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Bioclimatologie > Chapitre 6 - Flux de chaleur dans le sol > Flashcards

Chapitre 6 - Flux de chaleur dans le sol Flashcards

1
Q

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

A

Froid

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2
Q

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

A

Plus rapidement

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3
Q

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

A

Plus faible (couleur foncée)

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4
Q

À quoi sert l’énergie reçue par le sol?

A

LE, H et G (transfert dans le sol)

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5
Q

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

A

Kh Sol tassé > Kh sol labouré

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6
Q

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?

A

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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7
Q

5 éléments qu’influence la Température du sol

A

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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8
Q

6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Pourquoi est-ce que T sol varie?

A

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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9
Q

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)

A

Les propriétés du sol

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10
Q

6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Les propriétés du sol varient selon…

(2)

A

Le temps et dans l’espace

Ce qui complique tout quantification ou prédiction

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11
Q

6.1 Transfert de chaleur dans le sol

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

(2)

A

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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12
Q

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

A

G = -kh (dT/dz)

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13
Q

6.1 Transfert de chaleur dans le sol

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

A

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

Figure diapo 15, p.8

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14
Q

6.1 Transfert de chaleur dans le sol

Formule du taux de stockage (ΔS)

A

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

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

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15
Q

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 …

A

Grand

Figure diapo 17, p.9

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16
Q

6.1 Transfert de chaleur dans le sol

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

A

ΔS = Ch * Δz * (dT°/dt)

Inclus la capcité thermique volumique (Ch)

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17
Q

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

A

dT°/dt = 0,46 Kh-1

Calcul diapo 18 p.9

Calcul : réponse

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18
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

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

(3)

A

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

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19
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

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

(3.5)

A
  • Conductivité thermique (kh)
  • Capacité thermique (massique ch ; volumique Ch)
  • Diffusivité thermique (Dh)
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20
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

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

A

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

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21
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Qu’est-ce que Kh (Wm-1K-1)?

A

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

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22
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

De quoi dépend le Kh?

(3)

A
  • Conductivité des particules de sol
  • Porosité du sol
  • Teneur en eau du sol
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23
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

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

Important

A

élevée

Sable monte plus rapidement que loam et encore plus tourbe

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24
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

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

A
  • 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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25
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Capacité thermique massique : symbole + définition

A

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

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26
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Capacité thermique volumique : symbole + définition

A

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

27
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Comment obtenir Ch en formule

A

Ch = ρs * ch

(kgm-3)*(Jkg-1K-1)=Jm-3K-1

28
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Définition Dh (m2s-1)

A

Aptitude d’une substance à diffuser les influences thermiques

Diffusivité thermique du sol

29
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Que détermine la Dh?

(1)

A

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

30
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Que contrôle la Dh?

(2)

A
  • Vitesse du mouvement des ondes de chaleur
  • Profondeur de l’influence thermique d’une surface acitive
31
Q

6.2 – Propriétés thermiques du sol

Quel est le ratio est la Dh?

A

Dh = kh / Ch

32
Q

6.3 - Capacité thermique volumique

Définition capacité thermique volumique (Ch)

A

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

33
Q

6.3 - Capacité thermique volumique

Ch se calcul à partir de la somme des … de chacun des constituants du sol

A

capacités thermiques

Ch = fminCmin + forgCorg + fwCw + faCa, f: fraction

34
Q

6.3 - Capacité thermique volumique

Plus le contenu en eau est élevé, plus la capacité thermique volumique est …

A

Grande

35
Q

6.3 - Capacité thermique volumique

Ca est très … par rapport aux autres constituants, elle est donc …

Ca : Capacité thermique volumique de l’air

A

Petite donc, négligeable

36
Q

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.

A

Il y a donc, RÉDUCTION de la “sensisibilité” thermique du sol.

Sol froid se réchauffre plus lentement

37
Q

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.

A

Haute

Figure diapo 29, p.15

38
Q

6.3 - Capacité thermique volumique

Valeur moyenne typique de Cmin, Corg et Cw

Les Ch

A

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

39
Q

6.4 - Diffusivité thermique du sol

Qu’est-ce que la Dh?

A

Temps nécessaire pour que les changements de T° se propagent dans le sol

Diffusivité thermique du sol

40
Q

6.4 - Diffusivité thermique du sol

La diffusivité thermique (Dh) est proportionnel à … et inversement proportionnel à …

A

proportionnel à kh et
inversement proportionnel à Ch

41
Q

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 …

A

élevée

Dh est proportionnel à Kh

42
Q

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…

A

Capacité thermique volumique (Ch) élevée

Dh est inversement proportionnel à Ch

43
Q

6.4 - Diffusivité thermique du sol

Plus il y a de l’eau plus la diffusivité thermique (Dh) de sols est …

A

Faible

Figure diapo 34, p.17

44
Q

6.4 - Diffusivité thermique du sol

Que permet une Dh élevée?

A

Permet une propagation rapide des changements de T° à la surface –> affecte donc une couche épaisse de sol

Comme de l’argile

45
Q

6.4 - Diffusivité thermique du sol

Que permet une Dh petite?

A

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

46
Q

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 …

A

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

47
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

Représentation schématique de l’onde de chaleur

Diapo 39-42, p.20-21

A

S’assurer une bonne compréhension

48
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

Onde de T° : facteurs affectant le régime thermique dans les profils de sol

(7)

A
  • Cycle journaliers (jour vs nuit)
  • Saison
  • Phénomène épisodiques (nuages, …)
  • Variation spatio-temporelle des propriétés du sol
  • Localisation géographique
  • Couverture végétale
  • Utilisation du territoire
49
Q

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?

A

Approximation d’une fluctuation diurne du régime thermique d’un profil de sol

Pour 24h, figure diapo 44, p.22

50
Q

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

A

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

51
Q

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 …

A

est la même pour toutes les profondeurs

52
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

Formule de la T° du sol à une profondeur z donnée

A

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

53
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

Pourquoi y a-t-il une atténuation et décalage (prodondeur d’atténuation)?

A

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)

54
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

La profondeur d’atténuation (d) varie avec…

(3)

A

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

55
Q

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)

A

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

56
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

Régime thermique annuel est similaire au régime diurne sauf …

Régime thermique diurne et annuel

A

la période (τ) de l’onde qui est annuelle

Figure diapo 53, p.27

57
Q

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.

Régime thermique diurne et annuel

A

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

58
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

On doit tenir compte de l’effet … des variation diurnes et annuelles de Tsol.

Régime thermique diurne et annuel

A

Combiné

Figure diapo 53, p.27

59
Q

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

Variation saisonnière du profil T sol

A

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

60
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

En saison froide, le gradient est …, et le réservoir de chaleur …

Variation saisonnière du profil T sol

A

En saison froide, le gradient est INVERSÉ, et le réservoir de chaleur DIMINUE

Figure diapo 54, p.27

61
Q

6.5 - Onde de chaleur (onde de T°)

Au printemps et à l’automne : période transitoires alors que le gradient de T° du sol …

Variation saisonnière du profil T sol

A

change de signe (s’inverse)

Figure diapo 54, p.27

62
Q

6.6 - Modification du régime thermique

Impact de la neige en surface

(2)

A

Un excellent réflecteur du rayonnement solaire
Un excellent isolant

63
Q

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)

A

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)

64
Q

6.6 - Modification du régime thermique

Pourquoi est-ce qu’un polyéthylène transparent est aussi utile? même plus que du noir?

A

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

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