De tous temps les hommes se sont intéressés au climat et ont tenté de prévoir son évolution. Dès l’Antiquité il était connu que des caractéristiques géographiques comme la latitude mais aussi l’altitude ou le voisinage de vastes étendues d’eau avaient une grande influence sur le climat. Sur cette base les climatologues ont été amenés à distinguer différents types de climats tels que tropical, désertique, tempéré, polaire, etc. Ensuite, il est progressivement apparu que le climat est un système extrêmement complexe qui dépend de l’activité solaire ainsi que de la distance et de l’orientation de la Terre par rapport au Soleil, facteurs qui varient à des échelles de temps très différentes.
Mais depuis quelques dizaines d’années, et plus particulièrement depuis la création du GIEC en 1988 sous l’égide d’organisations internationales, le climat est envisagé globalement à l’échelle de la Terre entière sans tenir compte de particularités géographiques locales. De plus, des événements singuliers tels qu’ouragans, inondations ou sécheresses sont désormais imputés par certains climatologues à un changement climatique dont l’activité humaine serait responsable. Cette théorie du changement climatique d’origine anthropique qui a des conséquences politiques, économiques et sociales très importantes repose cependant sur une seule et fragile hypothèse : le CO2 renverrait vers la Terre une partie du rayonnement qui devrait s’échapper vers le vide interplanétaire et il en résulterait une élévation de la température « moyenne globale » à la surface de la Terre. Ce phénomène radiatif improprement appelé «effet de serre » a des défenseurs et des adversaires entre lesquels le débat est souvent impossible. Il semble cependant qu’un consensus pourrait se dégager si on pouvait donner une base quantitative à certains phénomènes sur lesquels il y a accord d’un point de vue qualitatif.
1. A la recherche d’un consensus
On peut estimer que les scientifiques qui s’intéressent au climat, tant partisans qu’adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique, s’accordent sur les points suivants :
- Le climat peut changer comme il l’a toujours fait et continuera à le faire ;
- Pour maintenir une température approximativement constante la Terre doit dissiper l’énergie reçue du Soleil et le bilan énergétique de la Terre doit tenir compte de différents mécanismes possibles ;
- Une partie de l’énergie est dissipée par la Terre sous forme de rayonnement thermique aussi qualifié de rayonnement du « corps noir » ;
- Certains gaz présents dans l’atmosphère, et notamment le CO2, peuvent absorber une fraction de ce rayonnement thermique.
- Le CO2 ayant absorbé une fraction de ce rayonnement pourrait avoir une influence sur la température de la surface terrestre ou des basses couches atmosphériques.
Poser le problème en termes quantitatifs requiert la connaissance de quelques principes de physique et de plusieurs grandeurs qui sont mal connues et ne font l’objet que d’estimations souvent contestées. Pour progresser il est cependant indispensable d’accepter certaines estimations même incertaines. Nous les considérerons alors comme hypothèses de base communes aux partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique.
a) Quantité d’énergie solaire reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère
Au niveau de l’orbite terrestre chaque mètre carré placé perpendiculairement au rayonnement solaire reçoit, en moyenne sur l’année, une puissance de 1368 W, c’est la « constante solaire ». La valeur de 342 W m-2 au sommet de l’atmosphère est basée sur l’idée que chaque mètre carré de la surface terrestre reçoit en continu le quart de 1368 W car la Terre n’intercepte le rayonnement solaire que sur une surface égale à celle d’un disque de même rayon. Cette valeur n’est pas mesurée mais calculée en admettant une distribution uniforme de l’énergie sur toute la surface terrestre sans tenir compte ni d’un hémisphère non éclairé, ni d’une variation en fonction de la latitude. De ce fait, elle est certainement surestimée mais une valeur correcte tenant compte de la vitesse de rotation de la Terre et de l’inclinaison de son axe de rotation donnerait lieu à des difficultés de calcul insurmontables. En attribuant à la Terre un albédo de 0,3 impliquant non seulement l’énergie réfléchie par la surface terrestre et par l’atmosphère mais aussi et principalement par les nuages, le rayonnement effectivement reçu par la surface terrestre serait alors réduit à 70 % de 342 W m-2 soit environ 240 W m-2. Acceptons cette valeur comme une première hypothèse de base commune aux partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique.
b) Fraction d’énergie émise par la Terre sous forme de rayonnement thermique
Pour maintenir une température constante la Terre doit dissiper l’énergie reçue du Soleil par différents mécanismes : convection, évaporation de l’eau des océans et rayonnement thermique. Il subsiste une grande incertitude concernant l’importance relative de ces différents mécanismes mais le modèle le plus généralement admis est celui proposé par la NASA (voir ici). Selon la NASA 21 % de l’énergie reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère seraient dissipés par rayonnement thermique, seul mécanisme susceptible de donner lieu à un « effet de serre ». L’évaporation de l’eau des océans et la convection de l’air interviendraient respectivement pour 23 % et 7 %. Ces proportions ne résultent pas de mesures mais d’estimations et surprennent car la convection est généralement le mécanisme prépondérant pour des objets à température et pression ambiantes tandis que le rayonnement thermique ne devient important qu’à haute température. Acceptons néanmoins le bilan thermique proposé par la NASA comme une deuxième hypothèse de base commune aux partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique. Notons cependant que pour Sorokhtin et collaborateurs [1] la convection interviendrait pour 34 %, l’évaporation de l’eau des océans pour 13 % et le rayonnement thermique pour 4 % seulement. Finalement toute l’énergie dissipée par la surface terrestre (quel que soit le mécanisme) ou absorbée directement par l’atmosphère et les nuages est convertie en rayonnement dans les couches supérieures de l’atmosphère car c’est le seul mécanisme d’évacuation de cette énergie hors de l’atmosphère terrestre. En haute altitude les satellites détectent effectivement un rayonnement moyen de 240 W m-2, en accord avec le paragraphe 1a ci-dessus, mais les valeurs locales peuvent varier de 122 W m-2 au dessus de l’Antarctique à 265 W m-2 au dessus de la Basse Californie avec une différence de l’ordre de 50 W m-2 entre pôles et équateur. Ce rayonnement moyen provient essentiellement des couches supérieures de l’atmosphère à des températures beaucoup plus basses que la surface terrestre.
c) Fraction du rayonnement thermique de la Terre absorbée par le CO2.
En admettant que la Terre se comporte comme un corps noir à la température de 288 K (15 ° C) l’équation de Planck permet de calculer que 95 % du rayonnement thermique seraient compris entre 5 et 40 µm. Le CO2 présente une bande d’absorption dans l’infrarouge centrée à 15 µm et on trouve, en intégrant l’équation de Planck dans le domaine de 14 à 16 µm, que 9,3 % du rayonnement thermique de la Terre est émis dans cet intervalle de longueurs d’onde. On en déduit que, quel que soit son coefficient d’absorption, le CO2 ne pourrait absorber qu’un peu moins de 2 % (9,3 % de 21 %) de l’énergie totale reçue du Soleil au sommet de l’atmosphère, soit environ 6 W m-2 (voir ici). Acceptons cette valeur comme une troisième hypothèse de base commune aux partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique. Remarquons cependant que les océans occupent 71 % de la surface terrestre et qu’il est difficile de les considérer comme corps noir puisque l’eau n’absorbe (et donc ne peut émettre) toutes les longueurs d’onde avec la même efficacité dans le domaine de 5 à 40 µm (250 à 2000 cm-1) comme l’indique la fig. 1.
d) Equilibre vibrationnel du CO2 dans les basses couches atmosphériques
A la pression d’une atmosphère et à la température de 15°C les molécules de l’air sont animées de mouvements de translation à des vitesses de l’ordre de 500 m par seconde. Dans ces conditions chacune subit plusieurs milliards de collisions par seconde (voir ici ). Si elles disposent de l’énergie suffisante elles peuvent aussi entrer en vibration avec variation rapide et périodique des longueurs ou des angles de leurs liaisons interatomiques. Les molécules biatomiques N2 et O2 sont très rigides et ne vibrent pratiquement pas à 15°C. Par contre, les molécules triatomiques de CO2, linéaires à l’état fondamental O=C=O, peuvent se déformer facilement et devenir anguleuses en vibrant. L’énergie requise pour atteindre cet état de vibration peut être calculée à partir de la bande d’absorption détectée à 15 µm dans le spectre infrarouge du CO2 grâce à la relation Ev = hc/λ (où h est la constante de Planck, c la vitesse de la lumière et λ la longueur d’onde du rayonnement absorbé, dans ce cas 15 µm). Cette valeur n’est que de 30 % supérieure à l’énergie cinétique moyenne des molécules environnantes N2 et O2 qui, d’après la théorie cinétique des gaz, vaut Ec = 5/2 k T (où k est la constante de Boltzmann et T la température en Kelvin). Or, beaucoup de molécules ont une énergie cinétique supérieure à cette valeur moyenne car les énergies cinétiques de translation Et = mv2/2 présentent une large distribution continue qui suit la statistique de Maxwell-Boltzmann. La fonction mathématique correspondante permet de calculer qu’à 15°C plus de 40 % des molécules N2 et O2 ont suffisamment d’énergie cinétique pour amener les molécules de CO2 à leur plus bas niveau de vibration lors d’une collision inélastique (sans conservation de l’énergie cinétique). On admet généralement que 0,001 % des collisions sont inélastiques (voir 2c ci-dessous) ce qui représente encore plusieurs dizaines de milliers par seconde. Dans ces conditions il y a conversion d’une fraction ∆ de l’énergie cinétique de translation des molécules N2 ou O2 en énergie de vibration du CO2 :
∆Ec (translation) de N2 + CO2 ↔ ∆Ev (vibration) de CO2 + N2
Cette conversion est réversible et les molécules de CO2 excitées se désactivent endéans quelques microsecondes pour retourner à l’état fondamental lors de nouveaux chocs avec les molécules environnantes qui, de ce fait, acquièrent temporairement un surcroît d’énergie cinétique de translation. Il existe donc un équilibre dynamique résultant des très nombreuses collisions. Il ne dépend que de la température et de la pression (par le biais de la distribution des énergies et du nombre de chocs entre molécules). Quoique ce ne soient pas toujours les mêmes molécules de CO2 qui vibrent la proportion de molécules en état de vibration reste constante à une température et une pression déterminées (environ 40% à 15°C et à la pression d’une atmosphère). Admettons le transfert d’énergie entre molécules de CO2 et molécules environnantes comme quatrième hypothèse de base commune aux partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique.
A ce stade de la discussion si les quatre points ci-dessus font l’objet d’un large consensus entre partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique leur divergence d’opinion pourrait donner lieu un véritable débat scientifique. Cette divergence d’opinion se manifeste fondamentalement à propos du mécanisme de désactivation des molécules de CO2 excitées par absorption d’une fraction du rayonnement thermique de la Terre. Envisageons successivement avec le maximum d’objectivité les arguments scientifiques présentés par les uns et les autres.
2. Influence du CO2 sur le climat
Les partisans de la théorie du changement climatique d’origine anthropique invoquent à l’appui de leur thèse l’existence d’un « effet de serre » alors que leurs adversaires contestent cette hypothèse. Avant toute discussion il est essentiel d’en bien définir le sujet, en l’occurrence l’effet de serre.
a) Définition de l’effet de serre
Il existe un grand nombre de définitions de l’effet de serre. Gerlich et Tscheuschner en rappellent plus d’une demi-douzaine (voir paragraphe 3.3 ici) qui, pour la plupart, résultent d’une mauvaise compréhension du phénomène qui intervient réellement dans une serre agricole. Certains média destinés au grand public font appel à une analogie naïve en prétendant que les gaz à effet de serre entourent la Terre « comme une couverture » et l’empêchent de perdre sa chaleur. La seule définition de l’effet de serre qui décrit clairement le phénomène envisagé et répond, de plus, au critère de réfutabilité énoncé par Popper est la suivante :
« L’effet de serre est un phénomène radiatif causé par des gaz tels la vapeur d’eau ou le CO2 qui absorbent une fraction du rayonnement infrarouge émis par la Terre et le réémettent ensuite dans toutes les directions et notamment vers la surface terrestre dont la température serait, de ce fait, plus élevée qu’en l’absence de gaz absorbant l’infrarouge. Ces gaz sont dès lors qualifiés de gaz « à effet de serre ».
Considérons cet énoncé comme une définition scientifique acceptable tant par les partisans que par les adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique.
b) Influence du CO2 sur le climat avec effet de serre.
L’argument le plus souvent avancé par les partisans de la théorie du changement climatique d’origine anthropique est qu’en l’absence de gaz à effet de serre la température « globale moyenne » de la Terre serait de – 18°C au lieu de la température généralement admise de 15 °C. En réalité cette différence de 33 °C, parfois présentée même comme une définition de l’effet de serre, est basée sur un calcul incorrect. En effet, la température de – 18°C est obtenue en introduisant dans la formule de Stefan-Boltzmann la valeur de 240 W m-2 mesurée par satellite (voir 1b ci-dessus). Or, la formule de Stefan-Boltzmann n’est valable que si le rayonnement thermique est le seul mécanisme d’échange énergétique (voir ici). Cette valeur de – 18°C correspondrait donc à une Terre sans atmosphère et non sans gaz à effet de serre. Mais sans atmosphère l’albédo de la Terre serait voisin de 0,1 (comme celui de la Lune) et non 0,3 valeur due largement à la présence de nuages (voir 1a ci-dessus). Avec un albédo de 0,1 la quantité d’énergie reçue par la Terre en provenance du Soleil puis réémise serait 308 W m-2 et non 240 W m-2. L’application, justifiée cette fois, de la formule de Stefan-Boltzmann conduirait à une température de 271 K (soit – 2°C) pour une Terre sans atmosphère. La différence de 17°C entre cette valeur théorique et la température « moyenne globale» de la Terre est due à la présence d’une atmosphère qui modifie le mécanisme de dissipation de l’énergie par comparaison avec une Terre sans atmosphère.
