 effet de serre |
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La valeur moyenne annuelle de l'
éclairement
émis dans l'
infrarouge
par la surface terrestre peut être calculée (voir l'
encart 1
) et vaut environ 390 watts par mètre carré, chiffre d'autant plus considérable que s'y ajoutent les quantités de
chaleur
que perd cette surface par
conduction
et
évaporation
, et qui représentent 105 W.m
- 2
environ ; or, la terre ferme et l'océan ne reçoivent en moyenne du
Soleil
qu'un éclairement de quelque 160 W.m
- 2
(dans le
visible
et le proche et moyen infrarouge), ainsi que le rappelle l'article de
La météo de A à Z
relatif au
rayonnement solaire
. Pareil déficit de l'énergie reçue par rapport à l'énergie dépensée devrait aboutir à un important refroidissement de la surface terrestre : si tel n'est pas le cas, c'est parce qu'il est en fait compensé par la présence dans l'
atmosphère
de divers constituants chimiques
—
à commencer par l'eau
—
qui à la fois absorbent une grande partie du
rayonnement infrarouge
émis par la surface terrestre et émettent beaucoup de
rayonnement
vers le bas dans les mêmes
longueurs d'onde
, assurant ainsi l'équilibre énergétique et la stabilité de
température
de cette même surface : c'est ce phénomène de rééquilibrage radiatif par
absorption
et
émission
atmosphériques que l'on appelle par analogie l'effet de serre (voir l'
encart 2
). |
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La
figure 1
résume les pertes en
énergie de rayonnement
et en quantité de chaleur subies par une Terre à laquelle l'
échelle spatio-temporelle
choisie pour les moyennes dans le temps (une année) et l'espace (l'ensemble du globe) fournit un équilibre dynamique parfait. On y observe que les constituants atmosphériques absorbent non seulement les
flux
de
chaleur sensible
—
y compris la
transpiration
des végétaux
—
et de
chaleur latente
(voir l'
encart 3
), mais aussi la très grande majorité des flux de rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre : effectivement, sur cet éclairement de quelque 390 W.m
- 2
, seuls 30 W.m
- 2
environ se perdent dans l'espace interplanétaire après que l'atmosphère les a transmis ; l'autre part du rayonnement, soit environ 360 W.m
- 2
, reste "piégée" dans les
couches atmosphériques
où certains éléments chimiques, et en tout premier lieu l'eau, parviennent à les absorber à un niveau ou à un autre. On assiste là à la première manifestation de l'effet de serre, grâce auquel 465 W.m
- 2
(environ) sont conservés dans l'atmosphère sur les 495 W.m
- 2
(environ) que libère la surface terrestre par émission de chaleur et surtout de rayonnement infrarouge. |
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La
figure 2
schématise la seconde manifestation de l'effet de serre, à savoir l'énorme pouvoir d'émission de rayonnement infrarouge que possèdent en retour les corps chimiques que nous venons d'évoquer, et ce dans les mêmes domaines de longueurs d'onde que ceux du rayonnement de la surface terrestre. L'éclairement perdu par l'atmosphère, qui atteint ainsi 545 W.m
- 2
environ, est donc le fait de ces éléments mêmes qui absorbent la majeure partie de l'infrarouge terrestre : on y trouve, outre l'eau, principalement le
gaz carbonique
, puis le méthane, l'
ozone
, certains oxydes d'azote, des produits artificiels... Sur ces quelque 545 W.m
- 2
, environ 210 W.m
- 2
se transmettent à l'espace interplanétaire par
diffusion vers le haut
et sont définitivement perdus ; mais une part nettement plus grande, correspondant approximativement à 335 W.m
- 2
, subit une
diffusion vers le bas
et finit par être absorbée par la surface terrestre : c'est cette "récupération" d'énergie infrarouge qui permet à la surface terrestre de ne pas se refroidir et qui constitue à proprement parler l'action de l'effet de serre, retournant à la surface du sol et des eaux plus de 80 % du rayonnement infrarouge qu'ils ont émis. |
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EN SAVOIR PLUS
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bilan radiatif