{"id":2930,"date":"2022-08-02T16:54:00","date_gmt":"2022-08-02T15:54:00","guid":{"rendered":"https:\/\/endorfeen.com\/?p=2930"},"modified":"2023-08-18T11:02:30","modified_gmt":"2023-08-18T10:02:30","slug":"le-bilan-thermique-terrestre-ce-que-vous-devez-savoir","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/endorfeen.com\/fr\/le-bilan-thermique-terrestre-ce-que-vous-devez-savoir\/","title":{"rendered":"Le bilan thermique terrestre, ce que vous devez savoir"},"content":{"rendered":"\n

Le bilan thermique terrestre est le r\u00e9sultat de transferts d’\u00e9nergie entre la Terre et l’espace. Notre plan\u00e8te est habitable car son bilan \u00e9nerg\u00e9tique permet de maintenir la temp\u00e9rature de sa surface relativement stable. En fait, la temp\u00e9rature de la Terre est un exercice d\u2019\u00e9quilibre entre l\u2019\u00e9nergie rayonnante qu\u2019elle re\u00e7oit du Soleil et plusieurs m\u00e9canismes qui transf\u00e8rent la chaleur entre la surface, l\u2019atmosph\u00e8re et l\u2019espace. Dans cet article nous allons voir de quoi il s’agit et analyser ses composants en d\u00e9tail, car cela est indispensable pour comprendre quels facteurs peuvent influencer la temp\u00e9rature et donc le climat de la plan\u00e8te. <\/p>\n\n\n\n

Chaque seconde la Terre re\u00e7oit des quantit\u00e9s \u00e9normes d’\u00e9nergie sous forme de rayons solaires, alors comment se fait-il qu’elle ne devient pas constamment plus chaude ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Pensez \u00e0 la derni\u00e8re fois que vous \u00e9tiez tr\u00e8s pr\u00e8s de quelqu\u2019un. Vous pouviez ressentir leur chaleur, n\u2019est-ce pas ? Cela parce que tous les corps \u00e9mettent de l\u2019\u00e9nergie sous forme de radiation. Plus la temp\u00e9rature d\u2019un corps est haute, plus il \u00e9met de l\u2019\u00e9nergie. Dans notre syst\u00e8me solaire le corps le plus chaud est le Soleil. C\u2019est le Soleil qui produit la quasi-totalit\u00e9 de l\u2019\u00e9nergie que nous recevons sur la Terre, sous forme de rayons solaires. Mais la Terre aussi, en tant que corps avec une certaine temp\u00e9rature, \u00e9met de l\u2019\u00e9nergie dans l\u2019espace, sous forme de rayonnement infrarouge et c\u2019est cela qui permet \u00e0 la Terre de \u00ab r\u00e9guler \u00bb sa temp\u00e9rature.<\/p>\n\n\n\n

\"Photo
Photo by Kseniia Zaitseva<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Comprendre le bilan thermique terrestre – tous les corps tendent vers l’\u00e9quilibre thermique<\/h2>\n\n\n\n

Pour comprendre la relation entre l\u2019\u00e9nergie re\u00e7ue par un corps et sa temp\u00e9rature imaginons une pierre illumin\u00e9e par le soleil. Or, lorsque des rayons d\u2019\u00e9nergie, tels que les rayons solaires, frappent une surface une partie de l\u2019\u00e9nergie qu\u2019ils transportent sera absorb\u00e9e et transform\u00e9e en \u00e9nergie thermique (une autre partie sera r\u00e9fl\u00e9chie et va donc repartir dans l\u2019espace). Notre pierre absorbe donc l\u2019\u00e9nergie radiative qu\u2019elle re\u00e7oit du soleil et la transforme en chaleur. Ceci fera augmenter sa temp\u00e9rature. En m\u00eame temps, plus la temp\u00e9rature de la pierre augmente, plus elle \u00e9met de l\u2019\u00e9nergie \u00e0 son tour. <\/p>\n\n\n\n

Ainsi, m\u00eame si notre pierre continue de recevoir de l’\u00e9nergie, il devient de plus en plus difficile d\u2019augmenter sa temp\u00e9rature car en m\u00eame temps elle \u00e9met de la chaleur et perd de plus en plus d’\u00e9nergie au b\u00e9n\u00e9fice de l’environnement. Apr\u00e8s un certain temps, un \u00e9quilibre \u00e9nerg\u00e9tique s’\u00e9tablit : la pierre \u00e9met tout autant d’\u00e9nergie qu’elle en re\u00e7oit et sa temp\u00e9rature cesse de croitre et reste stable.<\/p>\n\n\n\n

