La puissance solaire

La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. La quantité d’énergie solaire reçue est déterminée par la puissance solaire ou puissance radiative. Celle-ci correspond à la quantité d’énergie solaire reçue par une unité de surface pendant 1seconde. Elle s’exprime en Watt/m2.

La distance qui sépare la Terre du Soleil est d’environ 150 000 000 km. On considéré que tous les rayons solaires atteignant la surface terrestre sont parallèles entre eux et « apportent » chacun la même quantité d’énergie. Mais la répartition de cette énergie nous prouve le contraire.

Répartition de l’énergie solaire

La quantité d’énergie solaire reçue par la Terre est donc proportionnelle à l’aire de la surface qui la reçoit. Plus la surface est grande, plus la quantité d’énergie est répartie sur une grande surface et donc, plus la puissance solaire est faible. Or, cette surface dépend de l’angle d’incidence des rayons solaires, autrement dit, l’angle d’arrivée de ces rayons sur la surface du globe. Plus les rayons arrivent perpendiculairement à la surface(donc, plus l’angle d’incidence est petit), plus la surface éclairée est faible. Elle est donc fonction des latitudes.

Mais elle est aussi fonction des saisons, liées au changement de l’angle d’incidence de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre. La puissance solaire diminue dans l’hémisphère Nord à partir du début de l’été.

On constate une inégalité de la puissance solaire reçue par unité de surface sur la Terre.

Bilan radiatif terrestre

Si un objet reçoit plus d’énergie qu’il n’en perd, sa température augmente. Sa température tout en augmentant, entraîne une perte graduelle d’énergie de l’objet. Par contre, un équilibre est atteint lorsque l’énergie que perd l’objet est exactement compensée par l’énergie qu’il reçoit.

Cependant, le réchauffement terrestre actuel indique que ce bilan est aujourd’hui modifié: la différence entre l’énergie reçue et l’énergie perdue s’accroît.

Quels sont les paramètres qui interviennent dans ce bilan, et comment expliquer le réchauffement climatique actuel?

Les paramètres déterminant la puissance solaire reçue par la Terre, tels que son rayon ou sa distance par rapport au Soleil sont de faibles importances. Par contre; l’albédo limite la puissance solaire absorbée par la terre. L’albédo du système Terre atmosphère est la fraction de l’énergie solaire qui est réfléchie vers l’espace. Sa valeur est comprise entre 0 et 1(ou entre 0 et 100). Plus une surface est réfléchissante, plus son albédo est élevé.

Le système Terre atmosphère en absorbant, réfléchissant et aussi en émettant de l’énergie lumineuse, perturbent ce bilan radiatif par le rayonnement absorbé, transmis et réfléchi, ou encore par le rayonnement incident.

L’effet de serre

Comme il a été question plus haut, si un objet reçoit plus d’énergie qu’il n’en perd, sa température augmente. Au vu du bilan radiatif, la surface terrestre absorbe environ 50% de la puissance solaire, cela augmente sa température. Comme tout objet chauffé, la surface de la Terre émet alors des rayonnements infrarouges.

Une fraction de ces rayonnements infrarouges est absorbée par les gaz à effet de serre qui constituent l’atmosphère(CO2, CH4, NOZ, vapeur d’eau). L’atmosphère se réchauffe alors et émet à son tour un rayonnement infrarouge dont une partie est diffusée vers l’espace et une autre vers le sol terrestre.

Cela conduit à une augmentation de la température terrestre appelée effet de serre qui correspond donc au mécanisme d’augmentation de la température terrestre induit par la présence de l’atmosphère.

Aujourd’hui, l’augmentation de la teneur en gaz à effet de serre dans l’atmosphère entraîne une amplification de l’effet de serre, donc une plus grande puissance d’énergie reçue par le sol en provenance de l’atmosphère. Il n’y a plus d’équilibre , ce qui se traduit par un réchauffement global de la Planète.