Lensoleillement dépend de la latitude

Objectif :

Comme toutes les planètes du système solaire, la Terre reçoit en permanence de l'énergie du Soleil. Pourtant, elle présente des variations de climats (variations dans l'espace à la surface de la Terre) et de saisons (variations dans le temps).
Comment expliquer ces variations ?

1. La Terre reçoit de l'énergie du Soleil

Le Soleil est une étoile, siège de réactions thermonucléaires libérant, dans toutes les directions de l'espace, de l'énergie sous forme de rayonnements visibles, infrarouges et ultraviolets.

Le flux thermique parvenant à la surface de la Terre peut être modélisé à l'aide du dispositif expérimental suivant :

Doc. 1. Montage pour observer les variations du rayonnement solaire reçu par la Terre.

Tout corps recevant de l'énergie s'échauffe proportionnellement à la quantité d'énergie reçue et en fonction de certaines propriétés qui lui sont propres.

La mesure de l'énergie solaire à la surface de la Terre ne traduit pas exactement la quantité d'énergie reçue, car une partie de celle-ci est absorbée par l'atmosphère ou renvoyée dans l'espace.

Des satellites placés à la limite supérieure de l'atmosphère permettent une mesure précise de cette énergie solaire définie alors comme la constante solaire et correspondant à la puissance thermique reçue par une surface plane de 1 m2 exposée perpendiculairement aux rayons du Soleil. Cette constante est d'environ 1 370 W.m-2.

Les autres planètes reçoivent également de l'énergie du Soleil. Cependant, les observations montrent que le flux solaire reçu par une planète décroît au fur et à mesure que son éloignement de la source d'énergie augmente. La constante solaire est donc inversement proportionnelle à la distance au Soleil.

2. L'énergie solaire est inégalement répartie à la surface du globe

La Terre présente à sa surface de grandes zones climatiques dont la température moyenne diminue de l'équateur vers les pôles, traduisant une inégale répartition de l'énergie solaire à sa surface.

Une modélisation permet de comprendre ce phénomène : si on projette un faisceau de rayons lumineux parallèles sur un globe terrestre au niveau de l'équateur, la surface éclairée s'élargit lorsqu'on déplace le faisceau vers les pôles.

Cette modélisation démontre que la quantité d'énergie reçue est constante et qu'un point situé vers les pôles reçoit moins d'énergie qu'un point situé près de l'équateur. En effet, la surface éclairée étant plus grande, la quantité d'énergie reçue par unité de surface est plus faible. Cette diminution est encore accentuée par l'épaisseur de l'atmosphère traversée par les rayons solaires.

Doc. 2. Modélisation de la surface éclairée de la Terre en fonction de la latitude.

Comme la Terre est une sphère, cela conduit à une inégale répartition de l'énergie solaire à sa surface, se traduisant par une répartition en latitude des climats.

Doc. 3. Répartition de l'énergie solaire.

3. Une exposition variable au cours de l'année

La répartition des climats selon la latitude n'est pas constante sur l'année : c'est le phénomène des saisons. Au cours de l'année, la rotation de la Terre autour du Soleil modifie sa position par rapport à celui-ci selon une trajectoire elliptique.

Par ailleurs, l'axe de rotation de la Terre n'est pas perpendiculaire au plan de l'écliptique. Il en résulte que, pour une même région, l'angle d'incidence du rayonnement solaire sur cette surface varie en fonction de la position de la Terre au cours de sa révolution autour du Soleil.

Dans ces positions extrêmes, la Terre "présente" alternativement son hémisphère Nord, puis son hémisphère Sud au Soleil. La durée d'éclairement et donc d'échauffement varie ainsi pour une même région au cours du trajet de la Terre autour du Soleil.

Lors des solstices, un même hémisphère est tantôt incliné vers le Soleil, c'est l'été, tantôt incliné dans la direction opposée, c'est l'hiver.

Doc. 4. L'alternance des saisons dans l'hémisphère Nord

Doc. 5. Inclinaison des rayons solaires en un même point à la surface de la Terre, en été (1) et en hiver (2).

L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de révolution autour du Soleil, constante au cours du temps, conduit à une variation de la quantité d'énergie reçue en fonction du temps, se traduisant par le phénomène des saisons.

Illustrations animées : Les quatre saisons.

L'alternance des saisons :

La variation de la quantité d'énergie reçue par chaque point du globe au cours de l'année se matérialise à travers le phénomène des saisons.
Cliquer sur les dates pour modifier la position de Terre par rapport au Soleil et sur le bouton « Légendes » pour observer la variation de la durée d'éclairement au cours du temps pour trois villes situées sur une même longitude (seule la latitude varie).

L'essentiel

Le Soleil émet de l'énergie qui est reçue par les planètes. La quantité d'énergie reçue diminue avec l'éloignement au Soleil.

Pour une planète comme la Terre, sa forme et l'inclinaison de son axe de rotation par rapport au plan de révolution autour du Soleil (plan de l'écliptique), font varier la quantité d'énergie reçue par unité de surface au sol.
Cette quantité varie en fonction de la latitude pour une époque donnée de l'année et au cours de l'année pour une latitude donnée.

Cette inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre se traduit par l'existence de zones climatiques. Les variations de cette énergie au cours du temps est à l'origine de l'alternance des saisons.

Vous avez déjà mis une note à ce cours.

Découvrez les autres cours offerts par Maxicours !

Découvrez Maxicours

Comment as-tu trouvé ce cours ?

Évalue ce cours !

Est

Comment varie la puissance solaire en fonction de la latitude ?

Comment fonctionne l'ensoleillement ?

Comment l'ensoleillement influe sur la température ?