De m\u00eame, la temp\u00e9rature de tout objet qui a atteint l’\u00e9quilibre thermique reste la m\u00eame tant qu’il n’y a pas un changement dans l\u2019apport en \u00e9nergie. Si l\u2019apport en \u00e9nergie augmente, la temp\u00e9rature de l\u2019objet augmentera aussi, jusqu’\u00e0 ce qu’un nouvel \u00e9quilibre thermique soit \u00e9tabli. Au contraire, si l\u2019apport en \u00e9nergie diminue, la temp\u00e9rature baissera jusqu’\u00e0 atteindre un nouvel \u00e9quilibre \u00e9nerg\u00e9tique.<\/p>\n\n\n\n

Globalement, notre plan\u00e8te se trouve aussi en \u00e9quilibre thermique. Cela signifie qu\u2019elle re\u00e7oit tout autant d\u2019\u00e9nergie du soleil qu\u2019elle en d\u00e9gage dans l\u2019espace. Puisque la quantit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie que nous recevons du soleil varie tr\u00e8s peu dans le temps, \u00e0 priori, notre plan\u00e8te devrait garder une temp\u00e9rature stable. <\/p>\n\n\n\n

On peut d\u00e8s lors se poser la question : si le bilan radiatif terrestre est \u00e0 l\u2019\u00e9quilibre, pourquoi la temp\u00e9rature est-elle en train d\u2019augmenter ? d\u2019o\u00f9 vient le probl\u00e8me du r\u00e9chauffement climatique ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Pour comprendre le probl\u00e8me, il faut distinguer entre l’\u00e9nergie qui arrive au sommet de l’atmosph\u00e8re et celle qui arrive \u00e0 la surface de la plan\u00e8te et consid\u00e9rer les \u00e9changes d’\u00e9nergie entre la surface et l’atmosph\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n

Combien d’\u00e9nergie arrive \u00e0 la surface de la Terre ?<\/h2>\n\n\n\n

Les scientifiques quantifient le flux d\u2019\u00e9nergie qui arrive au sommet de l\u2019atmosph\u00e8re \u00e0 340 watts par m\u00e8tre carr\u00e9<\/a>. Cela signifie que chaque m\u00e8tre carr\u00e9 re\u00e7oit en moyenne 340 joules, ou 80 calories d\u2019\u00e9nergie toutes les secondes. Puisque, comme on vient de voir, la plan\u00e8te est en \u00e9quilibre thermique cela signifie qu\u2019\u00e0 son tour, au sommet de l\u2019atmosph\u00e8re, la plan\u00e8te \u00e9met vers l\u2019espace 340 watts par m\u00e8tre carr\u00e9. Mais puisque nous ne vivons pas au sommet de l\u2019atmosph\u00e8re, il nous faut analyser combien de cette \u00e9nergie arrive et quitte la surface de la Terre.<\/p>\n\n\n\n

En effet 340 watts ne correspondent pas \u00e0 l\u2019\u00e9nergie qui peut effectivement \u00eatre absorb\u00e9e et transform\u00e9e en chaleur par la surface terrestre. Une partie des rayons solaires est r\u00e9fl\u00e9chie directement par l\u2019atmosph\u00e8re et repart aussit\u00f4t vers l\u2019espace sans jamais \u00eatre transform\u00e9e en chaleur. Une autre partie des rayons est intercept\u00e9e et absorb\u00e9e par l\u2019atmosph\u00e8re. Par cons\u00e9quent, il y a seulement une partie de l\u2019\u00e9nergie solaire qui parvient \u00e0 traverser l\u2019atmosph\u00e8re et arrive jusqu\u2019\u00e0 la surface. Toutefois, cela ne correspond pas encore \u00e0 l\u2019\u00e9nergie absorb\u00e9e par la surface terrestre, car la surface aussi r\u00e9fl\u00e9chit une partie des rayons.<\/p>\n\n\n\n

