MODMODÈÈLE DE BILAN LE DE BILAN D’D’ÉÉNERGIE TERRESTRENERGIE TERRESTRE

Modèle numérique interactif doté de 4 Modèle numérique interactif doté de 4 paramètres ajustables :paramètres ajustables :

1)1) albédo planétairealbédo planétaire

2)2) aa transmissivité atmosphérique infrarougetransmissivité atmosphérique infrarouge

3)3) DDmm profondeur de l’océan actifprofondeur de l’océan actif

4)4) FFss intensité de la radiation solaireintensité de la radiation solaire

ObjectifsObjectifsCe modèle permet de simuler l’évolution de la température Ce modèle permet de simuler l’évolution de la température moyenne globale de surface du système Terre-Atmosphère moyenne globale de surface du système Terre-Atmosphère soumis à l’influence de l’absorption de la radiation solaire ainsi soumis à l’influence de l’absorption de la radiation solaire ainsi qu’à la déperdition de rayonnement infrarouge. La qu’à la déperdition de rayonnement infrarouge. La température, température, TT, évolue à partir d’une valeur initiale arbitraire, , évolue à partir d’une valeur initiale arbitraire, TToo, vers une valeur constante lorsque l’équilibre entre , vers une valeur constante lorsque l’équilibre entre l’absorption de l’énergie solaire et l’émission de rayonnement l’absorption de l’énergie solaire et l’émission de rayonnement infrarouge est réalisé. L’absorption d’énergie solaire dépend de infrarouge est réalisé. L’absorption d’énergie solaire dépend de l’albédo, l’albédo, , tandis que la déperdition de rayonnement , tandis que la déperdition de rayonnement infrarouge est contrôlé par la transmissivité atmosphérique, infrarouge est contrôlé par la transmissivité atmosphérique, aa. . La température dépend aussi de l’intensité de la radiation La température dépend aussi de l’intensité de la radiation solaire au sommet de l’atmosphère par l’entremise du solaire au sommet de l’atmosphère par l’entremise du paramètre paramètre FFss qui en ajuste l’intensité. Finalement, la capacité qui en ajuste l’intensité. Finalement, la capacité thermique du système est déterminée en grande partie par la thermique du système est déterminée en grande partie par la profondeur de la couche mélangée des océans, profondeur de la couche mélangée des océans, DDmm, également , également désignée «couche active».désignée «couche active». schéma

Menu PrincipalMenu Principal

DéfinitionsDéfinitionsaa

DDmm

FFss

SimulationsSimulations Conclusions Conclusions

généralesgénérales

: albédo planétaire: albédo planétaireL’albédo planétaire détermine le pouvoir de L’albédo planétaire détermine le pouvoir de réflexion du système Terre-Atmosphère global réflexion du système Terre-Atmosphère global à l’égard du rayonnement solaire. Il est à l’égard du rayonnement solaire. Il est représenté par un paramètre variant de 0 à 1. représenté par un paramètre variant de 0 à 1. La réflexion est produite par les effets La réflexion est produite par les effets combinés du sol (océans, forêts, glaces, combinés du sol (océans, forêts, glaces, etcetc) ) et de l’atmosphère (air, nuages, aérosols, et de l’atmosphère (air, nuages, aérosols, etcetc).).

= 0= 0 absorption intégrale de la radiation solaire absorption intégrale de la radiation solaire incidente par le systèmeincidente par le système

0.30.3 valeur observéevaleur observée 0.50.5 le système absorbe 50% et réfléchit 50% de le système absorbe 50% et réfléchit 50% de

la radiation solaire incidentela radiation solaire incidente 1.01.0 le système réfléchit l’intégralité de la le système réfléchit l’intégralité de la

radiation solaire incidente radiation solaire incidente

aa : transmissivité atmosphérique : transmissivité atmosphérique

infrarougeinfrarougeLa transmissivité atmosphérique détermine la La transmissivité atmosphérique détermine la transparence de l’atmosphère à l’égard du rayonnement transparence de l’atmosphère à l’égard du rayonnement infrarouge. Elle est représentée par un paramètre infrarouge. Elle est représentée par un paramètre variant de 0 à 1. L’inverse de la transparence, donc variant de 0 à 1. L’inverse de la transparence, donc l’opacité, est produite par l’absorption du rayonnement l’opacité, est produite par l’absorption du rayonnement infrarouge par les composants de l’atmosphère (air, infrarouge par les composants de l’atmosphère (air, nuages, aérosols, nuages, aérosols, etcetc).).

