Géographie de l`Europe

Géog-F-201 - 1
Eléments de climatologie et
d’hydrologie fluviale
Geog-F-201
R. Lorrain

Géog-F-201 - 2
1. Introduction
Il y a 4 facteurs du climat :
- la température
- la pression atmosphérique
- le vent
- les précipitations (sous toutes se formes : pluie, neige, grêle,…)
Pourquoi avons-nous différents climats ?
Quels sont les mécanismes de l’atmosphère pour répartir les climats ?
Les limites de ces climats ne sont pas simplement parallèles à l’équateur, un des buts de ce
cours est de nous donner une vision globale de la disposition des climats.
2. Les températures
Au TP, on aura l’idée des mesures, ici on sait que cela se mesure en degré.
Que devient l’énergie émise par le soleil lorsque elle atteint la Terre ?
On va parler de l’aspect thermique de la Terre et de l’atmosphère, des échanges d’énergie
entre le soleil, la surface de la Terre et son enveloppe (atmosphère).
On peut déjà dire que l’essentiel des échanges thermiques se fait par rayonnement.
Le rayonnement
C’est la transmission de chaleur à partir de la source, la chaleur peut se transmettre par
différents moyens : la convection, la conduction et surtout le rayonnement.
- La conduction : elle se fait par contact, par passage d’énergie calorifique de proche en
proche. Par exemple, lorsqu’on touche un radiateur.
- La convection : par exemple, l’air qui « danse » au dessus du radiateur, l’air joue un
rôle intermédiaire entre la main et le radiateur, le transfert de chaleur se fait via l’air.
C’est moins efficace que la conduction l’air étant un mauvais conducteur.
- Le rayonnement : c’est un transfère de chaleur qui peut se faire dans le vide (entre le
Soleil et la Terre). Cette chaleur traverse le vide, par exemple lors d’un jours d’été, le
mur d’un bâtiment s’échauffe et lorsque l’on se promène près du mur la nuit, on sent
encore la chaleur et on le sentirait aussi s’il y avait pas d’air, c’est une restitution de la
chaleur du mur par rayonnement. C’est un transfère de nature ondulatoire. Le plus
riche est le rayonnement infrarouge que l’on ne voit pas.
Schéma C1.1
On montre le flux d’énergie en fonction du rayonnement à différentes longueurs d’ondes.
(UV, visible et IR)
C’est dans le visible que le flux d’énergie est au maximum car l’essentiel de la chaleur du
soleil est transmise par la lumière visible.
L’autre pic est le rayonnement de la Terre qui pendant la nuit rayonne et renvoie la chaleur
emmagasinée par rayonnement infrarouge ce qui explique pourquoi on ne le voit pas.
Donc le Soleil émet dans le visible (la lumière) et la Terre restitue pendant la nuit.
Attention : la chaleur interne de la Terre (lié au volcanisme) est négligeable par rapport au
rayonnement et cela ne joue donc aucun rôle dans les échanges de chaleur.