L’alb\u00e9do ou le pouvoir r\u00e9fl\u00e9chissant<\/h3>\n\n\n\n

L’alb\u00e9do de la Terre nous donne la proportion entre l’\u00e9nergie r\u00e9fl\u00e9chie et l’\u00e9nergie solaire re\u00e7ue par la plan\u00e8te. L\u2019alb\u00e9do d’un corps ou d’une surface d\u00e9pend de sa composition et se manifeste par sa couleur. Notamment, une surface est blanche si elle r\u00e9fl\u00e9chit la plupart de la lumi\u00e8re. Plus elle absorbe, plus elle sera fonc\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

Vu sa composition tr\u00e8s h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne, la surface de la Terre a un pouvoir r\u00e9fl\u00e9chissant tr\u00e8s vari\u00e9. Par exemple, les surfaces recouvertes de neige et de glace sont beaucoup plus r\u00e9fl\u00e9chissantes que les for\u00eats et les oc\u00e9ans. Les zones urbaines, au contraire sont habituellement des zones avec un bas pouvoir r\u00e9fl\u00e9chissant et qui ont donc plut\u00f4t la tendance \u00e0 absorber les rayons et les transformer en chaleur. Dans l’atmosph\u00e8re aussi, l\u2019alb\u00e9do peut varier significativement en fonction de la couverture nuageuse. Certains types de nuages, g\u00e9n\u00e9ralement celles qui se trouvent \u00e0 des basses altitudes, ont un pouvoir r\u00e9fl\u00e9chissant tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9. Actuellement, en moyenne, l\u2019alb\u00e9do de notre plan\u00e8te est aux alentours de 30%. Cela signifie que seulement 70% de l’\u00e9nergie solaire qui arrive au sommet de l’atmosph\u00e8re est absorb\u00e9e et transform\u00e9e en chaleur. <\/p>\n\n\n\n

Ainsi, en moyenne, des 340 watts par m\u00e8tre carr\u00e9 qui arrivent, environ 76 watts sont r\u00e9fl\u00e9chis par l’atmosph\u00e8re et 24 watts sont r\u00e9fl\u00e9chis par la surface. De plus 78 watts sont absorb\u00e9s dans l’atmosph\u00e8re avant d’atteindre la surface. Pour finir, moins de la moiti\u00e9 du flux, c’est-\u00e0-dire 161 watts sont absorb\u00e9s par la surface.<\/p>\n\n\n\n

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Repr\u00e9sentation sch\u00e9matique du bilan thermique de la Terre. (Source des donn\u00e9es Loeb et al, J. Clim., 2009; Trenberth et al., BAMS, 2009)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Les \u00e9changes d\u2019\u00e9nergie \u00e0 la surface de la terre<\/h2>\n\n\n\n

Examinons maintenant ce qui se passe avec l\u2019\u00e9nergie \u00e9mise par la Terre vers l\u2019espace. \u00c0 pr\u00e9sent, la surface de la Terre a une temp\u00e9rature moyenne de15\u00b0 Celsius. Cela signifie qu\u2019en moyenne, la surface de la Terre \u00e9met vers l\u2019atmosph\u00e8re 398 watts par m\u00e8tre carr\u00e9. Au contraire de l\u2019\u00e9nergie solaire qui arrive sur la Terre principalement sous forme de rayons visibles , l\u2019\u00e9nergie radiative de la Terre prend la forme de rayonnement infrarouge. Cela est d\u00fb au fait que la temp\u00e9rature de la Terre est beaucoup plus basse que celle du Soleil.<\/p>\n\n\n\n

Le r\u00f4le des gaz \u00e0 effet de serre<\/h4>\n\n\n\n

L’atmosph\u00e8re, et plus pr\u00e9cis\u00e9ment les gaz \u00e0 effet de serre pr\u00e9sents dans l’atmosph\u00e8re, sont beaucoup plus efficaces \u00e0 absorber les rayons infrarouges que les rayons solaires. Ainsi, de toute l’\u00e9nergie \u00e9mise par la surface de la Terre, seulement 40 watts parviennent \u00e0 traverser l’atmosph\u00e8re et s’\u00e9chapper directement. Tout le reste est absorb\u00e9 par les mol\u00e9cules de gaz \u00e0 effet de serre dans l’atmosph\u00e8re. Cela fait augmenter significativement la temp\u00e9rature des gaz qui forment l’atmosph\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n