aa = 0 = 0 le système est opaque à l’égard du le système est opaque à l’égard du rayonnement infrarougerayonnement infrarouge

0.600.60 valeur obtenue lorsque la concentration des gaz à valeur obtenue lorsque la concentration des gaz à effet de serre augmente (ex. 2xCOeffet de serre augmente (ex. 2xCO22))

0.620.62 valeur observée actuellementvaleur observée actuellement 1.01.0 l’atmosphère est totalement transparente à l’égard l’atmosphère est totalement transparente à l’égard

du rayonnement infrarouge du rayonnement infrarouge

DDmm : profondeur de l’océan actif : profondeur de l’océan actif

La couche océanique de surface qui répond le La couche océanique de surface qui répond le plus rapidement aux sollicitations plus rapidement aux sollicitations atmosphériques est une couche bien atmosphériques est une couche bien mélangée dans laquelle les conditions mélangée dans laquelle les conditions thermiques sont à peu près constantes. La thermiques sont à peu près constantes. La profondeur de la couche active varie d’environ profondeur de la couche active varie d’environ 50m à 200m et est produite par la turbulence 50m à 200m et est produite par la turbulence de l’eau qui mélange ainsi les propriétés.de l’eau qui mélange ainsi les propriétés.

DDmm = 50 m = 50 m couche peu profonde, capacité thermique réduite couche peu profonde, capacité thermique réduite et réaction rapide du systèmeet réaction rapide du système

= 200 m= 200 m couche profonde, capacité thermique importante couche profonde, capacité thermique importante et réaction lente du systèmeet réaction lente du système

FFss : intensité de la radiation solaire : intensité de la radiation solaire

Ce paramètre détermine l’intensité de la Ce paramètre détermine l’intensité de la radiation solaire incidente. Le soleil émet des radiation solaire incidente. Le soleil émet des ondes électromagnétiques dont le spectre est ondes électromagnétiques dont le spectre est composé de radiations de longueurs d’ondes composé de radiations de longueurs d’ondes variant entre 0.3 variant entre 0.3 m et 4 m et 4 m. L’intensité du flux m. L’intensité du flux de radiation, de radiation, IIo,o, est de 1370 W m est de 1370 W m-2-2 au sommet au sommet de l’atmosphère.de l’atmosphère.

FFss = 0 = 0 le flux de radiation est nulle flux de radiation est nul

0.90.9 le flux vaut 90% de le flux vaut 90% de IIoo soit 685 W m soit 685 W m-2-2

1.11.1 le flux vaut 110% de le flux vaut 110% de IIoo soit 1507 W m soit 1507 W m-2-2

SimulationsSimulationsProposition de 3 situations pour la simulation Proposition de 3 situations pour la simulation de l’évolution de la température globale de l’évolution de la température globale moyenne de surface :moyenne de surface :

1)1) Terre sans AtmosphèreTerre sans Atmosphère

2)2) Climat actuelClimat actuel

3)3) Doublement des concentrations Doublement des concentrations de COde CO22 atmosphérique atmosphérique

4) Influence des aérosols4) Influence des aérosols

5) Influence des taches solaires5) Influence des taches solaires

Fs intensité de la radiation solaire = 1 soleil actuel = 0.5 intensité solaire réduite de moitié

Modèle de Bilan d’Énergie TerrestreModèle de Bilan d’Énergie Terrestre

a transparence atmosphérique à l’égard du rayonnement infrarouge = 1 Terre hypothétique sans atmosphère = 0.62 valeur observée = 0.60 atmosphère enrichie en gaz à effet de serre

Ds océan «actif» = 20 m peu profond = 200 m profond

réflexion de la radiation solaire = 0.3 valeur observée = 0.5 présence accrue de nuages

