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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
néra
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J.P
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ripl
et &
G. R
oche
, 197
1, 3
03p,
m
étéo
rolo
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nati
onal
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