Le bilan radiatif terrestre et l'effet de serre

La Terre reçoit en permanence de l’énergie du Soleil sous forme de rayonnement électromagnétique, principalement dans le visible. Cette puissance incidente est en partie réfléchie vers l’espace par les nuages, les océans, les glaces et les continents : c’est l’albédo. Le reste est absorbé par le sol et l’atmosphère, ce qui réchauffe la planète. Le bilan radiatif terrestre compare donc la puissance solaire absorbée et la puissance rayonnée par la Terre vers l’espace. On le résume souvent par : puissance absorbée = (1 − albédo) × puissance incidente.

La Terre absorbe une partie du rayonnement solaire et se réchauffe. Comme tout corps chaud, elle émet à son tour un rayonnement électromagnétique, mais dans le domaine infrarouge, invisible à l’œil nu. Cette émission permet à la planète de perdre de l’énergie et de tendre vers un équilibre thermique. À l’équilibre radiatif, la puissance absorbée par la Terre est égale à la puissance qu’elle émet vers l’espace. Sans cet équilibre, la température moyenne de surface évoluerait fortement.

Une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre est absorbée par certains gaz de l’atmosphère, appelés gaz à effet de serre (CO₂, CH₄, H₂O, N₂O…). Ces gaz réémettent ensuite de l’énergie dans toutes les directions, dont une partie vers la surface terrestre. La surface reçoit donc davantage d’énergie qu’elle n’en perdrait sans atmosphère, ce qui élève sa température moyenne. L’effet de serre est un phénomène naturel et indispensable : sans lui, la température moyenne de la Terre serait d’environ −18 °C au lieu de +15 °C.

L’équilibre radiatif de la Terre peut être modifié par des variations de l’albédo, de l’intensité solaire ou de la concentration des gaz à effet de serre. Les activités humaines augmentent la concentration de certains gaz à effet de serre, ce qui renforce l’absorption du rayonnement infrarouge. On parle alors d’effet de serre additionnel : la Terre doit émettre davantage d’énergie pour retrouver un équilibre, ce qui augmente sa température moyenne. Ce réchauffement peut modifier les climats, faire fondre les glaces et élever le niveau des océans.