Chapitre 1 – Energie et température terrestre.
La Terre reçoit de l’énergie du Soleil ce qui permet de maintenir la température à sa surface. Cette température subit des variations au cours des heures, de saisons et des changements climatiques.
–> Comment l’énergie reçue du Soleil participe-t-elle au bilan thermique terrestre ?
I- Une inégale répartition de l’énergie solaire
A- Constante solaire et variation de la puissance reçue
Activité 1 – Constante solaire
L’énergie solaire reçue par la Terre est mesurée par la constante solaire, qui représente la puissance reçue par une surface d’1m² plane et perpendiculaire au Soleil. La constante solaire vaut actuellement 342 W.m–².
Cette constante dépend de la distance de la Terre au Soleil et du rayon de la Terre.
Activité 2 – Puissance radiative réelle
La puissance radiative réelle reçue en un endroit peut varier par rapport à cette constante solaire, en fonction de l’angle d’incidence des rayons solaires. En effet, la variation de l’angle d’incidence des rayons modifie la surface de réception de l’énergie, et modifie donc la puissance radiative reçue.
Schéma explicatif
B- Conséquences de l’inégale répartition d’énergie
La rotation de la Terre sur elle-même (toutes les 24h) modifie l’angle d’incidence des rayons solaires en un endroit donné. Ainsi, la puissance radiative reçue en un même endroit varie au cours de la journée, ce qui explique les variations journalières de températures et d’ensoleillement.
Exemple : quand la position de la Terre fait que les rayons solaires arrivent perpendiculairement à la ville de Marignane, il est midi à Marignane, et plus la Terre tourne, plus l’angle d’incidence augmente, donc plus la surface de réception de l’énergie augmente, donc plus la puissance radiative diminue et la luminosité et les températures baissent en fin de journée. (Mais à ce moment-là, il y a une autre ville qui est perpendiculaire aux rayons solaires et il y est alors 12h)
L’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l’écliptique et la forme ronde de la Terre font varier l’angle d’incidence (donc la surface de réception) des rayons solaires à un moment donnée en fonction de l’endroit sur la planète. Cela explique les variations de la température et de l’ensoleillement en fonction de la latitude.
Schéma explicatif.
II- Bilan énergétique et thermique de la Terre
Activité 3 – Bilan énergétique terrestre
A- Albédo et énergie réfléchie
Une partie de l’énergie arrivant sur Terre est réfléchie par la surface terrestre et réémise vers l’espace.
Le reste est absorbé et participe à chauffer la Terre.
On appelle albédo la proportion d’énergie réfléchie par rapport à l’énergie reçue : ainsi, plus l’albédo est fort, plus il y a d’énergie réfléchie et donc moins il y a d’énergie absorbée (donc moins il fait chaud)
Les surfaces claires ont un albédo plus fort que les surfaces sombres, elles participent donc à diminuer l’énergie absorbée et refroidir la température de la Terre.
B- Effet de serre
La Terre émet un rayonnement sous forme d’infrarouge vers l’atmosphère. Cette perte d’énergie participe au refroidissement des températures.
Cependant, une partie de ce rayonnement est absorbé par des gaz (les Gaz à Effet de Serre) qui le renvoient vers la Terre et réchauffent ainsi les températures : ce phénomène est appelé l’Effet de Serre
Les GES sont donc des gaz qui ont la capacité d’absorber et de renvoyer les rayons IR émis par la Terre. Les principaux GES sont la vapeur d’eau, le CO2 et le méthane.
C- Bilan énergétique de la Terre.
Le calcul du bilan énergétique de la Terre (apports d’énergie – pertes d’énergie) avant 1850 était globalement nul : cela indique que les températures restaient globalement stables.
Cependant, le système est en équilibre dynamique :
- Les quantités d’énergies réfléchies varient en fonction de l’albédo
- L’effet de Serre varie en fonction de la quantité de GES.
Ainsi, la modification de ces paramètres entraine des modifications du bilan énergétique et donc de la température terrestre globale.