T température globale moyenne de la Terre. Résulte de l’équilibre existant entre la radiation solaire absorbée et la déperdition de rayonnement infrarouge

déperdition de rayonnement infrarouge vers l’espace

© Stéphane Goyette

Simulation d’une Terre sans Simulation d’une Terre sans atmosphère…atmosphère…L’absence d’atmosphère induit une transparence totale à l’égard du L’absence d’atmosphère induit une transparence totale à l’égard du rayonnement infrarouge, le système se comporte alors comme un rayonnement infrarouge, le système se comporte alors comme un «corps noir«corps noir**». Cette situation implique que le rayonnement infrarouge ». Cette situation implique que le rayonnement infrarouge émis depuis la surface de la Terre, suite à l’absorption de la radiation émis depuis la surface de la Terre, suite à l’absorption de la radiation solaire, est perdu en totalité vers l’espace. Alors,solaire, est perdu en totalité vers l’espace. Alors,

aa = 1 = 1

FFss = 1 , la radiation solaire incidente est de 1370 W m = 1 , la radiation solaire incidente est de 1370 W m-2-2

hypothèse:hypothèse:

= 0.3 , la réflexion est causée par la surface uniquement= 0.3 , la réflexion est causée par la surface uniquement

DDmm= 200 m, la capacité thermique des océans est fixée= 200 m, la capacité thermique des océans est fixée

(*)

températures initiales de la simulationtempératures initiales de la simulation

TToo = +50 = +50C, départ «chaud»C, départ «chaud»

TToo = -50 = -50C, départ «froid»C, départ «froid»

Corps NoirCorps Noir

La définition traditionnelle du corps noir est La définition traditionnelle du corps noir est celle d’un objet théorique (solide, liquide ou celle d’un objet théorique (solide, liquide ou gazeux) qui absorbe toutes les radiations gazeux) qui absorbe toutes les radiations incidentes sur lui. Aussi, tout corps noir incidentes sur lui. Aussi, tout corps noir émet un rayonnement proportionnel à la 4émet un rayonnement proportionnel à la 4ee puissance de sa température selon la loi de puissance de sa température selon la loi de Stefan-Boltzmann. Le pic d’émissivité Stefan-Boltzmann. Le pic d’émissivité maximal est inversement proportionnel à sa maximal est inversement proportionnel à sa température selon la loi de Wien.température selon la loi de Wien.

© Stéphane Goyette

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour le cas d’une Terre sans globale pour le cas d’une Terre sans atmosphèreatmosphère

discussion

DiscussionDiscussion

La température décroît fortement depuis sa valeur La température décroît fortement depuis sa valeur initiale de +50initiale de +50C pour se stabiliser à -18.2C pour se stabiliser à -18.2C après 30 C après 30 années de simulation. En effet, une température initiale années de simulation. En effet, une température initiale trop élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge trop élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui n’est pas compensée par le gain résultant de qui n’est pas compensée par le gain résultant de l’absorption d’énergie solaire: le système est alors hors l’absorption d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, la perte favorise une d’équilibre. Par conséquent, la perte favorise une décroissance de décroissance de TT jusqu’à ce que la déperdition jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.

En conclusion, une Terre dénuée d’atmosphère En conclusion, une Terre dénuée d’atmosphère constitue un système «froid», en dépit de la condition constitue un système «froid», en dépit de la condition initiale initiale TToo plutôt élevée. plutôt élevée.

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour le cas d’une Terre sans globale pour le cas d’une Terre sans atmosphèreatmosphère

discussion

DiscussionDiscussion

La température croît fortement depuis sa valeur initiale La température croît fortement depuis sa valeur initiale de -50de -50C pour se stabiliser à -18.2C pour se stabiliser à -18.2C après 30 années de C après 30 années de simulation. En effet, d’une température initiale trop simulation. En effet, d’une température initiale trop faible découle un gain résultant de l’absorption faible découle un gain résultant de l’absorption d’énergie solaire qui n’est pas compensé par la d’énergie solaire qui n’est pas compensé par la déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une croissance de croissance de TT jusqu’à ce que la perte d’énergie jusqu’à ce que la perte d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.

En conclusion, une Terre dénuée d’atmosphère En conclusion, une Terre dénuée d’atmosphère demeure un système «froid», malgré le réchauffement demeure un système «froid», malgré le réchauffement du système depuis la condition initiale très froide.du système depuis la condition initiale très froide.

