Chapitre 6 - Flux de chaleur dans le sol Flashcards by Adèle abc

Un sol humide est un sol froid ou chaud? (principalement au printemps)

Froid

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Un sol fraichement labouré se réchauffe-t-il plus ou moins rapidement?

Plus rapidement

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Au printemps, la végétation démarrera plus rapidement avec un sol ayant un albédo plus faible ou plus élevé?

Plus faible (couleur foncée)

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À quoi sert l’énergie reçue par le sol?

LE, H et G (transfert dans le sol)

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Quel sol est le meilleur conducteur de chaleur : un sol labouré ou un sol sous travail réduit?

Kh Sol tassé > Kh sol labouré

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Écart thermique entre la surface du sol et une profondeur de 20 cm sera plus élevé dans un sol en semi direct ou un sol labouré?

Sol semis direct < sol labouré
(La température moyenne est similaire entre les sols, mais les amplitudes thermiques en surface seront très différentes)

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5 éléments qu’influence la Température du sol

L’évaporation, l’aération, les types de réactions chimiques et leur taux
Processus biologique (germination, émergence, croissance, développement racinaire, activité microbienne)

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Pourquoi est-ce que T sol varie?

Changement dans les processus déchange d’énergie radiative, thermique et latente

Ceux-ci se produisant principalement au niveau de la surface du sol

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Les effets sont propagés dans le profil de sol par une suite complexe de processus de transport. Par quoi ceux-ci sont influencés?

(Au niveau de la T° du sol)

Les propriétés du sol

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Les propriétés du sol varient selon…

(2)

Le temps et dans l’espace

Ce qui complique tout quantification ou prédiction

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Pour prédire la T° du sol, on doit tenir compte de…

(2)

Conduction de chaleur d’une profondeur à une autre Variation du stock de chaleur (stockage, ∆S) dans le sol à une profondeur donnée

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

On peut décrire la densité de flux de chaleur à une profondeur (en régime permanent) par G (Wm-2) =

Formule

G = -kh (dT/dz)

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Toute chaleur entrant à une profondeur « z » doit sortir à une profondeur de … ou être…

« z + ∆z »
ou être emmagasinée dans l’horizon de sol

Figure diapo 15, p.8

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Formule du taux de stockage (ΔS)

Taux de stockage (ΔS) = ρs* ch* Δz(dT°/dt)

ρs : densité du sol, ch : capacité thermique, t :temps

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Plus la différence de gradient de T° (dT/dz) est grande entre 2 profondeurs adjacentes dans un sol, plus le taux de changement de T° (dT/dt) sera …

Grand

Figure diapo 17, p.9

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Formule du taux de stockage (ΔS) avec le taux réchauffement/ refroidissement

ΔS = Ch * Δz * (dT°/dt)

Inclus la capcité thermique volumique (Ch)

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6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Pour un sol argileux sec (Ch = 1,42 x 106 Jm-3K-1), si Δz = 0,5 m et que la chaleur entrant (φout) = 10 Wm-2, quel est le taux de réchauffement?

Calcul

dT°/dt = 0,46 Kh-1

Calcul diapo 18 p.9

Calcul : réponse

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

Il est possible de contrôler ou modifier le régime thermique du sol si on connait …

(3)

Les processus impliqués
Les paramètres du sol
Les variables environnementales déterminant leur taux

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

Les propriétés du sol ayant un déterminant dans le régime thermique :

(3.5)

Conductivité thermique (kh)
Capacité thermique (massique ch ; volumique Ch)
Diffusivité thermique (Dh)

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

La conductivité thermique (kh), capacité thermique (massique ch ; volumique Ch) et diffusivité thermique (Dh) sont toutes affectées par …

la masse volumique apparente du sol et l’humidité de celui-ci

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

Qu’est-ce que Kh (Wm-1K-1)?

aptitude, facilité d’une substance à conduire la chaleur par mouvement moléculaire

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

De quoi dépend le Kh?

