Mes livres : Atomes
et matière,
ISBN 978-2919314-027, 360
pages, 34 € Mécanique
céleste et Cosmologie, ISBN
978-2919314-003, 158 pages, 18
€ Atoms and matter ISBN 978-2919314-034, 338
pages 34 € Expédiés
franco contre Chèque à la Commande à : Iliade-édition, 17 rue des Fougères, Z.I. de
l'Ormeau de Pied 17115 Saintes
Cedex tél : 05 46 93 08 12 -
Cet article
est extrait de mon ouvrage « Atomes et matière ». La structure
et la mécanique de l’atome que je propose sont nécessaire pour vérifier les
calculs développés dans ce qui suit. Vous pouvez accéder à ces données dans
l’article Mécanique de
l'atome sur ce site
L’effet de serre.
Pour que les molécules
de l’atmosphère puissent générer un effet de serre, elles doivent avoir un
rayon tel que le mode de pulsation de leurs sep corresponde à la fréquence du
rayonnement thermique émanant de la surface terrestre.
Le rayonnement thermique se situe dans
l’infrarouge proche et pour une température moyenne de 15° Celsius la formule
de Wien :
lT
= 2,88.10-3 mK (1)
donne justement pour cette température une
longueur d’onde maximum de 10-5 m.
Les
molécules qui peuvent absorber et émettre ce rayonnement doivent avoir, selon
les résultats obtenus Chap. I - §.8, un rayon
ri tel
que :
ri =
l / bi avec ri
= r38 z (38-i) (2)
où bi
est le coefficient obtenu à l’aide
de la formule (1.45) et r38
le rayon de l’orbite de Bohr. La
valeur de bi est
donc : bi = l
/ri soit :
bi = 10-5/ 5,29.10-11
= 1,9.105
ce
qui correspond, selon le tableau 2 (§ - 1.8) à une molécule pulsant sur une orbite
d’indice 30 (pour z = 2)[1].
La
molécule ayant une orbite extérieure d’indice 30 a donc un rayon de :
r30
= r38 z (38-30) =
5,29.10-11 x 2(38-30) = 1,35.10-8 m (pour z = 2)
ce qui correspond à une
densité r atm de
l’atmosphère :
= 4,7.10-3 kg/m3 (3)
pour des molécules d’un
poids atomique M = 29 [2]
et m = 1,67.10-27 kg.
(UMA).
La densité de l’atmosphère ainsi calculée correspond
à celle que l’on trouve à environ 35 km d’altitude selon la formule de la CINA[3]:
(4)
où r0 et T0 sont respectivement la
densité et la température de l’atmosphère au niveau de la mer et h, l’altitude en kilomètre.
Le calcul que nous venons de faire nous a permit de déterminer
l’altitude à laquelle l’atmosphère, composée de molécules d’azote et d’oxygène,
avait la propriété d’interférer avec le rayonnement thermique de longueur
d’onde de 10-5 m et de
provoquer ce qu’on nomme un effet de serre.
Mais il semble que ce calcul conduise à des résultats en
désaccord avec les observations. En effet, l’effet de serre provoqué par
l ‘azote et l’oxygène de la haute atmosphère n’est pas suffisant pour
expliquer la température de la surface terrestre. Ainsi, notre atmosphère
contient également de la vapeur d’eau. Les molécules d’eau ont des propriétés
différentes de celles de l’oxygène et de l’azote et il nous faut examiner à
quelle altitude la vapeur d’eau de notre atmosphère va provoquer cet effet de
serre.
Tout d’abord, nous devons poser que si ces molécules sont en
suspension dans l’air, c’est qu’elles ont la même densité que les molécules de
l’air sec. Ce qui nous conduit à l’égalité suivante où nous ne considérons
que la densité des molécules :
rmol.air = rmol.eau
(5)
:
ou, numériquement avec
un poids moléculaire de 18 pour la molécule d’eau :
le rayon de la molécule
d’air se calcule, connaissant la densité de l’air à l’altitude considérée, ici
nous allons prendre l’altitude de 4 km qui correspond à l’altitude moyenne des
nuages chargés d’eau, soit rair = 0,819 kg/m3 :
(6)
Le rayon de la molécule
d’eau de même densité que la molécule d’air sera donc de 2,06.10-9 m soit 49 fois le rayon de Bohr. L’indice de cette orbite est
donc :
38
- (log 49 / log z ) = 32,4
avec z=2, cette orbite est donc
d’un rang 5,6 fois, soit 6 fois inférieur à l’orbite de Bohr. Ce qui situe les
sep de ces molécules sur une orbite
extérieure d’indice i =32.
Avec cette densité, les molécules d’eau vont interférer avec un
rayonnement de longueur d’onde l :
l = 5,29.10-11 b32 = 2,38.10-6 m
Cette longueur d’onde situe le rayonnement dans l’infrarouge
proche aux effets thermiques sensibles importants.
