Dossier Climat : Le Forçage Radiatif et ses Paramètres Influents

En ce début d’année, nous revenons sur un fait marquant de 2024 : pour la première fois, la température mondiale moyenne a dépassé 1,5 °C par rapport à l’ère préindustrielle (1850-1900). Ce seuil symbolique constituait jusqu’alors la limite basse de l’Accord de Paris de 2015 et l’objectif le plus ambitieux à l’horizon 2100. Bien que ce dépassement ne signifie pas encore que le climat a franchi ce seuil de manière permanente (il faudrait une moyenne sur 20 ans pour cela), ce constat, seulement 10 ans après la COP 21, est alarmant. Selon l’Organisation météorologique mondiale (OMM), l’année 2024 a été la plus chaude jamais enregistrée, avec une température moyenne mondiale dépassant de 1,55 °C (±0,13 °C) la moyenne de la période préindustrielle

Nous avons souvent abordé les questions énergétiques, mais peu celles du climat. Cette série d’articles vise à expliquer les concepts fondamentaux du climat. Nous commençons aujourd’hui avec la notion de forçage radiatif et les paramètres qui l’influencent.

1. Qu’est-ce que le climat ?

Le climat correspond à l’étude de la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région et sur une période donnée. Il se distingue de la météorologie, qui concerne l’étude du temps à court terme et sur des zones précises. Nous parlerons ici uniquement de températures moyennes calculées sur 30 ans à l’échelle mondiale.

Sur des échelles de temps longues, la température de la Terre est déterminée par un équilibre délicat entre l’énergie reçue du Soleil et l’énergie renvoyée dans l’espace. Ce système repose sur un phénomène physique fondamental : le bilan radiatif.

2. Notion de bilan radiatif

Le bilan radiatif de la Terre correspond à la différence entre l’énergie solaire entrante et l’énergie sortante. Il détermine si la planète se réchauffe, se refroidit ou reste à une température stable. Voici ses composantes clés :

2.1 Énergie entrante

Le Soleil émet un rayonnement principalement dans le spectre visible, ainsi que des ondes ultraviolettes (UV) et infrarouges (IR).

• Environ 30 % de cette énergie est réfléchie directement vers l’espace par l’atmosphère, les nuages et les surfaces réfléchissantes comme la neige, la glace, les aérosols (albédo)

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• Le reste (70 %) pénètre l’atmosphère : une partie est absorbée par celle-ci (par exemple, l’ozone absorbe les UV), mais la majorité atteint la surface terrestre et est convertie en chaleur.

2.2 Énergie sortante

La surface de la Terre, chauffée par cette énergie solaire, émet à son tour un rayonnement infrarouge (IR) vers l’espace. Cependant, une partie de ce rayonnement est capturée par des gaz présents dans l’atmosphère, un phénomène appelé effet de serre.

2.3 Bilan global

• Si l’énergie entrante est égale à l’énergie sortante, la température moyenne de la Terre reste stable.
• Si l’énergie entrante est supérieure à l’énergie sortante (forçage radiatif positif), la Terre se réchauffe.
• Si l’énergie sortante est supérieure à l’énergie entrante (forçage radiatif négatif), la Terre se refroidit.

Ainsi, le forçage radiatif causé par des changements dans la concentration de gaz à effet de serre ou des modifications de l’albédo entraîne directement des changements climatiques.

Le graphique ci dessous illustre les flux d’energies avec leurs valeurs en W/m2

3. Facteurs influençant le forçage radiatif

3.1 L’effet de serre : le rôle des gaz dans la rétention de chaleur

L’effet de serre est un processus naturel où certains gaz atmosphériques absorbent et réémettent le rayonnement infrarouge. Ces gaz incluent principalement :

• Dioxyde de carbone (CO₂),
• Méthane (CH₄),
• Vapeur d’eau (H₂O),
• Protoxyde d’azote (N₂O).

Ces molécules ont la capacité unique d’absorber les infrarouges grâce à leur structure moléculaire. En vibrant lorsqu’elles interagissent avec ce rayonnement, elles réémettent l’énergie dans toutes les directions, y compris vers la surface terrestre. Cet effet maintient une température moyenne de 15 °C, bien supérieure aux -18 °C qu’aurait la Terre sans ces gaz.

