Les serres
L'équilibre dynamique (Énergie entrant = énergie sortant)
L'existence d'un écosystème stable repose essentiellement sur sa capacité à maintenir un état appelé équilibre dynamique. Dans cet état d'équilibre dynamique, toutes les ressources sont recyclées (ou remplacées) à une vitesse qui, en moyenne, contrebalance exactement la vitesse à laquelle ces ressources sont consommées (ou évacuées de l'écosystème).
Les ressources d'un écosystème se divisent en deux groupes principaux :
- les ressources physiques, telles que l'eau, le carbone (habituellement en composé moléculaire) et l'azote (généralement sous forme de nitrates), ainsi que des traces de nombreux autres éléments essentiels;
- l'énergie (sous forme d'éléments nutritifs, de chaleur et de lumière solaire).
L'énergie solaire et la chaleur
Prenons le cas du Soleil qui rayonne directement sur un mètre carré de la surface martienne (par exemple, à midi heure locale, sur l'équateur de Mars, le jour de l'équinoxe martien). L'énergie solaire reçue est de 590 watts par mètre carré. En termes scientifiques, on dirait que l'exposition aux rayonnements est de 590 W/m2
La surface de Mars se réchauffera alors jusqu'à ce qu'une état d'équilibre dynamique soit atteint, c'est-à-dire jusqu'à ce que 590 watts par mètre carré soient réfléchis dans l'espace. Pour irradier cette quantité d'énergie, la surface devra atteindre une température d'environ 46 °C. Cela semble très chaud étant donné que Mars est si froide. Ce phénomène s'explique par le fait que, comme sur Terre, l'effet réchauffant du Soleil se produit seulement pendant une courte période, aux alentours de midi chaque jour, et ne surplombe directement la surface qu'entre les tropiques (tropique du Cancer et tropique du Capricorne).
Durant la nuit, la surface de Mars réfléchit l'énergie dans l'espace de façon si efficace que même à l'équateur, les températures nocturnes peuvent chuter sous 100 °C. Alors que le Soleil se lève lentement sur Mars, sa capacité de réchauffement est si faible qu'à midi, la température de la surface n'a que légèrement grimpé. Lorsque le Soleil dépasse le midi, son angle au-dessus de l'horizon décline; il n'y a donc pas suffisamment de temps pour que la surface atteigne sa température maximale d'équilibre.
En moyenne sur toute la surface de Mars, un état d'équilibre thermal dynamique est atteint à une température moyenne globale glaciale de - 46 °C
Est-il possible d'augmenter la température d'équilibre dynamique à la surface de Mars?
Comme il n'est pas possible d'augmenter le rayonnement solaire, nous devons faire en sorte que l'énergie retourne dans l'espace à une température plus élevée. En termes scientifiques, nous devons faire passer l'équilibre dynamique à une température plus élevée.
Une simple serre de verre (ou de polyester) peut suffire à cet effet. Le verre bloque la transmission du rayonnement infrarouge à ondes longues (radié vers l'extérieur par des objets froids), mais laisse passer le rayonnement infrarouge à ondes courtes. Toutefois, l'infrarouge à ondes courtes est émis seulement par des objets chauds.
Afin d'atteindre l'équilibre, c'est-à-dire que l'énergie entrante égale l'énergie sortante, les objets dans la serre doivent devenir plus chauds, de sorte que le rayonnement infrarouge à ondes courtes s'échappe dans l'espace par le verre.
La serre continuera d'accroître sa température jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint.
L'image de gauche montre une serre simple, dont le couvercle de verre a été enlevé. Dans un état d'équilibre dynamique, l'énergie provenant du Soleil (a) est exactement contrebalancée par le rayonnement infrarouge (b) émis par les objets se trouvant dans la serre.
Si la serre absorbe une plus grande quantité d'énergie qu'elle n'en émet, elle se réchauffera jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli.
De la même façon, si la serre émet davantage d'énergie sous forme de rayonnement infrarouge qu'elle n'en absorbe du Soleil, elle refroidira jusqu'à ce que l'équilibre soit de nouveau atteint. |
Cliché de transparent |
Lorsqu'on place un couvercle de verre sur la serre, le rayonnement infrarouge (b) ne peut pas s'en échapper. L'énergie thermale dans la serre est augmentée (la température monte). À mesure qu'elle grimpe, le rayonnement émis raccourcit, jusqu'à ce qu'il atteigne une longueur d'onde (c) pouvant facilement franchir le verre.
Comme dans le cas qui précède, si la serre absorbe davantage d'énergie du Soleil (c) qu'elle n'en émet, elle se réchauffera jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli.
De la même façon, si la serre émet davantage d'énergie sous forme de rayonnement infrarouge qu'elle n'en absorbe du Soleil (c), elle refroidira jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint.
Dans le cas d'une serre de verre fermée, l'équilibre entre le rayonnement entrant et sortant se produit à une température plus élevée.
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Cliché de transparent |
Pour résumer en termes scientifiques, l'équilibre thermodynamique dans une serre de verre fermée se produit à une température plus élevée que dans une serre ouverte.
Résumé
Sur Mars
- Les serres offrent un milieu plus chaud.
- Les serres protègent des rayons ultraviolets.
- Les serres offrent une protection contre : le vent, les tempêtes de sable.
- La pression atmosphérique y est plus élevée.
- La composition atmosphérique y est différente de celle de l'extérieur.
- L'humidité et la température y sont toujours plus élevées qu'à l'extérieur.
Sur Terre
- Les serres offrent un milieu plus chaud.
- Les serres protègent des rayons ultraviolets.
- Les serres offrent une protection contre : le vent, la pluie, la grêle et d'autres formes de précipitations.
- La pression atmosphérique y est la même qu'à l'extérieur.
- La composition atmosphérique y est la même qu'à l'extérieur.
- L'humidité et la température y sont habituellement plus élevées qu'à l'extérieur.
Les serres ne permettent pas d'augmenter la quantité d'énergie solaire servant à la photosynthèse.
