La Terre reçoit du Soleil 342 W.m-2, en ultraviolets et lumière visible principalement (Figure 1.3) (Deconinck, 2006Deconinck J.-F., 2006 : Paléoclimats, l’enregistrement des variations climatiques. Vuibert, 198 p.). L’atmosphère, les nuages et la surface du sol en réfléchissent 107 W.m-2 vers l’espace, soit environ 30 %. Le système climatique reçoit et absorbe donc 235 W.m-2. La Terre peut être assimilée à un corps noir, c’est-à-dire un objet qui absorbe toute la lumière incidente sans en refléter. Selon la loi de Stefan-Boltzmann, d’après laquelle l’énergie émise par un corps noir dépend de sa température (E = σT4), la température moyenne devrait être de -16 °C.
La température réelle moyenne est en fait de +15 °C. La Terre émet donc réellement 390 W.m-2 vers l’atmosphère et l’espace. La loi de Wien explique qu’un corps noir émet un rayonnement dont la longueur d’onde maximale dépend de sa température : mT = 2898 μm.K. La longueur d’onde où le rayonnement émis par la Terre est maximal est de 10 μm, ce qui correspond à un rayonnement infrarouge.
La différence de 150 W.m-2 entre le flux émis par la surface et celui émis par l’atmosphère vers l’espace correspond à l’énergie absorbée par les gaz à effet de serre (GES) et les nuages : c’est l’effet de serre.
La concentration en GES conditionne la température à la surface de la planète. Ceci est parfaitement illustré par la corrélation, dans les carottes de glace, entre la concentration en GES des bulles d’air et la température déduite des analyses isotopiques depuis 600 000 ans (Figure 2.5).
