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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 :
 
Jessica, habillée de blanc, ou Fanny, habillée de noir?

Jessica Fanny

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.

 

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