Le 22 décembre 2023, à 4h27 et 19 secondes, heure de Paris, nous avons franchi le solstice d’hiver. C’est le moment de l’année où l’hémisphère nord est le moins éclairé par le soleil et où la durée du jour est la plus courte, marquant officiellement le début de l’hiver. Bien que les jours commencent à s’allonger à partir de cette date, l’hiver démarre au moment où le soleil revient, ce qui peut sembler paradoxal. En réalité, la définition des saisons est une convention arbitraire. Par exemple, en Chine, l’hiver commence en novembre. Selon les météorologues, les saisons sont décalées de trois semaines par rapport aux saisons astronomiques. Ainsi, l’hiver météorologique débute le 1er décembre et couvre les mois de décembre, janvier et février, avec les jours les plus froids généralement enregistrés mi-janvier. Ce pic de froid survient donc plusieurs semaines après le jour le plus court de l’année. Pour comprendre ce phénomène, il est nécessaire de comprendre ce qui crée les saisons. Voici trois points à considérer.
1 – D’où vient l’hiver ?
Les saisons existent car la Terre est inclinée sur son axe de rotation par rapport au soleil. Cette inclinaison fait en sorte qu’un hémisphère reçoit plus de lumière solaire que l’autre. Au fur et à mesure que la Terre tourne autour du Soleil, les zones les plus exposées changent. Le schéma ci-dessous montre que le solstice d’hiver correspond au moment où l’hémisphère nord est le moins exposé au soleil pendant son orbite annuelle autour de notre étoile.
Cette inclinaison affecte non seulement la durée d’ensoleillement, mais aussi l’angle sous lequel les rayons du soleil nous atteignent. Plus l’hémisphère nord est incliné par rapport au soleil (c’est-à-dire plus proche du solstice d’hiver), plus les rayons nous parviennent d’un angle bas dans le ciel.
Lorsque la lumière frappe la Terre de manière oblique, elle se répand sur une plus grande surface, ce qui signifie que son énergie est répartie sur une plus grande surface. Par conséquent, le rayonnement chauffe moins en un point donné, comme le montre le schéma.
Une autre conséquence de cette inclinaison des rayons solaires est qu’ils traversent davantage de couches d’atmosphère avant d’atteindre le sol. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, ce n’est pas la principale raison du refroidissement de nos latitudes en hiver, mais plutôt la dilution du rayonnement sur une plus grande surface au sol.
Selon Julien Cattiaux, chercheur CNRS au Centre national de recherches météorologiques, « l’énergie solaire est assez peu absorbée par l’atmosphère, à part certains UV dans la couche d’ozone. Mais le fait que les rayons sont plus perpendiculaires en été qu’en hiver, et donc qu’il y a plus de rayonnement par unité de surface en été, est le facteur déterminant. Le flux net en Europe passe d’environ 100 watts par mètre carré (W/m²) en janvier à près de 300 W/m² en juillet ».
2 – D’où vient l’inertie ?
Le 22 décembre 2023, la terre en Europe reçoit le moins d’énergie de l’année. Ce qui nous intéresse pour choisir notre plus beau pull de Noël, c’est la température de l’air. C’est là que l’inertie intervient.
L’atmosphère est transparente au rayonnement visible, qui réchauffe d’abord l’océan et la terre. Lorsque ceux-ci rayonnent à leur tour, ils réchauffent l’atmosphère. Au 22 décembre, la terre reçoit moins d’énergie mais continue à restituer celle emmagasinée auparavant. D’autres mécanismes entrent ensuite en jeu : l’air chaud monte, ce qui fait descendre de l’air froid ailleurs. Ces déplacements d’air redistribuent l’énergie et influencent la météo. Les variations de rayonnement reçues sont ce qui crée les saisons.
3 – Cette inertie peut-elle évoluer ?
Toutes les surfaces n’ont pas la même capacité à emmagasiner de l’énergie. L’albédo et les capacités thermiques des matériaux jouent un rôle important. Les océans ont une plus grande capacité d’inertie thermique que les continents. Selon les régions du globe, l’inertie thermique varie considérablement. Le décalage est d’environ 20 à 25 jours en Europe de l’Ouest, et de 12 à 15 jours sur la côte est des États-Unis. Dans l’océan Atlantique, le décalage atteint même 75 jours. Le changement climatique peut affecter les capacités thermiques des régions, ce qui pourrait retarder l’hiver. Cependant, il est difficile de prévoir avec certitude. Ce qui est certain, c’est que le changement climatique rendra les hivers moins froids. De plus, il est possible que l’hiver devienne de plus en plus court et ne dure qu’un mois d’ici la fin du siècle.
