E1 Bilan énergétique planétaire

Topique

Le bilan énergétique planétaire décrit l'équilibre thermodynamique entre l'énergie solaire absorbée par la Terre et l'énergie infrarouge qu'elle émet dans l'espace. Tant que l'énergie solaire absorbée et l'énergie infrarouge émise restent égales, la température de la planète demeure stable, et ce bilan énergétique planétaire constitue le fondement de toute la physique du climat. Lorsque l'énergie solaire absorbée et l'énergie infrarouge émise cessent d'être égales, un déséquilibre énergétique terrestre apparaît, et ce déséquilibre contraint le système climatique à se réchauffer ou à se refroidir jusqu'à ce que l'énergie solaire absorbée et l'énergie infrarouge émise s'égalisent à nouveau et que le bilan énergétique planétaire soit rétabli.

L'énergie infrarouge émise par un corps dépend de sa température selon une relation physique fondamentale : la puissance rayonnée par unité de surface augmente avec la puissance quatrième de la température absolue du corps rayonnant, de sorte qu'une faible augmentation de température produit une augmentation beaucoup plus importante, et non proportionnelle, de la puissance rayonnée. Appliquée à la Terre dans le cadre du bilan énergétique planétaire, cette même relation permet de calculer la température d'émission effective, proche de 255 kelvins. Il s'agit de la température que la Terre aurait si elle émettait dans l'espace toute l'énergie infrarouge nécessaire pour égaler l'énergie solaire absorbée, sans qu'aucun effet de serre ne retienne cette énergie infrarouge.

La température d'émission effective ne correspond cependant pas à la température réelle de la surface terrestre : cette dernière est d'environ 288 Kelvins, considérablement supérieure à la température d'émission effective d'environ 255 Kelvins. Cet écart entre la température réelle de la surface et la température d'émission effective quantifie précisément l'effet de serre naturel : plus cet écart est important, plus l'atmosphère retient d'énergie infrarouge avant de la libérer dans l'espace, et plus l'effet de serre naturel est efficace, maintenant la surface terrestre plus chaude qu'elle ne le serait sans lui.

Le bilan énergétique planétaire n'est pas réparti uniformément à la surface de la Terre : les régions tropicales reçoivent plus d'énergie solaire qu'elles n'en émettent sous forme d'énergie infrarouge, ce qui constitue un surplus d'énergie tropicale, tandis que les régions polaires émettent plus d'énergie infrarouge qu'elles n'en reçoivent sous forme d'énergie solaire, ce qui constitue un déficit d'énergie polaire. Ce surplus d'énergie tropicale et ce déficit d'énergie polaire constituent le moteur fondamental de toutes les circulations atmosphériques et océaniques, car ces deux circulations ont pour but ultime de transporter le surplus d'énergie tropicale vers les régions polaires déficitaires et ainsi de compenser, au moins partiellement, ce déséquilibre latitudinal du bilan énergétique planétaire.

Le déséquilibre énergétique actuel de la Terre, proche de neuf dixièmes de watt par mètre carré, est le signe le plus clair que le bilan énergétique de la planète est actuellement perturbé et n'est pas en équilibre : l'énergie solaire absorbée par la Terre excède d'autant l'énergie infrarouge renvoyée dans l'espace. Tant que ce déséquilibre énergétique terrestre persistera, le système climatique continuera de se réchauffer afin de rétablir le bilan énergétique planétaire initial.

ID:2189