La véritable émissivité de la terre, corps gris

Par le Comité scientifique de Terre & Climat, 6 novembre 2025

Depuis des décennies, les modèles climatiques considèrent la Terre comme un corps noir parfait avec une émissivité égale à 1, émettant vers l’espace selon la célèbre loi de Stefan-Boltzmann :

Où F est le flux émis (W/m²), T la température absolue (K), ε l'émissivité et 

Mais dans la réalité, la Terre n’émet pas comme un corps noir parfait. Les océans, les nuages et l’atmosphère ont chacun une émissivité légèrement inférieure à 1.
Des mesures satellitaires récentes situent l’émissivité moyenne globale terrestre à environ 0,96 ± 0,01.
Cette valeur, apparemment anodine, a pourtant des conséquences importantes sur l’interprétation énergétique du système climatique.

Une émissivité mesurée depuis l’espace

Les données les plus fiables proviennent des instruments :

     -  CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy System) de la NASA,
     -  et MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) embarqué sur les satellites Terra et Aqua.

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Leurs observations croisées montrent que la Terre rayonne vers l’espace en moyenne :

Pour ce flux, si la Terre était un corps noir parfait (ε = 1), sa température d’équilibre serait de 254,8 K (-18,3°C).
Mais avec ε = 0,96, la température équivalente chute à 252,3 K (-20,9°C).*
(* Ceci correspond à la température moyenne des émissions infrarouges de la Terre vues de l'espace ; soit équivalent à une altitude d'émission de l'atmosphère d'environ 5,5 km)
Autrement dit, pour produire le même rayonnement, la Terre “grise” doit être légèrement plus chaude que prévue, d’environ 2,5°C.

Ce graphique montre comment le flux émis augmente avec la température pour deux cas :
          en noir, un corps noir parfait (ε = 1)
          en bleu, un corps gris (ε = 0,96), plus réaliste pour la Terre.

Pour un même flux de 238 W/m², la différence de température d’émission est visible.
C’est une petite correction… mais elle compte dans les bilans énergétiques précis du climat.

Quand la convection entre en jeu

Dans l’atmosphère réelle, la température ne dépend pas uniquement du rayonnement.
Les échanges convectifs (ascensions d’air chaud, condensation de vapeur d’eau) établissent un profil thermique vertical où la décroissance moyenne est d’environ – 6,5 K/km dans la troposphère.
Ce profil peut être modélisé simplement dans un modèle radiatif-convectif à une couche effective, ajusté ici pour une émissivité moyenne de 0,96.

On obtient une température de surface d’environ 16,6°C, conforme aux observations réelles.
Ce modèle simple illustre comment la combinaison du rayonnement, de la convection et de la vapeur d’eau permet de reproduire un équilibre thermique stable proche du climat terrestre actuel.

Le rôle de l’eau et des surfaces

Les océans couvrent 70 % du globe et présentent une émissivité moyenne autour de 0,96–0,97, variable selon l’angle de vue et la teneur en vapeur d’eau.
Les continents émettent un peu plus (ε ≈ 0,97–0,99), tandis que les nuages épais peuvent descendre à 0,80–0,90.
Ainsi, la valeur globale de ε ≈ 0,96 résume un équilibre pondéré entre toutes ces contributions.

Une nuance aux conséquences réelles

Prendre en compte une émissivité de 0,96 :
- réduit légèrement la température d'émission équivalente de la Terre ;
- modifie le calcul du forçage radiatif net (quelques W/m² );
- et améliore la cohérence entre observations satellites et modèles de surface.

Cette correction n’invalide pas l’effet de serre — elle l’affine :
Le système terrestre reste sous influence des gaz à effet de serre (H₂O, CO₂, CH₄), mais la calibration fine du bilan radiatif devient plus juste.

En résumé

Une Terre « corps gris » n’émet pas moins — elle émet différemment.
C’est une nuance subtile, mais cruciale, pour comprendre les équilibres thermiques du climat.

Références

• NASA CERES / MODIS, Earth’s Energy Budget and Surface Emissivity (2000–2024)
• Trenberth, K.E. & Fasullo, J.T. (2012). Earth’s global energy budget. Journal of Climate, 25(9).
• Wild, M. et al. (2015). The energy balance over land and oceans. Climate Dynamics.

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