L'effet de serre et le réchauffement climatique : |
Écrit par Administrator | |
27-12-2009 | |
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)4En passant à l'application numérique
, sachant que : 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 . |
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Dernière mise à jour : ( 09-04-2018 ) |