II/ le bilan radiatif : le devenir de l’énergie solaire reçue
YLe bilan radiatif permet de caractériser le devenir de la puissance solaire reçue par la Terre (en y incluant le globe terrestre et l'atmosphère).
Le bilan radiatif de la Terre quantifie l'énergie reçue et perdue par le système climatique terrestre, donc au niveau de l'atmosphère, du sol et des océans.
Lorsque le bilan est nul, la température moyenne de notre planète reste stable.
Une partie de la puissance solaire incidente (1) est réfléchie (2) par
l'atmosphère et par la surface de la Terre et est donc renvoyée dans l'espace.
Une partie est absorbée par les surfaces rencontrées, puis réémise (3)
1. Rayonnement solaire et albédo terrestre : l’énergie solaire est réfléchie page 115
La proportion réfléchie de la puissance solaire dépend de l'albédo terrestre moyen.
YL'albédo terrestre est défini comme la proportion d'énergie lumineuse réfléchie par la Terre par rapport à l'énergie lumineuse incidente.
L'albédo terrestre moyen actuel (en considérant l'atmosphère et la surface terrestre) est de 0,3.
Ainsi, environ 30 % de la puissance solaire atteignant la Terre (en haut de l'atmosphère) est réfléchie par l'atmosphère et la surface terrestre vers l'espace tandis que les 70 % restants sont absorbés par l'atmosphère et la surface terrestre
Albédo a d'une surface :
0 > a > 1
L’atmosphère réfléchit 87W.m-2 et la surface terrestre réfléchit vers l’espace 21W.m-2 ce qui représente un total de 108 W.m-2 soit 31% de l’énergie reçue. L’albédo terrestre est donc à 0.3.
Cependant tous les corps n’ont pas le même pouvoir réflecteur. En effet, les corps noirs (qui sont des corps capables d’absorber toutes les ondes incidentes à leur surface), la neige, les nuages, les sols dépourvus de
végétation…sont les meilleurs réflecteurs.
• Albédo et climat (page 119)
2. Une partie du rayonnement solaire est absorbée
• L'atmosphère terrestre absorbe une faible proportion du rayonnement solaire incident, environ 20 % (dans le visible et IR : l1µmà1mm). Ainsi, au final, environ 50 % du rayonnement solaire incident en haut de l'atmosphère parviennent jusqu'à la surface terrestre et sont absorbés par le sol.
• La surface terrestre n’absorbe que 50% de la lumière du Soleil incidente à la surface de l’atmosphère.
3. Une partie de l’énergie absorbée est réémise : Rayonnement infrarouge du sol et effet de serre (pages 116/117 ; 120/121)
YLe sol émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine infra-rouge dont la puissance par unité de surface augmente avec la température. Une partie de cette puissance 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.
Cet effet de serre terrestre est dû aux interactions moléculaires entre le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et certains gaz atmosphériques appelés « gaz à effet à serre » (eau, CO2, CH4…).
Une partie de ce rayonnement infrarouge absorbé par l'atmosphère est réémise vers l'espace tandis que la majeure partie est réémise vers le sol.
4. Bilan énergétique terrestre : un équilibre radiatif dynamique
• La puissance reçue par le sol en un lieu donné est égale à la somme de la puissance reçue provenant du Soleil et de celle reçue de l'atmosphère (rayonnement infrarouge absorbé par effet de serre et réémis vers le sol). La présence de l'atmosphère est donc responsable d'une température terrestre moyenne actuelle de + 15 °C, supérieure de 33 °C à la température qui régnerait sur Terre pour une même puissance solaire incidente, en absence d'atmosphère, c'est-à- dire en absence d'effet de serre.
• Une température en équilibre dynamique Exercice 7 page 133