Dans le cas d’un gaz parfaits à l’équilibre hydrostatique, la thermodynamique de l’atmosphère (www.lmd.jussieu.fr/~fcodron/COURS/notes_thermo.pdf) conduit à la relation :
dQ = Cp dT + g dh
où Cp est la capacité thermique massique de l’air et g l’accélération due à la pesanteur
En absence d’échange avec l’environnement dQ = 0 d’où dT = – g/Cp .dh et en intégrant on trouve :
T – T0 = – (g /Cp) (h –ho)
Dans cette formule ho est une altitude de référence où la température vaut To. Le facteur g/Cp est appelé gradient adiabatique (« lapse rate » en anglais). Cette formule indique que la température diminue linéairement lorsque l’altitude augmente. Avec g = 9,8 m s-2 et Cp = 1005 J kg-1 K-1 pour l’air sec on trouve un gradient adiabatique de 9,75 K/km, ordre de grandeur généralement admis en atmosphère sèche. La capacité thermique massique de l’air humide étant plus élevée le gradient adiabatique sera plus faible et dépendra de la température. Une valeur « environnementale moyenne » de 6,5 K/km est prise en compte par l’International Civil Aviation Organization (ICAO). Sur cette base en prenant la température de 15° C comme référence au niveau de la mer on calcule que la température souvent citée de – 18°C serait atteinte à une altitude de 5100 m. La différence de 33° C observée par rapport à 15° C est évidemment due à la différence d’altitude comme l’indique la formule ci-dessus et ne peut être considérée comme la manifestation d’un effet de serre.
La présence d’une atmosphère ne réchauffe évidemment pas la Terre. Ce sont les basses couches atmosphériques qui sont réchauffées au contact du sol chauffé par le Soleil et le gradient adiabatique fait que l’air se refroidit progressivement avec l’altitude donnant lieu à un courant de convection. Cet effet ne dépend en rien de la présence d’un peu de CO2 dans l’air.
Si les 2 % de l’énergie solaire absorbés par le CO2 à partir du rayonnement thermique de la Terre (voir 1c ci-dessus) sont réémis dans toutes les directions il n’y en aurait pas plus de la moitié qui atteindrait la surface terrestre soit environ 3 W m-2. Pour fixer un ordre de grandeur rappelons qu’un être humain au repos dissipe 60 à 100 W sous forme de chaleur. L’augmentation de température due à un éventuel effet de serre serait donc bien inférieure à celle résultant de la présence d’un être humain occupant une surface d’un mètre carré. Encore faudrait-il que la surface terrestre puisse réabsorber spécifiquement le rayonnement de longueur d’onde 15 µm d’abord émis par la surface terrestre puis absorbé par le CO2 et finalement réémis. Ce serait en contradiction avec l’hypothèse que la Terre se comporte comme un corps noir (ou gris) qui, à l’équilibre thermique, ne peut pas absorber plus d’énergie qu’il n’en émet (voir ici ). On pourrait objecter que les océans qui occupent 71 % de la surface terrestre ne se comportent pas comme un corps noir (ou gris). En effet, l’eau liquide présente une large bande d’absorption centrée à 14,8 µm (675 cm-1). Connaissant le coefficient d’absorption de cette bande (voir fig. 1) on peut calculer que l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde 15 µm serait pratiquement totale sur une épaisseur de 15 microns. L’absorption d’énergie par cette couche très superficielle ne pourrait évidemment contribuer au réchauffement des océans.
Fig. 1 Spectre d’absorption de l’eau liquide dans le domaine de l’infrarouge thermique
On peut en conclure que l’effet de serre, s’il existait, ne pourrait conduire à un réchauffement de la surface terrestre émergée mais seulement à un léger accroissement du mécanisme de dissipation de l’énergie par évaporation de l’eau des océans au détriment du rayonnement thermique.
c) Influence du CO2 sur le climat sans effet de serre
Le principal argument qui conduit à réfuter la théorie de l’effet de serre est que la probabilité de désactivation radiative du CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre est pratiquement nulle car l’équilibre vibrationnel mentionné en 1d ci-dessus ne dépend que de la température et de la pression. La fraction de molécules à l’état de vibration restera donc voisine de 40 % à des pressions voisines d’une atmosphère et à la température de 15 °C, quelle que soit la quantité d’énergie absorbée à partir du rayonnement thermique de la Terre car cet apport d’énergie supplémentaire sera rapidement converti en énergie de translation des molécules environnantes.
La conversion d’énergie de vibration en énergie de translation (V → T) est un phénomène bien connu dont l’étude s’est développée grâce aux progrès de la technologie laser permettant d’obtenir sélectivement différents états de vibration [2]. En particulier la désactivation par collisions de molécules de CO2 à leur plus bas niveau énergétique de vibration ( notées CO2*) a été bien étudiée et les constantes de vitesse de la réaction :
CO2* + N2 (ou O2) → CO2 + N2 (ou O2)
ont été mesurées entre 300 et 140 K [3]. Elles sont de l’ordre de 105 fois inférieures à ce que l’on aurait pu prévoir sur la base du nombre total de collisions (plusieurs milliards par seconde) car elles résultent seulement des collisions inélastiques qui ne représentent, en général, que 0,001 % du nombre total de collisions. D’autre part, la conversion inverse d’énergie de translation en énergie de vibration (T → V) a aussi été étudiée dans le cas du CO2. A des altitudes de l’ordre de 100 km l’énergie de translation d’atomes d’oxygène peut être transférée à des molécules de CO2 et convertie en énergie de vibration [4] :
O + CO2 → O + CO2*
A cette altitude la pression est si faible que le nombre de collisions entre molécules n’est plus que de l’ordre de 1000 par seconde et une fraction des molécules de CO2* peut alors se désactiver avec émission d’un rayonnement de longueur d’onde λ =15 µm:
CO2* → CO2 + Ev ( = hc/λ)
On attribue à cette réaction un effet de refroidissement de l’atmosphère par conversion d’énergie cinétique en rayonnement [5].
Ces exemples confirment qu’à 15° C et à des pressions voisines d’une atmosphère les molécules de CO2 en état de vibration se désactiveront par collisions avec les molécules environnantes comme mentionné au paragraphe 1d ci-dessus. Dans ces conditions régnant à la surface de la Terre l’effet de serre ne peut avoir lieu. La désactivation radiative d’un état excité ne peut entrer en compétition avec la désactivation par collisions que pour des états excités de très courte durée de vie (10-9 à 10-7s) qui peuvent émettre un rayonnement avant qu’une collision inélastique ne se produise. C’est le cas de nombreuses molécules organiques complexes dont la fluorescence est observée en solution. La désactivation radiative est aussi possible si la fréquence des collisions intermoléculaires est très faible (en milieu gazeux à très faible pression comme dans l’exemple ci-dessus ou en milieu vitreux rigide). Ces résultats permettent de conclure que les molécules de CO2 excitées à l’état de vibration par absorption d’une fraction du rayonnement thermique de la Terre se désactiveront selon le mécanisme mentionné au paragraphe 1d ci-dessus et l’apport d’énergie supplémentaire sera rapidement converti en énergie de translation des molécules environnantes ce qui aura pour effet d’augmenter les mouvements de convection qui contribuent à dissiper l’énergie solaire absorbée par la surface terrestre.
3. Conclusion
De cet exposé on peut conclure que l’effet de serre, tel que défini en 2a ci-dessus, n’existe pas au niveau des basses couches atmosphériques et que, même s’il existait, l’apport d’énergie résultant de l’absorption d’une fraction du rayonnement thermique de la Terre serait rapidement converti en évaporation de l’eau des océans. Par contre, en l’absence d’effet de serre ce sont les mouvements de convection de l’air qui sont légèrement accentués. Dans l’un et l’autre cas le bilan énergétique global de la Terre ne sera pas modifié puisque finalement toute l’énergie dissipée par la surface terrestre, quel que soit le mécanisme, est convertie en rayonnement dans les couches supérieures de l’atmosphère car c’est le seul mécanisme d’évacuation de cette énergie hors de l’atmosphère terrestre (voir 1b ci-dessus). L’improbable débat entre partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique pourrait donc être rapidement clôturé puisque le CO2 ne peut contribuer en aucune manière à un réchauffement de la surface terrestre.
[1] O.G. Sorokhtin, G.V. Chilingar et L.F. Khilyuk « Global Warming and Global Cooling » ed. Elsevier Science (2007)
[2] G.W. Flynn, C.S. Parmenter, A.M. Wodtke, J.Phys.Chem. 100, 12817 (1996)
[3] R.M. Siddles, G.J. Wilson, C.J.S.M Simpson, Chem.Phys. 189, 779 (1994)
[4] K.J. Castle, K.M. Kleissas, J.M. Rhinehart, E.S. Hwang, J.A.Dodd, J.Geophys. Research 111, A09303 (2006)
[5] K.J. Castle, L.A. Black, M.W. Simione, J.A. Dodd, J.Geophys. Research 117, A04310 (2012)
Monsieur,
J’ai lu avec intérêt votre article dont j’espère avoir compris l’essentiel malgré des connaissances de physique déjà anciennes. Avez-vous publié votre article dans une revue scientifique ?
Merci.
Jean Mermillon
Non, je n’ai pas publié ce texte dans une revue scientifique car je n’ai fait qu’appliquer certains principes de base de chimie et de physique à des données déjà publiées par d’autres auteurs. Cela me permet de conclure que les prévisions alarmistes du GIEC quant au prétendu changement climatique d’origine anthropique ne sont pas fondées.
Bonsoir
Merci pour cet article très intéressant sur la quantification de l’effet de serre sur le climat. Pouvez vous m’éclairer en me disant pourquoi la communauté scientifique internationale ne partage pas la même conviction ; une démonstration scientifique en est une ou n’est pas. Je ne comprends pas qu’au 21eme siècle on puisse en être là! Alors que sur beaucoup de sujets scientifiques complexes on arrive à un consensus majoritaire. Comment le GIEC et les scientifiques des presque 300 pays de la COP peuvent ils soutenir qu’il y a bien un effet de serre du CO2 !!
Un grand merci à vous si vous pouvez me répondre .
J’attends votre réponse avec interet et impatience.
Bien cordialement
Jean-Claude Courty
Une très large fraction de l’opinion scientifique internationale s’oppose aux déclarations alarmistes du GIEC. L’opposition se manifeste moins en Europe qu’aux Etats-Unis car la plupart des gouvernements européens ont adopté la théorie du changement (jadis réchauffement) climatique d’origine anthropique, soutenus par différents groupes de pression aux intérêts parfois divergents. Le problème est désormais devenu politique et la science peine à se faire entendre.
Bonjour, avez vous des noms de scientifiques opposés au GIEC? Merci.
Je vous invite à consulter le site https://www.wikiberal.org/wiki/Liste_de_scientifiques_sceptiques_sur_le_r%C3%A9chauffement_climatique
Vous trouverez aussi beaucoup d’informations intéressantes sur le site
https://belgotopia.com
Bonjour,
bravo et merci pour cette analyse, très claire pour ceux qui connaissent « un peu » la physique.
J’ai toujours été surpris de constater qu’en climatologie, les auteurs pouvaient s’affranchir d’un certain nombres de règles de bons sens et de rigueur qui sont indispensables à la pratique scientifique. Cela remet les pendules à l’heure.
Malheureusement, ce n’est pas à partir d’une poignée de petits articles que l’on sortira de cette hystérie environnementaliste.
Cdlt
Merci pour votre commentaire. Le climat est un système extrêmement complexe qui rend toute prévision à long terme impossible (voir les théories du chaos). Peu de gens le comprennent mais les médias raffolent du sujet au point d’influencer le public (et les décideurs politiques) plus efficacement que les scientifiques. Ne perdons pas l’espoir : l’histoire des sciences regorge de théories absurdes qui ont mis des années et parfois des siècles avant de s’effondrer.
Monsieur, pourquoi ne faites vous aucune allusion au fait que la vapeur d’eau, presente dans l’atmosphere en quantites largement superieures au CO2, absorbe la radiation de chaleur dans les memes longueurs d’ondes que le CO2, et prive le CO2 de l’essentiel de la possibilite description? Est ce que cette assertion est exacte?
Vous avez raison de dire que de tous les constituants atmosphériques susceptibles d’absorber le rayonnement thermique de la Terre la vapeur d’eau est le plus important à la fois par sa concentration plus élevée et par son pouvoir d’absorption plus important. Sa contribution à cette absorption varie entre 65 et 95 % selon les conditions locales. Vous signalez aussi que l’absorption due à la vapeur d’eau interfère avec l’absorption due au CO2. Il est difficile, en effet, de déterminer la contribution de ce dernier. C’est pourquoi je précise (au paragraphe 1c de l’article) que le CO2, quel que soit son coefficient d’absorption (et en l’absence d’interférence avec d’autres constituants atmosphériques), ne pourra absorber au maximum que 2 % de l’énergie reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère. Les molécules H2O amenée à l’état de vibration par absorption d’une fraction du rayonnement thermique de la Terre ne peuvent pas plus donner lieu à un effet de serre que les molécules de CO2. Comme ces dernières elles ne se désactivent PAS avec émission d’un rayonnement mais par collisions avec conversion de leur énergie de vibration en énergie de translation des molécules environnantes (principalement N2 et O2). L’eau à la fois sous les états solide, liquide et gazeux a une influence considérable sur le climat mais cet aspect du problème n’a rien à voir avec l’effet de serre.
Comment expliquer alors l’effet de couverture nuageuse dans la conservation de chaleur de Nuit par rapport à un ciel dégagé ?
@Blais
Les nuages nocturnes agissent comme le toit d’une serre agricole : ils réduisent les courants de convection responsables du transfert de chaleur de la surface terrestre vers la haute atmosphère. Il ne s’agit évidemment pas d’un effet de serre radiatif au sens où l’entend le GIEC.
Il n’y a pas de convection non plus par une nuit calme et sans nuage, et pourtant on se caille.
Par une nuit sans nuage la convection existe toujours et n’est pas limitée en altitude par la couverture nuageuse. Elle permet donc un refroidissement plus important de la surface terrestre et « on se caille » pour reprendre votre expression
Bonjour,
Merci pour ces explications très instructives, en particulier pour ce qui est de la transformation d’énergie vibratoire en énergie cinétique et vice-versa, point essentiel et jamais abordé par les apôtres du catastrophisme climatique.
Le centre de tout modèle me paraît devoir être la façon dont la Terre réémet l’énergie absorbée dans ses divers composants (surface, atmosphère et nuages), en particulier lorsque la concentration de CO2 augmente.
Vous démontrez que l’altitude de réémission se situe aux environs de 100 km, en fonction du temps de désactivation de la molécule de CO2. En toute logique, l’augmentation du taux de CO2 devrait augmenter l’émission d’infrarouges à ce niveau.
Les modèles validés du GIEC situent beaucoup plus bas l’altitude d’émission, en fonction de la possibilité du rayonnement infrarouge de s’échapper vers l’espace sans être intercepté par les gaz à effet de serre. Dès lors que la concentration en gaz « à effet de serre » augmente, ladite altitude s’élève, ce qui, du fait du gradient de température atmosphérique, freine l’émission infrarouge.
