Le bilan radiatif terrestre

A

La puissance solaire interceptée par la Terre

• En raison de son éloignement, la Terre ne reçoit qu'une infime partie de la puissance totale émise par le Soleil. Cette proportion est due à des considérations géométriques (le rayon de la Terre est très faible par rapport à sa distance au Soleil).
• La puissance interceptée par la Terre se répartit sur l'ensemble de sa surface grâce à la rotation journalière du globe.

B

Le rôle de l'albédo

• La Terre n'absorbe pas totalement le rayonnement solaire qui lui parvient : une partie est réfléchie par l'atmosphère et la surface. L'albédo $\alpha$ correspond au rapport entre la puissance de rayonnement solaire réfléchi et la puissance de rayonnement incident. La valeur de l'albédo dépend de la nature de la surface (continents, océans) et de la couverture nuageuse, plus ou moins réfléchissante.
• La mesure de l'albédo moyen de la Terre (de l'ordre de 0,30) permet de déterminer la part de la puissance solaire réfléchie vers l'espace et d'en déduire la part réellement absorbée par la Terre.

A

L'émission d'un rayonnement infrarouge par la Terre

• La Terre émet un rayonnement électromagnétique dans une gamme de longueurs d'onde centrée sur 10 μm, essentiellement de l'infrarouge.

B

L'équilibre thermique dynamique de la Terre

• Pour que la température moyenne soit stable au cours du temps, la Terre émet vers l'espace une puissance moyenne égale à celle qu'elle absorbe. Il s'agit d'un équilibre thermique dynamique stable au cours du temps.

A

Une mise en évidence et son mécanisme

• La température moyenne de la surface terrestre (sol, mers, etc.), d'environ 15 °C, est supérieure à celle qu'un corps devrait avoir en émettant autant de puissance surfacique qu'elle n'en reçoit du Soleil, selon la loi de Stefan-Boltzmann. Le rayonnement solaire n'est donc pas la seule source d'énergie que reçoit la surface.
• L'atmosphère contient des gaz à effet de serre (l'eau ${\text{H}}_2\text{O}$, le dioxyde de carbone ${\text{CO}}_2$, le méthane ${\text{CH}}_4$, le protoxyde d'azote ${\text{N}}_2\text{O}$) qui absorbent une partie des rayonnements qui la traversent, essentiellement dans la gamme des infrarouges. L'atmosphère réémet ensuite un rayonnement, notamment vers la surface terrestre.

B

L'effet de serre et la température de surface

• La température moyenne de la surface terrestre résulte d'un équilibre dynamique entre, d'une part, l'émission infrarouge de la surface et, d'autre part, l'absorption du rayonnement solaire et du rayonnement infrarouge issu de l'atmosphère.

• la vapeur d'eau et les gouttelettes d'eau ${\text{H}}_2\text{O}$ liquide dans les nuages, à l'origine de près de 75 % du phénomène ;
• le dioxyde de carbone ${\text{CO}}_2$ gazeux.