Pourquoi le climat diffère-t-il d'un point à l'autre de la planète ?

La réponse de

Auteur Guy Jacques

Guy Jacques

Guy Jacques est océanographe biologiste, écologue et ancien directeur de recherche au CNRS. Il a travaillé sur la production primaire marine et son rôle dans le cycle du carbone dans les régions de remontée d’eau, en Méditerranée et dans l’océan Austral où il a lancé, dans les années 1980, le programme français d’étude du milieu pélagique. Guy Jacques est l’auteur d’une dizaine d’ouvrages d’enseignement et de vulgarisation et il a donné quatre-vingts conférences publiques. Son dernier livre «De la vague à l'âme : un demi siècle de la vie d'un océanographe» est progressivement mis en ligne sur le site du Club des Argonautes.

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Une raison essentielle : parce que la Terre est ronde et que la lumière vient d’une direction précise, celle du Soleil

En raison de sa sphéricité, la Terre reçoit moins d’énergie solaire au pôle, où elle arrive tangentiellement, qu’à l’équateur où elle arrive perpendiculairement au sol. Une expérience simple permet de visualiser ce mécanisme. La même énergie qui éclaire 1 m2 à l’équateur se répartit sur 1,4 m2 à la latitude de Bordeaux (45°), sur 2 m2 à Oslo (60°) et sur … 57 m2 au pôle (90°).

<p>Au pôle (90°), la surface éclairée est de … 57 m<sup>2</sup>.</p>




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Un calcul d’ordre de grandeur montre que si rien ne venait modifier cette répartition de l’énergie solaire à la surface du globe, la température moyenne à l’équateur serait de 51°C (et non de 26°C comme aujourd’hui), de 26°C (20°C) à Casablanca, de – 45°C (13°C) à Paris et de – 58°C (7°C) à Stockholm. Pour comprendre cette particularité, examinons les mécanismes qui affectent la répartition des températures. Rappelons que la rotation de la Terre sur elle-même (cycle jour-nuit), beaucoup plus rapide que sa rotation autour du Soleil (cycle des saisons), entraîne une variation diurne forte de température, notamment dans les déserts.

Les mécanismes qui modifient la répartition latitudinale théorique des températures

La convection atmosphérique

L’atmosphère étant transparente au rayonnement visible, celui-ci réchauffe directement le  « sol » (océans et terres). Chauffé à sa base l’air s’élève alors, prend la place d’air plus froid qui, à son tour, se réchauffe au contact du sol, etc. L’atmosphère est donc entraînée dans un mouvement de convection. « Chauffé par le haut », l’océan, au contraire, est stable puisque les eaux de surfaces sont plus chaudes, donc moins denses que les eaux profondes. La convection atmosphérique assure une distribution verticale de la chaleur ; sans elle, la température moyenne au sol serait, pour l’ensemble de la Terre, de 30°C et non de 15°C.

La redistribution de la chaleur par l’atmosphère et l’océan

Si la différence de température entre les basses latitudes équatoriales et les hautes latitudes polaires est très inférieure à ce que l’on pourrait calculer en supposant que cette répartition traduit seulement les différences du flux solaire incident entre pôles et équateur, c’est parce que l’atmosphère (cellules de circulation tropicales, perturbations des moyennes latitudes) et l’océan (courants marins), presque à parts égales, transportent l’excès de chaleur reçue dans la zone intertropicale vers les hautes latitudes. On estime ce transport annuel par les deux enveloppes fluides de la planète entre 5 et 6 1015 W pour chaque hémisphère.

<p>Le transport océanique de chaleur domine aux basses latitudes, celui par l’atmosphère prenant le relais au-delà. </p>




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L'altitude

Le « radiateur » de l’atmosphère se situant au sol, il est logique que la température de l’atmosphère décroisse avec l’altitude. Cette diminution est freinée par la convection mais elle demeure importante, variant d’environ 0,6 à 1,0°C chaque 100 m, selon que l’air est plus ou moins nuageux, soit une diminution de 6 à 10°C à 1 000 m et de 48°C à 8 000 m, hauteur des plus hauts sommets. Ceci explique pourquoi des glaciers permanents existent sur les sommets des Andes tropicales. 

La distance à la mer

Les océans régulent la température de la planète de sorte que la température varie dans une fourchette qui va de – 1°C à 28°C alors que les températures extrêmes sur terre sont de – 80°C au cœur de l’Antarctique et de 45°C dans le désert arabique. Il est donc logique que les régions bénéficiant d’apports d’air maritime soient plus douces que les régions continentales. Pour le montrer, point n’est besoin de choisir des exemples extrêmes. La différence de température entre Brest et Strasbourg, villes distantes d’un millier de kilomètres, est suffisamment éloquente.

Comparaison de la température moyenne au cours d&#039;une année entre Brest (courbe noire) et Strasbourg (grisé)

L'albédo

Une partie du rayonnement solaire qui arrive au sol est immédiatement réfléchie. Le rapport entre énergie solaire incidente et énergie réfléchie est l’albédo (mot latin signifiant « blancheur »), grandeur sans dimension. Par définition, l’albédo est compris entre 0 pour un corps qui absorberait la totalité des ondes électromagnétiques (le corps noir parfait) et 1 pour une surface qui les réfléchirait toutes. L’albédo planétaire (mesuré au sommet de l’atmosphère) de la Terre, qui est de 0,3 (on écrit souvent 30%), connaît de grandes variations en fonction des surfaces :

  • 0,05 à 0,15 pour la surface de la mer, une forêt de conifères ou un sol sombre ;
  • 0,15 à 0,25 pour des cultures ;
  • 0,25 à 0,45 pour un sable léger et sec ;
  • 0,40 à 0,70 pour la neige tassée ;
  • 0,60 pour la glace ;
  • 0,75 à 0,90 pour la neige fraiche.

Les saisons

Si l’axe de rotation de la Terre, qui passe par les pôles, était perpendiculaire au rayonnement solaire, le climat ne varierait pas au cours de l’année.  Mais cet axe est aujourd’hui incliné de 23,26°. Du 22 mars au 22 septembre, l’hémisphère nord semble « se pencher » du côté du Soleil et il est, de ce fait, plus éclairé qu’en hiver. À l’extrémité septentrionale de la Norvège le soleil est permanent du 14 mai au 30 juillet (soleil de minuit). Cette inclinaison de l’axe de rotation de la Terre explique pourquoi, en climatologie, on s’intéresse autant à « l’équateur météorologique » et à son déplacement saisonnier qu’à l’équateur géographique qui est fixe1.

Positions de la Terre aux solstices d&#039;été et d&#039;hiver

 

Notes

  • 1. L’équateur géographique est très important malgré tout car il détermine la force de Coriolis !
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