Bilan radiatif terrestre

Le bilan radiaTIF TERRESTRE

THÈME 2, CHAPITRE 5

start

SOMMAIRE

1. Puissance solaire atteignant la Terre

2. Rayonnement émis par la Terre

3. Albédo et climat terrestre

4. Rayonnement infra-rouge et effet de serre naturel

5. Température moyenne d'équilibre au sol

1. Puissance solaire atteignant la Terre

Le Soleil émet des rayonnements qui se répartissent autour de lui de façon isotrope (en conservant les mêmes propriétés dans toutes les directions). Seule une faible proportion du rayonnement émis par le Soleil atteint la Terre et son atmosphère. La proportion de la puissance totale qui atteint la Terre est déterminée par le rayon de la Terre et par la distance entre le Soleil et la Terre. Il en est de même pour les autres planètes du système solaire : plus leur rayon est important, plus elles reçoivent de rayonnement solaire, et plus elles sont proches du Soleil, plus elles reçoivent du rayonnement solaire.

1. Puissance solaire atteignant la Terre

Une fraction de cette puissance (quantifiée par l’albédo) est réfléchie par la Terre vers l’espace, le reste est absorbé par l’atmosphère, les continents et les océans. L’albédo correspond au pouvoir réfléchissant d’une surface. C’est la fraction de la puissance lumineuse réfléchie par la planète par rapport la puissance lumineuse reçue. L’albédo terrestre moyen est de 0,3, soit 30 %. Rayonnement réfléchi : Rayonnement renvoyé dans une direction privilégiée après une interaction avec la surface qui le reçoit. Rayonnement absorbé : Un rayonnement est absorbé lorsqu’il y a un transfert d’énergie entre le rayonnement et la matière qui reçoit ce rayonnement.

1. Puissance solaire atteignant la Terre

Formules à connaitre :

2. Rayonnement émis par la Terre

Les rayonnements électromagnétiques sont caractérisés par une longueur d’onde lambda (en m). En fonction de leur longueur d’onde, ces rayonnements sont de différents types. Par exemple, les rayonnements électromagnétiques avec une longueur d’onde de 10-10 m correspondent à des rayons X, tandis que ceux avec une longueur d’onde de 10-2 m correspondent à des micro-ondes.

2. Rayonnement émis par la Terre

Le sol émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine infrarouge (IR) d’une longueur d’onde dans le vide comprise entre 700 nm et 1 mm environ (soit entre 7.10-7 m et 10-3 m), et dont la puissance par unité de surface augmente avec la température. Formule (pas à retenir) :

3. Albédo et climat terrestre

L’albédo est une valeur sans unité comprise entre 0 et 1, ou entre 0 % et 100 %. Cette valeur dépend de la couleur de la surface qui reçoit le rayonnement. Plus la surface est claire et plus elle réfléchit une grande proportion des rayons et donc plus l’albédo est proche de 1, et inversement, plus la surface est foncée et moins elle réfléchit de rayons, donc plus l’albédo est proche de 0. Lorsque la température moyenne de l’atmosphère augmente, cela entraine la fonte des glaces. Cette fonte augmente d’une part le niveau de la mer, mais surtout diminue la quantité de surface « blanche » de la Terre, ce qui diminue son albédo. Si l’albédo de la Terre diminue, alors la température moyenne de l’atmosphère augmente, ce qui entraine la fonte des glaces. Nous sommes dans un cercle vicieux.

4. Rayonnement infra-rouge et effet de serre naturel

L’effet de serre est un phénomène naturel dû à la présence de différents gaz dans l’atmosphère terrestre. Il est nécessaire à la vie sur Terre telle que nous la connaissons. Sans effet de serre, la température moyenne à la surface de la Terre serait de – 18°C au lieu des 15°C actuels. Une partie des rayonnements infrarouges émis par la Terre est absorbée par l’atmosphère, qui elle-même émet un rayonnement infrarouge vers le sol et vers l’espace : c’est l’effet de serre.

5. Température moyenne d'équilibre au sol

Pour comprendre comment évolue la température à la surface de la Terre, il faut faire un bilan de puissances, c’est-à-dire analyser toutes les puissances reçues et toutes les puissances émises par la surface. La puissance reçue par le sol en un lieu donné est égale à la somme de la puissance reçue du Soleil et de celle reçue de l’atmosphère. Ces deux dernières sont du même ordre de grandeur. Un équilibre, qualifié de dynamique, est atteint lorsque le sol reçoit au total une puissance moyenne égale à celle qu’il émet. La température moyenne du sol est alors constante. Équilibre dynamique : la puissance moyenne reçue par le sol et les océans est égale à la puissance moyenne perdue par le sol et les océans.

5. Température moyenne d'équilibre au sol