Évolution saisonnière de l'insolation et de la température en un lieu donné

Pierre Thomas

Laboratoire des Sciences de la Terre, ENS Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

27/09/2000

Résumé

Les variations saisonnières de température et l'inertie thermique des continents et des océans.


Données récoltées à Paris Hémisphère Nord

Jan

Fév

Mar

Avr

Mai

Juin

Jui

Août

Sept

Oct

Nov

Déc

Irradiation globale (en kJ/m2/j)

3000

5200

9400

14400

17100

18900

19000

16800

12900

7500

4000

2500

Température moyenne (en °C)

1

2,5

6,5

11

15

18

20

19,5

16

11

5,5

1,5

On peut, à partir de ces données récoltées en un point précis de l'hémisphère Nord, mettre en évidence une relation entre ensoleillement et température.


Deux possibilités d'analyse avec des significations scientifiques différentes s'offrent à vous :

La température varie dans le même sens que l'irradiation

Vous ne tracez qu'une seule courbe montrant cette relation (en gros une droite à mi chemin entre les points d'hiver + printemps et ceux d'été + automne). Dans ce cas vous montrez la relation : plus l'irradiation est forte, plus il fait chaud.


Mais il n'y a pas de proportionnalité entre l'irradiation globale et la température (car à l'équilibre l'énergie incidente E est proportionnelle à la température à la puissance 4 (loi de Stéfan), ce qui revient à dire que la température est proportionnelle à la racine 4e de l'énergie). Mais encore faut-il utiliser les bonnes unités car 20°C, c'est 2 fois plus chaud que 10°C, mais uniquement en °C. En °K, 293°K (20°C) n'est pas 2 fois plus chaud que 283°K (10°C). On montre donc que la température varie dans le même sens que l'irradiation, mais sans parler de proportionnalité !

La relation irradiation-température suit 2 courbes d'évolution différentes

Vous constatez sur le graphique 2 évolutions temporelles : un trajet hiver + printemps qui monte de mois en mois, et un trajet été + automne qui descend de mois en mois, et qui est situé à quelques degrés au dessus du premier trajet.


Je vous conseille donc de faire appréhender à l'élève que la relation irradiation-température suit 2 courbes d'évolution différentes : une courbe pendant l'irradiation croissante, et une courbe pendant l'irradiation décroissante, courbe décalée de quelques degrés. Vous pouvez faire tracer ces 2 courbes en allant de mois en mois. On pourra ensuite faire raisonner l'élève sur le pourquoi de ces quelques degrés de plus en automne qu'au printemps à irradiation égale.

À énergie reçue égale, il fait donc plus chaud en automne qu'au printemps.

C'est la même chose au cours de la journée : les rayons solaires arrivent avec la même obliquité et fournissent la même énergie 2 heures après le lever du soleil et 2 heures avant le coucher du soleil. Et tout le monde constate qu'il fait plus frais le matin que l'après-midi.

Que vient faire l'effet de serre là-dedans ?

Il n'y a pas plus de CO2 en automne qu'au printemps (un peu moins même, mais si peu que cela ne compte pas). Le CO2 n'y est vraiment pour rien, mais c'est bien l'inertie thermique de l'environnement qui est en jeu. Les animations ci-dessous permettent de visualiser ce décalage temporel entre irradiation et température.

Figure 4. Irradiation globale (en W.m-2)

Image provenant de The Globe program.


Figure 5. Température de surface (en °C)

Image provenant de The Globe program.


Figure 6. Précipitations (en mm)

Image provenant de The Globe program.


Figure 7. Indice de végétation

Image provenant de The Globe program.