par Thierry Piou président de l’association d’astronomie ‘’Pêcheurs d’étoiles‘’ La Baule.

Résumé

L’étude de l’ombre portée par un bâton sur le sol horizontal est riche d’enseignements. 
L’observation montre que la longueur de l’ombre et sa direction varie selon l’heure de la journée et même, pour une heure donnée, selon le jour ; peut-être aussi selon le lieu ?
Que nous apprennent ces différentes longueurs, de quoi dépendent-elles ?

De même, qu’observerions-nous si, disposant dans notre jardin d’un thermomètre à l’abri du Soleil et du vent, nous notions la température chaque jour lors du passage du Soleil au méridien ? Qu’observerions-nous si nous notions la température pendant un jour solaire vrai toutes les heures puis dans des intervalles de temps de plus en plus réduits ?

Ce document essaie d’apporter quelques éléments de réponses à ces questions. Il s’appuie sur les données de l’observatoire météorologique de Saillé en Guérande, celui-ci est en effet doté d’un pyranomètre, dispositif permettant de mesurer l’ensoleillement global du lieu. Pour illustrer notre propos, les données du 6 avril 2017 a été choisie, pourquoi ? simplement parce ce que ce jour-là, la nébulosité était très faible et en conséquence l’éclairement mesuré par le pyranomètre était proche de la valeur correspondant à l’éclairement direct.

Coucher de Soleil sur les marais salants de Batz sur Mer. Soleil et vent sont les principaux acteurs du phénomène d’évaporation.

Le document est composé de deux parties, la première s’attarde longuement sur l’aspect astronomique du problème, il s’appuie sur un modèle élémentaire géocentrique, c’est-à-dire que l’on considère la Terre immobile au centre du monde. Comment expliquer les mouvements apparents du Soleil avec un tel système ? Pour son déplacement au cours d’une journée, il suffit de faire tourner une sphère centrée sur la Terre et sur laquelle on a fixé le Soleil. Et pour faire varier sa hauteur en fonction des saisons, on le fait se déplacer en un an sur l’écliptique, grand cercle de la sphère, incliné par rapport à l’équateur. Ce modèle est géométriquement équivalent à celui de Copernic et permet de justifier les directions de Lever et de Coucher, la hauteur du Soleil, la durée de la journée, c’est-à-dire les principales grandeurs déterminant l’énergie interceptée par une surface élémentaire pendant une journée.

On déduit par extension des données de l’observatoire de Saillé en Guérande, que le système Terre comporte un élément intégrateur. Une approche élémentaire consiste à modéliser ce comportement par un système passe-bas du 1^er ordre. C’est l’objet de la seconde partie du document. Seules nous intéressent ici, les grandeurs les grandeurs d’entrées et de sorties et peu nous importent les échanges internes du système. On parvient ainsi à exprimer la température en fonction de l’éclairement au sol.Parallèlement, l’observation des données nous amène à nous interroger sur l’équilibre thermique du système Terre. Une étude nous montre que celui-ci n’atteint jamais un quelconque régime permanent synonyme d’équilibre thermique.

Conclusion

Dans la littérature consacrée au climat il est de bon ton de considérer, pour solde de tout compte, un flux solaire uniformément réparti à la surface de la Terre. La réalité est plus complexe. Dans le modèle simplifié que nous avons utilisé, le flux solaire incident dépend de paramètres astronomiques tels que la déclinaison et l’angle horaire du Soleil ainsi que de la latitude du lieu. En effet, le mot climat vient du latin clima qui désigne étymologiquement l’angle entre les rayons solaires et la surface terrestre.
Nous avons introduit la notion d’énergie, capitale en physique, et nous avons constaté que celle-ci était inégalement répartie à la surface du globe.
Le modèle utilisé dans ce document peut bien entendu être amélioré en tenant compte du caractère elliptique de l’orbite terrestre, il apparaîtra alors que la ‘’constante ‘’ solaire ne l’est plus et que les durées des saisons sont inégales, conséquences directes de la deuxième loi de Kepler.
Un modèle physique rudimentaire montre qua la Terre n’atteint jamais un quelconque équilibre thermique.
Le climat terrestre est gouverné par la répartition du flux solaire à la surface du globe, les variations de ce flux étant liées à l’activité solaire et aux différents paramètres orbitaux de la Terre.

L’article complet (32 pages) est disponible en .pdf ici