3.2 L’albédo : la réflexion de l’énergie solaire

L’albédo est la capacité de certaines surfaces ou aérosols (particules en suspension dans l’air) à réfléchir l’énergie solaire. D’une manière générale, les surfaces claires (glaces, neiges) ont un albédo élevé, renvoyant une grande partie de l’énergie solaire vers l’espace. Tout le monde a déjà fait l’expérience en été : en portant des vêtements blancs ou noirs, la sensation de chaleur au soleil est beaucoup plus marquée lorsque l’on porte des vêtements sombres.

À noter que lorsque les glaces fondent, elles sont remplacées par des surfaces sombres (océans, terres), qui absorbent davantage de chaleur. Ce processus crée une rétroaction positive amplifiant le réchauffement climatique.

Dans le cas de l’albédo, la boucle de rétroaction fonctionne dans les deux sens. Lors de glaciations, la formation de calottes glaciaires a pour effet d’amplifier la réflexion de l’énergie solaire, refroidissant davantage le climat. On peut notamment citer la glaciation huronienne il y a environ 3 milliards d’années où l’albédo a prolongé la glaciation totale de la Terre pendant 300 millions d’années. Ce n’est qu’après la réémission de gaz à effet de serre liée au volcanisme que la Terre a pu sortir de cette période de glaciation.

4. Autres facteurs ayant une influence locale.

Les gaz à effet de serre et l’albédo sont les deux principaux facteurs influençant la température globale à l’échelle de la Terre. Il existe bien d’autres facteurs, mais leur rôle est soit mineur, soit local, notamment :

• Les courants marins et climats régionaux : Les océans stockent une immense quantité d’énergie thermique (environ les deux tiers) et la redistribuent via les courants marins, comme le Gulf Stream. Ce processus affecte les climats régionaux (par exemple, l’Europe tempérée grâce au Gulf Stream), mais leur impact reste secondaire sur le bilan énergétique global.
• L’influence marginale des cycles solaires : Les variations dans l’intensité solaire, liées aux cycles de 11 ans des taches solaires, modulent très légèrement l’énergie reçue par la Terre. Cependant, ces fluctuations sont insuffisantes pour expliquer les tendances actuelles du réchauffement climatique.

Conclusion

La valeur actuelle du forçage radiatif est estimée à 2.7 W/m², constituée de 3.8 W/m² due à l’accroissement des concentrations de gaz à effet de serre et de -1.1 W/m² lié à l’augmentation des aérosols (effet d’albédo). En 2100, le forçage radiatif pourrait atteindre jusqu’à 8.5 W/m² dans le scénario le plus pessimiste. Le GIEC a par ailleurs proposé cinq trajectoires socio-économiques partagées, associées au niveau de forçage radiatif en 2100.

Ainsi, nous avons exploré la notion de forçage radiatif, ses ordres de grandeur et les paramètres qui l’influencent. Comprendre ces mécanismes est essentiel pour appréhender les dynamiques climatiques actuelles et futures. Dans le prochain article, nous nous intéresserons aux gaz à effet de serre, à leur rôle dans ce processus et à leurs cycles de dégradation.

Source :

1. Organisation météorologique mondiale (OMM) : https://wmo.int/fr/news/media-centre/lomm-confirme-que-2024-est-lannee-la-plus-chaude-jamais-enregistree-avec-une-temperature-superieure
2. Assistance scolaire personnalisée : https://www.assistancescolaire.com/eleve/1re/enseignement-scientifique/reviser-le-cours/1_sci_18
3. Rapport du GIEC 2021 (AR6) : https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/
4. NASA – Earth Observatory : https://earthobservatory.nasa.gov/features/EnergyBalance
5. https://actugeologique.fr/2022/07/le-bilan-radiatif-de-la-terre/
6. https://www.maxicours.com/se/cours/le-bilan-radiatif-terrestre/
7. Illustration fresque du climat
8. Illustration rapport du GIEC AR6

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