TERREBilan énergétique

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L'état thermique de l'enveloppe externe de notre planète (surfaces terrestres, océans, atmosphère) dépend de nombreux processus au sein du « système climatique », mais les échanges d'énergie dans le vide de l'espace se font entièrement par rayonnement. Le bilan énergétique de la planète Terre, comme celui des autres planètes, s'identifie donc avec son bilan radiatif. Globalement, le système climatique fonctionne en absorbant, donc en transformant en chaleur, quelque 70 p. 100 du flux de rayonnement solaire (courtes longueurs d'onde, surtout de 0,3 à 4 μm) intercepté par la planète, et en réémettant cette énergie vers l'espace sous forme de rayonnement thermique infrarouge aux « ondes longues » (surtout de 4 à 100 μm). Entre 3 et 5 μm de longueur d'onde, le rayonnement solaire réfléchi et le rayonnement thermique émis se recouvrent, surtout au-dessus de surfaces chaudes sans nuages. Proche de zéro pour l'ensemble du globe en moyenne annuelle, le bilan radiatif planétaire accuse excédents et déficits à l'échelle régionale, révélant la redistribution d'énergie dans le système. Pour la Terre, l'observation d'un stockage de chaleur dans le système depuis quelques décennies implique un bilan radiatif planétaire légèrement positif. Ce stockage, essentiellement dans les océans, résulte du renforcement anthropique de l'effet de serre. Pour les autres planètes terrestres, le bilan global est proche de zéro. En revanche, pour les planètes géantes, loin du Soleil, l'observation d'un bilan radiatif négatif révèle l'importance de sources internes d'énergie (surtout la contraction gravitationnelle).

Près de la moitié du flux radiatif solaire incident au « sommet » de l'atmosphère est absorbée à la surface de la Terre. Le refroidissement de celle-ci dépend des flux non radiatifs (chaleur latente de la vapeur d'eau, chaleur sensible) vers l'atmosphère, comme des flux radiatifs aux ondes longues. La vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (CO2) et l'ozone (O3) rendent l'atmosphère relativement opaque dans l'infrarouge thermique, produisant l'effet de serre, qui maintient le sol à une température supérieure à celle qui correspond au bilan radiatif planétaire. L'enrichissement anthropique de l'atmosphère en CO2 et en d'autres gaz à effet de serre intensifie cet effet, modifiant le bilan énergétique au sol et au sein de l'atmosphère, agissant par là sur le climat.

Le système Terre-atmosphère

Les composantes du bilan radiatif planétaire sont les flux solaires radiatifs intégrés sur le spectre : flux solaire (ondes courtes) incident et réfléchi, et le flux infrarouge thermique (ondes longues) émis au « sommet » de l'atmosphère (fig. 1).

Flux énergétiques affectant la Terre 

Dessin : Flux énergétiques affectant la Terre 

La température moyenne de la Terre est largement dépendante de l'énergie reçue du Soleil, de son absorption par la surface terrestre et de l'effet de serre généré par les nuages et les gaz présents dans l'atmosphère. De nombreux projets de géo-ingénierie ont ainsi pour objectif de... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les mesures spatiales faites depuis le début des années 1960 montrent que la constante solaire (le flux de rayonnement solaire ramené à la distance moyenne Soleil-Terre de 149 600 000 km) vaut 1 367 watts par mètre carré ; celle-ci ne varie que très peu (moins de 0,1 p. 100) avec le cycle de 11 ans de l'activité solaire. L'analyse comparative du Soleil et des étoiles, à partir d'observations faites avant l'ère spatiale, tend à montrer que la « constante » solaire, moyennée sur le cycle de 11 ans, n'a pas non plus varié de plus de 0,1 p. 100 depuis 1750, ce qui implique que la fraîcheur du « petit âge glaciaire » n'a pas résulté d'une faiblesse du flux solaire intégré sur le spectre, et que le réchauffement actuel ne résulte pas d'un flux solaire plus fort.

L'excentricité de l'orbite terrestre fait que le flux solaire incident varie de 1 320 à 1 410 watts par mètre carré entre aphélie et périhélie. La moyenne globale de ce flux s'obtient en le divisant par quatre (rapport de la surface de la Terre à sa section diamétrale), ce qui (pour une constante solaire de 1 367 W/m2) donne 342 watts par mètre carré.

L'observation spatiale montre que la fraction de ce flux réfléchie ou diffusée vers l'espace (l'albédo planétaire) vaut entre 5 p. 100 (océans par ciel clair) et 85 p. 100 (nuages très épais ou neige fraîche), en moyenne globale 30 p. 100. Cette valeur est comparable à celle que l'on estime à partir de la « lumière cendrée » de la [...]

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Flux énergétiques affectant la Terre 

Flux énergétiques affectant la Terre 
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Variation du bilan radiatif de la Terre

Variation du bilan radiatif de la Terre
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  • : 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, « TERRE - Bilan énergétique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/terre-bilan-energetique/