Bref, en tenant compte du délai de désactivation du CO2, on devrait conclure que l’augmentation de sa concentration accélère l’émission d’infrarouges vers l’espace, alors que si on n’en tient pas compte, l’augmentation de sa concentration devrait freiner l’émission d’infrarouges vers l’espace.
La fluorescence du CO2 a été observée à des altitudes de l’ordre de 100 km et l’augmentation de sa concentration devrait effectivement accentuer le phénomène mais le CO2 ne peut absorber au maximum que 1,3 à 7 W/m2 (selon les auteurs) de l’énergie reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère. Il ne pourrait donc contribuer que pour 0,5 à 3 % au 240 W/m2 détectés par satellites à des altitudes de l’ordre de 800 km. Le fonds du problème reste de comprendre comment (même en l’absence de CO2) l’énergie dissipée initialement par convection et évaporation de l’eau des océans est convertie en rayonnement dans les hautes couches atmosphériques. Jusqu’à présent la seule explication proposée est que l’ensemble des constituants atmosphériques émettent un rayonnement thermique conforme à la courbe de Planck à des niveaux caractéristiques d’émission situés entre 10 et 20 km d’altitude.
Merci pour ce complément d’information !
Il me parait certain (cf Kirchoff 1856) que les gaz ne peuvent émettre ou absorber un rayonnement que selon un spectre de raies et en aucune façon selon un spectre continu type Planck.
Le seul corps, dans l’atmosphère, qui peut émettre selon un spectre continu est l’eau liquide, c’est à dire les nuages.
Vous mentionné une fluorescence du CO2, de quoi s’agit-il ?
Sur les spectres de rayonnement de la terre relevés par satellites, on voit clairement l’absorption du CO², mais on ne voit jamais de raies démission !
JM
Merci pour votre commentaire.
On appelle fluorescence le rayonnement émis lors de la désactivation radiative d’un état excité. Selon la définition couramment admise de l’effet de serre (rappelée dans la note) le CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique émis par la Terre se désactiverait avec émission d’un rayonnement de longueur d’onde centrée à 15 µm : ce serait, par définition, de la fluorescence. Cependant je montre que cela ne se produit pas dans les basses couches atmosphériques. Comme vous le précisez d’ailleurs « Sur les spectres de rayonnement de la terre relevés par satellites, on voit clairement l’absorption du CO2, mais on ne voit jamais de raies d’émission ». Vous avez raison aussi d’écrire « que les gaz ne peuvent émettre ou absorber un rayonnement que selon un spectre de raies et en aucune façon selon un spectre continu type Planck ».
Il me semble qu’il y a une incohérence dans la partie 2b. Si l’atmosphère possède bien une énergie Ea correspondant à la différence entre la température théorique de la terre-corps-noir et la température effective de la terre, elle ne devrait permettre à la Terre-corps-noir de se réchauffer qu’en lui *transmettant* cette énergie. Pour toute augmentation d’1 °C de la terre respectant la loi Q=cm\deltaT, il faut que l’atmosphère perde une énergie Ea-Ea’ = Q, par conservation de l’énergie, non ?
Dans le paragraphe 2b auquel vous faites allusion je veux montrer que si l’effet de serre existait (mais cette hypothèse est réfutée dans le paragraphe 2c) il ne pourrait avoir une influence significative sur la température de la surface terrestre ou des basses couches atmosphériques. En effet, en admettant que les parties émergées de la Terre se comportent comme un corps noir elles ne pourraient absorber le rayonnement de longueur d’onde 15 µm qui serait réémis par le CO2 puisqu’à l’équilibre thermique un corps noir ne peut absorber plus d’énergie qu’il n’en émet. L’absorption de ce rayonnement ne serait possible que par les océans. Connaissant le coefficient d’absorption de l’eau on peut calculer que l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde 15 µm serait pratiquement totale sur une épaisseur de 15 microns. Cela ne pourrait évidemment contribuer de manière significative au réchauffement de la planète. C’est pourquoi les partisans d’un réchauffement climatique d’origine anthropique font appel à des rétroactions positives pour amplifier cet effet. On peut faire intervenir, par exemple, la vapeur d’eau, autre gaz à « effet de serre », dont la concentration augmenterait suite à l’élévation de température ou la fonte de la banquise et la diminution des surfaces enneigées qui auraient pour effet de diminuer l’albédo de la Terre et donc la fraction d’énergie solaire réfléchie. Il est évident que l’intervention de multiples rétroactions permet l’introduction de nombreux paramètres ajustables dans différents modèles climatiques globaux pour aboutir au résultat recherché. Voir http://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/
oui, tout ça y est effectivement expliqué. Je reviendrai sur « … puisqu’à l’équilibre thermique un corps noir ne peut absorber plus d’énergie qu’il n’en émet » parce que ça me semble contre-intuitif, mais je dois relire un peu la théorie d’abord. Malheureusement, tout ça n’éclaire en rien le dilemme sur l’utilisation de l’énergie de l’atmosphère pour combler les watts manquant pour atteindre les 15°C de température moyenne pour la planète.
Si, comme on le suppose, les parties émergées de la Terre se comportent comme un corps noir, à l’équilibre thermique elles doivent réémettre tout rayonnement absorbé (voir http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/ ) et ne peuvent donc réabsorber la fraction du rayonnement thermique d’abord absorbé qui serait ensuite réémis par le CO2 (si l’effet de serre existait).
La température à la surface de la Terre est la somme de deux contributions :
1° L’apport d’énergie en provenance du Soleil est la contribution prépondérante puisque en son absence la température à la surface de la Terre serait 3 K, température du vide interstellaire.
2° La pression atmosphérique apporte également une contribution puisque en son absence la température à la surface de la Terre, bien que réchauffée par le Soleil, ne serait que 271 K (soit – 2°C). La différence de 17°C entre cette valeur théorique et la température « moyenne globale» de la Terre est due à la présence d’une atmosphère.
La formule T – To = – 6,5 K/km (h –ho) donnée dans le texte permet de calculer qu’avec To = – 56,5 °C pour ho = 11 km (valeur expérimentale à la limite de la troposphère) la température à la surface la Terre serait bien 15°C.
Ce modèle conduit effectivement à une température de 15°C pour *l’atmosphère* à la surface, mais la surface, elle, sera toujours à une température de -2°C en moyenne. Par leur contact, j’imagine que l’atmosphère devrait donc se refroidir tandis que la planète se réchauffe jusqu’à ce que Tatmosphère = Tplanète. Or les valeurs de coéfficient calorifique de l’air et des roches — ainsi que la masse d’atmosphère chaude et de planète froide dans ce scénario — semble en très nette défaveur pour l’atmosphère. Merci d’avoir pris le temps de tout reparcourir, mais on dirait bien que l’incohérence persiste.
Il y a un deuxième soucis à ce modèle, en tout cas si j’ai bien raison de penser que la troposphère contient environ 98% de la masse totale de l’atmosphère: comment expliquer que la température à 11000km soit de -56°? Il n’y a plus assez de masse de gaz au-dessus d’elle pour l’élever aussi fort au-dessus des 3°K du vide spatial, et elle est essentiellement transparente à la majorité du spectre solaire — donc j’imagine incapable d’être chauffée directement par le rayonnement solaire.
J’essaye de répondre brièvement à vos commentaires.
1° La température théorique de -2°C n’a évidemment jamais été mesurée. Elle est basée sur des approximations et des estimations introduites dans le bilan énergétique de la Terre et ne sert qu’à fixer un ordre de grandeur.
2° On admet que la température « globale moyenne » à l’interface Terre-atmosphère est +15°C. Lorsque l’altitude augmente la pression diminue (effet de la force gravitationnelle) et la température aussi (l’énergie cinétique des molécules diminue) jusqu’à la tropopause puis elle augmente à nouveau suite à différentes réactions chimiques dans la stratosphère (qui n’est pas transparente au rayonnement solaire). Pour plus d’informations sur la structure de l’atmosphère voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre avec de sérieuses réserves concernant l’évolution du taux de CO2.
3° Les basses couches atmosphériques (plus froides) ne peuvent transférer de la chaleur à la Terre (plus chaude) car ce serait contraire au second principe de la thermodynamique universellement admis depuis 200 ans.
ça me semblerait en effet beaucoup plus cohérent avec le reste de mes connaissances: la Terre qui chauffe l’atmosphère qui l’entoure et lui confère de ce fait une énergie calorifique potentielle, et l’atmosphère qui a un effet « isolant » par rapport au vide spatial et réduit la vitesse avec laquelle la Terre peut dissiper sa chaleur par rayonnement.
Le gradient de température de l’atmosphère étant du coup le résultat de la diminution de pression avec l’altitude (éventuellement combiné à une réduction de l’intensité des radiations infra-rouge au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la surface).
Je suis heureux que nous soyons arrivés à nous comprendre.
cependant, le point 3 de http://www.science-climat-energie.be/2018/08/06/le-co2-et-le-climat-avec-et-sans-effet-de-serre/#comment-1624 (« l’atmosphère ne peut réchauffer la terre ») me semble toujours en contradiction directe avec le point 2 de http://www.science-climat-energie.be/2018/08/06/le-co2-et-le-climat-avec-et-sans-effet-de-serre/#comment-1624 (« La pression atmosphérique apporte également une contribution puisque en son absence la température à la surface de la Terre »)
La température théorique « globale moyenne » de -2°C qu’aurait la Terre en l’absence d’atmosphère est calculée, par application de la formule de Stefan-Boltzmann, sur la base du modèle simpliste (mais généralement admis) envisageant une répartition constante et uniforme de l’énergie solaire sur la surface de la Terre. En réalité, en l’absence d’atmosphère, la température de la surface terrestre serait bien plus élevée pendant le jour et bien plus basse pendant la nuit. Cet effet est encore plus marqué sur la Lune dont la période de révolution est env. 27 fois plus longue que celle de la Terre.
On admet que la température « globale moyenne » de la surface terrestre est de +15°C comme la température des basses couches atmosphériques à son contact. Le gradient thermique moyen de 6,5 K/km (dû à la force gravitationnelle) fait de la convection le principal mécanisme de dissipation par la Terre de l’énergie reçue du Soleil.
Bonjour Monsieur,
J’étais à la recherche d’articles d’auteurs qui auraient tenté de démontrer la présence (en cas d' »effet de serre ») ou l’absence (selon votre écrit) de fluorescence à 15µm dans l’atmosphère. Je n’ai malheureusement plus accès à la littérature scientifique, et c’est un peu compliqué. Je suis néanmoins tombé sur cet article : https://ams.confex.com/ams/Annual2006/techprogram/paper_100737.htm (l’article complet est le lien indiqué vers un PDF).
Les auteurs, qui ont orienté un spectro IR vers le ciel, observent bien une émission à 15µm… Quoique la partie expérimentale me semble un peu floue, ce résultat interpelle. Serait-il possible, vu que l’installation ne me semble pas très sophistiquée, que le rayonnement observé provienne de la haute atmosphère, à 100 km ? Il me semble dommage que les auteurs n’aient pas, par exemple, placé une plaque refroidie à l’azote liquide, 1 ou 2 mètres au dessus du détecteur. Qu’en pensez-vous ? Existe-t-il d’autres références expérimentales en la matière ?
Merci d’avance pour votre réponse.
Merci pour votre commentaire et la référence que je ne connaissais pas. Les résultats me surprennent beaucoup car, d’après le tableau 2 de cet article, l’intensité du rayonnement « downward » attribué au CO2 serait de 26 W/m2 et même, d’après le tableau 3a, de 34,7 W/m2. Selon l’estimation la plus favorable basée sur le bilan de la NASA, le CO2 ne pourrait absorber au maximum, quel que soit son coefficient d’absorption, plus de 7 W/m2 en provenance de la Terre. Comment pourrait-il émettre plus qu’il n’a absorbé ? Je suis surpris également par le fait que ce rayonnement n’ait pas été absorbé par le CO2 des basses couches atmosphérique puisque l’absorption devrait être pratiquement totale sur une épaisseur de 10 m environ. Je n’ai pas d’explication à ces résultats et je n’en connais pas d’autres obtenus dans des conditions semblables.
Merci pour votre réponse. La valeur m’a également semblé fort élevée. J’ai l’impression (mais ce n’est qu’une impression) que la méthode manque de validation, notamment l’absence de l’enregistrement d’un blanc, même s’ils mentionnent quelque chose d’approchant, sans trop le montrer. Je déplore le fait que votre approche manque de confirmation expérimentale, qui ne devrait pas être insurmontable à faire, me semble-t-il. S’il est toujours plus compliqué de prouver l’absence de quelque chose, il me semble que les tenants du réchauffement anthropique devraient être intéressés par une confirmation expérimentale de leur effet de serre. Ou alors, comme ils n’ont rien vu, ils préfèrent ne rien publier ? Je continue à chercher.
Vous écrivez « Je déplore le fait que votre approche manque de confirmation expérimentale » et ensuite vous précisez « il est toujours compliqué de prouver l’absence de quelque chose ». Il me semble que mes arguments sont basés sur des théories scientifiques bien établies et que ce serait aux partisans de l’hypothèse de l’effet de serre de proposer une confirmation expérimentale.
Si ça peut vous aider, on retrouve une courbe analogue à la figure 3. dans ce rapport (*) à la page 19/31.
Les ordres de grandeurs du maximum de la courbe à 700cm-1 (nombre d’onde) sont comparables:
1.2E-5 W/(cm2 sr cm-1) (Peterborough novembre 98) pour la figure 3
140 mW/(m2 sr cm-1) (Nauru juin 98) rapport Happer page 19/31
(*) Saisi de la plainte déposée en septembre 2017 par les villes de San Francisco et Oakland contre cinq compagnies pétrolières, le juge Fédéral William Alsup avait ordonné aux parties de lui présenter sous forme d’un didacticiel « les meilleures informations scientifiques disponibles actuellement sur le réchauffement climatique ».
William Happer, Steven E. Koonin et Richard Lindzen rédigèrent ce dossier.
http://co2coalition.org/wp-content/uploads/2018/03/Happer-Koonin-Lindzen.pdf
Merci pour votre commentaire et pour la référence dans laquelle on peut lire à la page 12, en accord avec mes notes :
« CO2 molecules radiate very slowly, requiring about a second to lose energy by emitting a quantum of infrared radiation. But a CO2 molecule can also lose energy in nearly every collision that it has with an N2 or O2 molecule; these happen about a billion times per second at sea level. So any infrared radiation absorbed by CO2 molecules almost instantaneously heats the surrounding air through “inelastic” molecular collisions ».
