Nuages et Particules

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3. Nuages, particules et climat

Exercices 2

La Terre reçoit de l'énergie solaire, principalement sous forme de lumière. La lumière est une onde électromagnétique. La lumière du soleil atteint le sol terrestre, et notre planète réémet des rayons infrarouges, dont une partie est perdue vers l'espace. La quantité d'énergie que notre planète reçoit de la part du soleil doit être égale à la quantité qu'elle réémet dans l'espace -sinon la Terre se réchaufferait ou se refroidirait très vite!   

Mais ces flux d'énergie (lumière incidente et chaleur réémise) sont-ils en équilibre en chaque point du globe? Pour répondre à cette question, nous allons regarder les mesures satellites des flux d'énergie vers et à partir de la Terre.

1. Energie solaire incidente atteignant la Terre

L'image ci-dessous montre l'énergie solaire moyenne atteignant la Terre en janvier 2004 (mesurée en Watt par mètre carré). 

• L'énergie est-elle également répartie sur la surface terrestre ? 
• De quoi dépend-t-elle ? 
• Quelle est la valeur moyenne dans votre pays pour ce mois de janvier ?

Energie moyenne quotidienne que la Terre reçoit du soleil en janvier 2004. Photo: NOAA

2. Mesure de l'albédo

Regardez les images ci-dessous qui montrent la fraction d'énergie solaire réfléchie (albédo) en pourcents en janvier et en août. 

• Quelles zones ont l'albédo le plus faible? Et l'albédo le plus élevé?
• Quelle est la valeur moyenne de l'albédo dans votre pays en janvier? Et en août?

3. Energie solaire absorbée 

L'image ci-dessous montre la quantité moyenne d'énergie solaire qui est absorbée par la Terre (en W/m²) en janvier 2004. Cette quantité est calculée en prenant l'énergie solaire atteignant la Terre et en lui soustrayant la quantité réfléchie (albédo). Regardez bien cette image:  

• Certaines zones aborbent beaucoup d'énergie. Où sont-elles situées?
• D'autres absorbent peu d'énergie. Où se trouvent-elles?
• Quelle est la quantité d'énergie absorbée dans la zone où se situe votre pays?

Energie solaire absorbée par la Terre (en W/m²) en janvier 2004. Photo: NOAA

4. Bilan des informations des paragraphes 1, 2 et 3: complétez les phrases:  

Les régions de la Terre qui absorbent le plus d'énergie solaire sont celles qui reçoivent le ..................... d'énergie incidente et qui ont l'albédo le plus ..................... Ces zones se situent .................................... (et .............).
Les régions de la Terre qui absorbent le moins d'énergie solaire sont celles qui reçoivent le ..................... d'énergie incidente et qui ont l'albédo le plus ..................... Ces zones se situent .................................... (et .............). 

  

5. Emission d'énergie

Le rayonnement solaire absorbé réchauffe le sol et les océans, et la planète perd alors cette énergie en réémettant des rayons infrarouges vers l'espace. La quantité d'énergie que nous recevons du soleil doit être égale à celle réémise, sinon la Terre verrait sa température augmenter ou diminuer! Cet équilibre entre énergie reçue et énergie réémise est appelé bilan radiatif.

Regardez l'image ci-dessous. Elle montre l'énergie moyenne émise par seconde et par mètre carré pendant la journée, en janvier 2004. Les unités sont des Watts par mètre carré.

• Quelles zones émettent le plus d'énergie ?
• Quelles zones en émettent le moins ?
• Quelle est l'énergie émise dans votre pays ?

Energie moyenne émise pendant la journée en janvier 2004 (W/m²). Photo: NOAA

6. Conclusions: le bilan radiatif en différents endroits de la Terre

La Terre absorbe l'énergie du soleil et réémet des rayons infrarouges. La différence entre l'énergie solaire incidente (qui chauffe la planète) et l'énergie réémise sous forme de rayonnement infrarouge peut être calculée (à partir d'images comme celles que vous venez de voir dans cet exercice), en chaque point du globe. D'un point de vue planétaire et sur une échelle annuelle, l'énergie solaire incidente est égale à l'énergie réémise (le bilan radiatif est en équilibre), mais ceci n'est pas toujours vrai à l'échelle locale. 

L'image ci-dessous montre le bilan radiatif annuel moyen de la Terre en W/m².

• Tracez une ligne là où le bilan rédiatif est en équilibre (égal à zéro).
• Dans quelles zones ce bilan est-il positif, et dans quelles zones est-il négatif?  
• Regardez le bilan radiatif en Europe. Est-il positif ou négatif? Ceci est-il en accord avec vos conclusions précédentes?
• Que pouvez-vous observer en ce qui concerne le Sahara? Comment expliquez-vous cela?
• On devrait s'attendre à ce que les régions ayant un bilan radiatif positif deviennent de plus en plus chaudes, tandis que celles ayant un bilan négatif devraient être de plus en plus froides. Ce n'est pas le cas en réalité. Connaissez-vous des mécanismes naturels qui équilibrent les températures de la planète (pensez aux mouvements de l'atmosphère ou des océans).
  

Le bilan radiatif annuel de la Terre (W/m²). Photo: NOAA

Toutes les images de cet exercice proviennent de la National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA. Si vous désirez connaître les valeurs de ces flux d'énergie pour une date ou une période précise, vous pouvez aller sur le site de la NOAA:
http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/RB/RB.html

Merci à http://www.educnet.education.fr/ pour nous avoir donné l'idée de cet exercice.

Auteurs: Ellen K. Henriksen et Camilla Schreiner - University of Oslo - Norvège. Relecteur scientifique: Justine Gourdeau - LaMP Clermont ferrand - France - 13.01.2004. Dernière version: 27.03.2004.