1re Enseignement scientifique · Thème 2 · Séance 11

Le thermostat de la Terre

La Terre attrape la lumière du Soleil d'un seul côté, mais elle rayonne de partout. Regarde d'abord où passe le piège géométrique, puis change la couleur de la planète et compte les rayons qui repartent.

Vue de côté · le Soleil éclaire par la gauche

Les rayons arrivent parallèles : le Soleil est à 150 millions de km.

Point de vue

Ce qu'on regarde

Trois tubes de lumière identiques Même section de faisceau, mais pas la même surface éclairée sur le globe. La section du faisceau intercepté L'ombre que la Terre découpe dans la lumière : un disque. Carte du flux reçu, en W·m⁻² Maximum face au Soleil, nul au niveau du terminateur. Le rayonnement émis par la Terre Il part de toute la sphère, jour et nuit.

Animation

Les trois surfaces à ne pas confondre

Disque intercepteur πR²—

Hémisphère éclairé 2πR²—

Sphère entière 4πR²—

La Terre n'intercepte pas 1 361 W sur chaque mètre carré de l'hémisphère éclairé : près du bord, un même tube de lumière s'étale sur une surface bien plus grande. Ce qui compte, c'est la section du faisceau, donc un disque.

Le facteur 4

flux moyen = S × πR²4πR² = S4

Constante solaire S1 361 W·m⁻²

Face au Soleil, à midi1 361 W·m⁻²

Moyenne sur l'hémisphère éclairé681 W·m⁻²

Moyenne sur toute la sphère340 W·m⁻²

Chaque trait de lumière est un paquet d'énergie

Il rebondit ou il est absorbé. La proportion qui rebondit, c'est l'albédo.

Limite des glaces 66° de latitude

banquise jusqu'à l'équateurplus aucune glace

Surface du globe sous la glace—

Couleur des continents

Le modèle

Nuages et atmosphère Ils réfléchissent à eux seuls les deux tiers de ce que la Terre renvoie. Effet de serre Décalage forfaitaire de +33 °C. La vraie mécanique arrive en séance 12.

Animation

Albédo de la surface—

Albédo de la planète—

Puissance interceptée—

Puissance renvoyée aussitôt—

Puissance absorbée—

Température moyenne—

Composition de la surface

Descends la limite des glaces vers l'équateur et suis la chaîne : plus de glace, donc plus d'albédo, donc moins d'absorption, donc plus froid… donc encore plus de glace. C'est la rétroaction glace-albédo, et elle tourne aussi dans l'autre sens quand la banquise fond.