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Le graphique est logarithmique. Le graphe en haut à droite représente la vraie différence entre
l’émission de la Terre et celle du Soleil. Ce dernier émet 45% de son rayonnement dans le
visible. Par contre, l’intensité énergétique de la Terre est plus faible mais elle émet dans plus
de longueur d’onde ce qui fait que la quantité émise est ±la même que la quantité reçue. Si
cela n’était pas le cas, la température de la Terre augmenterait de jours en jours.
Schéma du bilan radiatif de la Terre C1.1B
Le flux géothermique (chaleur interne de la Terre) ne représenterait que 0,0018% ce qui est
très négligeable.
Analyse :
Le flux envoyé par le Soleil est de 342W/m² avant d’arriver dans l’atmosphère. Une partie du
flux d’énergie envoyé par le Soleil n’arrive pas à la surface de la Terre car une partie de la
lumière subit la diffusion (c'est-à-dire que les molécules de l’atmosphère vont disperser la
lumière qu’elles reçoivent), et donc une partie du rayonnement solaire va repartir vert le haut
car cela diffuse dans tous les sens. Cette diffusion ne se fait pas dont toutes les longueurs
d’ondes de la même manière, quand la longueur diminue, la diffusion augmente. La lumière
bleue est plus diffusée que le rouge, c’est pourquoi l’on voit le ciel en bleu.
Par contre, le soir, la traversée du rayonnement du Soleil est plus longue au couché du Soleil
donc la diffusion dans le bleu à lieu sur une grande distance ce qui fait qu’il n’y a plus de bleu
et donc on voit du rouge.
Si on vole au dessus des nuages en avion, on voit les nuages blancs car la taille des particules,
des poussières et des gouttelettes d’eau dans ceux-ci ne sont plus capables de diffuser la
lumière et cela devient des miroirs. Donc si le nuage est épais, l’essentiel de la lumière est
réfléchie vers le soleil. Cela explique pourquoi on peut avoir une impression de nuit en plein
jour. Cela représente 19% du rayonnement solaire, c’est l’absorption troposphérique.
Lorsque la lumière atteint le sol (48%), il peut y avoir une réflexion.
L’ALBÉDO est le rapport entre la quantité de rayonnement réfléchi sur l’incident.
Albédo= Rréfléchi/Rincident
Différents albédos :
Mer calme : 2 à 6%
Forêt équatoriale : 5 à 15%
Forêt boréale en été : 10 à 15%
Prairies et champs en été : 15 à 20%
Savane sèche : 20 à 25%
Sable sec : 25 à 30%
Neige vieille : 50 à 70%
Neige fraîche : 80 à 90%
Le flux solaire réfléchi vers l’espace représente 30% mais le reste sera-t-il totalement
absorbé ? Qu’est-ce que ka Terre fait de cette chaleur ?
On peut déjà dire que les 70% restant n’arrive pas totalement, il y a encore une partie
absorbée par l’ozone stratosphérique encore 3% et une absorption troposphérique (partie dans
laquelle nous vivons) par les gouttelettes, et des gaz de 19%
Il ne reste donc plus que 100%-30%-3%-19%=48%
C’est 48% sont expliqué sur la partie droite du schéma qui parle de la restitution par la Terre.

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La Terre va rayonner dans l’infrarouge alors que la lumière arrivée se fait dans le visible.
En fait, les gaz qui composent l’atmosphère sont transparents pour le visible mais opaques
pour l’infrarouge donc le rayonnement traverse l’atmosphère avec toutes les pertes que l’on
vient de voir puis le sol réémet et le rayonnement est absorbé par ce qu’il y a dans
l’atmosphère : l’effet de serre.
Plus précisément :
- la vapeur d’eau qui se trouve dans l’atmosphère absorbe l’infrarouge.
- le CO2 est un gaz à effet de serre, 3/10000 seulement dans l’air mais cela suffit pour
absorber l’IR et réchauffer l’atmosphère.
- le CH4, le méthane, fait aussi monter les températures de l’atmosphère.
- Le fréon (gaz noble artificiel).
L’effet de serre est un phénomène naturel depuis qu’il y a une atmosphère maos on injecte des
gaz et on augmente l’effet de serre de la planète.
Sans effet de serre, la vie serait impossible car il n’y aurait pas d’eau liquide.
Malgré cet effet de serre, 6% vont pouvoir repartir vers l’espace, le reste s’échauffe et
rayonne à nouveau. L’atmosphère rayonne vers le bas et le haut.
Quand on fait le bilan, 70% du flux solaire entre dans le système et 70% reparte de la Terre
=> on conserve la même température
Donc ce schéma explique la stabilité de la température sur Terre mais il faut expliquer les
variations de température à la surface de la Terre au niveau régional.
Selon l’emplacement des nuages par exemple. Au dessus du Sahara, peu de vapeur d’eau,
effet de serre moindre par contre, l’eau s’évapore de la mer et va créer des nuages donc plus
de vapeur d’eau et donc de l’effet de serre plus important.
Cela permet d’expliquer le fait que l’amplitude thermique journalière est moins importante
près des mers que dans le désert.
Retour au Graphe :
Il y a du rayonnement mais il reste aussi la chaleur sensible (transmission de chaleur à l’air
par convection 7%) et la chaleur servant à l’évaporation transfère de chaleur entre l’eau et
l’atmosphère.
Les variations de l’insolation dans l’espace et le temps
La quantité d’énergie provenant du Soleil dépend de l’inclinaison des rayons solaires sur le
sol et de la durée d’insolation.
L’angle est très différent selon que l’on se situe à l’équateur ou aux pôles.
Les rayons du soleil arrive perpendiculairement au sol à l’équateur par contre, au pôle l’angle
est beaucoup plus petit. Donc pour un faisceau de rayon identique, la surface interceptée à
l’équateur sera plus petite => plus chaude et la partie au pôle plus grande => plus froide.
La durée du jour est aussi très importante. Par exemple, au nord de la Norvège, les journées
sont très courtes en hiver et donc la quantité d’énergie arrivant au sol sera beaucoup plus
faible.
Conclusion :

