La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Le transfert se fait dans le vide sous la forme de rayonnement thermique. À la surface de la Terre, le rayonnement solaire est inégalement réparti.
I Puissance solaire reçue par la Terre
Repère
À noterLa puissance (ou le flux d’énergie) reçue pour 1 m2 correspond à une grandeur appelée éclairement énergétique. Son unité est le W/m2.
Le rayonnement solaire intercepté par la Terre correspond à un disque de rayon terrestre R (doc. 1). La puissance reçue pour 1 m2 de cette surface plane perpendiculaire aux rayons solaires et située au sommet de l’atmosphère terrestre définit la constante solaire. Elle peut être mesurée par un satellite équipé d’un radiomètre. En moyenne annuelle, elle est égale à 1 367 W/m2. Cela fait du Soleil la source d’énergie la plus abondante sur Terre.
Comme la Terre n’est pas un disque mais une sphère, la puissance solaire moyenne qu’elle reçoit réellement est 4 fois plus petite, soit environ 342 W par m² de surface terrestre.
Doc1 Flux d’énergie solaire reçu par la Terre
Le flux d’énergie solaire reçu par une surface dépend de l’angle avec lequel les rayons du Soleil parviennent à cette surface. L’angle formé par le rayonnement solaire et la perpendiculaire à la surface est appelé angle d’incidence (doc. 2a).
Comme le rayonnement solaire arrive sur la Terre sous la forme d’un faisceau parallèle (doc. 1), une surface perpendiculaire à ces rayons (autrement dit dont l’angle d’incidence est nul) intercepte le flux maximal d’énergie. Si l’on incline la surface, l’angle d’incidence augmente, le flux solaire reçu diminue (doc. 2a). Une même quantité d’énergie se répartit alors sur une plus grande surface.
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Doc2 Flux solaire et position du Soleil
II Une puissance inégalement reçue
L’angle d’incidence des rayons du Soleil est directement lié à la position de ce dernier dans le ciel. Cette position est en général déterminée par deux composantes : la hauteur et l’azimut (doc. 2b). Ces composantes évoluent à toute heure de la journée et tout au long de l’année ; cela induit des variations diurnes et saisonnières du flux solaire.
La latitude est également déterminante : lorsqu’on se rapproche des pôles, l’angle d’incidence augmente (le Soleil monte moins haut dans le ciel), les rayons se répartissent sur une plus grande surface (doc. 2a), le flux solaire diminue.
ZoomÉclairement énergétique de la Terre selon la latitude
Du fait de la sphéricité de la Terre, les zones proches de l’équateur reçoivent plus d’énergie que celles situées près des pôles. Cela entraîne des variations de températures à la surface du globe. Il en découle une répartition des climats selon les latitudes.
Source : ScaRaB, programme de suivi du système climatique terrestre développé par le CNRS.
