fêtes de la
Science en Octobre dernier. Vous y découvrirez les différences entre rayonnement
infrarouge et visible.

Texte: R. Roca, M. Desbois et J.Y. Grandpeix
Réalisation R. Roca

Comments

[Rédigé par: Xavier]

Comment ça notre corps n'a pas de récepteur pour le rayonnement des objets à T° inférieure à 700°C ?!? Notre peau en est truffée et cela se traduit par une sensation de chaleur ! Approchez-vous de n'importe quel objet plus chaud que vous-même et vous sentirez son rayonnement. A l'inverse vous rayonnez vers tous les objets (corps) de température inférieure à la votre. C'est pour cela par exemple que le confort thermique n'est pas du tout le même dans une salle en marbre et une salle en bois, à T° d'air égale.

[Rédigé par: Jean-Yves Grandpeix]

Merci pour cette excellente remarque.
Oui, certes, on ressent bien une sensation de chaleur lorsque l'on se rapproche d'un objet chaud: cela constitue une des manifestations les plus perceptibles des échanges radiatifs infra-rouges. De ce point de vue, on peut dire que nous savons percevoir les objets chauds dans notre voisinage. Cependant il reste vrai que nous n'avons pas de récepteur spécifique du rayonnement infra-rouge: ce que nous ressentons dans ce cas là, c'est simplement l'échauffement de notre peau par l'échange de rayonnement avec l'objet chaud. En fait ce sont les recepteurs de variation de température (dont notre peau est truffée) qui interviennent. La sensation de chaleur serait la même si l'échauffement était dû à un courant d'air chaud.
La fin de votre texte soulève aussi une question intéressante: pourquoi avons nous plus une sensation de fraicheur dans une pièce en marbre que dans une pièce ayant des murs en bois ? Les capacités du bois et du marbre à émettre du rayonnement infrarouge étant à peu près les mêmes, on s'attend à ce que, dans des conditions de température identiques, notre peau connaisse les mêmes échanges radiatifs, que les murs de la pièce soient en marbre ou en bois. La différence de sensation ne peux alors provenir que d'une différence de température des parois. Ce que semblent donc dire nos sensations c'est que, en général, les parois en marbre ont une surface plus froide que l'air de la pièce. On peut imaginer beaucoup de situations où tel est le cas: soit parce qu'elles sont en contact avec une extérieur plus froid, soit parce qu'elles stockent la fraicheur de la nuit. Alors que les parois en bois, qui sont plus isolantes que le marbre, vont avoir une température relativement proche de l'air de la pièce.

[Rédigé par: Bernard Aladenize]

Bonjour,
Juste une petite remarque sur la différence de sensation de température entre du marbre et du bois. L’explication que j’avais était la suivante :
La conductivité thermique du marbre est effectivement plus élevée que celle du bois. Si je touche du marbre, qui est par exemple à 20°C, avec ma main qui est à 37°C, une partie de la chaleur de ma main va être évacuée par le marbre et, juste à l’interface entre ma main et le marbre, la température d’équilibre sera intermédiaire entre 20 et 37°C. Maintenant si je touche du bois, ce matériau plus isolant évacuera moins de chaleur de ma main et la température d’équilibre sera plus élevée.
Mais on s’éloigne du rayonnement !