Avec les deux exemples de calcul menés ci-dessus, nous voyons que
toutes les molécules de l’air, l’air sec ou l’air humide, interfèrent avec le
rayonnement thermique et provoquent cet effet de serre. Cependant, toutes les
molécules interagissent avec des longueurs d’onde différentes en fonction de
leur dimensions et donc en fonction de l’altitude à laquelle elles se trouvent,
altitude qui détermine la densité de l’atmosphère et donc le rayon de chaque
molécule.
Sur le graphique ci-dessous, nous représentons les rayons des
molécules de CO2 (bleu), d’oxygène (violet), azote (noir) et vapeur
d’eau (jaune) en fonction de l’altitude. Toutes ces molécules ont la même
densité à la même altitude.
Ainsi, en fonction de l’altitude, le rayon des molécules de
l’atmosphère se modifie et les molécules vont interférer avec le rayonnement
thermique de longueurs d’onde différentes données dans le tableau
ci-dessous :
|
|
|
Altitude en kilomètres |
||||||||
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
CO2 |
rayon |
2.43 32 2.385 |
2.51 32 2.385 |
2.59 32 2.385 |
2.68 32 2.385 |
2.78 32 2.385 |
2.88 32 2.385 |
2.98 32 2.385 |
3.10 32 2.385 |
3.22 32 2.385 |
|
indice |
||||||||||
|
l |
||||||||||
|
O2 |
rayon |
2.18 33 1.246 |
2.26 33 1.246 |
2.33 33 1.246 |
2.41 32 2.385 |
2.50 32 2.385 |
2.59 32 2.385 |
2.68 32 2.385 |
2.79 32 2.385 |
2.90 32 2.385 |
|
indice |
||||||||||
|
|
l |
|||||||||
|
N2 |
rayon |
2,09 33 1,246 |
2,16 33 1,246 |
2,23 33 1,246 |
2,31 33 1.246 |
2,39 33 1.246 |
2,47 32 2,385 |
2,57 32 2.385 |
2,67 32 2.385 |
2,77 32 2.385 |
|
indice |
||||||||||
|
l |
||||||||||
|
H2O |
rayon |
1.80 33 1,246 |
1.86 33 1,246 |
1.92 33 1,246 |
1.99 33 1.246 |
2,06 33 1.246 |
2,14 33 1.246 |
2,22 33 1.246 |
2,30 32 2.385 |
2,39 32 2.385 |
|
indice |
||||||||||
|
l |
||||||||||
Les
rayons sont exprimés en 10-9 m. Les longueurs d’onde en 10-6
m.
On remarquera que les longueurs d’onde ne varient pas d’une façon
continue en fonction de l’altitude car les molécules ont une certaine élasticité
et gardent les mêmes rangs d’orbites extérieures pour de grandes variations de
pression ambiante.
Les longueurs d’onde indiquées dans le Tableau ci-dessus ne sont
peut-être pas tout à fait exactes car les atomes comportant un grand nombre de
nucléons ont plusieurs modes de pulsation et interfèrent avec plusieurs
longueurs d’onde de rayonnement. Cependant, nous voyons sur ce Tableau que ce
sont les éléments les plus lourds qui interfèrent avec les plus grandes
longueurs d’onde. Ainsi, le CO2 interfère à toutes les altitudes
avec le rayonnement infrarouge proche[4]
alors que les autres éléments ne le font qu’à des altitudes plus élevées.
Toutefois, le rôle de l’azote et de l’oxygène dans le phénomène de l’effet de
serre ne doit pas être négligé car il se produit à des altitudes plus basses
que celles de la vapeur d’eau alors que généralement, l’on attribue ce rôle aux
nuages chargés d’eau pour lesquels l’effet de serre ne se produirait qu’à
partir d’environ 7 km d’altitude.
En effet, plus l’atome comporte de nucléons, plus le rayon de la
molécule doit être grand pour que sa densité soit comparable à celle des
éléments environnants plus légers. Et, nous nous souvenons que d’après ce que
nous proposons, la longueur d’onde du rayonnement avec lequel un atome ou une
molécule peut interférer se calcule en prenant le produit de son rayon et du
coefficient bi selon notre formule (1.46).
Enfin, il nous faut préciser que lorsque les molécules d’éléments
lourds se gonflent quand la pression ambiante diminue, seules les orbites les
plus externes sont affectées alors que les sep internes continuent de pulser
sur des orbites aux dimensions pratiquement inchangées. Ce qui explique que les
spectres de rayonnement observés sont pratiquement indépendants des conditions
physiques dans lesquelles les atomes ou molécules se trouvent. Seules quelques
fois, des conditions physiques extrêmes (vide spatial ou milieu stellaire très
chaud) vont permettre d’observer des atomes ionisés une ou plusieurs fois. Ce
qui correspond à l’absence des sep extérieurs responsables des longueurs d’onde
plus faibles dans le spectre de l’élément atomique observé.
M’écrire : ebraw@wanadoo.fr