Le système Soleil -Terre Les ceintures de Van Allen Le rayonnement solaire Le champ magnétique...

Le système Soleil -TerreLe système Soleil -Terre

• Les ceintures de Van Allen

Le rayonnement solaire

• Le champ magnétique terrestre (autre présentation)

La Terre :

• L’atmosphère• les interactions sélectives avec les radiations solaires

• L’énergie

• Les caractéristiques de l’insolation

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La Voie lactée: notre galaxieLa Voie lactée: notre galaxie

schéma

L’espace solaire : héliopause et héliosphère

vent interstellaire

sources de radio-émissions

«voyager» 1

«voyager» 2

héliopause

vent solaireLes orbites planétaires

Le système solaire

1. chromosphère

2. spicules

3. zone radiative

4. zone de convection

5. cœur

6. corona

7. photosphère

8. vent solaire

9. trou de la corona

10. zone haute température 2 106 k

11. tâches solaires

12. folicules d’éjections de matière

Une protubérance solaireUne protubérance solaire

La C

oron

aMontage photographique réalisé suite à l’éclipse du 11 juillet 1991 (intensité de 10-6 celle de la photosphère, la forme est dépendante du champ magnétique solaire)

N

S

Les astéroïdes sont pour la plupart répartis entre 2,1 et 3,3 UA

La ceinture des astéroïdes, résultat de la collision de deux petites planètes?

La Terre

La relation Soleil - Terre

La relation Soleil - Terre

La magnétosphère terrestre

Les 3 ceintures de Van Allen

atomes lourds cosmiques ionisés (nouvelle)

électrons solairesprotons solaires

lignes du champ magnétique

Le flux incident des radiations solaires à la surface de la Terre : un premier bilan

• la variable «géométrie»• l’orbite elliptique de la trajectoire de la Terre autour du Soleil

• la Terre une sphère, et l’inclinaison du rayonnement en fonction de la latitude du lieu

• un facteur de synergie, l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre

• l’épaisseur traversée relative de l’atmosphère , et la variation en fonction de l’heure de la journée et les saisons (inclinaison de l’axe de rotation)

Pu

issa

nce

ém

ise

en W

m-²

m

-1

(m)

Soleil

Radiations terrestres

Infra-rouges «thermiques»

La constante solaire (flux de radiations incident à l’extérieur de l’atmosphère): C = 1396 W/m²

Le flux solaire incident sur Terre

absorption principalement due à la vapeur d’eau

Le CO2 absorbe dans la bande de 2,8 à 4,3 m

41% 51%8%

Le blanc: la somme des couleurs

(nm) couleur

360 UV 434 violet 486 bleu-vert 589 jaune 656 rouge

Montréal

Flu

x d

 ’én

ergi

e ém

is p

ar le

glo

be

Montréal

L’orbite terrestre, une ellipseL’orbite terrestre, une ellipse

F2F1

aphélie périhélie

M

Condition propre à l’ellipse:

M F1 + MF2 = cste

Kepler (1609): Les orbites des planètes sont des ellipses dont un des foyers est le Soleil

b

a

1. excentricité: e = (a²-b²)½ /a

Les variations de la constante solaire avec l’excentricité (variations selon les mois)Les variations de la constante solaire

avec l’excentricité (variations selon les mois)

C/ C0 Mois

1,0355

1,0288

1,0173

1,0009

0,9841

0,9714

0,9666

0,9709

0,9828

0,9995

1,0164

1,0288

janvier

février

mars

avril

mai

juin

juillet

août

septembre

octobre

novembre

décembre

6 % plus de radiations solaires pour notre hiver (aphélie) que pour notre été (périhélie)

L’orbite terrestre, une ellipseL’orbite terrestre, une ellipse

aphélie

périhélie

v1

2. À des temps égaux correspondent des aires égales :

v1 > v2

Kepler (1609): Le rayon vecteur balaye des aires proportionnelles au temps

Les variations de la durée de l’insolation (variations selon les mois)

Les variations de la durée de l’insolation (variations selon les mois)

La durée du passage dans la région de la périhélie, région du maximum de radiations solaires, est plus courte que celle du passage à l’aphélie

L’obliquité de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan écliptiqueL’obliquité de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan écliptique

Plan de l’écliptique

équateur terrestre

= 230,5Cas de la Terre à la périhélie

L’obliquité à l’origine des saisons

L’obliquité à l’origine des saisons

P0 (W/m²)

L’hiver à MontréalL’hiver à Montréal

équateur

N

S

périhélie

Montréal

= 460 (latitude) + 23,50 (inclinaison de l’axe de rotation)

= 69,50

= 69,50 ; Pmontréal = 0,35 P0

= 900 ; P = P0

Montréal : ville nordique

P0 (W/m²)

L’été à MontréalL’été à Montréal

équateur

N

S

aphélie

Montréal

= 460 (latitude) - 23,50 (inclinaison de l’axe de rotation)

