Il existe différents modèles qui permettent d'expliquer le
réchauffement climatique suite à l'augmentation des gaz à effet de
serre (GES)
dans notre atmosphère. L'une de ces théories habituellement admises par
les
scientifiques est celle "du bilan d'énergie avec écran " , l'écran
étant l'atmosphère terrestre avec tout ce qu'elle contient , notamment
les GES
.
Le soleil nous envoie sur notre terre
en moyenne une énergie
(par seconde ) de 1,76.1017 W. La terre est en
équilibre thermique ,
ce qui signifie qu'elle fournit elle-même à l'espace , autant d'énergie
par
rayonnement quelle en reçoit .
Ce qui différencie l'énergie reçue de
l'énergie fournie est
sa nature . Le soleil nous envoie une énergie lumineuse
(faisons simple) dont le spectre va de
l'infrarouge à l'ultraviolet . L'énergie rayonnée par la terre et
l'atmosphère
est par contre constituée essentiellement de rayonnement infrarouge .
Ce rayonnement (rayonnement du corps noir pour la terre)
dépend de la température du sol (notons la TS)
et satisfait à
la loi de Stéfan-Boltzman : H=σ.
T4
.Cette loi signifie qu'un "corps noir" (la terre peut être considérée
comme un corps noir) rayonne une énergie qui est proportionnelle à la
puissance
4 de sa température exprimée en Kelvins ( K= °C + 273
, soit par exemple 0°C =273 K) . σ
est appelée constante de stéfan-Boltzman et σ
= 5,67.10-8 Wm-2.K-4
.
Le schéma ci-dessous va nous
permettre d'établir un bilan
énergétique , pour lequel nous admettrons que la terre et l'atmosphère
sont en
équilibre thermique (nous verrons un peu plus loin quelle en est la
conséquence
)
où pour être un peu explicite : k = 4π*R2*σ , a est
appelé "albédo" (a.S est donc l'énergie solaire réfléchie par
l'atmosphère).
On admet que l'atmosphère est
totalement transparente au
rayonnement solaire (autrement dit , la terre reçoit du soleil S(1-a).
L'écran ne se comporte pas comme un
corps noir , d'où ce
coefficient noté ε
<1. εest l'émissivité
de l'écran et une caractéristique de celle-ci est d'être identique en
émission
et en absorption. (l'écran émet un rayonnement vers la terre et vers le
ciel).
Nous verrons un peu plus loin de quoi dépend ε>
.
La terre est en équilibre
thermique (énergie fournie =
énergie reçue ) , soit :
S(1-a)+
ε*k(Te)4
= k.(Ts)4
L'atmosphère est également en
équilibre thermique :
ε*k.(Ts)4
= 2 ε*k(Te)4
Nous remarquons de cette égalité que
du flux terrestre
k.(Ts)4 l'écran n'absorbe que la quantité ε*k(Ts)4
.
Ces
deux équations vont nous permettre de calculer la température de la
terre Ts . En combinant ces deux équations , nous obtenons en
remarquant que
(Ts)4=2(Te)4
En passant à l'application numérique
, sachant que :
S=1,76.1017 W
; R = 6378 km (rayon terrestre) ; ε=
0,77 ; σ=5,67.10-8
W.m-2.K-4
nous obtenons :
Dans l'hypothèse , où il n'y aurait
pas d'atmosphère (ce qui
revient à faire ε=0
, dans l'expression
précédente , nous obtiendrions :
Ce serait la température moyenne de
notre terre s'il n'y
avait pas d'atmosphère !
Il est clair que la température moyenne de notre terre
dépend de l'émissivité ε
de
l'atmosphère . Ainsi , notre atmosphère agit telle une couverture
enveloppant
la terre et la réchauffant . Principalement transparente au rayonnement
solaire
(voir le début de l'article) , elle est pratiquement opaque au
rayonnement
infrarouge terrestre qu'elle absorbe (ε*.k(Ts)4)
, pour ensuite en réémettre
vers la terre (ε*k(Te)4).
Mais de quoi dépend ε
? ou , de quoi dépend l'opacité de l'atmosphère pour le rayonnement
émis par la
terre : elle dépend tout simplement de sa composition : différents gaz
ont la
propriété d'absorber différents rayonnements suivant leur longueur
d'onde
(couleur) . C'est le cas des gaz à effet de serre qui contribuent à une
augmentation de ε
, ce qui se traduit
par une augmentation de la température de la terre.
La courbe ci-dessous , nous donne l'évolution de la
température terrestre en fonction de l'émissivité ε de
l'atmosphère :
Il est une autre grandeur qui
apparaît dans le développement
des calculs ci-dessus : c'est l'albédo a . Celui-ci dépend en effet de la quantité de glace à la
surface de la
terre . Ainsi , la quantité de rayonnement solaire réfléchi par la
surface sera
supérieure si la quantité de glace est plus importante , ce qui aurait
par
conséquent pour effet de diminuer la température moyenne de la terre .
|
