|
|
Le bilan radiatif de la Terre et l'effet de serreL'énergie que le soleil apporte à la Terre gouverne le sysytème climatique. Seule une certaine partie de cette énergie parvient jusqu'à la surface terrestre et permet de chauffer la Terre qui serait sinon un caillou froid ! Une partie de l'énergie est réfléchie vers l'espace ou absorbée par l'atmosphère. Comment ces échanges d'énergie fonctionnent-ils?
|
La réalité est un peu différente en fait, car les océans réagissent très lentement aux changements de température, de part leur grande inertie thermique. Alors que l'atmosphère se réchauffe très vite, les océans absorbent la chaleur lentement et ne se réchauffent pas rapidement. L'eau des océans circule autour de la planète, et une molécule d'eau peut mettre 1000 ans à revenir à son point de départ. Ainsi, pendant un certain laps de temps, la Terre peut présenter un déséquilibre de ces flux de chaleur, le temps que les océans atteignent aussi l'équilibre. Les valeurs du bilan radiatif indiquées sur l'image ci-dessous ne sont donc pas absolument exactes à 10 ou 20% près. Cependant dans la suite du texte nous allons considérer que la Terre est en équilibre.
|
|
Le rôle des gaz à effet de serreLes gaz à effet de serre agissent comme un pull les jours d'hiver. Si on ne portait pas de vêtements lorsqu'il fait froid, on se caillerait! Et pourtant, les pulls ne réchauffent pas l'air autour de nous, ne produisent pas d'énergie ni ne font produire davantage d'énergie à notre corps. Ils ne font que renvoyer vers notre corps une partie de l'énergie que nous produisons, ce qui réchauffe la couche d'air située entre notre peau et le pull. C'est exactement ce que font les gaz à effet de serre. Lorsque l'effet de serre est augmenté, cela signifie qu'il y a plus de chaleur qui s'accumule au dessus de la surface terrestre avant de se perdre dans l'espace. Cela ne veut absolument pas dire qu'il y a plus d'énergie qui arrive vers la Terre.
|
Comprendre le bilan d'énergieL'énergie émise ou reçue par un système se mesure en W / m². On va d'abord voir que dans chaque partie du système, la quantité d'énergie arrivant est la même que celle qui repart (simplifions et oublions l'effet retardant des océans) : 342 W / m2 d'énergie solaire parviennent jusqu'au sommet de l'atmosphère. 107 sont directement réfléchis par les nuages ou par la surface terrestre. La fraction d'énergie solaire qui est directement réfléchie vers l'espace par la Terre s'appelle l'albédo de la Terre. Il est d'nevion 30%. Définition de l'albédo: C'est le rapport de la lumière réfléchie par un corps sur l'énergie reçue. Les valeurs de l'albédo vont de 0 (corps complètement noir) à 1 (réflecteur parfait). |
|
L'albédo de la Terre est de 0.3 (30%). Les nuages et les calottes polaires sont de très bons réflecteurs. Les 235 W/m2 restants interagissent avec l'atmosphère ou la surface terrestre et repartent vers l'espace sous forme de rayons infrarouges.
|
|
Lorsqu'on parle du bilan radiatif de la Terre, on doit considérer que l'atmosphère peut émettre de l'énergie vers l'espace ou la renvoyer vers la surface terrestre. C'est ce rayonnement des gaz à effet de serre qui retourne vers la Terre qui fait qu'elle absorbe plus d'énergie (492 W / m2) que ce que le soleil lui donne. La fenêtre atmosphériqueSeuls 40 W / m2 sont directement émis sous forme de rayons infrarouges de la suface terrestre vers l'espace.
|
|
En fait, les gaz à effet de serre n'absorbent pas toutes les longueurs d'onde. Chacun des composés gazeux de l'atmosphère absorbe une certaine gamme de longueurs d'ondes, et les spectres d'absorption de ces gaz se chevauchent plus ou moins. Mais il y a des "trous" dans le spectre d'absorption de l'eau (qui absorbe environ 60%), du dioxyde de carbone, du méthane, des oxydes d'azote, de l'ozone et des autres gaz à effet de serre. En particulier, les trous les plus importants concernant l'absorption par l'eau et le dioxyde de carbone sont appelés des fenêtres atmosphériques. Les rayons infrarouges peuvent quitter l'atmosphère tout comme agit une fenêtre dans le toit d'une serre en verre.
|
|
6. Une petite partie seulement du rayonnement terrestre, calculé par la théorie, quitte l'atmosphère. Le reste est absorbé par les gaz à effet de serre. Chacun de ces gaz absorbe la lumière à différentes longueurs d'onde ou différentes énergies du spectre électromagnétique du visible et de l'invisible (UV, IR).
|
|
7. Les interactions entre les ondes électromagnétiques et l'atmosphère (quelles longueurs d'onde traversent l'atmosphère et en quelle quantité?). Certains parties de l'atmosphère sont opaques (parties en brun sur cette image). On s'intéresse ici particulièrement au proche UV (1), à la lumière visible (2) et au proche infrarouge (3). |
Liens: A propos de cette page:auteur: Dr. Elmar Uherek - MPI for Chemistry Mainz |