BILAN RADIATIF DE LA TERRE

Bilan radiatif à l’échelle locale et conséquences

Les dimensions de la Terre et du Soleil étant bien plus faibles que la distance qui les sépare, les rayons du Soleil arrivant sur Terre peuvent être considérés comme presque parallèles entre eux. La sphéricité de la Terre entraîne alors une répartition très inégale de l’énergie reçue à sa surface en fonction de la latitude. Le rayonnement solaire se répartit sur une surface plus grande lorsque la latitude augmente : les rayons solaires, perpendiculaires à la surface terrestre au niveau de l’équateur, sont de plus en plus obliques lorsque l’on s’approche des pôles. Cela entraîne une densité de flux radiatif en surface plus faible aux pôles qu’à l’équateur. De plus, dans les régions de hautes latitudes, les surfaces glacées ont un fort effet d’albédo et il n’y a pas d’apport d’énergie solaire durant la longue nuit polaire alors que l’émission de rayonnement infrarouge persiste toute l’année (énergie perdue). Au global, aux hautes latitudes, l’énergie perdue par émission infrarouge sera ainsi supérieure à celle gagnée par absorption du rayonnement solaire.

Il y a donc une forte disparité du bilan radiatif local au sommet de l’atmosphère, selon la latitude. Les régions de hautes latitudes (au-delà de 40⁰) perdent plus d’énergie par émission infrarouge qu’elles n’en gagnent en absorbant le rayonnement solaire : le bilan radiatif est négatif (on parle de puits d’énergie). En revanche, aux basses latitudes, l’énergie solaire absorbée est plus forte que celle émise : le bilan est positif (surplus d’énergie). Ce déséquilibre entraîne un transfert d’énergie sous forme de chaleur, de l’équateur vers les pôles, effectué par les circulations atmosphérique et océanique. En moyenne annuelle, le bilan énergétique aux hautes latitudes est équilibré, les pertes par rayonnement étant compensées par l’apport d’énergie lié aux circulations océanique et atmosphérique.

La circulation atmosphérique est responsable de plus de 50 % du transport d’énergie des tropiques vers les pôles. Elle s’effectue au travers du déplacement de masses d’air, schématisé par une succession de trois grandes cellules de circulation atmosphérique : les cellules de Hadley, Ferrel et polaire, respectivement des basses vers les hautes latitudes. La complexité de ces cellules vient de la présence des océans et des reliefs, mais surtout de la rotation de la Terre. Si cette dernière était immobile, la circulation atmosphérique serait plus simple, avec une seule grande cellule par hémisphère.

La circulation océanique joue également un rôle importantdans l’équilibre énergétique du système climatique. L’océan assure en effet le transport d’énergie entre les basses et les hautes latitudes, des échanges de chaleur et de vapeur d’eau avec l’atmosphère, le stockage d’énergie, car la capacité calorifique est environ 1 200 fois celle de l’atmosphère, et tout cela sans oublier son rôle de puits de carbone. La circulation océanique, appelée circulation méridienne de retournement (MOC, pour meridionaloverturning circulation), est engendrée non seulement par la différence de masse volumique de l’eau due aux variations de température et de salinité mais aussi par les vents et les marées. En particulier, le Gulf Stream, courant prenant sa source au large de la Floride, prolongé jusqu’aux hautes latitudes par la dérive nord atlantique joue un rôle majeur sur le climat de l’Europe de l’Ouest.