QCM : Atmosphère et bilan énergétique (23 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelles grandeurs thermodynamiques sont reliées par l’équation d’état des gaz parfaits pour l’atmosphère ?

La masse volumique, la nébulosité et le rayonnement
La température, l’humidité et la vitesse du vent
La pression, l’altitude et la composition chimique
La température, la pression et la masse volumique

La température, la pression et la masse volumique

Explication

L’équation d’état des gaz parfaits relie la température, la pression et la masse volumique de l’air. L’humidité et la vitesse du vent peuvent décrire l’atmosphère, mais elles ne constituent pas les trois variables thermodynamiques indiquées ici.

2. Comment évolue généralement la pression atmosphérique lorsque l’altitude augmente, et dans quelle unité se mesure-t-elle ?

Elle croît de manière quasi exponentielle et se mesure en pascals
Elle décroît de manière linéaire et se mesure en kilogrammes
Elle reste presque constante et se mesure en degrés Celsius
Elle décroît de manière quasi exponentielle et se mesure en pascals

Elle décroît de manière quasi exponentielle et se mesure en pascals

Explication

La pression atmosphérique se mesure en pascals et diminue de façon quasi exponentielle avec l’altitude. La masse volumique diminue elle aussi avec l’altitude, mais cela ne rend pas la pression croissante.

3. Comment définit-on le rapport de mélange d’un gaz dans l’air ?

Comme le nombre de molécules du gaz divisé par la masse totale de l’air
Comme la masse du gaz divisée par la masse totale de l’air
Comme le nombre de moles du gaz divisé par le nombre total de moles d’air
Comme le volume du gaz divisé par le volume de vapeur d’eau

Comme le nombre de moles du gaz divisé par le nombre total de moles d’air

Explication

Le rapport de mélange correspond à la fraction molaire du gaz, calculée en divisant son nombre de moles par le nombre total de moles d’air. Une fraction de masse utilise les masses plutôt que les quantités de matière.

4. Quelle répartition caractérise certains constituants de l’atmosphère ?

L’azote et l’oxygène sont surtout dans la stratosphère, tandis que la vapeur d’eau et l’ozone sont bien mélangés jusqu’au sol
L’azote, l’oxygène et le CO₂ sont bien mélangés, tandis que la vapeur d’eau est surtout dans les premiers kilomètres et l’ozone dans la stratosphère
L’ozone et l’oxygène sont bien mélangés, tandis que l’azote est surtout dans les premiers kilomètres et le CO₂ dans la stratosphère
La vapeur d’eau et le CO₂ sont surtout dans les premiers kilomètres, tandis que l’azote et l’ozone sont concentrés dans la stratosphère

L’azote, l’oxygène et le CO₂ sont bien mélangés, tandis que la vapeur d’eau est surtout dans les premiers kilomètres et l’ozone dans la stratosphère

Explication

L’azote, l’oxygène et le CO₂ sont bien mélangés, alors que la vapeur d’eau se trouve surtout dans les premiers kilomètres et l’ozone dans la stratosphère. La vapeur d’eau n’est donc pas bien mélangée sur toute l’épaisseur de l’atmosphère comme le propose une autre répartition.

5. Quelle propriété définit un corps noir en matière de rayonnement électromagnétique ?

Il absorbe une partie du rayonnement reçu et son émission dépend de sa composition
Il transmet tout le rayonnement reçu et son émission dépend de sa distance à la source
Il réfléchit tout le rayonnement reçu et son émission dépend de sa surface
Il absorbe tout le rayonnement reçu et son émission dépend uniquement de sa température

Il absorbe tout le rayonnement reçu et son émission dépend uniquement de sa température

Explication

Un corps noir absorbe tout le rayonnement électromagnétique qu’il reçoit et son rayonnement émis dépend de sa température. Un miroir parfait, contrairement à un corps noir, réfléchit le rayonnement reçu.

6. Quelle relation la loi de Planck décrit-elle pour un corps noir ?

La fraction réfléchie en fonction de l’angle et de la composition
La pression du rayonnement en fonction de la masse et du volume
La luminance spectrale émise en fonction de la température et de la longueur d’onde
La puissance totale émise en fonction de la surface et de la distance

La luminance spectrale émise en fonction de la température et de la longueur d’onde

Explication

La loi de Planck décrit la luminance spectrale émise par un corps noir selon sa température et la longueur d’onde. La puissance totale rayonnée par unité de surface relève plutôt de la loi de Stefan-Boltzmann.