(3)

Conductivité des particules de sol
Porosité du sol
Teneur en eau du sol

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

Une augmentation de la teneur en eau mène à une kh plus …

Important

élevée

Sable monte plus rapidement que loam et encore plus tourbe

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6.2 – Propriétés thermiques du sol

Une augmentation de la teneur en eau mène à une kh plus élevée parce que l’eau…

Accroit le contact thermal entre les particules
Remplace l’air dans les pores du sol et kh eau (0,59) est supérieur à kh air (0,0257)

Figure diapo 21, p.11

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# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Capacité thermique massique : symbole + définition

ch (Jkg-1K-1) Apport de chaleur nécessaire pour élever la T° d'une unité de masse (kg) d'une substancce de 1K

# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Capacité thermique volumique : symbole + définition

Ch (Jm-3K-1) Quantité de chaleur (J) nécessaire pour élever la T° d'une unité de volume (m3) d'une substance de 1K

# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Comment obtenir Ch en formule

Ch = ρs * ch | (kgm-3)*(Jkg-1K-1)=Jm-3K-1

# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Définition Dh (m2s-1)

Aptitude d'une substance à diffuser les influences thermiques | Diffusivité thermique du sol

# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Que détermine la Dh? | (1)

le taux de réchauffement dû à une distribution de chaleur donnée dans un matériau

# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Que contrôle la Dh? | (2)

- Vitesse du mouvement des ondes de chaleur - Profondeur de l'influence thermique d'une surface acitive

# 6.2 – Propriétés thermiques du sol Quel est le ratio est la Dh?

Dh = kh / Ch

# 6.3 - Capacité thermique volumique Définition capacité thermique volumique (Ch)

Aptitude d'un sol à emmagasiner de la chaleur; exprime le changement de T° qui résulte d'un gain ou d'une perte thermique

# 6.3 - Capacité thermique volumique Ch se calcul à partir de la somme des ... de chacun des constituants du sol

capacités thermiques | Ch = fminCmin + forgCorg + fwCw + faCa, f: fraction

# 6.3 - Capacité thermique volumique Plus le contenu en eau est élevé, plus la capacité thermique volumique est ...

Grande

# 6.3 - Capacité thermique volumique Ca est très ... par rapport aux autres constituants, elle est donc ... | Ca : Capacité thermique volumique de l'air

Petite donc, négligeable

# 6.3 - Capacité thermique volumique La capacité thermique volumique est fortement influencée par l'eau, car l'eau (Cw haut) remplace l'air (Cw faible). Il y a donc, ... de la "sensisibilité" thermique du sol.

Il y a donc, RÉDUCTION de la "sensisibilité" thermique du sol. | Sol froid se réchauffre plus lentement

# 6.3 - Capacité thermique volumique Capacité thermique volumique dépend surtout aux différences de masse volumique apparente, donc un sable a une Ch plus... que pour la tourbe.

Haute | Figure diapo 29, p.15

# 6.3 - Capacité thermique volumique Valeur moyenne typique de Cmin, Corg et Cw | Les Ch

Cmin : 2,31 Corg : 2,50 Cw : 4,18 (eau)

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol Qu'est-ce que la Dh?

Temps nécessaire pour que les changements de T° se propagent dans le sol | Diffusivité thermique du sol

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol La diffusivité thermique (Dh) est proportionnel à ... et inversement proportionnel à ...

proportionnel à kh et inversement proportionnel à Ch

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol Quantité de chaleur entrant dans le sol (jour) va générer une onde de T° qui va se déplacer rapidement et à une grande profondeur si la conductivité Kh est ...

élevée | Dh est proportionnel à Kh

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol L'onde de T° sera lente et n'ira pas autant en profondeur s'il faut une grande quantité de chaleur pour chauffer les couches intermédiaires en raison d'une...

Capacité thermique volumique (Ch) élevée | Dh est inversement proportionnel à Ch

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol Plus il y a de l'eau plus la diffusivité thermique (Dh) de sols est ...

Faible | Figure diapo 34, p.17

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol Que permet une Dh élevée?

Permet une propagation rapide des changements de T° à la surface --> affecte donc une couche épaisse de sol | Comme de l'argile

# 6.4 - Diffusivité thermique du sol Que permet une Dh petite?

Échanges thermiques sont concentrés dans les horizons près de la surface --> un tel sol subit de plus grandes fluctuations diurnes de T°. | Comme une tourbe

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Variation de la T° à la surface et près de la surface possède la nature d'une onde. Cette onde pénètre dans le sol vers les horizons plus profonds mais son amplitude ... et le temps de Tmax et Tmin est ...

Cette onde pénètre dans le sol vers les horizons plus profonds mais son amplitude DIMINUE et le temps de Tmax et Tmin est DÉPHASÉ. | Figure diapo 38, p.19

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Représentation schématique de l'onde de chaleur | Diapo 39-42, p.20-21

S'assurer une bonne compréhension

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Onde de T° : facteurs affectant le régime thermique dans les profils de sol | (7)

- Cycle journaliers (jour vs nuit) - Saison - Phénomène épisodiques (nuages, ...) - Variation spatio-temporelle des propriétés du sol - Localisation géographique - Couverture végétale - Utilisation du territoire

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Pour quelle période de temps peut t'on supposer que Tsol oscille autour d'une valeur moyenne de T° selon une fonction sinusoïdale du temps?

