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rapport énergie solaire réfléchie / énergie solaire incidente De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Pour les articles homonymes, voir Albédo (homonymie).
L'albédo, ou albedo (sans accent), est le pouvoir réfléchissant d'une surface, c'est-à-dire le rapport du flux d'énergie lumineuse réfléchie au flux d'énergie lumineuse incidente. C'est une grandeur sans dimension, comparable à la réflectance, mais d'application plus spécifique, utilisée notamment en astronomie, climatologie et géologie.
Le substantif[1] masculin[2] albédo est emprunté[1],[2] au latin[2] tardif (bas latin)[1] albedo, substantif féminin[3] signifiant blancheur[1],[4]. Il a été introduit au XVIIIe siècle en optique et en astronomie par le mathématicien et astronome Jean-Henri Lambert.
L'albédo, dans sa définition la plus courante dite albédo de Bond, est une valeur comprise entre 0 et 1 : un corps noir parfait, qui absorberait toutes les longueurs d'onde sans en réfléchir aucune, aurait un albédo nul, tandis qu'un miroir parfait, qui réfléchirait toutes les longueurs d'onde, sans en absorber une seule, aurait un albédo égal à 1. D'autres définitions, dont celle de l'albédo géométrique, peuvent donner des valeurs supérieures à 1.
Le terme albédo (en anglais single scattering albedo[5],[6]) est également utilisé en transfert radiatif pour décrire la part de la diffusion dans l'extinction totale d'un milieu semi-transparent. Il s'agit donc d'une quantité comprise entre 0 (pas de diffusion) et 1 (pas d'absorption).
L'appareil qui mesure l'albédo est un albédomètre, composé d'un ou deux pyranomètres. Dans la pratique, un corps est perçu comme blanc dès qu'il réfléchit au moins 80 % de la lumière d'une source lumineuse blanche (par exemple, de la neige fraîche ou certains nuages). À l'inverse, tout corps réfléchissant moins de 3 % de la lumière incidente (du goudron, l'eau calme d'un lac) paraît noir.
| Type de surface | Albédo de Bond (de 0 à 1) |
|---|---|
| Corps noir parfait | 0,00 |
| Surface de lac | 0,02 à 0,04 |
| lave | 0,04 |
| Forêt de conifères[7] | 0,05 à 0,15 |
| Surface de la mer | 0,05 à 0,15 |
| Sol sombre | 0,05 à 0,15 |
| Forêt de feuillus[7] | 0,15 à 0,20 |
| Cultures | 0,15 à 0,25 |
| Sable léger et sec | 0,25 à 0,45 |
| Calcaire[8] | 0,40 environ |
| Nuage | 0,50 à 0,80 |
| Glace | 0,60 environ |
| Neige tassée | 0,40 à 0,70 |
| Neige fraîche | 0,75 à 0,90 |
| Miroir parfait | 1,00 |
L'albedo dépend de la composition chimique de la chose étudiée, ce qui aura un impact notamment quand un nom unique est utilisé pour des choses différentes (par exemple, « sable », qui désigne un matériau granulaire dont la composition est très variable selon son origine, ou forêt, selon le type d'arbres qui la compose). Il dépend également de la forme physique de la chose, pour une composition chimique inchangée : par exemple, bien que les nuages, la glace et la neige ne sont essentiellement que de l'eau, leur albedo est bien plus grand que celui de la mer ou d'un lac, et va beaucoup varier selon qu'ils sont composé de flocons, de billes de glace ou de glace compacte. L'état de surface aura également son importance : de même qu'un marbre poli réfléchi plus que le même brut, une mer calme ou agitée n'ont pas le même albédo. Les couverts végétaux ont un albédo variable selon leur stade de développement et la saison, faible quand photosynthèse est active, plus fort quand ils sont secs.
La planète Terre présente un albédo de Bond dont les estimations varient entre 0,31[9] et 0,34[10].
L'albédo influe grandement sur la quantité d'énergie qui atteint effectivement la planète, ce que en fait un facteur essentiel du climat. Mais en retour cette quantité d'énergie influe sur l'albedo notamment en modulant la couverture nuageuse et les surfaces couvertes par la glace. La rétroaction est complexe, avec des composantes positives qui l'amplifie, et des composantes négatives qui la contrarie[11]. Parmi les composantes positives, un refroidissement entraîne une extension des glaces continentales (inlandsis et glaciers) et marines (banquise), et donc une augmentation de l'albédo ; la planète réfléchit davantage le rayonnement solaire, en absorbe moins, ce qui amplifie son refroidissement (et réciproquement en cas de réchauffement : moins de glace, albedo réduit, réchauffement accru). À l'inverse, dans certaines conditions un réchauffement augmente l'évaporation, la quantité d'eau dans l'atmosphère et donc la quantité de nuages, qui augmentent l'albédo et réduisent le réchauffement. Les interactions sont d'autant plus complexes que l'importance de l'albedo varie selon quantités de facteurs, dont l'alternance diurne, la latitude et la saison (pendant la nuit en général (et en particulier aux pôles pendant la nuit polaire), l'énergie du soleil n'étant pas reçue il importe peu dans quelle proportion elle serait réfléchie ou absorbée et donc l'albedo a une importance très faible)[11].
