Comment la mécanique quantique explique le réchauffement climatique - Lieven Scheire

Voir la leçon entière : http://ed.ted.com/lessons/how-quantum-mechanics-explains-global-warming-lieven-scheire

Vous avez probablement entendu dire que le dioxyde de carbone réchauffe la Terre. Mais comment le fait-il exactement ? Lieven Scheire utilise un arc-en-ciel, une ampoule et un peu de physique quantique pour décrire la science derrière le réchauffement de la planète.

Leçon de Lieven Scheire, animation par STK Films.

Vous avez probablement entendu dire

que le dioxyde de carbone
réchauffe la Terre,

mais comment ça marche ?

Est-ce que c'est comme
le verre d'une serre

ou comme une couverture isolante ?

Eh bien, pas tout à fait.

La réponse comprend un peu

de mécanique quantique,
mais ne vous inquiétez pas,

on va commencer par un arc-en-ciel.

Si on observe la lumière du soleil
dissociée à travers un prisme,

on verra des espaces noirs là où
il manque de la couleur.

Où est-elle passée ?

Avant d'atteindre nos yeux,

des gaz divers on absorbé

ces parties spécifiques du spectre.

Par exemple, le gaz d'oxygène a piqué
une partie de la lumière rouge foncé,

et le sodium s'est emparé
de deux bandes de jaune.

Pourquoi ces deux gaz ont-ils absorbé
des couleurs spécifiques de lumière ?

C'est là que nous entrons
dans le royaume quantique.

Tous les atomes et molécules
ont un nombre donné

de niveaux d'énergie possibles
pour leurs électrons.

Pour faire passer ces électrons
de l'état plancher à un niveau supérieur,

une molécule a besoin de gagner
une certaine quantité d'énergie.

Ni plus, ni moins.

Elle tire cette énergie de la lumière,

qui se présente en plus de niveaux
d'énergie qu'on peut compter.

La lumière est composée
de petites particules appelées photons

la quantité d'énergie dans chaque photon
correspond à sa couleur.

La lumière rouge a une énergie plus faible
et des longueurs d'ondes inférieures.

La lumière violette a une plus grande
énergie et des longueurs d'ondes plus courtes

La lumière du soleil offre
tous les photons de l'ac-en-ciel,

alors une molécule de gaz peut choisir

les photons qui transportent
la quantité exacte d'énergie

nécessaire pour faire passer la molécule
à son niveau d'énergie suivant.

Quand l'appariement est fait,

le photon disparait alors que
la molécule gagne son énergie,

et nous avons un petit espace vide
dans notre arc-en-ciel.

Si un photon transporte trop
ou trop peu d'énergie,

la molécule n'a pas d'autre choix que
de le laisser passer.

C'est pour ça que
le verre est transparent.

Les atomes du verre
ne s'apparient pas bien

avec aucun des niveaux d'énergie
de la lumière visible,

donc les photons passent au travers.

Alors, quels photons
le dioxyde de carbone préfère-t-il ?

Où se trouve la ligne noire de l'arc-en-ciel
qui explique le réchauffement mondial ?

Eh bien, elle n'est pas là.

Le dioxyde de carbone n'absorbe pas
directement la lumière du soleil.

Il absorbe la lumière d'un corps céleste
entièrement différent.

Qui ne semble pas émettre
du tout de lumière : la Terre.

Si vous vous demandiez pourquoi
notre planète ne semble pas luire,

c'est parce que la Terre n'émet pas
de lumière visible.

Elle émet une lumière infrarouge.

La lumière qu'on peutt voir, qui contient
toutes les couleurs de l'arc-en-ciel,

n'est qu'une petit partie du grand spectre

de rayonnement électromagnétique,

qui comprend les ondes radio,
les microondes,

les infrarouges, les ultraviolets,
les rayons X et le rayons gamma.

Il semble étrange de penser
que ces choses sont de la lumière,

mais il n'y a pas
de différence fondamentale

entre la lumière visible et les autres
rayonnements électromagnétiques.

C'est la même énergie, mais à un niveau
plus élevé ou plus faible.

Il est un peu présomptueux de définir
la lumière visible d'après nos limites.

Après tout, la lumière infrarouge
est visible pour les serpents,

et la lumière ultraviolette est visible
pour les oiseaux.

Si nos yeux étaient adaptés
pour voir la lumière de 1900 megahertz,

un téléphone portable
serait une lampe torche,

une antenne de téléphone cellulaire
ressemblerait à une lanterne géante.

La Terre émet un rayonnement infrarouge

car tous objets
ayant une température

au dessus du zéro absolu
émet de la lumière.

Ce qu'on appelle
le rayonnement thermique.

Plus un objet devient chaud,

plus la fréquence de la lumière
qu'il émet est élevée.

Quand vous chauffez un morceau de fer,

il émettra de plus en plus
de fréquences de lumière infrarouge,

à une température
d'environ 450°C,

sa lumière atteindra le spectre visible.

D'abord, il aura l'air rougeoyant.

Avec encore plus de chaleur,
il brillera d'une lumière blanche

avec toutes les fréquences
de la lumière visible;

C'est comme ça que les ampoules classiques
ont été conçues

et pourquoi elles sont un tel gaspillage.

95% de la lumière qu'elles émettent
est invisible à nos yeux.

C'est un gaspillage de chaleur.

Le rayonnement infrarouge de la Terre
s'échapperait vers l'espace

s'il n'y avait les molécules de gaz
à effet de serre dans notre atmosphère.

Tout comme l'oxygène préfère
les photons rouge foncé,

le dioxyde de carbone et d'autres
gaz à effet de serre

s'apparient à des photons infrarouges.

Ils apportent la bonne quantité d'énergie
pour faire passer les molécules de gaz

à leur plus haut niveau d'énergie.

Peu après qu'une molécule
de dioxyde de carbone

ait absorbé un photon infrarouge,

elle retombera à son niveau
d'énergie précédent,

et recrachera un photon
dans une direction aléatoire.

Une partie de cette énergie
reviendra

à la surface de la Terre,
provoquant un réchauffement.

Plus il y a de dioxyde de carbone
dans l'atmosphère,

plus il y aura de photons infrarouges

susceptibles de retomber sur la Terre
et de changer notre climat.