Les mol\u00e9cules de gaz vont \u00e9mettre \u00e0 leur tour davantage de radiations. Puisque les mol\u00e9cules de gaz \u00e9mettent dans toutes les directions, la radiation \u00e9mise est soit renvoy\u00e9e vers la surface, soit absorb\u00e9e et transf\u00e9r\u00e9e par des mol\u00e9cules de gaz qui se trouvent plus en altitude. Ce processus se r\u00e9p\u00e8te jusqu’\u00e0 une hauteur de cinq ou six kilom\u00e8tres. Pass\u00e9 cette altitude, la concentration de gaz devient plus faible et la radiation peut finalement s’\u00e9chapper vers l\u2019espace.<\/p>\n\n\n\n

\u00c0 pr\u00e9sent, le r\u00e9sultat est qu\u2019environ 200 watts repartent dans l’espace, tandis que 342 sont redirig\u00e9s vers la surface terrestre. Cette valeur d\u00e9pend fortement de la concentration de gaz \u00e0 effet de serre. Plus cette concentration est importante plus d’\u00e9nergie est intercept\u00e9e et r\u00e9\u00e9mise vers la surface. <\/p>\n\n\n\n

Nous voyons alors que m\u00eame si la quantit\u00e9 d’\u00e9nergie solaire re\u00e7ue au sommet de l’atmosph\u00e8re reste stable, la quantit\u00e9 d’\u00e9nergie re\u00e7ue par la surface de la Terre, et donc sa temp\u00e9rature d’\u00e9quilibre, d\u00e9pend de facteurs qui peuvent varier. Ces facteurs sont par exemple, la concentration de gaz \u00e0 effet de serre dans l’atmosph\u00e8re, ou l\u2019alb\u00e9do qui change lorsque des surfaces couvertes de glace disparaissent.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Quel est le rapport entre le bilan thermique terrestre et le climat (ou la m\u00e9t\u00e9o) ?<\/h2>\n\n\n\n

Jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent nous avons abord\u00e9 le sujet d’\u00e9changes de chaleur qui se font gr\u00e2ce \u00e0 des radiations (rayons de lumi\u00e8re dans le cas du soleil et rayons infrarouges dans le cas de la surface Terre et de l’atmosph\u00e8re). Or, si nous analysons les flux entre la surface de la Terre et l’atmosph\u00e8re nous remarquerons que la surface re\u00e7oit environ 100 watts par m\u00e8tre carr\u00e9 de plus que ce qu’elle \u00e9met. Afin d\u2019obtenir le bilan \u00e9nerg\u00e9tique \u00e0 la surface, il faut donc un autre moyen que les rayons infrarouges pour lib\u00e9rer de l’\u00e9nergie de la surface \u00e0 l’atmosph\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n

En r\u00e9alit\u00e9, il existe deux autres moyens pour transf\u00e9rer cet exc\u00e8s d\u2019\u00e9nergie. Le premier et l’\u00e9vaporation de l\u2019eau. Lorsque l’eau \u00e0 la surface de la terre se transforme en vapeur et monte dans l’atmosph\u00e8re, elle emporte avec elle de l’\u00e9nergie sous forme de chaleur latente. Une fois que la vapeur condense et forme des nuages, cette chaleur, qui correspond \u00e0 80 watts par m\u00e8tre carr\u00e9, est lib\u00e9r\u00e9e dans l’atmosph\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n

Le second moyen permettant de transf\u00e9rer l\u2019exc\u00e8s d\u2019\u00e9nergie (approximativement 20 watts) de la surface terrestre \u00e0 l’atmosph\u00e8re est la circulation atmosph\u00e9rique (\u00ab\u00a0les vents\u201d). L\u2019air, au contact avec la surface, se r\u00e9chauffe. Lorsqu’il circule dans l’atmosph\u00e8re, il emm\u00e8ne avec lui de la chaleur.<\/p>\n\n\n\n

Ainsi, la cycle \u00e9vaporation\/pr\u00e9cipitation et la circulation atmosph\u00e9rique (intensit\u00e9 et direction des vents) deviennent aussi deux pi\u00e8ces du puzzle intrins\u00e8quement li\u00e9es au bilan \u00e9nerg\u00e9tique de la Terre. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

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