CHAPITRE 1
MEsuRE DEs TERMEs Du BiLAN
D'ÉNERGiE
Le climat détermine la structure et le fonctionnement
des écosystèmes essentiellement à travers les
variations de température, des pluies et de rayonnement
solaire. Il influence aussi l'état hydrique et
thermique du sol. Le sol et l'atmosphère forment ainsi un
système couplé : chaque composante
influence l'état et l'évolution des autres composantes a travers
différents mécanismes. Ces interactions ont lieu a des
échelles de temps allant de quelques secondes a
des millions d'années. Dans la suite de ce document, on
s'intéresse particulièrement aux interactions entre la surface du
sol et l'atmosphère sur une superficie de quelques
hectares et a leurs variabilités saisonnières.
1.1 Le bilan d'energie dans la Couche Limite
Atmospherique (C.L.A)
Le terme de couche limite a été introduit par
Prandtl [10], qui étudiait les propriétés
d'écoulements fluides de faible viscosité a proximité
d'une limite solide. Dans le contexte atmosphérique, la
couche limite est la couche d'air directement en contact avec la surface de la
terre, et au sein de laquelle les effets de la surface (frottement,
réchauffement et refroidissement) sont ressentis a des échelles
de temps inférieures a la journée, et dans laquelle
d'importants flux de quantité de mouvement, de chaleur et de
matière sont entretenus par des mouvements turbulents. Elle se subdivise
en deux couches : la couche d'Ekman et la couche limite de surface
(Figure 1.1). C'est la couche limite de surface située dans
les premiers mètres au dessus de la surface du sol qui nous
intéresse dans notre étude. Cette couche
est la partie de la CLA qui est directement en
contact avec la surface terrestre. Elle est encore appelée sous couche a
flux constants car c'est la couche dans laquelle les variations des
flux selon z sont inférieures a 10%.
FIG. 1.1 Schéma montrant les différentes parties de
la couche limite atmosphérique.
L'énergie qui parvient au sol
provient du soleil sous forme de rayonnement. Le bilan
d'énergie au travers de la surface du sol exprime
que la somme des flux est nulle au niveau de cette surface
(Eq 1.1).
Rn -- G -- H -- LE = 0 (1.1)
oi Rn est le rayonnement net, G le flux de chaleur
dans le sol, H le flux de chaleur sensible et LE le flux de chaleur latente.
Dans les sections suivantes, chaque terme du bilan
d'énergie est défini.
1.2 Le rayonnement net Rn
Le rayonnement net Rn est la
quantité d'énergie radiative disponible a
la surface terrestre. Il représente le bilan des rayonnements
incident et réfléchi de courtes longueurs d'onde et
des rayonnements grandes longueurs d'onde
incident et réfléchi ou émis par la surface [111. Les
courtes longueurs d'ondes appartiennent au domaine du visible et du
proche infrarouge tandis que les grandes
longueurs d'ondes sont celles de l'infrarouge
thermique. Le bilan radiatif de la surface terrestre s'écrit
alors :
Rn = Swin - Swout + Lwin - Lwout
(1.2)
oii Swin est le rayonnement incident de
courtes longueurs d'onde, Swout est le
rayonnement réfléchi de courtes longueurs
d'onde, Lwin le rayonnement incident de grandes
longueurs d'onde (venant des nuages et de
l'atmosphère) et Lwout le rayonnement
réfléchi et émis par la terre en grandes
longueurs d'onde.
Sur les stations de mesure, les flux radiatifs sont
mesurés a l'aide de capteurs hémisphériques
(qui mesurent le rayonnement provenant de tout
l'hémisphère). Les quatre composantes du
rayonnement net sont directement mesurées a l'aide d'un
bilanmètre CNR1 de la marque Kipp & Zonen qui
est composé de 2 pyranomètres CM3 (courtes
longueurs d'onde 0.3um < A < 3um)
et de 2 pyrgéomètres CG3
(grandes longueurs d'onde 5um < A <
50um). Les spécificités des capteurs sont
décrites dans un tableau en annexe 2.
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