7. Selon la loi de Stefan-Boltzmann, comment varie la puissance rayonnée par unité de surface d’un corps noir avec sa température absolue TT ?

Elle est proportionnelle à 1/T41/T^4, selon F=σ/T4F=\sigma/T^4
Elle est proportionnelle à T4T^4, selon F=σT4F=\sigma T^4
Elle est proportionnelle à T2T^2, selon F=σT2F=\sigma T^2
Elle est proportionnelle à TT, selon F=σTF=\sigma T

Elle est proportionnelle à $$T^4$$, selon $$F=\sigma T^4$$

Explication

La loi de Stefan-Boltzmann donne la puissance rayonnée par unité de surface sous la forme F=σT4F=\sigma T^4. Une dépendance quadratique, proposée comme distracteur, ne correspond pas à cette loi.

8. Quelle est la valeur approximative de la constante solaire à la distance Terre-Soleil, sur une surface normale au rayonnement ?

Environ 1000 W m⁻²
Environ 30 W m⁻²
Environ 341 W m⁻²
Environ 1360 W m⁻²

Environ 1360 W m⁻²

Explication

La constante solaire est d’environ 1360 W m⁻² pour une surface perpendiculaire à la direction du rayonnement à la distance Terre-Soleil. La valeur proche de 341 W m⁻² correspond plutôt à la moyenne sur l’ensemble de la surface terrestre.

9. Quelle valeur représente le flux solaire incident moyen au sommet de l’atmosphère, moyenné sur toute la surface terrestre ?

S0S_0, soit environ 1360 W m⁻²
S0/8S_0/8, soit environ 170 W m⁻²
S0/2S_0/2, soit environ 680 W m⁻²
S0/4S_0/4, soit environ 341 W m⁻²

$$S_0/4$$, soit environ 341 W m⁻²

Explication

La moyenne sur la surface terrestre vaut S0/4S_0/4, soit environ 341 W m⁻². La valeur S0S_0 décrit le flux sur une surface normale au rayonnement, et non sa moyenne sur l’ensemble du globe.

10. Pourquoi l’insolation moyenne est-elle plus faible vers les pôles qu’à l’équateur ?

Le rayonnement solaire est plus concentré aux hautes latitudes qu’aux basses latitudes
Le rayonnement solaire est plus étalé aux hautes latitudes qu’aux basses latitudes
Les hautes latitudes reçoivent un rayonnement de longueur d’onde plus courte toute l’année
Les basses latitudes réfléchissent davantage le rayonnement en raison de leur géométrie

Le rayonnement solaire est plus étalé aux hautes latitudes qu’aux basses latitudes

Explication

Aux hautes latitudes, le rayonnement solaire se répartit sur une surface plus étendue, ce qui contribue à une insolation moyenne plus faible. Une concentration plus forte vers les pôles inverserait cette relation.

11. Que mesure l’albédo d’une surface ou d’un système ?

Le rapport entre le rayonnement réfléchi et le rayonnement incident, sans unité, compris entre 0 et 1
Le rapport entre le rayonnement absorbé et le rayonnement incident, sans unité, compris entre 0 et 1
Le rapport entre le rayonnement incident et le rayonnement réfléchi, exprimé en watts par mètre carré
La différence entre le rayonnement incident et le rayonnement transmis, exprimée en pourcentage

Le rapport entre le rayonnement réfléchi et le rayonnement incident, sans unité, compris entre 0 et 1

Explication

L’albédo est la fraction du rayonnement incident qui est réfléchie et se situe entre 0 et 1, sans unité. La fraction absorbée est une grandeur distincte et ne constitue pas la définition de l’albédo.

12. À l’équilibre énergétique, quelle relation lie l’énergie reçue par un système à l’énergie qu’il émet ou transmet vers l’extérieur ?