Le réchauffement local de l’air est cependant insignifiant et contribue seulement à un légère augmentation des courants de convection.
Merci Monsieur pour cet excellent article. C’est très convaincant. Mais je ne suis ni physicien ni météorologiste et je reste un statisticien perplexe par tant de divergences d’opinions à ce sujet.
Dans son livre « Global Warming Skepticism For Busy People » (Kindle, 2018), le météorologiste Américain Roy W. Spencer développe tout un chapitre sur les GES et soumet le résultat d’une simple (simpliste ?) expérience pour prouver l’existence de ces GES. Vous écrivez « certains médias destinés au grand public font appel à une analogie naïve en prétendant que les gaz à effet de serre entourent la Terre « comme une couverture » et l’empêchent de perdre sa chaleur ». C’est exactement la position de Spencer qui loin d’être un média lambda est un climatologue renommé et de surplus climatosceptique.
A l’aide d’un thermomètre à IR, il démontre qu’en pointant le thermomètre verticalement une journée (ou nuit) claire, le résultat affiché est bien plus froid que s’il pointe cet instrument vers un nuage et/ou obliquement, augmentant dans ce dernier cas la longueur de pénétration dans l’atmosphère, ce qui revient d’après lui à augmenter la quantité de gas à effet des serres, (et l’indication de T°). Le 2eme principe de thermodynamique n’est pas violé car le net du rayonnement thermique reste de la surface vers le haut (du plus chaud au plus froid). Il va plus loin dans son raisonnement en théorisant que les GES déstabilisent l’atmosphère en rendant la surface plus chaude et la partie supérieure de l’atmosphère plus froide, créant la météo (nuages, précipitations, H/L pression et les vents). Sa conclusion est que sans les GES, la terre serait trop froide pour supporter la vie et la météo comme nous la connaissons n’existerait pas.
Qui faut-il croire dans cette grande religion du climat ?
Merci pour vos commentaires auxquels je tiens à apporter quelques précisions.
1° Le transfert de CHALEUR (=agitation moléculaire) d’un corps froid vers un corps chaud est contraire au 2ème principe de la thermodynamique mais PAS le transfert d’ENERGIE sous forme d’un rayonnement pour peu que le rayonnement émis permette le passage du récepteur à un état excité. C’est pourquoi il n’est pas absurde d’imaginer que la couche superficielle des océans puisse absorber un rayonnement qui serait réémis par le CO2 (voir paragraphe 2b de la note). C’est ce qui est envisagé dans l’hypothèse de l’effet de serre.
2° L’hypothèse de l’effet de serre est cependant à REJETER car, dans les basses couches atmosphériques, le CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre subit des milliards de collisions avant qu’un rayonnement puisse être émis. Le CO2 excité à l’état de vibration se désactivera donc par transfert d’énergie aux molécules environnantes.
3° Le météorologiste Spencer croit à l’effet de serre, comme le météorologiste Lindzen tout aussi éminent dans son domaine. Je n’essayerai pas de résumer ici leur raisonnement. Ce sont des réchauffistes « tièdes » en ce sens qu’ils refusent de pousser jusqu’au catastrophisme le raisonnement des partisans purs et durs du réchauffement climatique d’origine anthropique. Pour ma part (et pour des milliers de scientifiques), je ne crois pas à l’effet de serre, hypothèse de base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique. Voir aussi ma note http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/
4° L’effet des nuages n’est pas le même la nuit et le jour. Chacun sait que le jour il fait plus frais sous les nuages qu’en plein soleil : les nuages jouent le rôle d’écran, comme un parasol. Par contre la nuit il fait plus frais quand le ciel est clair que quand il y a des nuages : les nuages limitent les courants de convection vers le haut qui refroidissent la surface terrestre, comme les vitres d’une serre. Ni dans un cas, ni dans l’autre il ne s’agit de l’effet de serre défini comme un phénomène radiatif etc… (voir définition dans ma note).
5° Quant à la différence de 33°C entre la température « globale moyenne » de la Terre (+15°C) et la température « théorique » en l’absence de GES (-18°C) je l‘explique dans ma note : elle est due à l’effet de la pression atmosphérique (et à une erreur concernant l’albédo).
6° Les divergences d’opinion à propos d’un hypothétique « effet de serre » proviennent d’un manque de connaissance des principes de base de la chimie et de la physique chez beaucoup de climatologues autoproclamés
Un tout grand merci pour votre réponse.
Dans son livre « l’innocence du carbone – l’effet de serre remis en question », François Gervais finalement ne remet pas du tout l’effet de serre en question, certainement pas quand il couvre le méthane et la vapeur d’eau. Quant au CO2, il postule l’influence de la T° sur sa concentration atmosphérique, et pas l’inverse, ce qui est élégant comme approche mais là le statisticien peut facilement trouver des failles.
Votre analyse a le grand mérite de déduire une position claire et radicale. Ce devrait avoir l’effet d’un missile exterminant toute la théorie du GIEC ; mais rien n’y fait jusqu’à présent et cette relation, en apparence, de la concentration de CO2 et de la T° globale de la terre continue à faire les beaux jours du mouvement réchauffiste. J’ai de bonnes notions de chimie, mais la physique n’a jamais été mon point fort. Je viens de découvrir votre site et il m’est donc difficile de me soumettre complètement à votre démonstration sans passer plus de temps à vous lire et relire beaucoup plus attentivement, et croiser avec d’autres analyses. C’est ce que je me propose de faire dans un avenir proche.
A très bientôt j’espère.
Dans le débat sur le climat il y a trois types d’intervenants :
1- les partisans inconditionnels du GIEC : réchauffistes purs et durs, adeptes des modèles climatiques alarmistes avec intervention de multiples rétroactions positives
2- les partisants d’un effet de serre « naturel » ou modéré : réchauffistes tièdes sans inquiétude climatique injustifiée
3- les opposants à l’hypothèse de l’effet de l’effet de serre pour lesquels la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique n’a aucun fondement scientifique
Merci pour cet article. Effectivement, le temps de vol étant beaucoup plus court que le temps de vie de l’état vibratoire excité, le mécanisme principal de retour au fondamental dans l’atmosphère est la thermalisation. Tout spectroscopiste sait cela, apparemment les prosélytes de l’effet de serre atmosphérique ont raté leurs cours de spectroscopie ! Je suis juste un peu étonné que vous placiez le début de l’émission à 100 km d’altitude, car de mémoire le début d’une émission significative a plutôt lieu au niveau de la tropopause. Ce qui est cohérent avec le fait que le spectre d’émission de la terre a au niveau de la bande du CO2 une « température équivalente » de 220K, à peu près la température de la tropopause.
En revanche quelques petites précisions : O2 et N2 sont des molécules symétriques diatomiques. Ce n’est pas parce que la liaison est plus forte qu’elles n’absorbent pas les IR. C’est parce qu’elles sont symétriques et qu’aucune vibration ne peut induire de dipôle. Dans le cas du CO2 linéaire, le dipôle est induit avec les vibrations hors de l’axe.
De ce fait l’affirmation en conclusion me semble mal dite. Dans le cas d’école d’une atmosphère sans gaz absorbant les IR, on n’aurait aucune émission d’IR en haut de l’atmosphère, mais tout simplement les photons émis par la terre traverseraient l’atmosphère directement vers le cosmos.
De même il me semble que le paragraphe sur le gradient adiabatique prête à confusion. Le gradient adiabatique ne chauffe pas l’atmosphère. C’est juste une explication de la répartition de la température dans la colonne d’air, lié effectivement à la relation de la mécanique qui stipule que la somme de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique est constante (pour un système qui n’échange pas d’énergie, d’où le terme adiabatique). Mais cela ne « chauffe » pas l’air. Ce qui chauffe l’air c’est la convection en contact avec le sol chauffé par le soleil. Ensuite le gradient adiabatique fait que l’air se refroidit au fur et à mesure qu’on monte. Et cela ne dépend en effet en rien de la présence d’un peu de CO2 dans l’air (l’eau influence plus car vue la concentration, la capacité calorifique est modifiée selon le taux d’humidité).
Enfin, par rapport à la réponse faite au commentaire de Marcel sur l’effet des nuages, je ne suis pas d’accord avec l’explication donnée sur le blocage de la convection. Les nuages sont constitués d’eau condensée (liquide ou glace). Et la matière condensée réfléchit les rayonnements. Les nuages réfléchissent la lumière et les IR. On le remarque facilement, les nuits nuageuses à proximité des villes sont plus lumineuses que les nuits sans nuages, car les nuages réfléchissent les lumières de la ville. De la même manière ils réfléchissent les IR émis par les sol (en dehors de la bande du CO2 et éventuellement de celle de l’eau qui les absorbent) indépendamment de la température du nuage. C’est cette réflexion qui fait qu’il fait plus doux les nuits nuageuses. Et Roy Spencer avec son thermomètre IR mesure cette réflexion et non pas l’émission (très très minoritaire) par les molécules gazeuses.
Il n’en reste pas moins que l’on mesure des rayonnements IR plus importants en visant l’horizon que le zénith. Je pense qu’un facteur négligé est la diffusion. Tout comme l’air et les aérosols qu’il contient diffusent la lumière (ce qui fait que le coucher du soleil est rougeoyant car la diffusion est en lambda^4) je suppose que les IR sont diffusés (et eux aussi en lambda^4). Donc plus fortement pour les grandes longueurs d’onde, et de manière plus importante en visant parallèle au sol (qui émet) qu’au zénith.
Merci pour votre long commentaire très diversifié auquel j’essaye de répondre point par point
1° D’après la théorie cinétique des gaz la fréquence des collisions entre molécules est proportionnelle à la pression et inversement proportionnelle à la racine carrée de la température. A la tropopause (11 km, P = 226 hPa et T = -56,5°C) le nombre de collisions est seulement 4 fois moindre qu’à la surface terrestre et reste encore de quelques milliards par seconde. Cela exclut pratiquement la désactivation radiative qui ne devient possible que si la fréquence des collisions est réduite à quelques milliers par seconde et donc à des pressions de l’ordre de 0,1 Pa qui se rencontrent à des altitudes de l’ordre de 90-100 km. En effet, pour une « atmosphère normalisée » (voir Wikipedia) la pression est encore de 0,37 Pa à une altitude de 85 km.
2° Le spectre d’émission de la Terre présenté comme résultant de mesures faites par satellites et la déduction que l’émission du CO2 proviendrait d’une altitude où la “température équivalente” serait 220 K (- 53°C) résultent d’un long processus d’interprétation des mesures expérimentales. En effet, les satellites ne mesurent PAS de température et les courbes d’émission sont reconstruites par des programmes informatiques (MODTRAN) qui simulent l’absorption et l’émission de rayonnement en se basant sur la loi de Planck.
3° Vous écrivez « Dans le cas d’une atmosphère sans gaz absorbant les IR, on n’aurait aucune émission d’IR en haut de l’atmosphère, mais tout simplement les photons émis par la terre qui traverseraient l’atmosphère directement vers le cosmos ». NON, car l‘énergie dissipée par convection et évaporation de l’eau des océans (suivie de condensation) qui représente 30 à 47 % de l’énergie reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère (selon les auteurs) devra être convertie en rayonnement (par un mécanisme non élucidé) dans les hautes couches atmosphériques puisque c’est le seul moyen de l’évacuer hors du système terrestre.
4° Je n’ai JAMAIS dit, comme vous l’écrivez, à propos des molécules N2 et O2 que c‘est « parce que la liaison est plus forte qu’elles n’absorbent pas les IR ». Il est élémentaire de savoir que c’est parce que la vibration d’élongation de ces molécules n’entraîne pas de variation de moment dipolaire mais cela ne les empêche pas de vibrer ! Leurs fréquences de vibration (et énergies associées) sont connues et, en appliquant le même raisonnement que pour les molécules de CO2, on calcule que 1% seulement des molécules de O2 sont en état de vibration à 15°C et encore moins pour les molécules de N2. C’est pourquoi j’écris qu’à cette température ces molécules ne vibrent PRATIQUEMENT PAS par comparaison avec les molécules de CO2 dont 40% sont en état de vibration .
5° Je n’ai JAMAIS dit, comme vous l’écrivez, que « le gradient adiabatique chauffe l’atmosphère ». En relisant mon texte vous comprendrez qu’il est conforme à votre explication mais s’il prête à confusion je devrais sans doute le modifier.
6° S’il fait plus doux les nuits nuageuses je ne crois PAS que ce soit, comme vous le dites, parce que les nuages « réfléchissent les IR émis par le sol ». Au contraire, les nuages absorbent la plus grande fraction des IR émis par le sol qui, par ailleurs ne représentent qu’une faible fraction de l’énergie dissipée par la surface terrestre. Je persiste à croire que c’est parce qu’ils réduisent les courants de convection qui constituent le mécanisme prépondérant de dissipation de cette énergie.
7° La diffusion de Rayleigh de la lumière solaire par les molécules de l’air affecte surtout les plus courtes longueurs d’onde du spectre visible (violet et bleu d’où le ciel bleu). Elle est insignifiante pour le rayonnement infrarouge et ne contribue que très peu au bilan énergétique de la Terre.
A propos de » l’effet de serre ».
L’effet de serre n’a jamais existé, c’est tout juste une douce confusion avec la capacité thermique des éléments.
CO2 environ 650j/kg.K,
vapeur d’eau 1850j/kg.K,
Etc…
C’est d’ailleurs grâce à cette capacité thermique que les pompes à chaleur Air/Eau fonctionnent.
Cordialement Ludwig
Il est essentiel de se mettre d’accord sur une définition de l’effet de serre. La définition la plus généralement admise est rappelée dans l’introduction de l’article http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/. Cette définition est claire et scientifiquement valable car conforme au principe de réfutabilité défini par Karl Popper mais dans la conclusion de l’article je précise que l’effet de serre ne peut exister dans les basses couches atmosphériques
Cher Monsieur,
Ingénieur de 60 ans, j’ai passé de longues heures sur le site SCE et notamment vos articles, qui m’ont éclairé plus que beaucoup d’autres.
1. La terre se refroidit par trois moyens : rayonnement IR, convection naturelle et évaporation de l’eau, dans des proportions assez mal connues ce qui ne manque pas de m’étonner, car ce devrait être un sujet de recherche prioritaire concernant le sujet du climat. Le CO2 bloquant le rayonnement IR, tout ou partie, l’énergie correspondante doit être évacuée par une convection supplémentaire. Cela ne conduit-il pas une T° de surface plus importante pour engendrer ce courant supplémentaire? Il y aurait alors une certaine analogie avec la résistance thermique en conduction. Sinon, comment est-il engendré?
