3. Climat et changement climatique
Émission de la Terre
Le rayonnement solaire absorbé par la Terre doit être à nouveau dissipé afin qu'il y ait un équilibre net entre l'énergie absorbée et l'énergie émise. Ce n'est qu'à cette condition que la température moyenne de la Terre restera constante. Cela se produit par le biais du rayonnement thermique, c'est-à-dire la chaleur émise par la surface de la Terre en direction de l'espace. Nous l'avons déjà vu : les corps dont la température est d'environ 20°C (ou : 300 K) rayonnent dans la gamme de longueurs d'onde autour de 10 μm.
Cependant, le rayonnement émis par la surface de la Terre doit pénétrer dans l'espace en traversant l'atmosphère. Il existe - comme décrit à la page précédente - des gaz à l'état de traces qui absorbent le rayonnement, en particulier le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Dans les longueurs d'onde de 8 à 13 μm, leur absorption est faible, de sorte qu'ici le rayonnement atteint l'espace sans trop de pertes. Ce domaine spectral est appelé fenêtre infrarouge atmosphérique.
Les mesures infrarouges effectuées par les satellites montrent comment le rayonnement émis par la surface de la Terre est influencé par l'atmosphère. Le diagramme montre un spectre (ligne noire) mesuré par le spectromètre IRIS du satellite NIMBUS 3 avec une vue du désert du Sahara, comparé à un modèle de calcul du transfert radiatif (ligne rouge). Dans le modèle, on suppose une température de 320 K (ou 47°C).
Il existe également des graphiques d'émission pour des corps noirs dont la température est comprise entre 220 et 320 K, représentés par des lignes pointillées dans le graphique. On constate que dans la gamme de 8 à 13 μm - à l'exception d'une zone marquée par l'ozone (O3) - la mesure et le modèle se rapprochent très bien de la courbe d'un corps noir d'une température de 320 K. Le spectromètre mesure le rayonnement émis par le sol saharien chaud.
Les zones où les valeurs de la radiance mesurée et modélisée sont les plus faibles sont marquées par les gaz à l'état de traces, dont l'absorption réduit la luminosité : vapeur d'eau (H2O), dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4) et ozone (O3). L'absorption signifie que seule une quantité limitée de rayonnement atteint l'espace, voire pas du tout. En fait, les gaz à l'état de traces situés à des altitudes plus basses sont réchauffés par le rayonnement émanant de la surface de la Terre. Les gaz à l'état de traces dans ces couches rayonnent ensuite vers le sol, dans ce que l'on appelle le rayonnement atmosphérique en retour.
C'est l'effet de serre.
Radiance de la Terre mesurée dans l'espace (noir) et modélisée (rouge) à des longueurs d'onde dans l'infrarouge de 7 à 25 μm (échelle supérieure). Le nombre d'ondes (échelle inférieure) correspond à la longueur d'onde inversée 1/
MODTRAN® signifie 'MODerate resolution atmospheric TRANsmission', un modèle informatique pour les simulations du transfert radiatif atmosphérique.
Source: MODTRAN Infrared Light in the Atmosphere, Université de Chicago, États-Unis.
Une augmentation de la quantité de gaz à effet de serre accroît l'effet de serre et entraîne un réchauffement du climat.