Approximation d'une fluctuation diurne du régime thermique d'un profil de sol | Pour 24h, figure diapo 44, p.22

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Équation décrivant une fluctuation de T° à la surface | Au temps t=0 supposons que la T° est à la T° moy, alors la T° surface

**T(0,t) = Tmoy + A0 * sin * wt** où T(0,t) = T ° à z = 0m (surface) A0 = amplitude de la fluctuation T° surface w = fréquence angulaire (en radians 2pi/τ) τ = période d,oscillation --> 24hrs, 365 jrs

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) La T° du sol varie différemment à différentes profondeurs dans le sol, on peut supposer que la T° moyenne ...

est la même pour toutes les profondeurs

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Formule de la T° du sol à une profondeur z donnée

**T(z,t) = Tmoy + [A0 * e^(-z/d) * sin (wt-z/d)]** L'amplitude est plus petite que A0 par un facteur de e^(-z/d); délai de propagation égal à -z/d --> sin (wt-z/d) | d : profondeur d'atténuation (m) à laquelle l'A de T° = 0,37 A0

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Pourquoi y a-t-il une atténuation et décalage (prodondeur d'atténuation)?

Reliée au fait qu'une certaine quantité de chaleur est absorbée (ou libérée) tout au long de la trajectoire de l'onde de chaleur lorsque la T° du sol augmente (ou diminue)

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) La profondeur d'atténuation (d) varie avec... | (3)

Les propritétés physiques du sol Humidité du sol Fréquence de la fluctuation thermique

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) La d varie avec les propriétés physiques du sol, humidité et fréquence de la fluctuation thermique selon quelle formule? | (2)

d = ((2kh)/(Chw))^1/2 = ((2Dh)/(w))^1/2

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Régime thermique annuel est similaire au régime diurne sauf ... ## Footnote Régime thermique diurne et annuel

la période (τ) de l'onde qui est annuelle | Figure diapo 53, p.27

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Période plus longue (365 jours) --> amplitude de l'onde diminue ... vite avec la profondeur et l'horizon affecté par l'onde est beaucoup ... profond. ## Footnote Régime thermique diurne et annuel

Période plus longue (365 jours) --> amplitude de l'onde diminue MOINS vite avec la profondeur et l'horizon affecté par l'onde est beaucoup PLUS profond (environ 19 fois). | Figure diapo 53, p.27

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) On doit tenir compte de l'effet ... des variation diurnes et annuelles de Tsol. ## Footnote Régime thermique diurne et annuel

Combiné | Figure diapo 53, p.27

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) En saison chaude, Tsol ... avec la profondeur et le flux de chaleur vers le bas ... le réservoir de chaleur dans le sol ## Footnote Variation saisonnière du profil T sol

En saison chaude, Tsol DIMiNUE avec la profondeur et le flux de chaleur vers le bas AUGMENTE le réservoir de chaleur dans le sol | Figure diapo 54, p.27

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) En saison froide, le gradient est ..., et le réservoir de chaleur ... ## Footnote Variation saisonnière du profil T sol

En saison froide, le gradient est INVERSÉ, et le réservoir de chaleur DIMINUE | Figure diapo 54, p.27

# 6.5 - Onde de chaleur (onde de T°) Au printemps et à l'automne : période transitoires alors que le gradient de T° du sol ... ## Footnote Variation saisonnière du profil T sol

change de signe (s'inverse) | Figure diapo 54, p.27

# 6.6 - Modification du régime thermique Impact de la neige en surface | (2)

Un excellent réflecteur du rayonnement solaire Un excellent isolant

# 6.6 - Modification du régime thermique Pourquoi est-ce que mettre du paillis aide à diminuer le rapport G/H (flux de chaleur dans le sol et l'air)

Longue réponse, s'assurer d'avoir écouter dans le cours pour comprendre: Impact au niveau du Rl (+ grande perte d'énergie) Impact au niveau du LE (- que nu, + que plastique)

# 6.6 - Modification du régime thermique Pourquoi est-ce qu'un polyéthylène transparent est aussi utile? même plus que du noir?

Le sol se réchauffe et la chaleur est trappé (effet de serre). Pas de convection Pellicule - chaude que le noir

Chapitre 6 - Flux de chaleur dans le sol Flashcards

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