Nuages et particules

Plus

Bilan radiatif

Le bilan radiatif est l'équilibre entre l'énergie solaire arrivant sur la Terre, et celle réémise par la planète. Cette énergie peut être directement renvoyée vers l'espace, essentiellement par les nuages et la surface terrestre, ou bien elle peut être absorbée puis réémise sous la forme de chaleur.

Nous allons parler ici du bilan radiatif de la Terre et de ses effets sur le climat, et nous intéresser à l'impact de l'homme sur ce bilan. Les observations sont faites à l'aide de satellites dirigés vers le soleil ou vers la Terre.

L'énergie solaire incidente

Pour que la Terre ne se refroidisse pas ni ne se réchauffe, le bilan radiatif doit être en équilibre au sommet de l'atmosphère. Mais au niveau de la surface terrestre, cet équilibre est dynamique, il est constamment changeant dans le temps et dans l'espace.
L'énergie moyenne que reçoit la Terre est de 340 W/m². Certains satellites permettent de mesurer cette énergie incidente (ils sont situés au dessus de l'atmosphère et sont tournés vers le soleil).

Albédo: énergie réfléchie par la Terre

Une partie de la lumière solaire qui atteint la planète est réfléchie vers l'espace. Cette fraction est appelée albédo. Regardez les images 4a et 4b pour voir l'albédo moyen de la planète en janvier et en août. L'albédo moyen annuel de la Terre est d'environ 0.3. Par exemple, les pôles ont des albédos élevés car les glaces renvoient beaucoup la lumière.

L'énergie solaire qui n'est pas directement renvoyée vers l'espace (70%, ce qui correspond à environ 240 W/m²) est absorbée par l'atmosphère et la surface terrestre. La surface se réchauffe alors, et réémet des rayonnements infrarouges (de grandes longueurs d'onde). Une partie de ce rayonnement est capturée par les gaz atmosphériques, au lieu d'être renvoyée vers l'espace; grâce à cet effet de serre naturel, la température moyenne de notre planète est de 15°C.
A certains endroits du globe, il y a plus d'énergie absorbée que d'énergie réémise: il devrait y faire de plus en plus chaud. A contrario, les zones où le bilan radiatif est négatif devraient se refroidir encore et encore. Ceci n'arrive pas, grâce aux mouvements de l'atmosphère et des océans, qui transportent la chaleur de l'équateur vers les pôles.

5. Bilan radiatif moyen annuel sur la Terre en W/m². Source: LMD/ Scarab. Cliquez pour agrandir (22 K)!

Comment ce bilan radiatif pourrait-il changer?

La quantité d'énergie solaire reçue peut varier, par exemple à cause de la variation de l'angle d'inclinaison de l'axe terrestre. Les contrastes entre les latitudes et entre les saisons sont plus importants lorsque l'inclinaison est plus importante (réfléchissez pourquoi en regardant la figure 2!). Les changements climatiques dus aux variations astronomiques obéissent à la théorie dite de Milankovitch.
La fraction d'énergie réfléchie (albédo) peut varier si les caractéristiques des nuages ou de la surface terrestre changent, comme par exemple la surface recouverte par les glaces, les océans, la forêt ...  Par exemple, un climat plus froid engendrerait une augmentation des glaces aux pôles, et donc une augmentation de l'albédo moyen, ce qui renforcerait la baisse de la température globale. C'est ce qu'on appelle une rétroaction positive.
La quantité d'énergie capturée par la Terre peut varier si l'effet de serre est modifié.

Le bilan radiatif peut changer:
- pour des raisons naturelles, à cause des variations astronomiques (1 sur l'image 6)
- parce que l'albédo de la Terre est modifié (2), pour des raisons naturelles (les éruptions volcaniques injectent des particules dans l'atmosphère) ou à cause des activités humaines: la concentration des particules et la couverture nuageuse peuvent être modifiées, ainsi que l'albédo de la surface du sol (les humains peuvent faire varier les quantités de surfaces recouvertes par les glaces, l'eau, les déserts, les forêts)
- à cause des activités humaines qui font augmenter les concentrations des gaz à effet de serre et modifient les caractériques des nuages, ce qui affecte la façon dont la Terre perd et capture de la chaleur (3).

Les études sur le bilan radiatif sont un enjeu majeur de la recherche sur le climat. On sait qu'il arrive au sommet de l'atmosphère 340 W/m², et qu'il en repart la même quantité. Si le bilan radiatif au sol était modifié de 4 W/m² (ce qui correspond à un doublement des concentrations de CO2) la température de la Terre augmenterait de 1 à 4 °C! Les calculs doivent donc être extrêmement précis (de l'ordre du pourcent). La complexité et le nombre des paramètres et la façon dont ils interagisssent est essentielle à comprendre, tout comme l'influence de l'homme sur cet équilibre fragile, pour prédire -et anticiper!- le climat du futur.

A propos de cette page...
Auteur: Justine Gourdeau, LAMP Clermont-ferrand, France.
Relecteurs scientifiques: Dr Maud Leriche, CNRS LaMP, France, et Dr Frédéric Szczap, LaMP, France.
Dernière version: 11.05.2004.