Modélisation de l'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface du globe

Lorsque le faisceau lumineux d'une lampe torche éclaire une surface perpendiculaire à ce faisceau, il dessine une petite tâche circulaire. Si l'on incline la surface par rapport au faisceau, la lumière s'étale (formant une tache elliptique) et cet étalement devient d'autant plus important que la surface devient presque parallèle au faisceau.

Figure 1. Orientation du plan récepteur par rapport au faisceau et surface éclairée

La puissance de la lampe étant constante, l'énergie reçue par une même surface est plus élevée lorsque le faisceau est perpendiculaire à cette surface (petite tache) que lorsqu'il est presque parallèle (tache étalée).

L'énergie lumineuse reçue par une surface est plus importante lorsque cette surface est perpendiculaire au rayonnement que lorsqu'elle lui est presque parallèle.

À l'équateur, la surface du globe est, côté Soleil, perpendiculaire au rayonnement solaire tandis que près des pôles la surface est presque parallèle. L'énergie solaire reçue par unité de surface est donc plus importante près de l'équateur que près des pôles.

Figure 2. Surface éclairée par un faisceau solaire en fonction de la latitude

Une deuxième raison pour laquelle la température de surface dépend de la latitude est la variation de l'épaisseur d'atmosphère traversée par les rayons lumineux. Lorsque les rayons sont perpendiculaires à la surface, l'épaisseur d'atmosphère traversée est la plus faible ; la lumière est moins absorbée et moins diffusée par l'atmosphère et la surface reçoit d'avantage d'énergie solaire.

Figure 3. Épaisseur de la tranche d'atmosphère traversée en fonction de la latitude