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Le Soleil, comme tout corps chaud, émet vers l’extérieur un rayonnement électromagnétique.
Compte tenu de sa température de surface, 5 800 K (soit environ 5 500 °C), ce rayonnement se
répartit de la façon suivante :
- Domaine de l’ultraviolet (longueur d’ondes inférieure à 300 nm) : 10 %
- Domaine du visible (longueur d’ondes allant de 300 nm à 700 nm) : 40 %
- Domaine l’infrarouge proche (longueur d’ondes supérieure à 700 nm) : 50 %
L’ensemble de ces rayonnements parvient au niveau de l’atmosphère terrestre. Un tiers est réfléchi
vers l’espace par l’ensemble atmosphère Terre (phénomène d’albédo). Une partie des rayonnements
ultraviolets est absorbée par l’ozone stratosphérique, tandis que les rayonnements infrarouges sont
capturés par les gaz à effet de serre (vapeur d’eau, dioxyde de carbone…) à la limite de la
troposphère.
Ainsi, seule la moitié du rayonnement solaire initial arrive à la surface de la Terre. 25 % de ce
rayonnement est absorbé par les océans, 21 % est absorbé par le sol et seulement 0,2 % par les
plantes.
La surface du sol échauffée par le rayonnement solaire réémet vers l’atmosphère un rayonnement
infrarouge appelé rayonnement infrarouge tellurique. Ce sont ces rayons infrarouges qui se
retrouvent piégés par les gaz à effet de serre situés dans la haute troposphère : il s’agit
principalement de la vapeur d’eau (H2O), du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4).
En effet, les molécules biatomiques symétriques comme H2, N2, O2… absorbent très peu les
infrarouges tandis que les molécules non symétriques comme H20, CO2, CH4 sont beaucoup plus
absorbantes. Ces molécules réémettent à leur tour un rayonnement infrarouge contribuant à
l’échauffement du sol et de l’atmosphère.
Le mécanisme de l’effet de serre (voir visuel 1)
Les gaz à effet de serre existent à
l'état naturel. Sans l'effet de serre
naturel, la température moyenne
serait de 18 °C. Elle est
actuellement de 15 °C.
Les gaz à effet de serre sont minoritaires dans l’atmosphère : ce sont des gaz peu toxiques et inertes
ou faiblement acides. Mais c’est grâce à eux que la température moyenne de la surface de la Terre
est de +15 °C et non de -18 °C. Globalement, la vapeur d’eau entre pour 20°C et le CO2 pour 10 °C
dans cette différence.
Bilan radiatif naturel de la
Terre (voir shéma 2)
Le bilan radiatif de la Terre
représente la différence entre
l'énergie solaire qui arrive sur la
planète et celle qui est réémise.
Cette énergie peut être
directement renvoyée vers
l'espace, essentiellement par
les nuages et la surface
terrestre, ou bien être
absorbée puis réémise sous
forme de chaleur. Lorsque le
bilan est à l’équilibre, la
température moyenne de la
planète est stable.
Unités : Watt par m2
Compte tenu de l’émission de rayonnement infrarouge par le sol, on comprend également que la
température en surface soit plus importante que celle en altitude et que la température de la
troposphère ne cesse de décroître quand on s’élève jusqu’à la tropopause (puisque cette couche
contient la majorité de la masse de l’atmosphère et donc des gaz à effet de serre).
Comme la température moyenne de la Terre se révèle stable à l’échelle de millions d’années, cela
signifie qu’une partie des rayonnements infrarouges est également réémise vers l’espace et, qu’au
final, l’ensemble Terre-atmosphère absorbe autant d’énergie solaire qu’elle en renvoie. |