3. Climat et changement climatique

Le rayonnement solaire à la surface de la Terre

Dans l'atmosphère, par une journée claire et ensoleillée, lorsque le soleil est haut dans le ciel, environ 40% du rayonnement est perdu par absorption et diffusion. En d'autres termes, dans les conditions les plus favorables, environ 60% du rayonnement solaire atteint la surface de la terre, soit une valeur d'environ 1000 W/m².

La diffusion est causée par tous les atomes et molécules de l'atmosphère. Elle se produit sur les molécules de gaz sous la forme de la diffusion dite de Rayleigh et est à l'origine de la couleur bleue du ciel, ainsi que de l'apparence bleue de la Terre vue de l'espace.

L'azote présent dans l'air n'a aucun effet sur l'absorption; l'oxygène ne joue qu'un rôle très mineur. Ce sont presque exclusivement les gaz à l'état de traces qui absorbent la lumière. Le spectre de la lumière visible est également très peu influencé par l'absorption de ces gaz à l'état de traces. L'illustration suivante montre que les longueurs d'onde de 0,4 à 0,75 µm (ou : 400 à 750 nm) constituent la fenêtre atmosphérique du rayonnement solaire dans le domaine spectral visible.

Ci-dessus : Pourcentage de perte de rayonnement lorsque le rayonnement solaire traverse l'atmosphère, en fonction du logarithme de la longueur d'onde. Le soleil est au zénith, l'air est clair et sans nuages. En bas : Contributions à l'absorption des principaux gaz à l'état de traces et des molécules d'air pour la diffusion de Rayleigh.
Source: Wikimedia Commons, édité.

Les gaz à l'état de traces les plus importants sont

• l'ozone (O₃) dans la stratosphère. Il nous protège des rayons ultraviolets nocifs du soleil. Cependant, s'il atteint le niveau du sol par le biais de polluants tels que les gaz d'échappement des voitures, il endommage nos poumons.
• le dioxyde de carbone et l'oxyde d'azote produits lors de la combustion du charbon, du pétrole et du gaz,
• le méthane produit par la culture du riz, par l'élevage du bétail et par la fonte du pergélisol,
• la vapeur d'eau, qui s'évapore en quantités croissantes dans l'atmosphère avec l'augmentation des températures.

En outre, l'air contient des particules telles que la poussière, la suie, la brume, le brouillard et les nuages. Leur apparence et leur comportement sont très variables et sont à l'origine de nos conditions météorologiques sans cesse changeantes. À titre d'exemple, le diagramme suivant montre que même sur une moyenne mensuelle, il existe des valeurs d'exposition solaire très différentes.

Irradiation mensuelle (rayonnement solaire direct et rayonnement atmosphérique) au sol en Europe centrale en 2016-2018 comparée à l'irradiation mensuelle par ciel dégagé. En haut à gauche, les totaux annuels sont indiqués en pourcentage, par rapport à la valeur lorsque le ciel est dégagé.
Source: Energy Meteorology, Université d'Oldenburg, Allemagne.