Bilan radiatif

Climatologie

Bilan radiatif terrestre

température → mesure agitation molécule

1K = -273°C

transfert de chaleur → conduction → transfert sans transport matière

→ convection → transfert avec transport de matière

rayonnement

I- Bilan énergétique à la surface de la Terre

1. Flux d'énergie émis par le Soleil

2 sources potentielles d'énergie pour la Terre → énergie interne : moyenne estimée à 0,08 W.m-2

→ énergie externe reçue du Soleil : 342 W.m-2 (insolation)

Énergie externe reçue >>> énergie interne dégagée

énergie interne négligé

1W = 1J.s-1

Soleil émet de l’énergie dans toutes les directions sous forme d’ondes électromagnétiques (rayonnement).

T°C Soleil en surface : 5770 K ; rayonnement centré sur 500 nm (gamme visible) selon la loi de Wien.

Selon la loi de Stefan-Boltzmann, plus une surface est chaude, plus elle émet d’énergie sous forme de rayonnement. W = σ T4 avec W : puissance émise (W/m²)

σ : cste de Boltzmann (5,67.10-8 W.m-2.K-4) T : température en K

Application : WSoleil = σ T4 Ssoleil avec Ssoleil = 4πR Soleil 2 et R soleil = 7,0.105 km W Soleil = 5.67.10-8 x (5770,0)4 x 4π x (7,0.105 ) 2

W Soleil = 3,9.1020 W rayonnés en direction de l'espace

Irradiance = énergie solaire disponible pour une planète donnée.

Irradiance diminue avec le carré de la distance.

Énergie théorique reçue à la distance Terre-Soleil (irradiance Terre) : W Terre = W soleil / (4πr Terre – Soleil 2 ) avec r Terre – Soleil = 150.106 km = 1 u.a.

W terre = 3,8.1020 / 2,8.1017 ≈ 1368 W.m-2

Vérification expérimentale : Énergie captée par les satellites en orbite autour de la Terre ≈ 1368 W.m-2 (= constante solaire)

2. Insolation terrestre et répartition de l'énergie reçu

Il faut prendre en compte le fait que la Terre est une sphère (S Terre = 4πr Terre 2 ) et pas un disque (S Disque = πr Terre 2 ).

Insolation = énergie solaire captée à la surface d'une planète donnée.

Insolation moyenne (jour-nuit, pôles-équateur, été-hiver) : 342 W.m-2

Sphéricité de la Terre → quantité d'énergie reçue dépend de la latitude

Maximum d'énergie reçue dans la région intertropicale (incidence subverticale) Maximum insolation : 1368 W.m-2

Minimum aux pôles (incidence rasante) Minimum insolation : < 1 W.m-2

T°C théorique de surface d’une planète : dépend de l'irradiance.

Écart observé entre T° théorique et T° mesurée pour Vénus, Mars et la Terre.

Pour la Terre : T°C théorique = -18°C T°C mesurée = 15°C

Pour Vénus : T°C théorique = 30°C T°C mesurée = 465°C

Quel effet pour modifier la température de surface ?

Atmosphère → permet chaleur

3. Effet de serre et bilan radiatif global

Dans une serre, la température du sol augmente car certes le verre piège les rayonnements infrarouges (IR) émis par le sol et par les plantes.

mais la température augmente surtout car il n'y a pas de convection (l'air chaud ne peut pas sortir de la serre).

C'est Robert W. Wood,

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