Ainsi l'albédo est l'un des paramètres à étudier si l'on s'intéresse à la température de la surface de la Terre, et qu'on envisage de modifier si on veut jouer avec le climat (global ou local), ce qui peut se faire de différentes façons : réduire l'albedo en remplaçant des champ ou des déserts par des forêts, des prairies, voire des champs d'appareils photovoltaïques, ou en recouvrant des glaces (ou plus généralement des surfaces) de poussières sombres (suies), ou l'augmenter par la réduction des surfaces sombres au profit de surfaces plus claires (revêtement des routes et des toits plus clairs en ville par exemple) ou par l'ensemencement des nuages[12]. En l'absence de recul et de maîtrise de la technologie, cette piste reste d'usage localisé, au niveau de microclimat et notamment urbain[13], ou comme sous-produit d'actions dont le but est différent (guerre météorologique, accroissement des pluies...).
Les toits et terrasses sont les principaux stocks passifs de calories des bâtiments car, les plus exposés au rayonnement solaire direct[15],[16],[17]. Peindre les murs et terrasses exposés au soleil en blanc (à la chaux) est une méthode ancienne localement courante dans certaines îles et pays du pourtour méditerranéen, et en Amérique du Sud[18]. Depuis la fin du XXe siècle, des revêtements (peintures, matériaux) à forte réflectivité solaire et/ou à forte une émissivité thermique dans les infrarouges lointains (GLO : 5 à 50µm) élevés sont apparus sur les marchés, souvent associés au mot « Cool » (cool-roof, pour les toitures, cool paints pour les peintures, et parfois « cold materials», pour les chaussées[19].
La ville de Los Angeles a peint certaines chaussées en blanc. Leur température a baissé de 6 à 7 °C lors des canicules[20].
Un dispositif proche « (cool roofing ») à New York a consisté à peindre des toits en blanc, a diminué leur température (jusqu'à 15 °C de moins)[21] ; New-York, plus d'un million de mètres carrés auraient ainsi été peints en blanc entre 2009 et 2023[18].
Un rapport estime que pour les blocs d'immeubles, peindre en blanc murs et trottoirs permettrait une économie d'énergie liée à la climatisation de 10 à 30 %[22] voire 40 % si le toit est peint en blanc[18] (peindre une toiture sombre en blanc peut entraîner une réduction de la température de 6 à 7 °C en été sous ce toit)[18]. Le PTFE a la meilleur performance avec une réflectivité supérieure à 0,9 sur le spectre des longueurs d'onde reçues du soleil (avec 80 % des UV réfléchis vers le ciel, soit bien plus que pour la plupart des autres matériaux blancs)[19].
Cette modification importante des propriétés radiatives des surfaces construites[23],[19], peut « passivement »[24] significativement diminuer les effets des bulles de chaleur urbaines sur le confort intérieur, mais n'est cependant pas dénuée d'inconvénients[18] :
Selon Maxime Doya (2010), « les performances des toitures cool sont exemplaires pour les structures dont l’emprise au sol est supérieure à la surface des façades, mais le piégeage radiatif entre les façades des rues canyons (de son étude) rend le résultat moins évident » ; les gains seront ainsi en France « très faibles en valeur absolue pour de petites toitures sur des bâtiments résidentiels (thermiquement isolés) », mais la pose de revêtements réfléchissants est « économiquement rentable sur des bâtiments de type supermarchés »[25].
Au Pérou, une ONG aidée par le gouvernement et la Banque mondiale a expérimentalement peint les zones libérées par le recul des glaciers à l'aide de chaux et de blanc d'œuf, avec des résultats positifs sur la température et même avec un retour de la glace, par endroits. Cependant, au coût de 5 000 $ l'hectare, l'expérimentation n'est pas réalisable à plus grande échelle[32],[33].
En Italie, Massimo Calovi et al. (2023) ont expérimentalement réussi à utiliser le thermochromisme de certains matériaux (sphérules thermochromiques). Ces matériaux permettent théoriquement de créer des peintures ou matériaux organiques pouvant naturellement s'éclaircir sous l'effet de la chaleur et foncer sous l'effet du froid, sous un vernis transparent les protégeant contre une dégradation trop rapide ; des questions de coût et d'écotoxicité sont encore à étudier[14].
En modélisation de réacteurs nucléaires, l'albédo d'un réflecteur de neutrons décrit sa capacité à restituer au réacteur les neutrons qui tentent de s'échapper.
L'albédo est utilisé en astronomie pour avoir une idée de la composition d'un corps trop froid pour émettre sa propre lumière, en mesurant la réflexion d'une source lumineuse externe, comme le Soleil. On peut différencier ainsi facilement les planètes gazeuses, qui ont un fort albédo, des planètes telluriques qui ont, elles, un albédo faible.
Les astronomes ont affiné cette définition en distinguant d'une part l'albédo de Bond, correspondant à la réflectivité globale d'un objet céleste pour toutes les longueurs d'onde et tous angles de phase confondus, et d'autre part l'albédo géométrique, correspondant au rapport entre l'intensité électromagnétique réfléchie par un astre à angle de phase nul et l'intensité électromagnétique réfléchie à angle de phase nul par une surface équivalente à réflectance idéalement lambertienne (c'est-à-dire isotrope quel que soit l'angle de phase) : conséquences de ces définitions, l'albédo de Bond est toujours compris entre 0 et 1, tandis que l'albédo géométrique peut être supérieur à 1.
Avant d'installer un équipement utilisant l'énergie solaire, il est important de connaître l'éclairement énergétique au niveau du sol, c'est-à-dire la quantité de lumière solaire reçue au sol. Pour cela, une des techniques les plus efficaces est l'utilisation de satellites d'observation terrestre. Le satellite de Météosat de seconde génération est ainsi capable de fournir des mesures précises toutes les 15 minutes sur l'éclairement énergétique au niveau du sol du continent européen.
Le calcul de la luminance au sol intéresse également de nombreux autres domaines, comme :
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