Rayonnement sortant à grande longueur d'onde

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Moyenne annuelle de 2003-2010 du rayonnement sortant à grande longueur d'onde

Le rayonnement sortant à grande longueur d'onde, ou simplement rayonnement de grande longueur d'onde, est le rayonnement électromagnétique de basse énergie émis de la Terre vers l'espace dans le domaine infrarouge. Le flux d'énergie transporté par ce rayonnement est mesuré en watts par mètre carré (W/m²). Le refroidissement radiatif produit par ce rayonnement est la principale façon dont le système terrestre perd de l'énergie. L'équilibre entre cette perte et l'énergie acquise par le chauffage radiatif provenant du rayonnement solaire à ondes courtes entrantes détermine le réchauffement ou le refroidissement global du système terrestre (bilan radiatif de la Terre)[1]. Les différences locales entre le chauffage radiatif et le refroidissement fournissent l'énergie qui alimente la dynamique atmosphérique.

Définition[modifier | modifier le code]

Bilan des échanges thermiques entre l'espace, l'atmosphère et la surface terrestre.

Près de la moitié de l'énergie provenant du Soleil sous forme d'onde courte est absorbée par la surface de la Terre et réémit vers l'atmosphère dans les grandes longueurs d'onde de l'infrarouge. Une partie de ces rayons traversent complètement l'atmosphère et le reste est absorbé par les gaz, comme le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d'eau[2].

Plus de 99 % de ce qui sort, le rayonnement sortant à grande longueur d'onde, se situe dans les longueurs d'onde de 4 à 100 μm, dans la partie infrarouge thermique du spectre électromagnétique[3]. Les contributions avec des longueurs d'onde supérieures à 40 μm sont faibles et généralement seules les longueurs d'onde allant jusqu'à 50 μm sont considérées. Dans la gamme de longueurs d'onde comprise entre 4 et 10 μm, le spectre du rayonnement à ondes longues sortant chevauche celui du rayonnement solaire, et pour différentes applications, différentes longueurs d'onde de coupure peuvent être choisies entre les deux.

Le bilan radiatif de la Terre est assez proche de l'équilibre puisque la perte par radiation à grande longueur d'onde est très proche du rayonnement absorbé en ondes courtes du Soleil à chaque instant. Ainsi, la température moyenne de la Terre est très stable. Le flux sortant à grande longueur d'onde dépend ainsi de la température du corps rayonnant de la Terre, affectée par la température de la surface de la Terre, l'émissivité de celle-ci, la température atmosphérique, le profil de la vapeur d'eau et la couverture nuageuse[4]. Le taux de perte radiatif est aussi affecté localement par la couverture nuageuse et les poussières dans l'atmosphère qui tendent à le réduire en dessous des valeurs par ciel dégagé.

Mesure[modifier | modifier le code]

Le rayonnement sortant à grande longueur d'onde est surveillé mondialement depuis 1975 par un certain nombre de satellites. Ils comprennent :

  • des mesures à large bande de l'instrument ERB (Earth Radiation Balance) sur les satellites Nimbus-6 et Nimbus-7[5],[6] ;
  • ERBE et ERBE sur les NOAA-9 et NOAA-10 et le satellite du budget de rayonnement de la Terre de la NASA (ERBS) ;
  • l'instrument CERES (Clouds and the Radiant Energy System) à bord des satellites Aqua et Terra de la NASA ;
  • l'instrument de mesure du bilan de rayonnement géostationnaire de la Terre (GERB) sur le satellite Météosat seconde génération (MSG).

Le rayonnement infrarouge retourné en surface est principalement mesuré par un pyrgéomètre. Le réseau terrestre le plus important pour la surveillance du rayonnement à ondes longues de surface est le réseau de radiations superficielles de surface (BSRN), qui fournit des mesures cruciales et bien calibrées pour l'étude de l'assombrissement global[7].

Simulations et modifications[modifier | modifier le code]

Les gaz à effet de serre, tels que le méthane (CH4), l'oxyde nitreux (N2O), la vapeur d'eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2), absorbent certaines longueurs d'onde du flux d'infrarouges et le réémettent ensuite vers la Terre, augmentant la température moyenne de sa surface. Par conséquent, une augmentation de la concentration d'un gaz à effet de serre contribuerait au réchauffement de la planète en augmentant la quantité de rayonnement absorbée et la diminution du flux sortant dans l'espace.

L'évaluation de nombreux phénomènes reliés à ces variations nécessitent le calcul de leur effet sur le taux de rayonnement à ondes longues sortant. L'étude du bilan se fait donc grâce à des simulations informatiques avec les équations de transfert radiatif.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) J. T. Kiehl et Kevin E. Trenberth, « Earth's Annual Global Mean Energy Budget », BAMS, Boston, MA, AMS, vol. 78, no 2,‎ , p. 197–208 (DOI 10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2, lire en ligne [PDF]).
  2. Service de traduction, « Rayonnement sortant à grandes longueurs d'onde », Termium Plus, Gouvernement du Canada, (consulté le 23 novembre 2017).
  3. (en) Grant W. Petty, A first course in atmospheric radiation, Madison, Wisc., Sundog Publications, , 2e éd. (ISBN 978-0972903318), p. 68.
  4. (en) Joel Susskind, Gyula Molnar et Lena Iredell, « Contributions to Climate Research Using the AIRS Science Team Version-5 Products », Goddard Space Flight Center (consulté le 23 novembre 2017).
  5. (en) Herbert Jacobowitz, Harold V. Soule, H. Lee Kyle et Frederick B. House, « The Earth Radiation Budget (ERB) Experiment: An overview », Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 89, no D4,‎ , p. 5021–5038 (DOI 10.1029/JD089iD04p05021).
  6. (en) H. L. Kyle, A. Arking, J. R. Hickey, P. E. Ardanuy, H. Jacobowitz, L. L. Stowe, G. G. Campbell, T. Vonder Haar, F. B. House, R. Maschhoff et G. L. Smith, « The Nimbus Earth Radiation Budget (ERB) Experiment: 1975 to 1992 », AMS, vol. 74, no 5,‎ , p. 815–830 (DOI 10.1175/1520-0477(1993)074<0815:TNERBE>2.0.CO;2).
  7. (en) Martin Wild, « Global dimming and brightening: A review », Journal of Geophysical Research, vol. 114,‎ (DOI 10.1029/2008JD011470).