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L'atmosphère et le rayonnement

Le climat et sa variabilité

Enveloppe gazeuse entourant notre planète, médiatrice entre la biosphère et le cosmos, l'atmosphère rend possible la vie tout en étant son produit. Sans régénération par la photosynthèse, l'oxygène de l'atmosphère disparaîtrait en quelques millions d'années. Son abondance actuelle (21 p. 100 de l'air atmosphérique) résulte d'un léger déséquilibre — s'étendant sur des centaines de millions d'années — entre la production d'oxygène par la photosynthèse des plantes vertes et sa destruction par leur respiration et par leur décomposition. Ce même déséquilibre a créé les carburants fossiles, et il explique en partie le niveau relativement faible de gaz carbonique dans l'atmosphère actuelle.

Comme l'atmosphère modère les flux d'énergie entre le Soleil, la surface terrestre et le cosmos, puis répartit la chaleur et l'eau des zones où elles sont abondantes vers celles qui sont moins bien pourvues, elle permet l'extension de la biosphère à pratiquement l'ensemble de la Terre. Le climat, qui dépend également de nombreux facteurs non atmosphériques (astronomiques, géologiques, océaniques, etc.), se définit d'abord par une description statistique de l'état de l'atmosphère près du sol : température, pression, vent, humidité, nébulosité, précipitations, ensoleillement, etc. Cet ensemble de paramètres détermine quelles espèces végétales et animales pourront s'épanouir à tel ou tel endroit.

Les paramètres météorologiques fluctuent au jour le jour. Autrefois, ces fluctuations semblaient appartenir au domaine de l'aléatoire ; cela reste vrai aujourd'hui au-delà de dix jours de prévision. En climatologie, nous relions le temps apparemment désordonné de la météorologie aux cycles apparemment immuables des astronomes : le climat, c'est ce qui habille le paysage, ce sur quoi nous pouvons compter, comme le retour de l'été après l'hiver. Cependant, le climat ne saurait être résumé au seul ensemble de valeurs moyennes, mois par mois : il comporte sa propre variabilité. Paradoxalement, il peut être tout à fait normal de subir des conditions exceptionnelles s'écartant considérablement des valeurs moyennes ; alors qu'une année où tout suivrait la courbe moyenne « normale » serait, elle, fort exceptionnelle !

Le flux d'énergie qui maintient à la surface de la Terre des températures permettant l'existence d'eau à l'état liquide et l'épanouissement de la vie vient entièrement (à 99,97 p. 100) du Soleil, principalement sous forme de lumière visible et de rayonnement proche infrarouge. Les mesures faites depuis 1973, à partir des satellites de l'agence spatiale américaine (N.A.S.A.), donnent un flux solaire moyen de 1 368 watts par mètre carré (la « constante solaire »), le flux réel variant régulièrement de ±3,2 p. 100 autour de cette valeur en fonction de la distance de la Terre au Soleil. En divisant par quatre (rapport de la surface [4 πR2] de la Terre à sa section [πR2] afin de tenir compte de l'inclinaison des rayons solaires et de la moitié du globe dans la nuit), on obtient une moyenne de 342 watts par mètre carré disponibles pour chauffer la Terre. Quant à la variabilité propre au Soleil, on n'en a mesuré qu'une modulation très faible (±0,1 p. 100) suivant son cycle d'activité (nombre et surface de taches...) d'une durée de onze ans, sur laquelle se greffent des petites baisses (0,4 p. 100) éphémères qui accompagnent les passages d'importants groupes de taches sur le disque solaire.

Le Soleil, source de vie... et menace ?

Source même de la vie, le rayonnement solaire peut aussi la menacer. Dans l'ultraviolet, chaque photon transporte suffisamment d'énergie pour désorganiser les molécules complexes du vivant. Relativement peu nombreux, les plus énergétiques de ces photons (de longueurs d'onde inférieures à 242 nm) sont absorbés assez haut dans l'atmosphère, où ils dissocient des molécules d'azote (N2) et d'oxygène (O2), échauffent la thermosphère (située au-dessus de la mésopause vers 80 km d'altitude) e [...]

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Pénétration du rayonnement ultraviolet solaire dans l'atmosphère

Pénétration du rayonnement ultraviolet solaire dans l'atmosphère
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Spectre du rayonnement solaire direct

Spectre du rayonnement solaire direct
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Spectre du rayonnement terrestre infrarouge

Spectre du rayonnement terrestre infrarouge
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Distribution annuelle du bilan radiatif du système Terre-atmosphère en fonction de la latitude et transports méridiens de chaleur

Distribution annuelle du bilan radiatif du système Terre-atmosphère en fonction de la latitude et transports méridiens de chaleur
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Écrit par :

  • : directeur de recherche honoraire du C.N.R.S., laboratoire de météorologie dynamique, École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Robert KANDEL, « ENVIRONNEMENT GLOBAL », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/environnement-global/