BOOST PHYSIQUE-CHIMIE - BILAN THERMIQUE DU SYSTÈME TERRE-ATMOSPHÈRE 1

I. Flux d’énergie solaire

Le soleil émet de l’énergie en permanence dans toutes les directions. Sauf que, comme la Terre est loin du soleil, on a vu que les rayons lumineux étaient modélisés par des rayons parallèles les uns aux autres vers la Terre.

Si on met en capteur de 1m², perpendiculaire aux rayons, on mesure alors un flux de 1360 W. On peut aussi définir le flux surfacique $\phi$ qui est le flux par unité de surface. Comme on a utilisé un capteur de 1m², le flux surfacique du soleil sur la distance Terre-soleil est de $1360W.m^{-2}$. On appelle cela la constante solaire. Mais quel est le flux capté par la Terre ?

II. Flux d’énergie reçue par la Terre

Il faut se demander quelle surface les rayons vont couper ? Si on regarde la Terre de face, on voit un disque. C’est donc ce disque qui va être coupé par les rayons lumineux. Les rayons déposent de l’énergie sur un disque qui possède le rayon de la Terre.

La surface est donc de : $\pi \times R_T^2$.

Donc, le flux total reçu par la Terre c’est : $\phi_{total \ reçu} = \phi \times \pi R_T^2$.

Ce flux est exprimé en Watts, c’est une puissance.

III. Flux surfacique à la surface de la Terre (au sommet de l’atmosphère)

Le flux total qui arrive se réparti de manière homogène sur toute la surface de la Terre. Il y a deux cercles concentriques :

- le cercle dont le rayon est le plus petit correspond à la surface terrestre,

- le cercle dont le rayon est le plus grand est la surface atmosphérique.

On a appelé $R_T$ le rayon de la Terre et $e$ l’épaisseur de l’atmosphère. Le rayon de la Terre est d’environ 6 400 km et l’épaisseur de l’atmosphère est d’environ 500 km. On peut donc négliger $e.$ Quand on parle de flux surfacique au sommet de l’atmosphère c’est la même chose que le flux surfacique à la surface de la Terre.

On fait l’hypothèse que la distance entre le centre de la Terre et le sommet de l’atmosphère est égale à $R_T$. La surface totale sur laquelle se réparti le flux est la surface de la Terre : $4\times \pi \times R_T^2$.

Soit $\phi_S$ le flux surfacique au sommet de l’atmosphère, $\phi_s = \dfrac{\phi_{total \ reçu}}{4\pi R_T^2} = \dfrac{\phi}{4} = 340W.m^{-2}$.