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STAGE - LE BILAN RADIATIF TERRESTRE

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Le bilan radiatif terrestre global

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Le bilan radiatif terrestre global

 

Le bilan radiatif est la différence entre toute l’énergie que la Terre et l’atmosphère reçoivent et l’énergie qu’elles renvoient vers l’espace. Si le bilan radiatif est nul alors la température de la planète et de l’atmosphère, est constante. Nous allons voir que l’équilibre sur Terre est précaire.

 

I. Bilan radiatif

 

La Terre reçoit de l’énergie de la part du Soleil et le rayonnement incident est de l’ordre de 342 W.m-2. On exprime cette énergie en watt par mètre carré, par unité de surface. Cette énergie de 342 W.m-2 correspond à ce qui est reçu au sommet de l’atmosphère.

On a représenté ci-dessous l’atmosphère en haut et la surface de la Terre en bas.

 

bilan-radiatif_3

 

Sur ces 342 W.m-2, à peu près la moitié parvient jusqu’à la surface de la Terre, et un peu moins d’un tiers (de l’ordre de 102 W.m-2) est réémis vers l’espace notamment grâce à l’albédo des nuages mais aussi des différentes surfaces terrestres. Cet albédo correspond donc à un renvoi direct de l’énergie, on dit que c’est une énergie qui réfléchit et donc c’est le pouvoir réfléchissant de l’atmosphère et des différentes surfaces de la Terre.

Puisque la Terre est réchauffée par l’énergie reçue par le Soleil, elle réémet une partie de cette chaleur sous forme de rayonnement infrarouge, représenté en vert sur le schéma, qui va être piégé pour partie dans l’atmosphère à cause des gaz à effet de serre, notamment la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane CH4). Ces trois gaz sont les principaux participants à l’effet de serre.

L’effet de serre permet un réchauffement de la Terre : il permet la vie sur Terre. Sans effet de serre, la Terre serait à une température largement négative, de l’ordre de -20°C. Cet effet de serre piège donc une partie de la chaleur émise par la Terre. Néanmoins, une partie de cette chaleur s’échappe vers l’espace. On l’évalue aujourd’hui de l’ordre de 240 W.m-2.

Si on fait la différence entre ce qui est reçu et ce qui est réémis par la Terre, on obtient :

- un rayonnement incident de l’ordre de 342 W.m-2,

- un renvoi direct notamment par albédo de l’ordre de 102 W.m-2,

- un renvoi de chaleur sous forme de rayonnement infrarouge de l’ordre de 240 W.m-2.

 

Bilan radiatif = 342 - 102 - 240 = 0

Cette opération est donc nulle (pour le moment), on est à 0 W.m-2, ce qui veut dire que la température sur Terre est à peu près constante.

 

II. Un équilibre instable

 

Cet équilibre est un équilibre dynamique et en l’occurrence instable : 

Cet équilibre peut varier en fonction de l’énergie reçue au départ, ce sur quoi nous n’avons pas d’influence. En effet, si le Soleil nous envoie à peu près 342 W.m-2, il peut arriver qu’il ait une activité plus importante (on parle parfois de tempête solaire). Avec plus ou moins de régularité, l’activité solaire varie, et donc si l’énergie reçue de par le Soleil augmente, s’il y a variation de l’activité solaire, on peut alors avoir un réchauffement de notre planète.

Ensuite, nous pouvons avoir une influence sur cet équilibre :

- Sur l’albédo : l’énergie que renvoie la Terre. On pourrait se dire que c’est quelque chose de naturel, mais on sait que la nature de la surface considérée influence la quantité d’énergie renvoyée vers l’espace. Par exemple en réduisant les calottes glaciaires, on force la Terre à absorber plus de chaleur, donc on déséquilibre le bilan radiatif et on permet une augmentation de la température.

- En augmentant sans arrêt la quantité de gaz à effet de serre stockée dans notre atmosphère, on augmente l'effet de serre, c’est-à-dire qu’on limite la quantité d’énergie émise sous forme d’infrarouges vers l’espace. Donc on réduit le dernier terme de l’opération, on déséquilibre ce bilan et on a tendance à faire augmenter la température.

 

Conclusion

 

Aujourd’hui, il est évident que par ses activités, l’homme a tendance à faire augmenter la température terrestre. Cette température a évolué si l'on considère toute l’histoire de notre planète, depuis 4,6 milliards d’années. Il y a eu des périodes chaudes, des périodes froides. Néanmoins, ce qui est inquiétant aujourd'hui, c’est que la température augmente beaucoup, et surtout qu’elle augmente très vite.