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STAGE - LE BILAN RADIATIF TERRESTRE

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Énergie solaire reçue sur Terre et albédo

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Énergie solaire reçue sur Terre et albédo

 

I. Rayonnement solaire incident

 

Constante solaire : fraction de l’énergie émise au total par le Soleil qui parvient jusqu’à notre planète. Cette constante solaire s’exprime en W.m-2 puisqu’il s’agit d’une énergie qui parvient par surface donc par unité de surface notamment à la Terre (mais ce serait aussi valable pour toutes les autres planètes et tout corps qui se trouve à proximité du Soleil). La constante solaire est de l’ordre de 1370 W.m-2 mais cette énergie se répartit en réalité sur la Terre qui est une sphère et non pas un disque qui intercepterait les rayons du Soleil.

Donc le rayonnement solaire incident, qui correspond à l’énergie réellement reçue par unité de surface à la surface de l’atmosphère (en haut de l’atmosphère) est de l’ordre de 340 W.m-2. C’est l’ensemble de l’énergie que la Terre reçoit, que l’on ressent nous sous forme de lumière et de chaleur.

En réalité cette énergie qui arrive à la surface de l’atmosphère ne va pas parvenir jusqu’à la surface de la Terre. Une partie de cette énergie est perdue lors de son trajet entre la surface de l’atmosphère (plusieurs centaines de kilomètres d’altitude) et la surface de la Terre.

 

II. Albédo

 

Albédo : proportion de l’énergie renvoyée, réfléchie par rapport à l’énergie reçue. Elle s’exprime le plus souvent en pourcentage. On va dire qu’une surface renvoie par exemple 50 % de l’énergie qu’elle reçoit, cela signifie que les 50 autres pourcents sont absorbés par cette surface.

L’albédo d’une surface dépend  :

- de la couleur, c’est-à-dire de la nature de cette surface ;

- de la façon dont l’énergie parvient à cette surface, on parle d’angle d’incidence ;

- de la température, c’est-à-dire qu’en fonction de la température terrestre, l’albédo varie.

 

III. Bilan énergétique à la surface de la Terre

 

albedo

 

On a représenté à la base du schéma une portion de la Terre sous forme de demi-cercle et on montre que selon le couvert que l’on trouve à la surface de la Terre, l’albédo n’est pas le même. Le rayonnement solaire incident est de 340 W.m-2 au sommet de l’atmosphère.

 

A. Énergie dissipée par les gaz atmosphériques

Dans cette énergie qui pénètre dans l’atmosphère, environ 20 % est dissipée au niveau des gaz atmosphériques, ce qui agite les gaz.

On rappelle que l’atmosphère est constituée de différents gaz : principalement du diazote (N2) à 78 %, une proportion importante de dioxygène (O2) à 21 % puis des gaz plus rares comme le dioxyde de carbone (CO2), la vapeur d’eau (H2O), etc. La quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère peut varier au cours du temps, elle varie aussi selon l’endroit où l'on se trouve sur Terre et cela a aussi une influence sur la façon dont l’énergie est absorbée et éventuellement renvoyée. La vapeur d’eau a aussi une influence sur l’albédo.

  

B. Énergie renvoyée par les nuages

Un peu plus de 20 % également est directement renvoyée (albédo) par les nuages et tout ce qui se trouve dans l’atmosphère, notamment l’eau sous forme de gouttelettes microscopiques qui se trouvent dans l’atmosphère. Au final sur ces 340 W.m-2, la moitié (environ 170 W.m-2) parviennent réellement à la surface de la Terre.

 

C. Énergie renvoyée à la surface de la Terre

Selon le couvert de la Terre, l’énergie est plus ou moins renvoyée et donc plus ou moins absorbée.

- Par les océans : La plus grande partie de la surface de la Terre, 48 % exactement, correspond aux océans. Sur le schéma sont représentés les différents couverts et entre parenthèses le pourcentage de la surface de la Terre qu’ils représentent. En dessous, est indiqué l’albédo de la surface considérée. Par exemple, les océans renvoient 5 à 10 % de l’énergie qu’ils reçoivent sans l’absorber. On dit que l’albédo dans les océans est de 5 à 10 %.

- Par les déserts : Les déserts, autre exemple, renvoient 30 à 50 % de l’énergie qu’ils reçoivent et absorbent donc 50 à 70 % de l’énergie reçue. Les déserts représentent à peu près 17 % de la surface de la Terre.

- Autres surfaces : Sans évoquer toutes les autres valeurs, on parle de l’albédo des forêts, qui est de l’ordre de 5 à 20 %, des terres agricoles, des routes et des villes.

- Par les surfaces enneigées : Un albédo non négligeable est celui des banquises qu’on trouve notamment au niveau des pôles : les neiges et les banquises ont un albédo très fort. En effet, en tant que surface blanche, ils réfléchissent beaucoup la lumière, jusqu’à 95 % de l’énergie reçue est renvoyée sans être absorbée (60 à 95 %). Actuellement, le couvert de neige et de banquise représente à peu près 5 % de la surface terrestre, mais possède un albédo très fort.

 

D. Bilan

Au final, la Terre renvoie par ces différentes surfaces, mais aussi par les nuages, une certaine proportion de l’énergie reçue : environ 102 W.m-2 sont renvoyés à l’extérieur de l’atmosphère terrestre. On dit donc que l’albédo moyen de notre planète est de l’ordre de 30 %, puisque 102 W.m-2 représente à peu près le tiers (un peu moins) des 340 W.m-2 qui parvenaient au sommet de l’atmosphère.

 

Conclusion

 

Sur les 340 W.m-2 qui parvenaient à la surface de l’atmosphère, la moitié de cette énergie solaire parvient réellement à la surface de la Terre et sur cette moitié, l’ensemble n’est pas absorbé à cause de l’albédo. On a donc environ deux tiers qui sont absorbés et un tiers qui est renvoyé vers l’espace, vers l’extérieur de l’atmosphère.

Ces deux tiers absorbés permettent à la planète de se réchauffer par ses continents et par ses océans. Enfin, selon la surface considérée l’albédo varie. Avec le bouleversement climatique et le réchauffement global on diminue la surface des banquises, et dans le même temps on diminue une zone qui renvoie beaucoup d’énergie. Autrement dit, on permet à la Terre d’absorber encore plus d’énergie puisque cette zone avait un albédo fort alors que les zones qui la remplacent (zones de terre, de forêt, de désert) renvoient moins d’énergie et absorbent plus de chaleur ce qui participe au réchauffement climatique. Ainsi, la transformation de la planète et la transformation des surfaces considérées a une influence sur les modifications climatiques.