Simulation de la température Simulation de la température moyenne globale actuelle…moyenne globale actuelle…Afin de simuler la température moyenne globale de surface observée, Afin de simuler la température moyenne globale de surface observée, il faut initialiser le modèle avec des caractéristiques radiatives et il faut initialiser le modèle avec des caractéristiques radiatives et thermiques «observées» du système Terre-Atmosphère. Cette thermiques «observées» du système Terre-Atmosphère. Cette situation implique une prise en compte des mesures des divers situation implique une prise en compte des mesures des divers éléments, ce qui nous permet de prescrire les valeurs suivantes :éléments, ce qui nous permet de prescrire les valeurs suivantes :

aa = 0.62, valeur mesurée depuis l’espace = 0.62, valeur mesurée depuis l’espace

FFss = 1 , radiation solaire de 1370 W m = 1 , radiation solaire de 1370 W m-2-2 mesurée depuis l’espace mesurée depuis l’espace

= 0.3 , valeur mesurée depuis l’espace= 0.3 , valeur mesurée depuis l’espace

températures initialestempératures initiales océan océan DDmm = = 50 m50 m

TToo = +50 = +50C, départ «chaud» C, départ «chaud» DDmm = 200 m= 200 m

TToo = -50 = -50C, départ «froid» C, départ «froid» DDmm = 50 m= 50 m

DDmm = 200 m = 200 m

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour des conditions actuelles du globale pour des conditions actuelles du système Terre-Atmosphèresystème Terre-Atmosphère

discussion

DiscussionDiscussionLa température décroît depuis sa valeur initiale de La température décroît depuis sa valeur initiale de +50+50C pour se stabiliser à +14.2C pour se stabiliser à +14.2C après 10 années de C après 10 années de simulation. En effet, une température initiale trop simulation. En effet, une température initiale trop élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, ces pertes favorisent une décroissance Par conséquent, ces pertes favorisent une décroissance de de TT jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre l’énergie solaire absorbée.équilibre l’énergie solaire absorbée.

En conclusion, l’atmosphère induit un environnement En conclusion, l’atmosphère induit un environnement «favorable» au développement de la vie car en plus «favorable» au développement de la vie car en plus d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui maintient la température moyenne globale à +14.2maintient la température moyenne globale à +14.2CC comparativement à -18.2comparativement à -18.2CC en son absence. L’effet de en son absence. L’effet de serre naturel est ici défini par serre naturel est ici défini par TT = +32.4 = +32.4CC, mesure , mesure confirmée par les observations.confirmée par les observations.

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour des conditions actuelles globale pour des conditions actuelles du système Terre-Atmosphèredu système Terre-Atmosphère

discussion

DiscussionDiscussionLa température décroît depuis sa valeur initiale de La température décroît depuis sa valeur initiale de +50+50C pour se stabiliser à +14.2C pour se stabiliser à +14.2C après 30 années de C après 30 années de simulation. En effet, une température initiale trop simulation. En effet, une température initiale trop élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, ces pertes favorisent une Par conséquent, ces pertes favorisent une décroissance de décroissance de TT jusqu’à ce que la déperdition jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.

En conclusion, l’atmosphère induit un environnement En conclusion, l’atmosphère induit un environnement «favorable» au développement de la vie car en plus «favorable» au développement de la vie car en plus d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui maintient la température moyenne globale à qui maintient la température moyenne globale à +14.2+14.2CC comparativement à -18.2 comparativement à -18.2CC en son absence. en son absence. L’effet de serre naturel est ici défini par L’effet de serre naturel est ici défini par TT = = +32.4+32.4CC, mesure confirmée par les observations. La , mesure confirmée par les observations. La profondeur océanique de 200 m allonge profondeur océanique de 200 m allonge considérablement le temps pour que considérablement le temps pour que TT parvienne parvienneà l’équilibre.à l’équilibre.

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour des conditions actuelles du globale pour des conditions actuelles du système Terre-Atmosphèresystème Terre-Atmosphère

discussion

DiscussionDiscussionLa température croît fortement depuis sa valeur initiale La température croît fortement depuis sa valeur initiale de -50de -50C pour se stabiliser à +14.2C pour se stabiliser à +14.2C après 10 années C après 10 années de simulation. En effet, d’une température initiale trop de simulation. En effet, d’une température initiale trop faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie solaire qui n’est pas compensée par la déperdition solaire qui n’est pas compensée par la déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une croissance de croissance de TT jusqu’à ce que la perte d’énergie jusqu’à ce que la perte d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire. infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.

En conclusion, l’atmosphère induit un environnement En conclusion, l’atmosphère induit un environnement «favorable» au développement de la vie car en plus «favorable» au développement de la vie car en plus d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui maintient la température moyenne globale à +14.2maintient la température moyenne globale à +14.2CC comparativement à -18.2comparativement à -18.2CC en son absence et, ceci, en son absence et, ceci, indépendamment des conditions initiales, indépendamment des conditions initiales, TToo, de la , de la simulation !simulation !