2. L’effet du CO2 est semble-t-il quasi saturé. Même en cas d’effet de serre, n’y a-t-il pas fumisterie du côte du GIEC?
3. Connaissez-vous le docteur Robert Holmes qui dans 5 conférences Youtube réfute l’effet de serre aussi bien sur la terre que que sur Vénus (https://www.youtube.com/watch?v=HDPW1txmOdQ&t=29s). Sa démonstration me semble en accord avec vos développements théoriques. Se fonde-t-il sur la même physique que vous?
Merci par avance de vos éclaircissements.
@ Marc Duret
Merci pour votre commentaire.
1-L’imprécision concernant l’importance relative des différents mécanismes de dissipation par la Terre de l’énergie reçue du Soleil est un des raisons qui rendent caduques toutes les tentatives de modélisation du climat. L’approximation, (mentionnée au paragraphe 1a de ma note) utilisée pour estimer la quantité «moyenne» d’énergie reçue par la Terre en est une autre, sans parler évidemment de l’hypothèse initiale injustifiée de l’effet de serre radiatif. Dans une autre note publiée sur le même site (http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/) je précise que l’intégration de l’équation de Planck pour le rayonnement thermique de la Terre de 14 à 16 µm montre que le CO2, quel que soit son coefficient d’absorption, ne pourrait absorber au maximum que 9,3 % de ce rayonnement soit 7 W/m2 selon certains auteurs et 1,3 W/m2 selon d’autres. Dès lors, on peut calculer que la conversion par collisions de l’énergie de vibrations des molécules de CO2 en énergie de translation des molécules environnantes N2 et O2 n’augmenterait leur énergie cinétique que d’environ 0,0001 % par seconde sans accumulation puisqu’un important courant de convection existe déjà. Le gradient de température existant dans les basses couches atmosphériques ne sera donc pas affecté par la présence de CO2 .
2-Dans le cas de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique défendue par le GIEC je parlerais de manipulation plutôt que de fumisterie en vous renvoyant à l’excellent livre de Christian Gérondeau paru en livre de poche sous le titre « Le CO2 est bon pour la planète. Climat, la grande manipulation ».
3-Je ne me souviens pas d’avoir vu les vidéos de Robert Holmes mais il est évident que l’effet de serre radiatif n’existe pas plus sur Venus que sur la Terre pour les mêmes raisons.
Monsieur Duret,
l’image d’un « blocage » du rayonnement ir par le CO2 est physiquement pas correcte. En réalité l’énergie absorbé par le molécule CO2 est « thermalisé » par vibrations et cette thermalisation se traduit par un effet de convection. Or, si une masse d’air monte en altitude la pression diminue et son volume augmente avec le résultat qu’il n’y a pas d’augmentation de température de cette masse d’air. Cela s’explique par la lois thermodynamique des gaz parfaits : PV=nRT . Les apologètes du réchauffement climatique inventent souvent des allégories comme la couverture qui tient chaud ou un mur qui fait l’effet pour justifier leur argumentation d’un « blocage thermique » par le CO2. Mais ça ne tient pas car une barrière solide n’est pas comparable avec un molécule de gaz qui plane librement dans la champ de gravitation d’une planète. Il n’y a pas d’arguments physiquement plausibles pour justifier un réchauffement climatique dû au CO2.
Bonjour monsieur Geuskens
Je vous soumets un petit calcul, que je vous demande de corriger si j’ai fait des erreurs :
Je lis dans la littérature spécialisée que les précipitations annuelles sur notre planète seraient de l’ordre de 500 000 km3 (soit 5 E+17 dm3), l’incertitude étant de l’ordre de 20%.
Il a bien fallu, à un moment ou un autre vaporiser toute cette eau !
Je fais l’hypothèse que la température moyenne de cette eau était de 25 °C.
L’énergie requise pour vaporiser cette eau (ou encore enthalpie de changement de phase) était surement très proche de 2450 kJ par Kg, soit 1,23 E+24 J, soit une puissance (par seconde) de 3,88 E +16 W.
Rapporté à la surface de la planète, cela fait 76 W/m², en moyenne évidemment.
En prenant les chiffres de la NASA, donnés dans cet article, 342 W/m² au sommet de l’atmosphère et
51% reçu au niveau de la surface, soit 174 W/m², ce serait donc 43% et non 23% comme indiqué par la NASA de cette puissance qui serait consacrée à vaporiser de l’eau.
Très cordialement
JM
Merci pour vos calculs qui démontrent qu’il n’est scientifique que le mesurable comme le déclarait déjà Henri Poincarré. Tous les auteurs s’accordent à dire, comme vous le signalez, que les précipitations annuelles sur notre planète seraient de l’ordre de 500 000 km3 et que cette masse d’eau devrait être évacuée pour que le cycle de l’eau soit équilibré. Vos calculs, parfaitement corrects, indiquent que pour 174 W/m² reçu du Soleil au niveau de la surface terrestre 43% devraient être consacrés à vaporiser de l’eau. C’est plus que ce que prévoient les bilans énergétiques de la NASA (23 %) et de Sorokhtin (13 %) mentionnés dans la note. Ces proportions ne résultent pas de mesures mais seulement d’estimations et il subsiste une très grande incertitude à ce sujet. Néanmoins la valeur de 43 % (76 W/m² en moyenne) calculée « globalement » pour l’évaporation de l’eau des océans est difficile à interpréter au niveau local. En effet, les plus fortes précipitations ont lieu sous les tropiques et c’est aussi là que l’irradiation solaire est la plus intense et donc l’évaporation la plus importante. Par contre au voisinage des pôles les précipitations seront sous forme de neige qui se transformera en glace.
Dès l’Antiquité les scientifiques qui s’intéressaient au climat, sans se qualifier pour autant de climatologues, savaient que des caractéristiques géographiques locales avaient une grande influence sur le climat. Ce n’est que récemment et spécialement depuis la création du GIEC en 1988 sous l’égide d’organisations internationales, soucieuses de gouvernance mondiale, que le climat est envisagé globalement à l’échelle de la Terre entière. Ceci peut conduire à des incohérences car les proportions des mécanismes de dissipation par la Terre de l’énergie reçue du Soleil varient fortement avec la latitude. Les calculs à partir de valeurs moyennes doivent être interprétés avec beaucoup de prudence.
Je vous remercie de votre réponse monsieur Geuskens.
Je suis d’accord avec vous que les valeurs moyennes ne signifient pas grand-chose, diviser ces puissances qui sont gigantesques par la surface de la terre revient à les diviser par une constante, ce qui permet simplement d’avoir des grandeurs qui sont plus facile à manipuler, à discuter.
Le seul chiffre qui compte est le 43%.
Ce chiffre contredit celui de la NASA et du GIEC et renvoie à la question de savoir quelle est la puissance réellement rayonnée par la terre !
Je ne connaissais la communication de Sorokhtin, je viens d’acheter le livre.
Bien cordialement
Jean-Michel
Merci pour votre commentaire. En plus, il ne faut pas oublier qu’au départ de tous ces calculs la valeur de 342 W m-2 admise comme flux énergétique reçu par la Terre au sommet de l’atmosphère n’est PAS mesurée mais calculée en admettant une distribution UNIFORME et CONTINUE de l’énergie sur toute surface terrestre sans tenir compte ni d’un hémisphère non éclairé, ni d’une variation en fonction de la latitude. Une Terre éclairée de manière uniforme et continue ne donnerait pas lieu à des courants marins ou aériens qui sont cependant des phénomènes déterminants pour le climat.
Je vous remercie de votre nouvelle réponse qui m’amène à reformuler mon calcul.
Je cherche à comparer, l’énergie reçue par notre planète avec l’énergie nécessaire pour vaporiser l’eau des précipitations.
Je peux faire ce calcul sans passer par des valeurs moyennes rapportées au m² terrestre.
L’énergie totale reçue par la terre, en un an, est de 5,5 E+24 J.
L’énergie nécessaire pour vaporiser l’eau d’un an de précipitations est 1,23 E+24 J, donc 22,4% de l’énergie totale reçue par la terre est consacré à vaporiser l’eau des précipitations, ou 45% des 51% absorbé.
Je retrouve mon chiffre de 43% (à peu de chose près) mais je me rends compte que je me suis trompé dans ma comparaison avec les chiffres de la NASA, mon calcul ne contredit pas leurs chiffres mais en fait, les justifie !!!
Dommage, je pense quand même avoir apporté une petite contribution, car mon nouveau calcul est très simple et très clair, de plus, sur les 3 chiffres qui posent questions, à savoir, 21 % pour le rayonnement thermique, 23% pour l’évaporation de l’eau et 7% pour la convection de l’air, savoir en calculer un, donc le justifier, ce n’est déjà pas si mal.
Bien cordialement
Jean-Michel
Vous avez raison. Il y a eu une confusion à laquelle je n’ai pas été attentif. 76 W en continu par m2 de la Terre entière est bien la puissance requise pour vaporiser les précipitations terrestres annuelles. Cela représente 43 % de la puissance reçue au niveau de la surface terrestre mais 23 % de la puissance reçue au sommet de l’atmosphère en accord avec l’estimation de la NASA. Ma remarque à propos de cette dernière valeur (env. 340 W/m2) reste d’application.
Cette notion d' »Effet de Serre » est un piège absolu :
Une serre conventionnelle fonctionne par confinement (blocage de la convection et de l’évaporation (et de sa chaleur latente)), et non pas de façon radiative (cf les expériences de Woods et de Nahle).
Aucun gaz n’a cet effet.
Et donc, l’expression « gaz à effet de serre » est très mal venue et devrait être rejetée avec vigueur : car elle permet aux « scientifiques » alarmistes de raconter n’importe quoi sans qu’on puisse les contredire.
Cela dit, je ne suis pas sûr d’avoir totalement compris votre article, … ni tous les commentaires, et j’aimerais le confronter à mon livre (en libre accès sur laphysiqueduclimat.fr), où j’ai une approche quelque peu différente.
… si vous avez un peu de temps.
Cordialement,
Merci pour votre commentaire.
Je suis d’accord avec vous. L’hypothèse de l’effet de serre qui sert de base à la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique n’a rien à voir avec le phénomène qui intervient dans une serre agricole comme vous le rappelez très bien. C’est pourquoi il est important de préciser que le GIEC envisage un effet de serre « radiatif » tel que défini au paragraphe 2a) de ma note. En physique, ce phénomène de désactivation radiative d’un état excité est appelé fluorescence. L’expression « gaz à effet de serre » qui sert à désigner les constituants atmosphériques susceptibles d’absorber une fraction du rayonnement thermique de la Terre est une absurdité propagée par les médias (ou un non-sens physique pour reprendre vos termes). La note à laquelle vous vous référez visait à amorcer un improbable débat entre partisans et adversaires d’un changement climatique d’origine anthropique. Certains éléments en sont repris de manière plus précise dans une note ultérieure sur le même site http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/
Je connais votre ouvrage remarquable intitulé « La Physique du Climat » dont un ami m’avait transmis la référence il y a quelques mois déjà. Je ne prétends pas l’avoir lu attentivement dans sa totalité mais je suis d’accord avec l’essentiel de son contenu. Vous écrivez à la page 49 que le problème du CO2 est si complexe qu’un nouveau volume serait nécessaire pour en discuter. A ce propos, un aspect que vous n’envisagez pas est discuté dans le paragraphe 1d) de la note à laquelle vous vous référez et aussi dans le paragraphe 1c) de la note mentionnée ci-dessus.
Je serai toujours heureux poursuivre la discussion avec vous mais peut-être par une autre voie que les commentaires nécessairement brefs sur un site Internet
Bonjour Professeur,
Je vois que vous avez échangé avec J M Morane. J’aurais aimé connaître votre avis sur son livre La Physique du Climat. Je l’ai lu en détail, je le trouve très clair et bien argumenté. Mais je ne suis expert. Aussi, j’aurais aimé savoir ce que vous pensez de la pertinence de cette démonstration.
Mike
Comme vous le signalez le livre La Physique du Climat est très clair et bien argumenté. Il constitue une contribution importante à la compréhension d’un domaine complexe. De plus, il suscite la réflexion des lecteurs et je souhaiterais pouvoir discuter certains aspects du problème avec l’auteur.
Merci pour cet article.
Qu’en est-il du méthane ? Ce GES est souvent décrit comme de 20 à 28 fois (selon les sources) plus efficace en termes d’effet de serre que le CO2 et souvent invoqué comme principale source de pollution par l’élevage et donc comme étant d’origine anthropique.
Est-ce donc réellement un « gaz à effet de serre » ? Ou est-ce qu’il obéit aux mêmes principes physico-chimiques que vous décrivez ?
Pour quelles raisons serait-il de 20 à 28 fois supérieur en termes d’effets selon la communauté scientifique ?
Ou est-ce que ce gaz
La théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique est basée sur l’hypothèse de l’effet de serre radiatif. Selon cette hypothèse, tout gaz atmosphérique susceptible d’absorber le rayonnement thermique de la Terre est considéré comme un « gaz à effet de serre » (GES). Ces GES provoqueraient un réchauffement climatique en réémettant vers la Terre une fraction de l’énergie absorbée qui, en leur absence, s’échapperait directement vers l’espace. De ce point de vue, le méthane CH4 serait plus efficace que le CO2 car, à concentration égale, il absorberait env.25 fois plus efficacement le rayonnement thermique de la Terre. Comme sa concentration est env.200 fois moindre que celle du CO2 son effet attendu serait néanmoins nettement plus faible.
Précisons cependant que cette hypothèse de l’effet de serre radiatif n’a JAMAIS été vérifiée et est contraire aux principes de base de la physique comme expliqué dans la note en référence ainsi que dans la suivante http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/. Aucun GES (selon la définition rappelée ci-dessus), pas plus CH4 que CO2, ne peut donner lieu à un « effet de serre » dans les basses couches atmosphériques car, ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre, il se désactive par collisions avec les molécules environnantes N2 et O2 sans réémettre aucun rayonnement.
Vous voulez dire que cette excitation thermique n’est jamais rayonnée ? Où va-t-elle alors in fine ?
