Cours





2
Le devenir de la puissance transmise

A
Émission d’un rayonnement infrarouge par la Terre

La Terre émet un rayonnement électromagnétique infrarouge dans une gamme de longueurs d’onde centrée sur 10 μm.


B
Équilibre thermique dynamique de la Terre

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.

La puissance radiative solaire reçue par la Terre


Le rôle de l’albédo

Le rôle de l’albédo
Réflexion d’une partie du rayonnement reçu, variant selon l’albédo de chaque région. Par exemple, les glaciers ont un albédo fort. C'est l'albédo moyen de la Terre, atmosphère incluse, qui est indiqué ici.

Puissance solaire interceptée par la Terre

La Terre, de rayon RTR_T, est située à une distance DD du Soleil. À cette distance, la puissance solaire totale se répartit sur toute une sphère de rayon D,D, dont la surface vaut 4πD24 \pi \cdot D^{2}. De toute la puissance répartie sur cette sphère, la Terre en intercepte une proportion, sur une surface égale à πRT2\pi \cdot R_{\mathrm{T}}^{2}. La Terre intercepte donc une proportion ε\varepsilon de la puissance émise par le Soleil égale à :
ε=πRT24πD2=(RT2D)2\varepsilon=\dfrac{\pi \cdot R_T^{2}}{4 \pi \cdot D^{2}}=\left(\dfrac{R_{\mathrm{T}}}{2 D}\right)^{2}

Puissance solaire interceptée par la Terre
Portion de puissance solaire interceptée par la Terre, située à une distance DD du Soleil.

Mots-clés

Albédo : pour une surface, rapport de l’énergie des ondes renvoyées sur l’énergie incidente. Il est de 0 pour un corps noir parfait et de 0,9 pour la neige.

Effet de serre : réchauffement de l’atmosphère terrestre dû à la rétention du rayonnement émis par la surface terrestre.

3
L’absorption du rayonnement par l’atmosphère et l’effet de serre

A
Mise en évidence et origine de l’effet de serre

La température moyenne de la surface terrestre est supérieure à celle calculée d'après l'équilibre thermique de la planète : le rayonnement solaire absorbé n'est donc pas la seule source de chaleur que reçoit la surface.

L’atmosphère contient des gaz qui absorbent certains rayonnements, essentiellement dans la gamme des infrarouges. L'atmosphère absorbe donc une partie de la puissance émise par la surface et la réémet vers la surface et vers l'espace.


B
L’effet de serre et la température de surface

La température moyenne de la surface terrestre (15 °C) est le résultat 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.

Le saviez-vous ?

Les deux principaux acteurs de l'effet de serre sont :
  • la vapeur d’eau et les gouttelettes d’eau liquide dans les nuages (H2O), à l’origine de près de 75 % du phénomène ;
  • le dioxyde de carbone (CO2).

D’autres gaz présents en plus faible quantité participent aussi au phénomène : le méthane (CH4), l'oxyde nitreux (N2O), etc.

La répartition de la puissance solaire reçue


La répartition de la puissance solaire reçue

1
La puissance radiative solaire reçue par la Terre

A
Puissance solaire interceptée par la Terre

Plus de 99,9 % de la puissance reçue par l’atmosphère et la surface terrestre provient du Soleil. Pourtant, la Terre ne reçoit qu’une infime partie (environ un demi-milliardième) de la puissance émise par le Soleil. Cette proportion de la puissance totale est déterminée par le rayon de la Terre et sa distance au Soleil.

La puissance totale interceptée par la Terre est naturellement répartie sur l'ensemble de sa surface par la rotation journalière du globe terrestre.


B
Le rôle de l’albédo

Une fraction de la puissance interceptée par la Terre est réfléchie par l’atmosphère et la surface. L’albédo est le rapport de la puissance de rayonnement réfléchi par la puissance de rayonnement reçu. La valeur de l’albédo dépend de la nature de la surface (continents, océans) et de la couverture nuageuse.

La mesure de l’albédo moyen de la Terre (environ 0,30) permet de déterminer la part de la puissance solaire réfléchie vers l’espace, et d’en déduire la part absorbée par la Terre.

Chiffres-clés

La température moyenne au sol sur Terre serait de -18 °C sans l’influence de l’atmosphère. L’effet de serre sur Terre permet au sol de bénéficier d’une température moyenne de 15 °C, soit un gain global de 33 °C !

Le saviez-vous ?

La température moyenne à la surface de la Lune est de -2 °C. La Lune n'a pas d'atmosphère, donc pas d'effet de serre, mais son albédo faible (0,11) lui permet d'absorber une plus grande part du rayonnement solaire que la Terre.
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