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour des conditions actuelles du globale pour des conditions actuelles du système Terre-Atmosphèresystème Terre-Atmosphère

discussion

DiscussionDiscussionLa température croît fortement depuis sa valeur initiale La température croît fortement depuis sa valeur initiale de -50de -50C pour se stabiliser à +14.2C pour se stabiliser à +14.2C après 30 années C après 30 années de simulation. En effet, d’une température initiale trop de simulation. En effet, d’une température initiale trop faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie solaire qui n’est pas compensée par la déperdition solaire qui n’est pas compensée par la déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une croissance de croissance de TT jusqu’à ce que la déperdition d’énergie jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.

En conclusion, l’atmosphère induit un environnement En conclusion, l’atmosphère induit un environnement «favorable» au développement de la vie car en plus «favorable» au développement de la vie car en plus d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, d’être un mélange gazeux nécessaire à la respiration, sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui sa présence sur Terre crée un effet de serre naturel qui maintient la température moyenne globale à +14.2maintient la température moyenne globale à +14.2CC comparativement à -18.2comparativement à -18.2CC en son absence et, ceci, en son absence et, ceci, indépendamment des conditions initiales, indépendamment des conditions initiales, TToo, de la , de la simulation ! La profondeur océanique de 200 m allonge simulation ! La profondeur océanique de 200 m allonge le temps pour que le temps pour que TT parvienne à l’équilibre. parvienne à l’équilibre.

Simulation de la température Simulation de la température moyenne globale suite au moyenne globale suite au doublement du COdoublement du CO22……Le doublement des concentrations de COLe doublement des concentrations de CO22 atmosphérique induit une atmosphérique induit une augmentation de l’opacité de l’atmosphère à l’égard du rayonnement augmentation de l’opacité de l’atmosphère à l’égard du rayonnement infrarouge. Afin de simuler cette situation nous devons alors infrarouge. Afin de simuler cette situation nous devons alors considérer les valeurs suivantes :considérer les valeurs suivantes :

aa = 0.60, valeur initiale réduite de 2.4%= 0.60, valeur initiale réduite de 2.4%

FFss = 1 , radiation solaire de 1370 W m= 1 , radiation solaire de 1370 W m-2-2 mesurée depuis l’espace mesurée depuis l’espace

= 0.3 , valeur actuelle= 0.3 , valeur actuelle

DDmm = 200 m profondeur fixe= 200 m profondeur fixetempératures initialestempératures initiales

TToo = +50 = +50C, départ «chaud» C, départ «chaud»

TToo = -50 = -50C, départ «froid»C, départ «froid»

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour des conditions 2 x COglobale pour des conditions 2 x CO22

discussion

DiscussionDiscussionLa température décroît depuis sa valeur initiale de La température décroît depuis sa valeur initiale de +50+50C pour se stabiliser à +16.6C pour se stabiliser à +16.6C après 30 années de C après 30 années de simulation. En effet, une température initiale trop simulation. En effet, une température initiale trop élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption d’énergie solaire: le système est alors hors d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, ces pertes favorisent une d’équilibre. Par conséquent, ces pertes favorisent une décroissance de décroissance de TT jusqu’à ce que la déperdition jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.solaire.

En conclusion, une atmosphère enrichie en dioxyde de En conclusion, une atmosphère enrichie en dioxyde de carbone (COcarbone (CO22) induit une perturbation de l’effet de ) induit une perturbation de l’effet de serre naturel se traduisant par une hausse serre naturel se traduisant par une hausse supplémentaire des températures d’environ 2.4supplémentaire des températures d’environ 2.4C.C.

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour des conditions 2 x COglobale pour des conditions 2 x CO22

discussion

DiscussionDiscussionLa température croît fortement depuis sa valeur initiale La température croît fortement depuis sa valeur initiale de -50de -50C pour se stabiliser à +16.6C pour se stabiliser à +16.6C après 30 années C après 30 années de simulation. En effet, d’une température initiale trop de simulation. En effet, d’une température initiale trop faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie solaire qui n’est pas compensé par la déperdition solaire qui n’est pas compensé par la déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une croissance de croissance de TT jusqu’à ce que la déperdition d’énergie jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.

