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Le bilan énergétique de la Terre est déséquilibré : comment l’énergie circule-t-elle et ce que cela signifie pour le changement climatique

Vous vous souvenez probablement de vos professeurs de sciences au primaire expliquant que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite. C’est une propriété fondamentale de l’univers.

L’énergie peut cependant être transformée. Lorsque les rayons du Soleil atteignent la Terre, ils se transforment en mouvements aléatoires de molécules que vous ressentez sous forme de chaleur. Dans le même temps, la Terre et l’atmosphère renvoient des radiations dans l’espace. L’équilibre entre l’énergie entrante et sortante est connu sous le nom de « budget énergétique » de la Terre.

Notre climat est déterminé par ces flux d’énergie. Lorsque la quantité d’énergie entrante est supérieure à l’énergie sortante, la planète se réchauffe.

Cela peut se produire de plusieurs manières, par exemple lorsque la glace de mer qui réfléchit normalement le rayonnement solaire dans l’espace disparaît et que l’océan sombre absorbe cette énergie à la place. Cela se produit également lorsque les gaz à effet de serre s’accumulent dans l’atmosphère et piègent une partie de l’énergie qui, autrement, aurait été irradiée.

Des scientifiques comme moi mesurent le bilan énergétique de la Terre depuis les années 1980 à l’aide d’instruments sur satellites, dans l’air et les océans, et au sol. C’est une partie importante de la nouvelle évaluation climatique du rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat des Nations Unies publié le 9 août 2021.

Voici un examen plus approfondi de la façon dont l’énergie circule et de ce que le bilan énergétique nous dit sur comment et pourquoi la planète se réchauffe.

Équilibrer l’énergie du Soleil

Pratiquement toute l’énergie du système climatique de la Terre provient du Soleil. Seule une infime fraction est conduite vers le haut depuis l’intérieur de la Terre.

En moyenne, la planète reçoit 340,4 watts de soleil par mètre carré. Tout le soleil tombe du côté de la journée et les chiffres sont beaucoup plus élevés à midi local.

Sur ces 340,4 watts par mètre carré :

  • 99,9 watts sont réfléchis dans l’espace par les nuages, la poussière, la neige et la surface de la Terre.
  • Les 240,5 watts restants sont absorbés – environ un quart par l’atmosphère et le reste par la surface de la planète. Ce rayonnement est transformé en énergie thermique au sein du système Terre.

La quasi-totalité de l’énergie absorbée correspond à l’énergie émise dans l’espace. Cependant, un résidu s’accumule maintenant sous forme de réchauffement climatique. Ce résiduel a augmenté, passant d’un peu moins de 0,6 watt par mètre carré à la fin du siècle dernier à 0,79 en 2006-2018, selon les dernières données du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat. La grande majorité de cela chauffe maintenant les océans. Bien que cela puisse sembler un petit nombre, cette énergie s’additionne.

Le bilan énergétique de la Terre.  De nouvelles mesures montrent que le résidu accumulé a augmenté.  Nasa

Le bilan énergétique de la Terre. De nouvelles mesures montrent que le résidu accumulé a augmenté. Nasa

L’atmosphère absorbe beaucoup d’énergie et l’émet sous forme de rayonnement à la fois dans l’espace et vers la surface de la planète. En fait, la surface de la Terre reçoit presque deux fois plus de rayonnement de l’atmosphère que du soleil direct. C’est principalement parce que le Soleil ne chauffe la surface que pendant la journée, alors que l’atmosphère chaude est là-haut 24h/24 et 7j/7.

Ensemble, l’énergie atteignant la surface de la Terre à partir du Soleil et de l’atmosphère est d’environ 504 watts par mètre carré. La surface de la Terre en émet environ 79 pour cent. L’énergie de surface restante sert à évaporer l’eau et à réchauffer l’air, les océans et la terre.

Le résidu entre le soleil entrant et l’infrarouge sortant est dû à l’accumulation de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone dans l’air. Ces gaz sont transparents à la lumière du soleil mais opaques aux rayons infrarouges – ils absorbent et émettent beaucoup de rayons infrarouges.

La température de surface de la Terre doit augmenter en réponse jusqu’à ce que l’équilibre entre le rayonnement entrant et sortant soit rétabli.

Qu’est-ce que cela signifie pour les températures mondiales?

Doubler le dioxyde de carbone ajouterait 3,7 watts de chaleur à chaque mètre carré de la Terre. Imaginez des veilleuses à incandescence à l’ancienne espacées tous les 3 pieds sur le monde entier, laissées allumées pour toujours.

Au rythme actuel des émissions, les niveaux de gaz à effet de serre doubleraient par rapport aux niveaux préindustriels d’ici le milieu du siècle.

Les climatologues calculent qu’ajouter autant de chaleur au monde réchaufferait le climat de la Terre d’environ 5 degrés Fahrenheit (3 C). Pour éviter cela, il faudrait remplacer la combustion des combustibles fossiles, principale source d’émissions de gaz à effet de serre, par d’autres formes d’énergie.

Le bilan énergétique de la Terre est au cœur de la nouvelle évaluation climatique du GIEC, rédigée par des centaines de scientifiques examinant les dernières recherches. En sachant ce qui change, chacun peut faire de meilleurs choix pour préserver le climat tel que nous le connaissons.

Scott Denning, professeur de sciences de l’atmosphère, Colorado State University. Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.

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