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Plus l’angle d’incidence est petit, plus la quantité d’énergie par unité de surface sera faible ce
qui permet de comprendre pourquoi il fait plus chaud à l’équateur que dans les régions
polaires.
Attention, cela varie au cours de l’année avec les saisons. Le soleil par exemple n’est que 2
fois par an au zénith à l’équateur pendant les équinoxes.
Schéma :
Situation au 22 décembre à midi solaire, l’angle d’incidence à l’équateur est de 66°33’ alors
que l’angle de 90° se situe sur le tropique du capricorne.
6 mois plus tard, ce sera au tropique du Cancer que l’inclinaison sera de 90°. Ce phénomène
est dû à l’inclinaison de la Terre.
Les rayons solaires font un angle de 90° avec le sol à l’équateur seulement lors des équinoxes.
Donc si l’axe de la Terre n’était pas incliné, il n’y aurait pas de saison.
Si on combine le phénomène de durée du jour et de l’angle d’incidence des rayons solaires, on
obtient le graphique 4.9
Analyse du graphique
Les courbes de ce graphique donnent la quantité d’énergie à n’importe quel point de la Terre à
n’importe quel moment de l’année.
On voit nettement qu’entre le 21 mars et le 21 septembre, c’est les nuits au sud pendant 6
mois. Les autres courbes ont des énergies reçues par unité de surface. On sait par ailleurs, que
pendant notre été, juin – juillet, la quantité d’énergie est de +44 au pôle nord et seulement +33
à l’équateur. Donc à l’équateur, il y a moins d’énergie par unité de surface et de temps.
Cela veut dire que l’on reçoit plus d’énergie au pôle nord que à l’équateur et pourtant l’angle
d’incidence est plus petit, ceci est dû au fait que la durée du jour est de 24 heures et que même
si l’angle d’incidence est plus faible, la durée d’insolation est beaucoup plus grande.
Sur l’ensemble de l’année, c’est bien évidemment dans les régions tropicales que la quantité
d’énergie reçue est la plus grande.
Remarque :
Au solstice d’été, la valeur au pôle nord est de 44 et pourtant au solstice d’hiver, celle du pôle
sud est de 48.
Pourquoi la valeur est-elle plus élevée au pôle sud ?
Ceci est dû au fait que la Terre en tournant autour du Soleil n’est pas toujours à la même
distance de ce dernier. Le soleil est à un foyer de l’ellipse et est plus proche au solstice
d’hiver.
Donc la distance que les rayons du Soleil parcourent pour arriver au pôle sud au solstice
d’hiver est plus courte que celle pour arriver au pôle nord au solstice d’été.
Schéma (figure 3.7)
Schéma identique au précédent mais en 3 dimensions. Sur ce graphe, on voit bien que
l’équateur reçoit une quantité plus ou moins semblable tout au long de l’année (l’angle varie
de 23°274)