En conclusion, une atmosphère enrichie en dioxyde de En conclusion, une atmosphère enrichie en dioxyde de carbone (COcarbone (CO22) induit une perturbation de l’effet de ) induit une perturbation de l’effet de serre naturel se traduisant par une hausse serre naturel se traduisant par une hausse supplémentaire des températures d’environ 2.4supplémentaire des températures d’environ 2.4C.C.

Simulation de la température moyenne Simulation de la température moyenne globale suite à l’augmentation de la globale suite à l’augmentation de la charge en aérosols de l’atmosphèrecharge en aérosols de l’atmosphère

Les aérosols atmosphériques ont pour effet d’augmenter l’albédo Les aérosols atmosphériques ont pour effet d’augmenter l’albédo planétaire et de diminuer la transparence de l’atmosphère à l’égard planétaire et de diminuer la transparence de l’atmosphère à l’égard du rayonnement infrarouge. D’où :du rayonnement infrarouge. D’où :

aa = 0.61, valeur initiale réduite de 1.6 %= 0.61, valeur initiale réduite de 1.6 %

FFss = 1 , radiation solaire de 1370 W m= 1 , radiation solaire de 1370 W m-2-2 mesurée depuis l’espace mesurée depuis l’espace

= 0.32 , valeur augmentée de 6.6 %= 0.32 , valeur augmentée de 6.6 %

DDmm = 200 m profondeur fixe= 200 m profondeur fixe

températures initialestempératures initiales

TToo = +50 = +50C, départ «chaud» C, départ «chaud»

TToo = -50 = -50C, départ «froid»C, départ «froid»

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour une atmosphère chargée en globale pour une atmosphère chargée en aérosolsaérosols

discussion

- 6 0

- 5 0

- 4 0

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

5 1 5 2 5 3 5 4 5 a n n é e s

De

g.

C

DiscussionDiscussionLa température croît fortement depuis sa valeur initiale La température croît fortement depuis sa valeur initiale de -50de -50C pour se stabiliser à +13.3C pour se stabiliser à +13.3C après 30 années C après 30 années de simulation. En effet, d’une température initiale trop de simulation. En effet, d’une température initiale trop faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie solaire qui n’est pas compensé par la déperdition solaire qui n’est pas compensé par la déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une croissance de croissance de TT jusqu’à ce que la déperdition d’énergie jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.

En conclusion, une atmosphère enrichie en aérosols En conclusion, une atmosphère enrichie en aérosols produit une réflexion de la radiation solaire qui n’est produit une réflexion de la radiation solaire qui n’est pas entièrement compensée par l’absorption de pas entièrement compensée par l’absorption de rayonnement infrarouge: la température moyenne rayonnement infrarouge: la température moyenne globale est donc réduite de 0.9globale est donc réduite de 0.9C par rapport à la C par rapport à la température moyenne globale actuelle.température moyenne globale actuelle.

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale pour une atmosphère chargée en globale pour une atmosphère chargée en aérosolsaérosols

discussion

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

5 1 5 2 5 3 5 4 5 a n n é e s

De

g.

C

DiscussionDiscussionLa température décroît depuis sa valeur initiale de La température décroît depuis sa valeur initiale de +50+50C pour se stabiliser à +13.3C pour se stabiliser à +13.3C après 30 années de C après 30 années de simulation. En effet, une température initiale trop simulation. En effet, une température initiale trop élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui élevée induit une déperdition d’énergie infrarouge qui n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption n’est pas compensée par le gain dû à l’absorption d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. d’énergie solaire: le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, ces pertes favorisent une Par conséquent, ces pertes favorisent une décroissance de décroissance de TT jusqu’à ce que la déperdition jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.d’énergie infrarouge équilibre le gain d’énergie solaire.

En conclusion, une atmosphère enrichie en aérosols En conclusion, une atmosphère enrichie en aérosols produit une réflexion de la radiation solaire qui n’est produit une réflexion de la radiation solaire qui n’est pas entièrement compensée par l’absorption de pas entièrement compensée par l’absorption de rayonnement infrarouge, malgré les conditions initiales rayonnement infrarouge, malgré les conditions initiales plutôt favorables: la température moyenne globale est plutôt favorables: la température moyenne globale est donc réduite de 0.9donc réduite de 0.9C par rapport à la température C par rapport à la température moyenne globale actuelle.moyenne globale actuelle.

