Quel est le bilan énergétique de la Terre?
Le terme «budget énergétique de la Terre» a été inventé pour faire référence à l'énergie que la planète reçoit du soleil, utilisée partout dans le monde, puis renvoie dans l'espace. Le soleil fournit toute l'énergie utilisée dans la Terre, même si la majeure partie de l'énergie solaire n'atteint jamais la surface de la planète. La chaleur reçue par la Terre entre dans cinq composantes distinctes de l'environnement: les êtres vivants tels que les plantes et les animaux, la croûte terrestre, les plans d'eau de la Terre, l'atmosphère et la glace. En raison de la forme de la planète, la quantité d’énergie qui frappe la surface de la Terre est très inégale, certaines zones recevant des quantités de chaleur beaucoup plus importantes que d’autres. La forme de la terre fait également en sorte que les zones polaires reçoivent beaucoup moins de chaleur que les régions plus proches de l'équateur. Des recherches scientifiques ont montré que chaque mètre carré de la surface de la Terre reçoit et restitue environ 240 watts d'énergie solaire. La quantité d’énergie thermique reçue par la Terre et renvoyée dans l’espace est proche de l’équilibre, la Terre se rapprochant presque de l’état d’équilibre radiatif.
Energie thermique entrante
La Terre reçoit de l’énergie solaire sous forme de rayonnement à ondes courtes. L'énergie entrante peut interagir avec l'environnement terrestre de trois manières différentes: diffusion, absorption et réflexion. Si le rayonnement solaire frappe la surface de la Terre sans subir aucun de ces trois processus, on parle de rayonnement solaire direct.
Diffusion
Lorsque l'énergie du soleil est dispersée, il entre en contact avec de minuscules particules, telles que des molécules de gaz, qui modifient ensuite la direction des rayons du soleil sans modifier la longueur d'onde. La diffusion dépend de nombreux facteurs tels que la longueur d'onde du rayonnement ainsi que la taille des molécules qui diffusent le rayonnement. La diffusion a pour principal effet de réduire la quantité d’énergie thermique atteignant la surface de la Terre. La dispersion est également responsable de la couleur bleue du ciel terrestre. Le rayonnement solaire dispersé qui frappe la surface de la Terre est appelé rayonnement solaire diffus.
Absorption
L'absorption est un autre moyen par lequel l'énergie solaire interagit avec l'environnement terrestre. Les scientifiques décrivent l'absorption comme le processus par lequel une substance absorbe le rayonnement solaire puis se transforme en énergie thermique. Une fois que le matériau a généré de l'énergie thermique, il est ensuite renvoyé dans l'environnement par le biais d'un rayonnement à ondes longues.
Réflexion
Le rayonnement solaire peut également être réfléchi lorsqu'il interagit avec des particules dans la terre. La réflexion se produit lorsque le soleil frappe une particule et est redirigé dans l'atmosphère. L'impact principal de la réflexion est qu'il réduit la quantité de chaleur atteignant la surface de la terre. La réflexion se produit généralement dans les nuages où les gouttelettes d'eau interceptent et redirigent les rayons du soleil.
Énergie thermique sortante
La Terre envoie de l’énergie dans l’espace sous forme de rayonnement à ondes longues, qui contient généralement de faibles quantités d’énergie. L'énergie envoyée de la Terre se présente généralement sous forme de rayonnement infrarouge. Les particules présentes dans l'environnement absorbent une partie de l'énergie rayonnée par la terre, tandis que les nuages en réfléchissent également. Le rayonnement sortant est fondamental pour le bilan énergétique de la Terre car il représente la somme de l'énergie de la Terre vers l'atmosphère. Les radiations émises jouent également un rôle important dans l'effet de serre, car des gaz tels que le dioxyde de carbone et le méthane absorbent les radiations, ce qui augmente la quantité de chaleur dans l'atmosphère. L'absorption par ces gaz a également pour effet d'augmenter la température de la surface de la terre. Les scientifiques indiquent qu'une concentration plus élevée de gaz à effet de serre pourrait entraîner un réchauffement de la planète.
Déséquilibre énergétique dans la Terre
Au cas où l'énergie venant de la terre et celle qui la quitte ne sont pas égales, la terre gagne ou perd de l'énergie. Il existe deux moyens principaux de vérifier si la Terre gagne de l'énergie, la perd ou est en équilibre. Une méthode consiste à utiliser la mesure indirecte. En cas de changement d'énergie sur la Terre, cela affectera divers composants de l'environnement terrestre, tels que les océans. Pour mesurer le changement, on utilise des dispositifs océaniques appelés argo floats. Une autre méthode pouvant être utilisée consiste à effectuer des mesures directes, principalement par le biais de satellites. Les satellites qui mesurent le déséquilibre énergétique utilisent la technologie mise au point par la NASA et surveillent la quantité de chaleur que la Terre reçoit ainsi que la quantité de rayonnement de la Terre.
Effet de serre
Les gaz qui constituent le pourcentage le plus important de l'atmosphère terrestre sont l'oxygène et l'azote, qui n'interagissent ni avec le rayonnement solaire entrant ni avec le rayonnement thermique de la Terre dans l'espace. Cependant, l'atmosphère terrestre contient également des substances telles que la vapeur d'eau et d'autres gaz qui absorbent le rayonnement thermique de longueurs d'onde spécifiques. Cinq à six pour cent de l’énergie émise par la Terre sont absorbés par les substances et l’augmentation de leur concentration dans l’atmosphère se traduit par un taux d’absorption plus élevé. L’effet principal de l’effet de serre standard est qu’il élève la température de la Terre, la rendant ainsi plus chaude que si elle se chauffait uniquement au soleil.
Changement climatique
Le climat de la terre peut changer en raison de facteurs naturels ou de l'influence de l'homme. Les éruptions volcaniques et les altérations de la luminosité du soleil sont des facteurs naturels responsables de l’altération du climat de la Terre, ce qui augmenterait ou réduirait la quantité d’énergie solaire atteignant la surface de la Terre. Un certain nombre d'activités humaines contribuent directement ou indirectement à la modification du climat de la planète, telles que le rejet de polluants dans l'atmosphère et la déforestation. Les changements climatiques ont un impact direct sur le bilan énergétique de la Terre.
Impacts économiques du changement climatique
Le secteur agricole est l'un des secteurs les plus touchés par les changements climatiques. En raison des changements, certaines régions connaissent moins de pluie qu’elles ne le feraient normalement, ce qui entraîne une mauvaise récolte. Des précipitations supérieures à la moyenne dans d'autres régions ont entraîné la destruction des cultures dans les exploitations. L’impact de ces événements est qu’ils réduisent les rendements, ce qui rend plus difficile la vie des agriculteurs et crée une pénurie alimentaire. Un autre effet du changement climatique est qu’il conduira à une augmentation significative du nombre de vagues de chaleur, dont certaines peuvent causer la mort, réduisant ainsi la couche de la population capable de contribuer à l’économie.
