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Lycée · 15 min

Pourquoi les gaz à effet de serre bloquent l’infrarouge

Parcourez le spectre infrarouge et repérez les bandes d’absorption par lesquelles COX2\ce{CO2}, HX2O\ce{H2O}, CHX4\ce{CH4} et OX3\ce{O3} piègent la chaleur terrestre.

Objectif

Relier chaque bande d’absorption IR à une vibration moléculaire et expliquer la fenêtre atmosphérique.

Matériel et réactifs

Un graphe de transmission IR simulé de 200 à 4000 cm−1^{-1} avec un sélecteur de gaz.

Procédure

  1. Ouvrez la vue combinée et repérez les creux profonds vers 667 et 2349 cm−1^{-1}.
  2. Passez au jeu de données COX2\ce{CO2} seul et vérifiez quelles deux vibrations absorbent.
  3. Passez à la vue HX2O/CHX4/OX3\ce{H2O}/\ce{CH4}/\ce{O3} et trouvez la région transparente — la fenêtre atmosphérique vers 8–12 µm.

À observer

  • COX2\ce{CO2} absorbe fortement à 667 cm−1^{-1} (déformation, 15 µm — au sommet de l’émission thermique terrestre) et à 2349 cm−1^{-1} (élongation asymétrique).
  • Vers 1000 cm−1^{-1} (8–12 µm), l’atmosphère reste transparente, hormis la bande de OX3\ce{O3} — cette fenêtre permet à la Terre de rayonner vers l’espace et sert aux satellites météo.

Explication

Une molécule n’absorbe l’IR que si une vibration modifie son moment dipolaire. NX2\ce{N2} et OX2\ce{O2} symétriques n’absorbent pas, donc l’air est essentiellement transparent ; HX2O\ce{H2O} coudée, COX2\ce{CO2} linéaire, CHX4\ce{CH4} tétraédrique et OX3\ce{O3} coudée possèdent toutes des modes actifs en IR. La bande de 15 µm du COX2\ce{CO2} coïncide avec le pic du rayonnement terrestre sortant (T≈288T \approx 288 K, λmax≈10\lambda_{max} \approx 10 µm par la loi de Wien), donc augmenter COX2\ce{CO2} épaissit la couverture exactement là où ça compte. La fenêtre 8–12 µm est la voie d’échappement qui évite la surchauffe de la surface — nuages et ozone la couvrent partiellement.

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Svante Arrhenius

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