Rayonnement Solaire

1. Rayonnement solaire

Le Soleil émet de l'énergie de façon homogène dans toutes les directions. La puissance totale traversant une surface sphérique centrée sur le Soleil est constante, quel que soit le rayon de cette sphère.

2. Variation de la puissance par unité de surface

• La surface d’une sphère de rayon $R$ est :
  $S = 4\pi R^2$
• La puissance par unité de surface diminue quand la distance au Soleil augmente, car la même puissance est répartie sur une surface plus grande.

3. Constante solaire

• La constante solaire est l’énergie solaire reçue par unité de surface en haut de l’atmosphère terrestre.
• Elle est mesurée par des satellites en orbite terrestre.
• Cette valeur représente la puissance solaire reçue par un disque de surface $\pi R^2$ situé à la distance de la Terre.

4. Calcul de la fraction d’énergie reçue par la Terre

• Surface du disque interceptant le rayonnement solaire :
  $S_{\text{disque}} = \pi R^2$
• Surface de la sphère de rayon Terre-Soleil :
  $S_{\text{sphère}} = 4\pi D^2$
• Fraction de la puissance solaire reçue par la Terre :
  $\text{Fraction} = \frac{\pi R^2}{4\pi D^2} = \frac{R^2}{4D^2}$

5. Bilan énergétique terrestre

• Plus de 99,9 % de la puissance reçue par la Terre provient du Soleil.
• La Terre n’absorbe pas toute la puissance reçue :
  • 30 % est réfléchie vers l’espace (albédo).
  • 70 % est absorbée par la Terre.

6. Albédo

• Définition : L’albédo est la fraction de rayonnement solaire réfléchi par une surface.
• Exemples :

  Surface	Albédo approximatif
  Glace, neige fraîche	0,80
  Sable	0,30

À retenir : La constante solaire correspond à la puissance solaire reçue par unité de surface au sommet de l’atmosphère terrestre, et la Terre absorbe environ 70 % de cette énergie, le reste étant réfléchi selon son albédo.

1. Albédo de la Terre

• L’atmosphère et les nuages réfléchissent en moyenne 25 % du rayonnement solaire reçu.
• Les 75 % restants traversent l’atmosphère et atteignent la surface terrestre.
• L’albédo moyen de la Terre est d’environ 0,29, ce qui correspond à environ 29 % de réflexion globale du rayonnement solaire.

2. Facteurs influençant l’albédo

• La blancheur d’une surface augmente son albédo.
• L’albédo dépend de la nature de la surface et de la puissance du rayonnement reçu.

L’albédo est le rapport entre la puissance réfléchie et la puissance reçue, caractérisant ainsi la capacité d’une surface à renvoyer le rayonnement solaire.

1. Rayonnement infrarouge émis par la Terre

• La Terre émet de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge.
• Ce rayonnement est principalement dans l’infrarouge, avec des longueurs d’onde plus grandes que celles des ultraviolets (UV).
• La puissance émise augmente avec la température de la surface terrestre.

2. Effet de serre et rôle de l’atmosphère

• L’atmosphère contient des gaz à effet de serre (notamment H₂O, CO₂, CH₄) qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la Terre.
• Ces gaz réémettent une partie de ce rayonnement vers le sol, ce qui piège la chaleur.
• Ce phénomène est appelé effet de serre.

3. Conséquences de l’effet de serre

• L’effet de serre augmente la température moyenne de la Terre de −18 °C à +15 °C, rendant la planète habitable.

4. Compléments importants

• La surface terrestre reçoit de l’énergie à la fois du Soleil et de l’atmosphère.
• L’albédo caractérise la capacité d’une surface à réfléchir la lumière : une surface claire a un albédo élevé (réfléchit beaucoup), une surface sombre a un albédo faible (absorbe plus).
• La longueur d’onde du rayonnement solaire correspond à une température d’environ 6000 °C.

L’effet de serre est essentiel car il piège la chaleur émise par la Terre sous forme de rayonnement infrarouge, maintenant ainsi une température moyenne compatible avec la vie.