Votre question n’est pas claire mais si vous voulez comprendre comment l’énergie dissipée par différents mécanismes au niveau de la surface terrestre finit par s’échapper sous forme de rayonnement au sommet de l’atmosphère je vous recommande de lire le paragraphe 4.3 Origine du rayonnement détecté par satellites dans la référence http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/ . Vous pourrez ensuite poser quelques questions précises auxquelles je répondrai aussi clairement que possible.
Professeur, merci pour votre réponse qui est logique compte tenu de la teneur de votre article.
Je vous réponds un peu tard car j’ai consacré pas mal de mon temps imparti à ma curiosité dans ce domaine à réviser grand nombre de notions de physique.
Dans ce domaine précis, une fois que l’on élimine les études climatologiques qui tiennent pour acquis le principe du forçage radiatif lié au CO2 sans l’examiner d’un point de vue physico-chimique, il est assez difficile de trouver des articles qui traitent de l’interaction de ce gaz avec les autres molécules (O2, N2, H2O) dans l’atmosphère terrestre.
Il est d’ailleurs tout aussi difficile de trouver des recherches sur le rôle de la vapeur d’eau pourtant décrite comme étant le plus important GES sur terre. Des chercheurs spécialisés s’en plaignaient en concluant à propos de ce paradoxe que puisque la vapeur d’eau n’a pas d’origine anthropique, peu de crédits y sont consacrés. (Ceci dit, j’ai même trouvé des conseils sur comment de ne pas créer de « vapeur d’eau anthropique » pour protéger la planète (irrigation, centrales nucléaires – pourquoi ne pas éviter les bouilloires ou la cuisson des pâtes alimentaires (!))
Dans mes pérégrinations, j’ai trouvé un commentaire qui tente de réfuter votre thèse :
« L’argument de Geuskens est que dans l’atmosphère, aux conditions de pression et de température que l’on connaît, une molécule de CO₂ peut absorber un photon infrarouge, mais délivre tout de suite l’énergie ainsi absorbée par des collisions inélastiques avec les molécules voisines, essentiellement N₂ et O₂. Mais, s’il est vrai que ces échanges d’énergie non-radiatifs ont lieu dans un mélange gazeux à une température donnée, ils s’équilibrent en moyenne. Parce que la molécule de CO₂ ne fait pas que libérer de l’énergie par des collisions, elle en absorbe aussi.
Par contre, si une molécule de CO₂ peut absorber un photon infrarouge en plus des échanges non-radiatifs, elle peut en libérer un aussi. Geuskens a simplement choisi d’ignorer ce point. Il le dit d’ailleurs lui-même : « Cet équilibre ne sera pas modifié si, en plus, certaines molécules de CO2 sont excitées par absorption d’une fraction du rayonnement infrarouge émis par la Terre ». Cette affirmation est tirée de son chapeau, n’est pas argumentée, et il en tire naturellement la conclusion (je paraphrase) : « si j’ignore délibérément que la désactivation du CO₂ peut se faire par rayonnement, j’en conclus que la désactivation du CO₂ ne peut pas se faire par rayonnement ». Son explication viole tout simplement le principe de conservation de l’énergie. »
Qu’en pensez-vous ?
Merci pour votre intérêt pour le site http://www.science-climat-energie.be. Notre politique éditoriale est de répondre toujours aux questions et aux commentaires constructifs transmis à titre personnel mais d’ignorer les critiques, le plus souvent anonymes et non argumentées, qui circulent sur le Web. Pour répondre à votre incertitude je rappelle que :
1° la désactivation radiative de molécules à des états excités électronique, vibrationnel ou rotationnel est appelée fluorescence. Le phénomène n’est pas rare mais ne peut se produire que dans des conditions particulières rappelées dans l’article en référence ainsi que dans le suivant http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/ (états excités de très courte durée de vie et/ou très peu de collisions intermoléculaires, par exemple en milieu rigide ou en phase vapeur à très basse pression). Beaucoup de climatologues qui invoquent l’hypothèse de l’effet de serre radiatif ignorent cette particularité.
2° dans les basses couches atmosphériques (T = 15°C, P = 1 atm) environ 40 % de molécules de CO2 sont en état de vibration même en l’absence de rayonnement. A chaque instant certaines se désactivent tandis que d’autres sont amenées à l’état de vibration par collisions avec les molécules environnantes. Il existe donc un équilibre dynamique et la proportion de molécules de CO2 excitées reste constante sans émission de fluorescence à une température et une pression données .
3° si on qualifie de « gaz à effet de serre » toutes les molécules atmosphériques susceptibles d’absorber le rayonnement thermique de la Terre, les molécules H2O ont certainement un rôle prépondérant. L’eau, sous tous ses états physiques, a une influence considérable sur le climat mais cela n’a rien à voir avec un prétendu « effet de serre ».
Je peux me tromper mais il me semble que vous noyez le poisson. Où finit toute cette énergie vibratoire accumulée dans les molécules de l’atmosphère ? Ouragan planétaire ?
Dans votre commentaire précédent vous prétendez qu’il n’y a pas de convection par une nuit calme, ce qui est une erreur. Vous vous étonnez ensuite que la nuit soit plus fraiche si le ciel est clair. Je vous ai répondu que par une nuit sans nuage la convection est plus importante car elle n’est pas limitée en altitude par la couverture nuageuse. Vous m’accusez maintenant de « noyer le poisson » c’est-à-dire de créer la confusion pour éluder votre question. Je ne comprends ni cette remarque, ni votre nouvelle question et encore moins votre allusion à des ouragans planétaires.
Bonjour,
Ne pourrait-on pas créer une expérience en laboratoire dans laquelle on mesurerait la fréquence des événements de désactivation radiative du CO2 dans un milieu dont on ferait varier progressivement la composition entre l’atmosphère à 100 km et celle au niveau du sol ?
La fluorescence vibrationnelle du CO2 a été observée à des pressions de l’ordre de 0,1 Pa à des altitudes de l’ordre de 100 km mais JAMAIS aux conditions régnant dans les basses couches atmosphériques car les molécules de CO2 amenée à l’état de vibration, par quelque technique que ce soit, se désactiveront toujours par collisions avec les molécules environnantes. Imaginer une expérience pour démontrer que quelque chose n’existe pas n’aurait aucun sens. En toute logique ce serait la tâche des partisans de l’hypothèse de l’effet de serre radiatif de démontrer que le phénomène existe.
Les partisans de l’hypothèse de l’effet de serre n’ont pas besoin de démontrer son existence réelle.
Ils se contentent de citer Fourier, Tyndall et Arrhenius et utilisent la formule de Myrrhe pour annoncer l’apocalypse.
Les media et la majorité des partis politiques sont entièrement acquis à leur cause, ce qui débouchera sur l’application d’un plan de transition énergétique zéro carbone solaire + éolien qui n’aura jamais été débattu, va coûter fort cher, nécessite des solutions de stockage qui n’existent pas aujourd’hui et dont l’impact environnemental est loin d’être négligeable. C’est dur à avaler si le CO2 n’a aucun effet de serre.
Est-ce que l’on pourrait reproduire en laboratoire la fluorescence vibrationnelle du CO2 à une pression de 0,1 PA ?
Ce n’est pas la même chose de démontrer quelque chose qui n’existe plus par rapport à quelque chose qui n’existe pas.
J’aurais préféré entendre par exemple que c’est possible mais techniquement hyper-compliqué et nécessite des budgets exorbitants.
S’il impossible de falsifier l’hypothèse de l’effet de serre, ne reste-t-il plus qu’à implorer les dieux du climat ?
Ceux-ci semblaient s’être rangés du côté des climato-sceptiques au cours des deux dernières décennies, mais les températures sont reparties à la hausse ces dernières années et janvier 2020 vient de battre le précédent record de chaleur de janvier 2016.
A moins que le grand minimum solaire ne vienne à la rescousse rapidement, je ne vois pas ce qui pourrait faire changer l’état d’esprit actuel.
PS
Je me suis demandé quelle serait la température si l’atmosphère ne contenait pas de CO2.
La formule de Myrrhe ∆F = 5,35 ln C/C0 me pose problème parce que ∆F tend vers moins l’infini quand C tend vers 0.
Est-il correct de penser qu’en l’absence d’effet de serre, la température serait la même qu’actuellement ?
Merci pour votre commentaire qui comporte plusieurs points auxquels je vais essayer de répondre successivement.
1° Je suis tout-à-fait d’accord avec vous lorsque vous écrivez que l’application d’un plan de transition énergétique zéro carbone va coûter fort cher. En effet, le Pacte Vert proposé par la Commission européenne devrait être financé sur dix ans à hauteur de mille milliards d’euros.
2°La fluorescence vibrationnelle du CO2 a bien été observée au laboratoire à des pressions de l’ordre de 0,1 Pa. Sa décroissance a été étudiée dans la référence (3) de mon article lors de la conversion de l’énergie de vibration du CO2 en énergie de translation de molécules N2 ou O2. Les auteurs ont mesuré les constantes de vitesse de la réaction en fonction de la teneur en N2 ou O2 et, par extrapolation, on peut en déduire qu’à pression atmosphérique cette conversion aurait lieu bien avant que la molécule ne puisse se désactiver avec émission d’un rayonnement. Aucune expérience supplémentaire n’est donc nécessaire pour conclure que le prétendu effet de serre invoqué par les partisans d’un réchauffement climatique d’origine anthropique ne peut exister dans les basses couches atmosphériques.
3° L’hypothèse de l’effet de serre radiatif a donc bien été « falsifiée » (anglicisme) ou plutôt (en français) « réfutée ». Vous semblez associer variation climatique et activité humaine comme les médias catastrophistes alors que de nombreux articles parus sur notre site montrent clairement que d’importantes variations climatiques ont toujours existé, et bien avant l’ère industrielle, sous l’action de variables naturelles. Il est malheureusement difficile de lutter contre une idéologie avec des arguments scientifiques et rationnels.
4° La formule semi-empirique de Myrrhe que vous rappelez a été inventée en 1998 à l’issue d’une période d’une vingtaine d’années pendant laquelle température « moyenne globale » (pour peu que cette expression ait un sens) et teneur atmosphérique en CO2 avaient toutes deux augmenté. Précisons cependant qu’aucune relation de ce type n’a jamais été observée sur une longue période. Plusieurs graphiques le montrent dans la référence
http://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/
La formule semi-empirique de Myrrhe n’a donc aucune utilité générale et ne peut être extrapolée à des teneurs atmosphériques nulles en CO2. En l’absence de CO2 le bilan énergétique de la Terre ne serait pas modifié mais il est certain qu’aucune vie semblable à celle que nous connaissons ne serait possible car les végétaux, aliments des animaux, ne se développent plus à des teneurs inférieures à 150 ppm. Le climat serait probablement bien différent à cause de cette influence indirecte.
Un grand merci pour vos réponses rapides et bien étayées.
J’ai relu l’article http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/ et le fil de discussion correspondant.
J’ai pu télécharger la référence [3]. Sa lecture s’est révélée profondément indigeste. La référence [4] étant payante, je me suis contenté d’en rester là. J’ai parcouru les citations de ces deux références, mais je n’ai rien vu qui mentionnait une réfutation de l’effet de serre du CO2.
Cela ne m’empêche pas de comprendre votre raisonnement, mais il faut un très haut niveau de compétence, comme le vôtre, pour pouvoir le valider. Je n’ai nulle intention de le contester.
Cela fait plusieurs semaines que je m’intéresse au réchauffement climatique. J’ai passé des dizaines d’heures à parcourir la toile en essayant d’instruire le dossier à charge et à décharge.
Suite à vos articles, j’avais naïvement espéré, comme d’autres personnes sur ce site, qu’une expérience pourrait définitivement réfuter l’hypothèse de l’effet de serre du CO2. Vous m’avez convaincu que c’est illusoire parce que le protocole expérimental serait remis en question à l’infini.
Dans une de vos réponses vous résumez bien les positions dans le débat du climat.
Il y a les réchauffistes purs et durs du GIEC, les réchauffistes tièdes (par exemple Spencer, Lindzen, Gervais) et ceux qui comme vous (et des milliers de scientifiques?), ne croient pas du tout à l’effet de serre. Pourriez-vous me donner quelques références de confrères qui partagent votre position?
Pour ma part, je ne vois aujourd’hui rien d’alarmant dans le réchauffement climatique actuel quand on le compare aux variations climatiques historiques naturelles. Il y a une dizaine d’années, j’avais été fortement impressionné par le film de Al Gore. Je me rends compte maintenant à quel point j’ai été crédule, alors que j’ai une formation scientifique.
Mais le rouleau compresseur de l’origine anthropique du changement climatique est en marche et s’il n’y a pas une stabilisation rapide des températures ces prochaines années, rien ne pourra l’arrêter.
Merci pour votre dernier commentaire qui suscite quelques remarques :
1° Ce n’est pas un hasard si les auteurs des références [3] et [4] étudient l’excitation et la désactivation vibrationnelle du CO2. Ils savent que, dans le contexte actuel d’hystérie climatique, le sujet a une importance qui n’est pas seulement académique mais ils se gardent bien de conclure logiquement que l’hypothèse de l’effet de serre radiatif est sans fondement. Une telle déclaration aurait un caractère considéré comme politique qui pourrait nuire à leur carrière scientifique. Je connais des enseignants universitaires et même des hommes politiques qui ne croient pas plus que moi à l’hypothèse de l’effet de serre radiatif mais qui n’expriment pas ouvertement cette opinion par crainte de sanctions académiques ou électorales.
2° De très nombreux scientifiques, las des invectives entre partisans et adversaires du réchauffement climatique d’origine anthropique, se veulent pragmatiques en s’adressant aux « décideurs politiques » pour les convaincre qu’il n’y a pas d’urgence climatique et qu’il convient d’éviter des dépenses aussi gigantesques qu’inutiles. Ils n’évoquent pas l’hypothèse de l’effet de serre radiatif mais n’en pensent pas moins. Pour être informé de leur déclaration je vous invite à cliquer sur la phrase « There is no climate emergency! » qui apparaît en haut à droite sur la page d’accueil de notre site. Plus bas, toujours à droite, il est intéressant, si vous ne l’avez pas encore fait, de regarder la vidéo intitulée « Climate change : what do scientists say ? » présentée par le professeur Richard Lindzen.