L’énergie reçue est égale à l’énergie sortante.
L’énergie reçue dépasse l’énergie sortante.
L’énergie reçue est convertie entièrement en chaleur interne.
L’énergie sortante dépasse l’énergie reçue.

L’énergie reçue est égale à l’énergie sortante.

Explication

À l’équilibre énergétique, les apports et les sorties d’énergie se compensent. Une différence entre ces flux correspondrait à un déséquilibre plutôt qu’à un équilibre.

13. Lors du cycle de l’eau, comment les changements d’état transfèrent-ils la chaleur latente entre la surface et l’atmosphère ?

L’évaporation et la condensation libèrent toutes deux de la chaleur à la surface.
L’évaporation absorbe de la chaleur en surface, puis la condensation en libère dans les nuages.
L’évaporation libère de la chaleur en surface, puis la condensation en absorbe dans les nuages.
L’évaporation et la condensation absorbent toutes deux de la chaleur dans les nuages.

L’évaporation absorbe de la chaleur en surface, puis la condensation en libère dans les nuages.

Explication

La chaleur latente est un flux d’énergie associé aux changements d’état de l’eau : l’évaporation prélève de la chaleur à la surface et la condensation en libère dans les nuages. L’inversion des transferts confond les effets énergétiques des deux changements d’état.

14. Après une hausse soudaine de la concentration de CO₂, quelle séquence décrit l’évolution initiale du bilan radiatif ?

Le rayonnement infrarouge sortant reste inchangé, tandis que la température augmente sans modifier l’équilibre radiatif.
La température baisse d’abord, puis le rayonnement infrarouge sortant augmente jusqu’au rétablissement de l’équilibre radiatif.
Le rayonnement infrarouge sortant augmente d’abord, puis la température diminue jusqu’au rétablissement de l’équilibre radiatif.
Le rayonnement infrarouge sortant diminue d’abord, puis la température augmente jusqu’au rétablissement de l’équilibre radiatif.

Le rayonnement infrarouge sortant diminue d’abord, puis la température augmente jusqu’au rétablissement de l’équilibre radiatif.

Explication

Une hausse de CO₂ réduit d’abord le rayonnement infrarouge sortant, ce qui entraîne ensuite une hausse de la température de la surface et de l’atmosphère jusqu’au retour à l’équilibre. L’augmentation initiale du rayonnement sortant décrit la réponse dans le sens opposé.

15. Quelles caractéristiques servent à décrire les vents moyens dans la circulation générale de l’atmosphère ?

Leur pression et leur composition.
Leur altitude et leur durée.
Leur intensité et leur direction.
Leur température et leur humidité.

Leur intensité et leur direction.

Explication

La circulation générale décrit les vents moyens selon leur intensité et leur direction. La température et l’humidité caractérisent les masses d’air, mais ne sont pas les deux critères définissant cette circulation.

16. Quelle région et quels mouvements caractérisent la circulation de Hadley ?

Les vents horizontaux des régions polaires situées au-delà de 60° de latitude.
Les vents de surface qui convergent dans les régions tempérées des deux hémisphères.
Les mouvements ascendants et descendants de l’air entre 30° N et 30° S.
Les mouvements ascendants et descendants de l’air entre 30° et 60° de latitude.

Les mouvements ascendants et descendants de l’air entre 30° N et 30° S.

Explication

La circulation de Hadley correspond aux mouvements ascendants et descendants de l’air dans la région tropicale comprise entre 30° N et 30° S. Les mouvements situés entre 30° et 60° de latitude concernent une autre zone de circulation atmosphérique.

17. Une région tropicale où les vents de surface se rencontrent et où les précipitations sont fortes correspond à quelle zone ?

À la zone de convergence intertropicale.
À la zone de convergence des fronts polaires.
À la ceinture de hautes pressions subtropicales.
À la circulation de Hadley.

À la zone de convergence intertropicale.

Explication

La ZCIT est la zone tropicale où se rencontrent les vents de surface et où se produisent de fortes précipitations. La circulation de Hadley désigne les mouvements verticaux tropicaux, et non cette zone de rencontre des vents.

