Bilan radiatif de la Terre

Le bilan radiatif de la Terre dresse la quantité d'énergie reçue par le système climatique Terre-atmosphère et la quantité d'énergie réémise vers l'espace. Lorsque le bilan est nul, la température moyenne de la planète est stable.

L'apport d'énergie provient principalement du Soleil, celle produite au centre de la Terre représente à peine 0,01 % de l'énergie totale reçue par la surface de la Terre. Le rayonnement solaire reçu par les couches les plus élevées de l'atmosphère est d'environ 340 W.m^-2 en moyenne annuelle. Le Soleil étant une étoile de type G2, son spectre d'émission s'étend de 0,2 à 4 micromètres, c'est-à-dire de l'ultraviolet à l'infrarouge en passant par le visible.

L'albédo moyen du système Terre-atmosphère est de 31 %^[1]. C'est-à-dire que pour 100 W reçus par le sommet de l'atmosphère, 31 W sont réfléchis par l'atmosphère, les nuages ou la surface de la Terre (océans, neige, etc.), sans changement de longueur d'onde. 70 W restant sont effectivement absorbés par la Terre ou l'atmosphère sous forme de chaleur.

Sur les 70 W absorbés :

• 20 W sont absorbés directement dans l'atmosphère par les molécules d'air et les nuages. Les ultraviolets sont absorbés en grande partie grâce à l'ozone O₃, et les infrarouges avec la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone CO₂. La lumière visible est absorbée en partie par les nuages mais elle atteint majoritairement la surface de la Terre^{[réf. nécessaire]}.

• 50 W^{[réf. nécessaire]} sont absorbés au sol (terre et mers). La manière dont cette énergie est réémise est complexe en raison des interactions avec l'atmosphère. Sur ces 50 W :

• 20 W sont directement réémis par le sol (terre et mers) sous forme de rayonnement thermique dans le proche infrarouge, dont 15 W sont absorbés par les gaz à effet de serre de l'atmosphère et 5 W partent directement dans l'espace^{[réf. nécessaire]}.
• 20 W^{[réf. nécessaire]} sont absorbés par l'évaporation de l'eau. L'énergie correspondante est convertie en chaleur latente d'évaporation, et libérée dans l'atmosphère lorsque la vapeur d'eau se condense pour former des nuages.
• 10 W^{[réf. nécessaire]} sont transmis à l'atmosphère par conduction. Cet apport d'énergie constitue l'essentiel de l'apport de chaleur de la troposphère, c'est le flux de chaleur sensible^{[réf. nécessaire]}. En effet, les infrarouges et les ultraviolets sont absorbés en grande partie dans la stratosphère, et le visible n'est presque pas absorbé par les molécules d'air.

Sur les 50 W absorbés, ce sont donc 45 W qui partent vers l'atmosphère et s'ajoutent aux 20 W qu'elle absorbe directement.

Toute l'énergie absorbée par l'atmosphère, directement ou indirectement, est ensuite réémise aux longueurs d'ondes d'émission des molécules d'air ou de l'eau, principalement aux alentours de 15 micromètres (infrarouge lointain)^{[réf. nécessaire]}. Cette énergie est réémise dans toutes les directions : vers l'espace, mais aussi vers la surface de la Terre, qui réabsorbe ce rayonnement en plus de celui reçu directement du Soleil, et redristribue l'énergie correspondante dans les proportions précédemment exposées. Ce qui accroît le flux thermique interne de l'atmosphère ; c'est ce phénomène de forçage qui est l'effet de serre.

Sur une année, le bilan radiatif de la Terre est globalement nul, c'est-à-dire que la quantité d'énergie absorbé est égale à la quantité d'énergie réémise, si bien que la température moyenne est sensiblement constante.
Il serait plus précis de dire que sur une année, le rayonnement reçu par la Terre (essentiellement solaire) a été globalement réémis. Bien que le bilan global est légèrement positif, dû à la chaleur issue de la Terre elle-même.

Le phénomène de réchauffement climatique récemment constaté est dû à l'augmentation de la concentration en gaz à effet de serre qui accentue à la fois l'absorption directe de la lumière infrarouge émise par le Soleil (mais pas forcément l'absorption globale Terre-atmosphère), et le forçage consécutif à l'absorption de l'énergie provenant de la Terre. L'augmentation globale de la température est entrainée par un (très) léger déséquilibre du bilan radiatif : la quantité d'énergie absorbée par le système Terre-atmosphère devient (très) légèrement supérieure à celle réémise vers l'espace, si bien que la température moyenne augmente tant que perdure ce déséquilibre.
C'est de ce déséquilibre qui produit l'augmentation interne des flux thermiques du système Terre-atmosphère durant le réchauffement global. Cette augmentation du forçage est évalué à 1,5 W/m² par le quatrième rapport du GIEC^[2].

Voir aussi

• Climat
• Effet de serre
• Réchauffement climatique

Notes et références

• Portail de la météorologie