BILAN RADIATIF DE LA TERRE

Le bilan radiatif de la Terre permet de quantifier l’énergie reçue et perdue sous forme de rayonnement par le système climatique, qui est constitué par cinq grands compartiments (ou réservoirs) : l’atmosphère, l’hydrosphère, la cryosphère, la biosphère et les surfaces continentales.

L’équilibre énergétique global de ce système dépend des quantités d’énergie entrante et sortante. La quasi-totalité des échanges d’énergie du système avec son environnement, principalement l’espace, se fait sous forme de rayonnement. L’énergie solaire est en effet de loin la source externe d’énergie principale, les autres sources d’énergie pouvant être négligées, telle que celle provenant de l’intérieur de la Terre (géothermie). L’énergie perdue vers l’espace s’effectue par le rayonnement solaire réfléchi et le rayonnement infrarouge émis. À l’équilibre, le bilan énergétique du système est nul – et donc aussi son bilan radiatif –, la part de rayonnement gagnée compensant exactement celle perdue vers l’espace. Dans ce cas, la température moyenne du système climatique reste stable.

Au sein du système climatique, les différents compartiments sont en interaction permanente à travers des processus physiques, chimiques et biologiques. Les échanges d’énergie entre compartiments peuvent se traduire par des mouvements de matière. Le climat en chaque point de la Terre est ainsi dépendant de ces échanges.

Toutefois, l’équilibre du système climatique peut être modifié ou contraint par des facteurs externes, anthropiques tels que les conséquences des activités humaines, ou naturels tels qu’une variation de l’énergie solaire incidente. L’action de ces facteurs, ou forçages externes, peut déplacer l’équilibre énergétique du système et ainsi entraîner une modification notable du climat terrestre.

Équilibre radiatif global de l’atmosphère terrestre

À l’échelle globale, le système climatique terrestre reçoit très majoritairement son énergie du Soleil (99,97 % de l’énergie totale entrante). Rappelons qu’en physique un échange d’énergie peut se réaliser selon différents processus :

– par rayonnement, qui se propage parfaitement dans le vide et ne nécessite donc pas nécessairement la présence de matière. C’est un transfert d’énergie radiative ;

– par conduction, du fait du contact des systèmes, ou par convection, du fait d’un déplacement de fluide (liquide ou gaz). Ce sont des transferts d’énergie sensible qui entraînent une modification de la température de la matière sans en changer la phase ;

– par changement d’état (de phase), tel que l’évaporation, qui nécessite un apport d’énergie, ou la transpiration des plantes. C’est un transfert d’énergie latente qui provoque une modification de la phase mais sans changement de température.

L’énergie solaire est transférée vers la Terre sous forme d’un rayonnement électromagnétique, avec des longueurs d’onde comprises principalement entre 0,2 et 4 micromètres (µm). Lors de son interaction avec l’atmosphère, une partie de ce rayonnement incident est réfléchie vers l’espace et donc perdue pour le système climatique. L’autre partie est absorbée (énergie gagnée) et contribue à le réchauffer. Un rayonnement de plus grande longueur d’onde est alors émis par la Terre vers l’espace, principalement entre 4 et 100 µm (rayonnement infrarouge) correspondant à une perte d’énergie pour le système. Le bilan radiatif terrestre consiste donc à comparer l’énergie radiative gagnée et celle perdue par le système climatique. Un bilan positif conduira à un réchauffement du système climatique, un bilan négatif à son refroidissement. Le bilan radiatif est fondamental pour les phénomènes météorologiques car, avec la gravitation et la rotation de la Terre, il est à l’origine des mouvements atmosphériques.[...]