3° Le film de Al Gore a contribué à une des plus grandes manipulations de l’histoire. Pour être bien informé des origines du phénomène je vous recommande la lecture du livre (en version poche) de Christian Gerondeau «Le CO2 est bon pour la planète – Climat, la grande manipulation»
@ Roland
Il y a un autre fait très important, comme l’explique le Pr Gueuskens et (malheureusement peu) d’autres scientifiques : La bande d’absorption du CO2 est saturée et un augmentation de la concentration de CO2 ne pourra jamais expliquer une élévation de température (de plus de 0,6°pour être précis). Je pense que même le GIEC est d’accord sur ce point et essaie de sauver les meubles en parlant de rétroactions, phénomènes qui ne sont absolument pas prouvés scientifiquement. Je me demande pourquoi ni les média ni les politiques n’osent pas aborder ce point qui pour moi devrait clore le débat.
@ Mike : sur ce point vous faîtes erreur. Bien que « climato-réaliste », je ne nie pas l’effet de serre et j’ai lu bien souvent l’argument selon lequel l’effet de serre du CO2 est saturé et donc qu’une augmentation de sa concentration ne changerait rien.
Venant parfois de physicien (Gervais), je trouve cela déplaisant. Vous pouvez suivre un cours sur l’effet de serre (Dufresne, Paris) sur Youtube et vous verrez que cet argument est faux.
Nous sommes tous d’accord que le système Terre-Atmosphère doit bien émettre les 240 W/m2 vers l’espace pour avoir un bilan énergétique équilibré (l’article ne le nie pas).
Si en moyenne l’émission radiative des ces 240 W/m2 se fait à une hauteur h et une température T, une augmentation de CO2 aurait comme conséquence une profondeur optique plus faible. Autrement dit, l’altitude moyenne d’émission vers l’espace serait plus haute (car le CO2 rendrait l’atmosphère plus opaque). Mais si z devient z’>z, alors T’, la température à la hauteur z’ serait inférieur à T. La loi de Planck implique que l’émission ne serait plus de 240 W/m2. Il y aurait donc déséquilibre thermique jusqu’à ce que la température en z’ soit devenue égale à T (réchauffement). Le gradient de température impliquerait alors que la température au sol monterait également.
Voici comment les physiciens partisans de l’effet de serre le présente. Je suis surpris de voir autant dew personnes en parler sans connaître la thèse qu’il souhaite réfuter.
Dans cette vision, l’effet saturé de joue aucun rôle car l’atmosphère n’est pas une seule couche mais une infinité de couches superposées.
Ce qui compte c’est l’opacité. Et dans ce cas, une augmentation de la concentration rend plus opaque toute la colonne d’atmosphère et élève la hauteur moyenne d’émission du système vers l’espace.
Peut-être y a-t-il une erreur dans cette vision mais cela est la théorie « officielle » de l’effet de serre et combattre une autre thèse est absurde.
Votre message s’adresse à l’auteur d’un commentaire au sujet de la note en référence et vous l’accusez de faire erreur. Je ne peux répondre à sa place mais ma réponse à votre précédent commentaire reste valable pour celui-ci.
@ Philippe,
Je pense avoir avoir compris dans les publications du Pr Gueuskens et autres (notamment le livre de Mr Bonnamy: Un pavé dans la mare), que le CO2 ne peut être absorbé qu’autour de la longueur d’onde de 15 microns. L’intégration sous la courbe de Planck de la bande 14 – 16 microns fait donc apparaître que maximum 9,2% du rayonnement thermique de la terre sont absorbables par le CO2 et donc déjà totalement absorbés. C’est pourquoi on peut dire que l’absorption des IR par le CO2 est saturée. Même des membres du GIEC sont en accord avec ce fait.
Par ailleurs la définition officielle de l’Effet de Serre par le GIEC est rappelée à juste titre par le Pr Gueuskens. Elle fait état de l’absorption des IR par le CO2 dont 50% seraient réémis par radiation vers le bas. Le Pr . Gueuskens explique très bien (également JM Moranne dans le livre La Physique du climat) que cette « réémission » (en fait cette désexcitation) ne peut se faire par radiation mais par conduction. Ce concept, dans son aspect radiatif ,de l’Effet de Serre du GIEC n’est donc pas exact.
Quant à la variation de l’opacité suite à une augmentation de la concentration de CO2, elle a été bien étudiée et expliquée par (entre autres) JM Moranne et JL Pinaud. Il est tout à fait vrai que suite à une augmentation de CO2, il en résulte une augmentation de l’altitude d’émission donc une diminution du rayonnement vers l’espace. Le résultat pourrait en être un très fiable augmentation de la sensibilité climatique du CO2. Mais d’abord cette augmentation serait très faible (je n’ai plus le chiffre en tête) ensuite, je n’ai lu nulle part que cette variation de l’opacité était la version officielle de l’effet de serre. Mais je peux me tromper. Donc, je vous serais très reconnaissant si vous pouviez m’envoyer le lien vers des publications qui l’expliquent bien cette nouvelle définition de l’effet de serre.
Pr. Gueuskens,
J’aimerais vous poser 2 petites questions:
1. J’ai lu que les gaz ne pouvaient pas émettre de radiation. Si c’est le cas, comment le rayonnement thermique de la terre peut il être évacué vers l’espace?
2. Le Pr Gervais écrit que si on pointe un spectromètre vers le ciel, il enregistre bien une radiation (il ne précise pas dans quelle longueur d’onde, est 15 microns?) il y aurait donc bien une effet de serre radiatif. Est ce possible?
A vous lire
Vos questions très pertinentes ont retenu toute mon attention. J’y répondrai successivement.
1° Il est clair que le seul mécanisme permettant au système Terre-atmosphère d’éliminer vers l’espace l’énergie reçue du Soleil est le rayonnement. Mais l’atmosphère, en tant qu’ensemble de molécules sans interaction entre elles, ne peut émettre un rayonnement thermique semblable à celui d’un corps noir (ou gris) qui, à partir d’une surface est source d’un rayonnement hémisphérique vers l’espace. Par conséquent, ni l’équation de Planck, ni la formule de Stefan-Boltzmann ne peuvent être appliquées à l’atmosphère (voir à ce sujet http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/). Par contre, plusieurs constituants atmosphériques comme la vapeur d’eau et le CO2 excités à un état de vibration-rotation peuvent se désactiver avec émission d’un rayonnement de fluorescence si, dans certaines conditions et en altitude notamment, le nombre de collisions avec des molécules environnantes est suffisamment réduit pour ne plus entrer en compétition avec la désactivation radiative.
La question fondamentale est alors : d’où provient le flux énergétique de 240 W/m2 détecté par des satellites à des altitudes de l’ordre de 800 km ? Jusqu’à présent, aucune réponse entièrement satisfaisante n’a été donnée à cette question mais la connexion au site http://climatemodels.uchicago.edu/models.html peut être une source de réflexion. On y voit dès l’abord un spectre d’émission détecté par satellite au dessus du Sahara. Or, les satellites n’enregistrent PAS de spectre d’émission. Ils sont équipés de capteurs sensibles à la luminance de l’atmosphère à différentes altitudes dans le domaine des infrarouges. Le spectre reproduit a peut-être été reconstruit à partir d’un programme informatique (MODTRAN par exemple) qui simule l’émission et l’absorption de rayonnement infrarouge dans l’atmosphère en fonction de sa composition et de la température.
L‘examen de la figure présentée suscite plusieurs remarques.
a) Les courbes en traits discontinus sont censées correspondre à l’équation de Planck pour différentes températures mais, d’après la relation de Wien (voir première référence citée), la courbe pour 320 K devrait présenter un maximum à 9 µm (et pas à 16 µm) et la courbe pour 280 K devrait présenter un maximum à 10 µm (et pas à 18 µm). Il semble que ces courbes aient été décalées pour faire correspondre à chaque portion de la courbe « expérimentale » un lien avec la température associée à la courbe de Planck. Une telle attribution ne se justifie pas comme expliqué plus haut mais a sans doute pour but d’attribuer à chaque portion du spectre une altitude d’émission correspondant à la température indiquée.
b) L’aire sous la courbe « expérimentale » devrait être en relation avec le flux total mesuré (240 W/m2). Or, la surface de la portion de 8 à 13 µm provenant directement de la surface terrestre (à travers la fenêtre optique) représente au moins 50 % de la surface totale alors que d’après le bilan énergétique de la NASA (fig. 2 de http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/) ce rayonnement ne représenterait que 9 % environ du rayonnement total mesuré en haute altitude.
c) Le spectre présenté ne s’étend pas au-delà de 25 µm et ne prend donc pas en compte l’émission éventuelle de fluorescence vibrationnelle et rotationnelle de la vapeur d’eau qui peut s’étendre dans l’infrarouge lointain jusqu’à 500 µm. Il ne représente sans doute qu’une fraction du rayonnement total mesuré.
Après avoir examiné la figure sur le site http://climatemodels.uchicago.edu/models.html vous pouvez en cliquant sur la barre MODTRAN en haut à gauche faire différentes simulations de spectres calculés pour des taux de CO2 variable (même 0 ppm) et des teneur variables en vapeur d’eau.
En réponse à votre première question on peut donc conclure que l’origine de l’émission détectée par satellite est encore très incertaine.
2° Pour répondre à votre seconde question j’ai retrouvé un article de François Gervais publié dans International Journal of Modern Physics vol. 28 (2014). Au paragraphe 4.5 il critique les prétendues mesures de « back radiation » due au CO2 et n’en assume donc pas la responsabilité. Je crois, par ailleurs, avoir démontré que ce type de rayonnement est une fiction. De plus, les mesures au moyen d’un pyrgéomètre ne distinguent pas les diverses longueurs d’onde dans l’infrarouge et sont à prendre avec méfiance car tout solide peut être une source de rayonnement thermique y compris l’appareil lui-même.
Bonjour Monsieur, je ne comprends pas grand-chose à votre démonstration, mais j’essaye de m’intéresser aux arguments avancés par les « climatoseptiques ».
Ma question est pourquoi vous ne publiez pas votre article dans une revue scientifique ?
Les revues scientifiques ne publient, en principe, que des articles présentant des résultats nouveaux. Elles s’adressent à des spécialistes qui ont une connaissance approfondie du domaine envisagé. Mes notes ne présentent aucun résultat nouveau. Elles se bornent à faire une analyse critique de données souvent spéculatives déjà publiées dans la littérature scientifique. Elles visent, en particulier, à montrer que la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique, aux conséquences économiques et sociales désastreuses, ne repose sur aucune hypothèse valable et que beaucoup d’aspects de la science du climat sont encore mal connus.
Merci beaucoup. Et pensez vous que les desexcitations par fluorescence du CO2 et de la vapeur d’eau seraient assez « puissantes » pour justifier un flux de 240 W/m2? Y a t’il moyen de le quantifier?
La contribution de la fluorescence du CO2 en altitude (à 80-100 km quand la désactivation par collisions est fortement réduite) est négligeable mais le cas de la vapeur d’eau est étudié. Rien n’est établi jusqu’à présent : « climate science is not settled » contrairement à ce que pensent certains.
Bonjour Monsieur ?
Je lis l’extrait suivant tiré d’un article de M FM Breton dans la revue l’AFIS en date du 06/09/2019.
Je cite :
Un effet de serre bien compris
L’effet de serre est parfaitement compris dans son principe depuis plus de deux siècles, bien qu’il soit mal nommé puisque le processus physique à l’œuvre dans l’atmosphère n’est pas le même que celui qui se produit sous une serre. Il est causé par l’absorption et l’émission de rayonnement infra-rouge par certains gaz de l’atmosphère. Notons que les molécules d’azote (N2) et oxygène (O2), qui forment 99 % de la masse de l’atmosphère, ne contribuent pas à l’effet de serre. Ce sont des gaz à l’état de traces qui en sont responsables. L’absorption du rayonnement par les GES peut être mesurée en laboratoire pour différents niveaux de température et de pression. Sur la base de ces mesures, on développe des modèles de transfert radiatif atmosphérique qui calculent précisément l’absorption et l’émission du rayonnement infrarouge dans l’atmosphère. Ces modèles sont validés par des mesures au sol et par satellite. Ils peuvent donc être utilisés pour calculer très précisément l’impact d’une augmentation de la concentration des GES sur le flux infrarouge sortant, donc sur la capacité de la Terre à se refroidir.
C’est donc bien parce que la physique du phénomène « effet de serre » est bien comprise et quantifiée à l’aide de modèles validés que l’on peut affirmer que la Terre doit se réchauffer lorsque la concentration de GES augmente.
Fin de citation
Donc d’un côté il y aurait un phénomène bien compris et démontré en laboratoire et de l’autre un phénomène qui n’existe pas. Sans doute mon raccourci est-il un peu rapide mais c’est ce que crois comprendre.
Ma question est la suivante : avez-vous connaissance de cette expérience de laboratoire et à votre connaissance, a-t-elle fait l’objet d’une communication par les voies scientifiques habituelles ?
Je vous remercie de prendre en considération ma question.
Bien cordialement.
Jean Mermillon
Le texte que vous citez énonce plusieurs semi-vérités qui se transforment ensuite en contre-vérités.
Par exemple « L’effet de serre est parfaitement compris dans son principe depuis plus de deux siècles ». L’hypothèse d’un effet de serre a effectivement été envisagée par plusieurs auteurs anciens dont le chimiste suédois Arrhenius dans une publication datant de 1896. Toutes ces allusions sont bien antérieures à l’introduction de la notion de Quanta qui permit à Planck d’établir l’équation éponyme sans laquelle on ne peut comprendre le rayonnement thermique de la Terre, bien antérieures aussi au développement de la mécanique quantique dans les années 1920-30 sans laquelle on ne peut comprendre l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde bien déterminée suivie éventuellement de fluorescence.
Autre exemple « L’absorption du rayonnement par les GES peut être mesurée en laboratoire pour différents niveaux de température et de pression. » OUI, c’est vrai et les spectres d’absorption infrarouge du CO2 et de la vapeur d’eau sont reproduits dans ma dernière note http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/. Plus loin dans le texte cité « Ces modèles sont validés par des mesures au sol et par satellite ». NON, c’est faux aucune mesure n’a permis de mesurer par quelque technique que ce soit la fluorescence du CO2 et de la vapeur d’eau ni au niveau du sol ni dans l’atmosphère à des pressions supérieures à 10 Pa (donc en dessous de 90-100 km d’altitude).
Pour conclure, avant de discuter un problème scientifique il est essentiel de bien le définir. Or, il existe une vingtaine, au moins, de définitions de l’effet de serre que vous pouvez retrouver en références dans la note mentionnée ci-dessus. Vous y trouverez aussi la seule définition scientifiquement valable et les arguments qui permettent de réfuter cette hypothèse.
Merci Monsieur Geuskens d’avoir pris le temps de me répondre. Grâce à vos indications, je vais reprendre l’exercice de compréhension de cet effet de serre.