18. Dans quelle direction la force de Coriolis dévie-t-elle les mouvements dans chaque hémisphère ?

Vers la gauche dans l’hémisphère Nord et vers la droite dans l’hémisphère Sud.
Vers les pôles dans l’hémisphère Nord et vers l’équateur dans l’hémisphère Sud.
Vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud.
Vers l’équateur dans l’hémisphère Nord et vers les pôles dans l’hémisphère Sud.

Vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud.

Explication

La déviation de Coriolis se fait vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud. Inverser les directions entre les hémisphères constitue l’erreur la plus courante sur cette règle.

19. Quelle valeur approximative est associée à l’effet de serre naturel ?

Environ 420 W m⁻².
Environ +3,3 W m⁻².
Environ 3,3 ppm.
Environ 150 W m⁻².

Environ 150 W m⁻².

Explication

L’effet de serre naturel est estimé à environ 150 W m⁻². La valeur de +3,3 W m⁻² désigne la variation anthropique de l’effet de serre, et non son niveau naturel.

20. Quelle valeur correspond à la variation anthropique de l’effet de serre, plutôt qu’à son effet naturel ?

Environ 420 ppm.
Environ 3,3 ppm.
Environ +3,3 W m⁻².
Environ 150 W m⁻².

Environ +3,3 W m⁻².

Explication

La variation anthropique de l’effet de serre est estimée à environ +3,3 W m⁻². La valeur d’environ 150 W m⁻² correspond à l’effet de serre naturel et ne doit pas être confondue avec cette variation.

21. Lorsqu’on définit le forçage radiatif effectif causé par un changement de gaz, quelle hypothèse est faite sur le reste du système climatique ?

Il est supposé inchangé, par exemple à température constante, pour évaluer la variation des flux radiatifs au sommet de l’atmosphère.
Il est supposé accroître les précipitations, afin d’évaluer la réponse hydrologique au changement de gaz.
Il est supposé se réchauffer, afin d’inclure la réponse de la température dans la variation des flux radiatifs.
Il est supposé modifier les vents, afin d’évaluer les changements de circulation à la surface.

Il est supposé inchangé, par exemple à température constante, pour évaluer la variation des flux radiatifs au sommet de l’atmosphère.

Explication

Le forçage radiatif effectif mesure la variation des flux radiatifs au sommet de l’atmosphère en supposant le reste du système inchangé, par exemple à température constante. Inclure le réchauffement confondrait le forçage avec la réponse du système climatique.

22. Que représente un albédo terrestre d’environ 30 % ?

La température de la surface terrestre est réduite d’environ 30 % par les nuages.
Le rayonnement infrarouge sortant dépasse de 30 % le rayonnement infrarouge émis en surface.
Environ 30 % du rayonnement solaire incident est absorbé par la surface et l’atmosphère.
Environ 30 % du rayonnement solaire incident est réfléchi par la surface et l’atmosphère.

Environ 30 % du rayonnement solaire incident est réfléchi par la surface et l’atmosphère.

Explication

L’albédo est la proportion du rayonnement solaire incident qui est réfléchie, et sa valeur terrestre moyenne est d’environ 30 %. L’absorption concerne la part non réfléchie, et non la définition de l’albédo.

23. Comment caractérise-t-on l’effet de serre à partir des flux infrarouges ?

Par la somme du flux infrarouge émis en surface et du rayonnement solaire absorbé.
Par le rapport entre le flux infrarouge sortant et le rayonnement solaire incident.
Par la différence entre le flux infrarouge émis en surface et celui qui sort au sommet de l’atmosphère.
Par la différence entre le rayonnement solaire incident et celui qui est réfléchi par la surface.

Par la différence entre le flux infrarouge émis en surface et celui qui sort au sommet de l’atmosphère.

Explication

L’effet de serre correspond à l’écart entre le flux infrarouge émis par la surface et le flux infrarouge sortant au sommet de l’atmosphère. La différence entre le rayonnement solaire incident et le rayonnement réfléchi décrit plutôt la part solaire qui n’est pas réfléchie.

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Quelles variables thermodynamiques caractérisent l’atmosphère ?

La température, la pression et la masse volumique.

En quelle unité mesure-t-on la pression atmosphérique ?

En pascals (Pa).

Comment varie la pression atmosphérique avec l’altitude ?

Elle décroît de manière quasi exponentielle.

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