Le bilan radiatif terrestre : exercices corrigés de 1re

La Terre intercepte le rayonnement solaire sur un disque apparent de $1{,}274\times10^{14}\ \text{m}^2$, alors que sa surface totale est de $5{,}101\times10^{14}\ \text{m}^2$ ³.

Calcule le rapport entre la surface du globe et la surface du disque. Arrondis au millième.

Le rayonnement solaire de $1\,361\ \text{W/m}^2$ est intercepté par un disque de $1{,}274\times10^{14}\ \text{m}^2$, puis réparti sur un globe de $5{,}101\times10^{14}\ \text{m}^2$ ³.

Calcule la puissance moyenne reçue par mètre carré de globe, en W/m², arrondie au dixième.

Avec une constante solaire de $1\,361\ \text{W/m}^2$ et un disque apparent de $1{,}274\times10^{14}\ \text{m}^2$ ³, calcule la puissance solaire interceptée par la Terre.

Exprime-la en pétawatts, sachant que $1\ \text{PW} = 10^{15}\ \text{W}$. Arrondis au centième.

L'albédo est la fraction de la puissance solaire reçue qui est diffusée par la Terre ¹. En moyenne, la Terre reçoit $340\ \text{W/m}^2$ et $240\ \text{W/m}^2$ ne sont pas réfléchis ³.

1. Calcule la puissance surfacique réfléchie.
2. Déduis-en l'albédo moyen, arrondi au centième.

Sur les $240\ \text{W/m}^2$ qui ne sont pas réfléchis, $160\ \text{W/m}^2$ sont absorbés par la surface terrestre (océans et continents) ³.

Quelle puissance surfacique reste absorbée avant d'arriver au sol, sans être renvoyée vers l'espace ? Donne ta réponse en W/m².

L'énergie produite à l'intérieur de la Terre représente à peine $0{,}01\ \%$ de l'énergie totale reçue par la surface ³. Prends comme énergie totale reçue la valeur moyenne de $340\ \text{W/m}^2$.

Calcule la puissance surfacique correspondant à la chaleur interne, en W/m².

La température effective s'obtient en assimilant la Terre à un corps noir, comme transcription en kelvins d'une émission moyenne d'énergie ³. À l'équilibre, la Terre réémet vers l'espace la puissance qu'elle absorbe, soit $240\ \text{W/m}^2$ ³.

On te donne la loi de Stefan-Boltzmann pour un corps noir : $P = \sigma T^4$, avec $\sigma = 5{,}67\times10^{-8}\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-4}$.

1. Calcule la température effective $T$ en kelvins, arrondie à l'unité.
2. Convertis-la en degrés Celsius.

Le bilan énergétique de la Terre est quasiment équilibré, mais la modification de la composition de l'atmosphère par l'activité humaine représente en moyenne $0{,}90\ \text{W/m}^2$ ³. Prends une superficie du globe de $5{,}101\times10^{14}\ \text{m}^2$ ³.

1. Calcule la puissance totale correspondante, en watts.
2. Exprime-la en térawatts, sachant que $1\ \text{TW} = 10^{12}\ \text{W}$.

Explique en quelques phrases pourquoi la température moyenne de la Terre est presque constante d'une année à l'autre, alors que la planète reçoit en permanence de l'énergie du Soleil. Utilise les mots absorbée, réémise et équilibre.