Dossier | Climat & environnement | Le climat
La machine climatique - 1ère partie (1/8)
Sous le nom de climat, on distingue deux notions différentes. La plus classique, celle qu’on apprend dans les cours de géographie, résulte d’une approche spatiale : la Terre est découpée en zones climatiques en fonction des conditions météorologiques qui y règnent aux différentes saisons. L’autre acception du mot climat correspond à une approche temporelle globale : on s’intéresse aux modifications des conditions météorologiques intégrées sur l’ensemble du globe. C’est dans ce deuxième sens qu’il faut prendre le mot climat dans le présent livret, qui a pour objet la compréhension du fonctionnement du climat global.
Juillet 2012
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Date de parution : 2006
BILAN RADIATIF, MOYENNE ANNUELLE
Bilan radiatif © Yuvanoe
Le bilan radiatif est la différence entre l’énergie reçue du Soleil et celle réémise vers l’espace, en fonction de la latitude. Cette courbe résulte des campagnes ERBE (Earth Radiation Budget Experiment, cf. encadré "Une interaction permanente") de mesures par satellite, depuis 1984, du rayonnement envoyé par la Terre vers l’espace (rayonnement solaire réfléchi et rayonnement tellurique.
Pour en savoir plus
- L’équilibrage isostatique
Les continents s’enfoncent plus ou moins dans le magma terrestre en fonction de leur poids et remontent graduellement quand celui-ci diminue, que ce soit par érosion ou par fonte de grandes masses glaciaires.
La troposphère concentre presque tous les phénomènes atmosphériques qui agissent sur le climat © PhotoDisc
LA TERRE ET LE SOLEIL
La Terre est une boule solide en rotation, entourée de gaz, recouverte d’eau sur 70 % de sa surface, les 30 % émergeant au-dessus des eaux étant très inégalement répartis sur la surface du globe, avec un relief varié. Cet ensemble reçoit son énergie du Soleil, en moyenne 1 368 W/m2 au sommet de l’atmosphère perpendiculairement aux rayons lumineux. En moyenne, compte tenu du fait que la Terre est une sphère (dont le Soleil n’éclaire qu’une moitié à la fois), l’énergie reçue à la surface terrestre est de 342 W/m2. Il y a une forte disparité entre les régions équatoriales, où les rayons du Soleil frappent quasi perpendiculairement la surface à midi, et les régions polaires, où l’éclairage rasant n’apporte qu’une faible énergie par unité de surface.
Le spectre de longueurs d’onde provenant du Soleil est compris principalement entre 0,2 µm dans l’ultraviolet et 4 µm dans le proche infrarouge. La Terre émet vers l’espace de l’énergie (le rayonnement tellurique), sous forme de rayons infrarouges « thermiques » (4 à 100 µm).
On parle d’équilibre radiatif pour le climat lorsque la quantité d’énergie (solaire) reçue est égale à la quantité d’énergie réémise par la Terre sous forme de rayonnement infrarouge (voir le chapitre « L’effet de serre »). Cet équilibre radiatif est atteint au niveau global. En revanche, il y a une forte disparité selon les latitudes : aux basses latitudes, l’énergie reçue excède l’énergie rayonnée. Au-delà de 35° de latitude, c’est l’inverse qui se produit. La surface de la Terre est donc en tout lieu en déséquilibre radiatif. En l’absence de transports de chaleur, la température devrait être très sensiblement plus élevée que celle que nous connaissons dans la zone intertropicale, et plus froide dès 40° de latitude ; c’est-à-dire qu’il ferait plus chaud dans la majeure partie de l’Afrique et plus froid en France, par exemple.
Les conditions météorologiques moyennes actuelles existent grâce à la machine climatique, qui transporte vers les hautes latitudes l’excès de chaleur des basses latitudes.
L’atmosphère et l’océan transportent approximativement la même quantité d’énergie. Selon les estimations actuelles (voir schéma ci-dessous "Transport d'énergie" ), le transport océanique domine aux basses latitudes via le cycle de l’eau ; le transport atmosphérique prend le relais jusqu’aux pôles.
DES FACETTES MULTIPLES
Le fonctionnement de la machine climatique est régi par les lois de la physique (thermodynamique, mécanique des fluides, transfert radiatif…), mais aussi par la chimie, la biologie. Il repose sur des phénomènes variés au sein des enveloppes superficielles de la Terre :
- la dynamique des deux fluides que sont l’atmosphère et l’eau des océans (hydrosphère) ;
- les processus physico-chimiques des composés qu’ils renferment, et leurs interactions avec la biosphère (végétation continentale, micro-organismes des eaux de surface océanique) en particulier, mais pas uniquement, pour le rôle de la photosynthèse ;
- la formation, la fonte et le comportement de la glace (cryosphère), qu’elle soit marine (banquise) ou continentale (en particulier les grandes calottes du Groenland et de l’Antarctique). Les phénomènes qui régissent le fonctionnement des diverses composantes du système climatique ont des temps d’ajustement très variables. Ainsi, il faut une journée pour le mélange dans la basse troposphère ; un mois pour le mélange des eaux de surface océaniques ; une année pour la disparition des aérosols stratosphériques ; des décennies pour l’élimination de certains gaz à effet de serre ; un millénaire pour boucler la circulation océanique profonde ; des dizaines de milliers d’années pour l’équilibrage isostatique des continents.
À cette hétérogénéité temporelle s’ajoute une grande hétérogénéité spatiale : les particules des aérosols ont des dimensions submicroniques, les gouttes d’eau ou les cristaux de glace des nuages ont des dimensions micrométriques, qui conditionnent leur action dans le transfert radiatif ; la couche de mélange à la surface des océans a une centaine de mètres d’épaisseur ; les calottes de glace couvrent des millions de kilomètres carrés sur des kilomètres de hauteur ; les courants océaniques parcourent des milliers de kilomètres.
Transport d’énergie par la machine climatique (1 pétawatt = 1015 watts). Le transport total est mesuré par satellite (ERBE). Le transport par l’océan est déduit de données météorologiques. Par différence, on obtient le transport par l’atmosphère. Ce transport d’énergie est considérable : par comparaison, la consommation totale d’énergie par l’homme n’a été que de 15.1012 watts en moyenne annuelle en 2004 (10 000 fois moins) © Yuvanoe