Fiche de révision : Météo et bilan énergétique terrestre

📋 Plan du Cours

1. Troposphère et pression atmosphérique
2. Météorologie et climatologie
3. Mesures météorologiques au sol et par satellite
4. Insolation et énergie solaire reçue
5. Albédo et énergie absorbée
6. Stockage de l’énergie dans le système terrestre
7. Émission terrestre et effet de serre
8. Bilans énergétiques et transferts thermiques

📖 1. Troposphère et pression atmosphérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Troposphère : Couche de l’atmosphère où se déroulent les processus climatiques et les mouvements convectifs qui transfèrent l’énergie à la surface terrestre.
• Pression atmosphérique : Poids de la colonne d’air exercé sur une surface de 1 m².

★ À maîtriser

• La troposphère contient 80 à 90 % de la masse totale de l’air et la quasi-totalité de la vapeur d’eau.

Compléments

• La troposphère est chauffée par le rayonnement du sol, avec un gradient de température indiqué de 6 °C·km⁻¹.

📌 L’influence du sol est marquée dans le premier kilomètre de la troposphère, tandis qu’elle est minime à nulle dans la troposphère libre au-delà.

📖 2. Météorologie et climatologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Météorologie : Dictionnaire de l’Académie des Sciences - Discipline qui étudie les phénomènes atmosphériques et leurs variations afin de prévoir à court terme les variations du temps.
• Climatologie : Discipline qui étudie le climat, c’est-à-dire la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes.

📝 Points essentiels

• Les températures moyennes annuelles indiquées sont de 26,3 °C à Pointe-à-Pitre et de −10,8 °C à Dumont-d’Urville.

• Les précipitations moyennes indiquées sont inférieures à 130 mm/an dans le Sahara et supérieures à 2 000 mm/an dans la forêt tropicale amazonienne au Pérou.

• Les paramètres météorologiques sont :

  • la température de l’air
  • les précipitations
  • le vent
  • l’humidité
  • l’évapotranspiration
  • la pression atmosphérique
  • les radiations solaires

💡 Astuce mémo

Météorologie : prévoir le temps à court terme ; climatologie : étudier les conditions sur de longues périodes.

📖 3. Mesures météorologiques au sol et par satellite

📝 Points essentiels

• Météo-France a été fondée en 1993 ; la station d’enregistrements instrumentaux des paramètres météorologiques de l’observatoire du Mont Aigoual, dans le Gard-Lozère, a été mise en service en 1894.

• Le cours indique 2 662 stations météorologiques en France pour les mesures au sol.

• Depuis 1960, des observations satellitaires complètent les mesures météorologiques au sol.

• Les observations satellitaires portent notamment sur :

  • les masses nuageuses
  • les zones de gel
  • les cendres volcaniques
  • les tempêtes de sable ou de poussières
  • la température des surfaces et des nuages
  • les vents
  • le bilan radiatif

📖 4. Insolation et énergie solaire reçue

★ À maîtriser

📌 L’énergie solaire reçue par unité de surface varie avec la latitude, car les différentes zones du globe ne reçoivent pas la même quantité d’énergie.

• La constante solaire E₀ à l’orbite terrestre vaut 1 368 W/m², avec une variation indiquée de ±0,4 %.

📐 Formule - La moyenne d’énergie solaire incidente au sommet de l’atmosphère est la constante solaire divisée par quatre, soit $E_i=\frac{E_0}{4}=342\ \mathrm{W\,m^{-2}}$.

Compléments

• La distance entre la Terre et le Soleil est d’environ 150 × 10⁶ km.

📐 Formule - La puissance rayonnée par unité de surface solaire est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann $E=\sigma T_S^4$.

• Le Soleil est assimilé à un corps noir de température de surface 5 770 K et de rayon 0,7 × 10⁶ km.

• La constante solaire correspond à l’énergie disponible par unité de surface normale aux rayons solaires à l’orbite terrestre.

💡 Astuce mémo

Soleil → orbite terrestre → disque intercepté → énergie redistribuée sur la sphère.

📖 5. Albédo et énergie absorbée

🔑 Notions clés & Définitions

• Albédo : Rapport entre l’énergie électromagnétique renvoyée par une surface par réflexion ou diffusion et l’énergie incidente.

★ À maîtriser

📌 Plus l’angle d’incidence du rayonnement solaire est faible, plus l’énergie absorbée est importante et l’énergie réfléchie faible.

📌 Les surfaces neigeuses ne retiennent que 10 % de l’énergie reçue, tandis que les océans en retiennent 90 %.

Compléments

• L’albédo s’exprime en pourcentage ou sous la forme d’une valeur comprise entre 0 et 1.

• L’albédo moyen global de la Terre est de 0,3, soit 30 %.

💡 Astuce mémo

Neige : faible rétention ; océan : forte rétention.

📖 6. Stockage de l’énergie dans le système terrestre

★ À maîtriser

📌 L’atmosphère est transparente au rayonnement visible, qui atteint la surface des océans et des continents.

📌 L’atmosphère est opaque au rayonnement infrarouge de grande longueur d’onde et stocke ainsi une partie de l’énergie reçue.

Compléments

• Le rayonnement solaire reçu est principalement constitué de visible (42,4 %) et de proche infrarouge (48,4 %). - Foucault A., Climatologie et paléoclimatologie, 2016

• L’énergie retenue est stockée dans les sous-systèmes Terre et atmosphère, comprenant notamment les surfaces océaniques et continentales.

💡 Astuce mémo

Visible : traverse l’atmosphère ; infrarouge de grande longueur d’onde : y est retenu.

📖 7. Émission terrestre et effet de serre

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet de serre : Renvoi vers la surface des continents et des océans d’une partie de l’énergie émise par la Terre.

📝 Points essentiels

📌 La Terre reçoit de l’énergie dans le domaine des courtes longueurs d’onde et en émet dans le domaine des longues longueurs d’onde, notamment l’infrarouge.

• L’énergie émise par la Terre est en partie : retenue par l’atmosphère, perdue au profit de l’espace, renvoyée vers la surface des continents et des océans

📖 8. Bilans énergétiques et transferts thermiques

★ À maîtriser

• Pour le système Terre-atmosphère, les gains sont de 342 − 77 = 265 W/m², les pertes de 30 + 235 = 265 W/m² et le bilan est nul. - Renard, Lagabrielle, Martin, Eléments de géologie, 2021

📌 Le système Terre-atmosphère est globalement à l’équilibre, alors que l’atmosphère et la surface terrestre sont chacune en déséquilibre.

📌 L’énergie n’est pas distribuée de manière homogène à la surface de la Terre, ce qui entraîne des contrastes de température à compenser par des transferts d’énergie.

Compléments

• Pour la surface des continents et des océans, les gains sont de 168 + 324 = 492 W/m², les pertes de 390 W/m² et le bilan est de +102 W/m². - Renard, Lagabrielle, Martin, Eléments de géologie, 2021

• Des flux de chaleur non radiatifs rétablissent l’équilibre énergétique global malgré le déséquilibre des sous-systèmes. - Renard, Lagabrielle, Martin, Eléments de géologie, 2021

💡 Astuce mémo

Les sous-systèmes sont déséquilibrés → des flux non radiatifs rétablissent le bilan global.

📊 Tableaux de synthèse

Bilan énergétique des compartiments