Simulation de la température Simulation de la température moyenne globale suite à une moyenne globale suite à une augmentation des taches solairesaugmentation des taches solairesLes taches solaires ont pour effet d’augmenter l’intensité du flux Les taches solaires ont pour effet d’augmenter l’intensité du flux incident de radiation solaire sur la Terre. Alors, afin de simuler la incident de radiation solaire sur la Terre. Alors, afin de simuler la température globale moyenne nous devons considérer les valeurs température globale moyenne nous devons considérer les valeurs suivantes :suivantes :

aa = 0.62, valeur actuelle= 0.62, valeur actuelle

FFss = 1.005 , radiation solaire haussée de 0.5%= 1.005 , radiation solaire haussée de 0.5%

= 0.3 , valeur actuelle= 0.3 , valeur actuelle

DDmm = 200 m profondeur fixe= 200 m profondeur fixetempératures initialestempératures initiales

TToo = -50 = -50C, départ «froid»C, départ «froid»

ÉÉvolution de la température moyenne volution de la température moyenne globale suite à une augmentation des globale suite à une augmentation des taches solairestaches solaires

discussion

- 6 0

- 5 0

- 4 0

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

5 1 5 2 5 3 5 4 5 a n n é e s

De

g.

C

DiscussionDiscussionLa température croît fortement depuis sa valeur La température croît fortement depuis sa valeur initiale de -50initiale de -50C pour se stabiliser à +14.5C pour se stabiliser à +14.5C après 30 C après 30 années de simulation. En effet, d’une température années de simulation. En effet, d’une température initiale trop faible découle un gain dû à l’absorption initiale trop faible découle un gain dû à l’absorption d’énergie solaire qui n’est pas compensé par la d’énergie solaire qui n’est pas compensé par la déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors déperdition d’énergie infrarouge : le système est alors hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une hors d’équilibre. Par conséquent, le gain favorise une croissance de croissance de TT jusqu’à ce que la déperdition jusqu’à ce que la déperdition d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie d’énergie infrarouge équilibre l’absorption d’énergie solaire.solaire.

En conclusion, la température d’équilibre simulée lors En conclusion, la température d’équilibre simulée lors d’une augmentation du nombre de taches solaires est d’une augmentation du nombre de taches solaires est plus élevée de celle actuelle de 0.3plus élevée de celle actuelle de 0.3C. Toutefois, il est C. Toutefois, il est difficile de conclure fermement à propos d’une difficile de conclure fermement à propos d’une influence directe de ce phénomène sur le climat sur influence directe de ce phénomène sur le climat sur Terre, celle-ci pouvant être masqué parTerre, celle-ci pouvant être masqué pard’autres variations naturelles.d’autres variations naturelles.

Conclusions GénéralesConclusions GénéralesCe modèle de bilan d’énergie planétaire nous permet de Ce modèle de bilan d’énergie planétaire nous permet de d’analyser le rôle joué par les caractéristiques radiatives d’analyser le rôle joué par les caractéristiques radiatives et thermiques du système Terre-Atmosphère global. La et thermiques du système Terre-Atmosphère global. La présence d’une atmosphère induit un effet de serre présence d’une atmosphère induit un effet de serre naturel qui maintient la température moyenne globale à naturel qui maintient la température moyenne globale à 14.214.2C, soit 32.4C, soit 32.4C de plus qu’une Terre dénuée C de plus qu’une Terre dénuée d’atmosphère. La capacité thermique de l’eau d’atmosphère. La capacité thermique de l’eau détermine la rapidité avec laquelle le système retrouve détermine la rapidité avec laquelle le système retrouve un équilibre énergétique, un équilibre énergétique, i.e.i.e. l’équilibre entre l’énergie l’équilibre entre l’énergie solaire absorbée et l’énergie infrarouge émise. solaire absorbée et l’énergie infrarouge émise. L’intensité de la radiation solaire influe directement sur L’intensité de la radiation solaire influe directement sur la quantité d’énergie disponible et donc sur la la quantité d’énergie disponible et donc sur la température du système Terre-Atmosphère. L’effet des température du système Terre-Atmosphère. L’effet des aérosols est cependant plus délicat à analyser avec ce aérosols est cependant plus délicat à analyser avec ce modèle car la température moyenne globale dépend modèle car la température moyenne globale dépend d’un équilibre subtil entre la réflexion de la radiation d’un équilibre subtil entre la réflexion de la radiation solaire et de l’absorption du rayonnement infrarouge. solaire et de l’absorption du rayonnement infrarouge.

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