= 22,50

= 22,50 ; Pmontréal = 0,92 P0

= 900 ; P = P0

Montréal : ville sous les tropiques

L’orbite terrestre et les variations climatiques pour l’hémisphère nord

L’orbite terrestre et les variations climatiques pour l’hémisphère nord

aphélie

périhélie

b

a

excentricité:

e = (a²-b²)½ /a

v1

loi de Képler:balayage d’aires égales en des temps égaux

v1 > v2

A: solstice d’hiverles jours les plus courts et les nuits les plus longues

A

B

B: solstice d’étéles jours les plus longs

C

C: équinoxe de printemps les jours égaux aux nuits

D

D: équinoxe d’automne les jours égaux aux nuits

Les variations de l’obliquitéLes variations de l’obliquité

Précession de l’axe: 26 000 ans

variation de l’angle, de 22 à 24,50: 41 000 ans

Sédiments marins, 1976

Les dossiers de La Recherche, no 17, novembre 2004, p. 22

La forme sphérique de la Terre: variation avec la latitude

La forme sphérique de la Terre: variation avec la latitude

P = P0 cos

P < P0

P = P0 = 900

P0

P0

L’absorption de l’atmosphèreL’absorption de l’atmosphère

Soleil de midi d’une journée d’été

= 22,50

= 69,50

Soleil de midi d’une journée d’hiver

matin et soirée de toutes les journées de l’année

L’atténuation des radiations incidentes par l’épaisseur d’atmosphère traversée «au midi», entre l’été et l’hiver, une différence par un facteur de plus de 2,5

BILAN «GÉOMÉTRIQUE»BILAN «GÉOMÉTRIQUE»

Le cas de l’hémisphère Nord

excentricité

• 6% plus de flux solaire l’hiver que l’été

inclinaison et latitude du lieu

• près de 2,5 fois moins d’insolation par m² l’hiver que l’été

inclinaison et absorption par l’atmosphère

• 2,5 fois plus d’absorption par l’atmosphère l’hiver que l’été

Les climats

Les deux hémisphères terrestres échangent peu d’énergie au cours d’une année

Si la glace (banquise et inlandsis) formée au cours de l’hiver ne fond pas au cours de l’été, une période de glaciation peut s’établir

• excentricité• loi des aires• obliquité

Le flux incident des radiations solaires à la surface de la Terre : deuxième bilan

•l’absorption sélective par les différents composants de l’atmosphère

Le flux incident des radiations solaires à la surface de la Terre : deuxième bilan

•l’absorption sélective par les différents composants de l’atmosphère

La structure thermique de l’atmosphère

290 K

190 K

270 K

190 K

1800 K

troposphère

stratosphère

mésosphère

thermosphère

exosphère

8-15

50-60

80-100

450-500

kmio

nos

phèr

e

La surface est réchauffée par les rayons solaires

La tendance est au refroidissement avec l’éloignement de la surface

Réchauffement par l’absorption des UV par l’ozone

Ionisation causée par les radiations solaires

Un coucher de soleil vu de l’espace

Rayonnement et «vent» solaire

La marée diurne atmosphérique

L’absorption des ondes électromagnétiques par l’atmosphère

Pourcentage d’absorption

Les «fenêtres» de transparence de l’atmosphère aux ondes électromagnétiques

La ligne pleine correspond à une absorption de 50% des radiations incidentes extra-terrestres

km

(cm)

visible

infrarouge

La «fenêtre» de transparence dans l’infrarouge

(m)

L’absorption par les GES bloque l’échappement des radiations infrarouges

«Météorologie générale», J.P. Triplet & G. Roche, 1971, 303p, météorologie nationale

La bilan des radiations solairesLa bilan des radiations solaires100% (1400 W/m²)

a

c

Insoaltion maximale (en plein midi):50% au total (rayonnement direct et rayonnement diffus)

27% rayonnement direct

b

d

a

a: rayonnement réfléchi

b: rayonnement absorbé par l’ atmosphére

c: rayonnement direct incident sur la surface terrestre

d: rayonnement diffus de l’atmosphère, incident sur la surface terrestre

a: 20% + 5%

b: 25%

c: 27% d: 23%

«Mét

éoro

logi

e gé

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J.P

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G. R

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1, 3

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m

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e

Bilan

radi

atif

Terre

Atmosphère

Le bilan radiatif global du système Terre- espace

Le bilan radiatif global du système Terre- espace

Latitude en degré0 202040 40 6060 9090

Én

ergi

e en

W/m

²

100

-100

+- -

SudNord

Les processus de transfert d’énergie:• les cycles de l’eau (eaux douces avec les précipitations et la thermohaline)• les masses d’air (synergie avec le transport de l’eau)

Peu d’échanges entre les deux hémisphères

thermohaline

Le bilan radiatif global du système Terre- espace

«Météorologie générale», J.P. Triplet & G. Roche, 1971, 303p, météorologie nationale

La répartition de l’insolation sur le globe terrestre

La répartition de l’insolation sur le globe terrestre

Calories par cm² et par jour

Le fait que la Terre est à l’aphélie en décembre, se retrouve dans la légère dissymétrie des courbes (voir 1100)

Une nuit, un jour aux pôles

Les climats du MondeLes climats du Monde