Jean Mermillon
Votre article, que je relis ce soir, trouve un écho tout particulier moins d’un mois après le dernier rapport du GIEC, toujours aussi alarmiste.
Il faudrait que je me replonge un peu plus dans les fondamentaux de physique, mais j’avais déjà du mal à appréhender comment le CO2, qui ne représente pas tout à fait 500 ppm de l’atmosphère, soit moins de 0.5 pour mille pourrait avoir un pouvoir aussi grand, ne serait ce que par rapport à la vapeur d’eau qui représente un pourcentage environ 10 plus élevé.
Vous achevez par votre démonstration reprenant des principes et équations physiques simples et établis au moins chez les physiciens de me convaincre qu’un peu de bon sens et de rigueur physique, de recul et surtout d’humilité scientifique seraient bien utile plutôt que de s’enfermer dans ce qui relève de plus en plus d’un dogme, celui du changement climatique anthropique qui devient le prisme, l’alpha et l’oméga de toute interprétation des phénomènes météorologiques extrêmes toujours davantage médiatisés et présentés comme « inédits ».
Pour ne prendre que quelques exemples, qui daigne se souvenir et surtout a mentionné que des crues de l’Ahr en Allemagne comparables à celle de cet été, bien que rares (comme tout phénomène extrême) ont déjà eu lieu dans le passé, l’une des dernières en date au début du 19e siècle (en 1804) et l’autre au début du 20eme (1910), donc à des époques où les tenants du changement climatique anthropique exu-mêmes reconnaitraient que ce dernier n’était pas d’actualité?
Qui, au lieu de crier aux effets des changements climatiques « anthropiques » récents à chaque épisode cévenol, citera l’article de 1919 (!) écrit par Maurice Pardé sur ces phénomènes qui ne sont nullement nouveaux mais au contraire habituels dans cette région ( https://www.persee.fr/doc/rga_0249-6178_1919_num_7_1_4736) et daignera enfin reconnaître qu’on n’a pas vu depuis 131 ans (et tant mieux!) de crue de l’Ardèche comparable à celle de septembre 1890, qui a jeté à elle-seule environ 7000 m3/s dans le Rhône quand les autres crues de l’Ardèche survenues depuis n’ont guère dépassé la moitié de ce chiffre si elles l’ont même atteinte?
Qui notera que les records de France métropolitaine de précipitations en 24h toujours inégalés depuis, qu’on a noté à Valleraugue le 29 septembre 1900 (plus de 900 mm) ou dans le Haut-Vallespir le 17 octobre 1940 (plus de 1000 mm à Saint-Laurent-de-Cerdans) font bien partie des possibilités du climat méditerranéen du Midi sans qu’il soit nécessaire d’invoquer de changement climatique pour observer des valeurs équivalentes?
Quand j’essaie d’aller dans votre sens, c’est-à-dire de revenir à une application rigoureuse des lois de la physique, ou quand j’essaie, par les exemples que j’ai cité et d’autres, de tempérer le catastrophisme et le sensationnalisme climatiques ambiant, je m’entends dire qu’à mon petit niveau, je suis très ignorant et que d’autres savent à ma place et que je dois les croire, quand on ne me regarde pas en m’accusant quasiment de blasphème envers le dogme du saint changement climatique.
C’est parfois déprimant mais je persiste à toujours essayer de réfléchir par moi-même et à me préoccuper avant tout de la cohérence physique des phénomènes, en restant toujours critiques vis-à-vis des diverses modélisations qu’on a souvent trop tendance à confondre avec la réalité, au point parfois de considérer que « la réalité a tort ».
Donc, encore une fois merci pour votre article très clair et argumenté de manière solide d’un point de vue physique!
Cordialement
Jean-Nicolas AUDOUY
Merci pour votre commentaire élogieux.
Vous pouvez aussi lire d’autres notes publiées sur notre site, en particulier :
http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/
http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/
Merci Professeur,
C’est effectivement ce que j’ai fait et mon opinion est la suivante.
Donc, si le CO2 a un rôle dans le climat et l’augmentation de la température terrestre, ce ne peut pas être via un « effet de serre », dont vous montrez qu’il est au mieux inexistant, ou au pire été avait déjà largement atteint son maximum possible (ré-absorption totale en quelques mètres ou dizaines de mètres des longueurs d’onde infrarouges proches de 15 microns) même avec les quantités de ce gaz présentes dans l’atmosphère avant l’ère industrielle.
Il reste comme seul autre processus possible, si on veut vraiment lui attribuer un rôle, je ne vois guère que ce qu’il peut induire en termes d’albédo via son assimilation par la biosphère et la modification de celle-ci, vu que c’est avec l’eau et la lumière un des 3 éléments à la base du monde végétal et de la quasi-totalité des écosystèmes terrestre.
Mais dans ce domaine, ou plus généralement s’agissant des processus réglant l’albédo de la planète, d’autres mécanismes, qu’ils soient anthropiques ou naturels ne sont-ils pas plus efficaces (je pense au bétonnage notamment)?
Et concernant l’activité solaire, particulièrement importante ces 50 à 100 dernières années et dont l’effet sur la quantité reçue d’énergie reçue par la planète est pourtant balayé d’un revers de main par les tenants du dérèglement climatique et du GIEC (mais pas par d’autres scientifiques, comme le russe Yuri Nagovitsyn), n’y a-t-il pas selon vous une piste à creuser davantage pour expliquer les variations climatiques passées anciennes et récentes, et futures… et admettre éventuellement que nous ne les contrôlons pas, ne pourrons jamais le faire et devons surtout nous adapter? Avez-vous des éléments chiffrés sur le sujet, qui pourraient mettre en rapport l’augmentation de température constatée actuellement au niveau mondial et la variation de la puissance émise par le Soleil vers la Terre au cours du temps?
Merci d’avance.
Et
En confirmation de ma réponse à votre précédent commentaire je crois que le verdissement de notre planète est dû principalement à l’augmentation de la concentration en CO2 dans l’atmosphère mais que cette évolution ne modifie de manière significative ni l’albédo de la Terre ni, par ce biais, le climat. Le climat, comme vous le suggérez, est essentiellement déterminé, tant de manière directe qu’indirecte, par l’activité solaire mais le phénomène est trop complexe pour être discuté ici et, de plus, globalement hors de mes compétences
Pour y voir clair dans « l’évolution » climatique en FRANCE voir :
http://www.laquestionclimatique.org/climatfrance.htm (Rien de nouveau !…)
Cordialement
Monsieur Geuskens
Pourriez vous m’expliquer pourquoi vous vous trouvez en contradiction avec ce qu’on enseigne dans toutes les universités au monde ?
Je vous donne un exemple de cours délivré en université (L3) :
https://www.lmd.ens.fr/legras/Cours/L3-meteo/radiatifNN.pdf
Je serai heureux de voir ce que vous reprochez à ce cours en y mettant bien entendu la physique nécessaire.
Je n’ai pas l’intention de critiquer les cours de certains collègues. S’ils sont en contradiction avec mes notes vous êtes libre d’exercer votre esprit critique, pour peu que vous disposiez de connaissances de base en physique. Je suis cependant toujours disposé à répondre à des questions précises que vous souhaiteriez me poser.
Bonjour Professeur,
Comment évaluez-vous mon texte sur l’innocence du CO2 :
http://www.laquestionclimatique.org/co2innocent.htm
et mon film : « Effet de serre » ou effet d’atmosphère ?
https://youtu.be/x1VRBwau4pI
Merci
MT ing. Le Pecq/ Paris
Toutes mes félicitations pour votre remarquable travail. Le film est une très bonne vulgarisation accessible à tous, le texte demande quelques connaissances scientifiques supplémentaires mais les deux documents méritent d’être largement consultés. En publiant votre commentaire j’espère que vos références susciteront la curiosité de nombreux lecteurs.
@Michel Thizon
Superbe la vidéo. Je n’ai pas encore lu l’article.
Merci beaucoup.
Quelle est la source précise du modèle numérique de la NASA ? Année du document et référence?
C’est un modèle sans rétroaction positive de rayonnement IR de l’atmosphère sur la surface terrestre comme 324W/m2 selon les modèles de l’IPCC.
Dans votre conclusion le CO2 n’est pas l’élément qui explique l’augmentation de la température globale. C’est pourtant est une réalité physique. Alors quelles sont alors les autres pistes ?
Et j’ai bien noté que vous concluez sur cette problématique « Le fonds du problème reste de comprendre comment (même en l’absence de CO2) l’énergie dissipée initialement par convection et évaporation de l’eau des océans est convertie en rayonnement dans les hautes couches atmosphériques ».
A-t-on une avancée scientifique sur le sujet ?
Le bilan énergétique de la Terre attribué à la NASA est reproduit sur la fig.1 de ma note http://www.science-climat-energie.be/2018/04/02/le-co2-dans-les-basses-couches-atmospheriques-2/ publiée en 2018. Ce graphique était repris du site http://www.nasa.gov car, à ce moment, il s’y trouvait mais sans aucun commentaire. Il a depuis disparu (censuré ?) probablement parce qu’il ne montrait pas de « back radiation » mais il a été entretemps repris dans de nombreux articles.
Dans un note plus récente http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/ je discute l’importance relative des différents mécanismes de dissipation par la Terre de l’énergie reçue du Soleil et j’aboutis à un bilan énergétique pratiquement identique celui proposé initialement par la NASA. Dans cette dernière note je propose aussi un mécanisme pour expliquer comment l’énergie dissipée par convection et évaporation de l’eau des océans est convertie en rayonnement à la limite supérieure de la troposphère.
Bonjour Monsieur Geuskens,
— »Remarquons cependant que les océans occupent 71 % de la surface terrestre et qu’il est difficile de les considérer comme corps noir puisque l’eau n’absorbe (et donc ne peut émettre) toutes les longueurs d’onde avec la même efficacité dans le domaine de 5 à 40 µm (250 à 2000 cm-1) comme l’indique la fig. 1. »
Mais en quoi n’est-il pas difficile de considérer le restant comme n’était pas un corps noir ? Même très loin d’en être un. Sans parler des rivières, des lacs, de toute l’eau qui se trouvent sur ce soi-disant corps noir. Et en quoi les forêts sont des corps noirs ? La végétation ? Et quand il pleut, il y a bien de l’eau qui recouvre les choses. Avec des flaques d’eau. Est-ce que cette eau de pluie agit comme un corps noir ?
Merci et bien à vous.
Merci pour votre commentaire. J’admets que la phrase à laquelle vous vous référez n’est pas très claire spécialement quand elle est sortie de son contexte.
Dans l’article j’envisage l’hypothèse (réfutée par la suite) que le CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre pourrait se désactiver avec émission d’un rayonnement de longueur d’onde 15 µm (rayonnement de fluorescence). Je précise ensuite que ce rayonnement pourrait être absorbé par l’eau des océans, lacs ou rivières car l’eau liquide présente une large bande d’absorption centrée à 14,8 µm mais que cette absorption serait très superficielle et ne pourrait contribuer à un réchauffement des océans, lacs ou rivières.
Dans le cas de l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde 15 µm, les océans, lacs ou rivières ne peuvent être considérés comme des corps noir qui, par définition, devraient absorber toute l’énergie électromagnétique qu’ils reçoivent, quelle que soit sa longueur d’onde. Ce n’est pas le cas comme le montre la fig.1 de l’article auquel vous vous référez.
Ok, merci pour votre réponse.
donc le végétale peut être également considéré comme un corps noir ?
Désolé de vous embêter, mais tout ce que vous écrivez depuis que je vous lis me fait me poser beaucoup de questions.
Pour plus de détails à propos des équations concernant les corps noirs et leur utilisation en climatologie vous pouvez consulter ma note :
http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/
et pour une mise au point plus récente à propos du climat :
http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/
Merci beaucoup.
Je trouve tout ce que vous écrivez passionnant, étant très mauvais en physique ça me demande beaucoup d’effort, mais j’arrive malgré tout à comprendre des choses.
Aussi, une molécule de CO2 désactivée n’est pas une molécule qui disparait, ou « morte », elle peut encore être activé ? C’est ça ?
Merci.
Oui, une molécule de CO2 désactivée avec retour à l’état fondamental peut être réactivée à l’état de vibration par différents mécanismes puis désactivée à nouveau, réactivée, etc. Cette conversion est réversible mais ce ne sont évidemment pas toujours les mêmes molécules qui sont à l’état activé ou à l’état fondamental.
1° Les molécules de CO2 atmosphériques peuvent être activées par absorption d’une fraction du rayonnement thermique de la Terre.
2° Dans les basses couches atmosphériques, même l’absence de tout rayonnement, 20 % des molécules de CO2 sont excitées à l’état de vibration par collisions avec les molécules environnantes N2 et O2.
3° Cette conversion par collisions est réversible : il existe donc un équilibre dynamique résultant des très nombreuses collisions. Il ne dépend que de la température et de la pression (voir paragraphe 2.4 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/ )
Bonjour Professeur
J’ai fait part de votre théorie, comme quoi le CO2 se désactivait et ne pouvait pas émettre d’IR, sous une vidéo sur Youtube, et une personne m’a répondu : « Mais les mesures directes de flux infrarouge montant ( upwelling emission spectrum ) par avion a 20km d’altitude font mordre la poussiere categoriquement aux idées de Geuskens ».
Sous entendu donc que cette avion avait détecté de l’IR venant du CO2 en basse atmosphère.
De quoi parle cette personne ?
Merci et bien à vous.
Dans les basses couches atmosphériques aucune molécule de CO2 ne peut se désactiver avec émission de fluorescence car la désactivation par collisions avec les molécules environnantes (plusieurs milliards par seconde) est le mécanisme prépondérant. La fluorescence du CO2 ne pourrait être détectée qu’à des altitudes de l’ordre de 100 km où la pression atmosphérique est suffisamment basse pour que le nombre de collisions avec les molécules environnantes soit réduit à environ 1000 par seconde.
Bonjour professeur, et merci pour vos réponses.
Une question : est-ce que dans l’hétérosphère, il est encore question du modèle thermodynamique dit de gaz parfait ?
J’ai trouvé cela dans l’Encyclopédie de l’environnement , mais je voulais avoir votre avis sur la question :
— « Ce qui caractérise l’hétérosphère est le fait que la concentration en molécules et atomes y devient si faible qu’il n’y a plus de brassage turbulent entre eux : les éléments les plus lourds restent dans les basses couches, et les plus légers “flottent” au-dessus. Chaque constituant agit comme s’il était seul. Le comportement de gaz parfait (lien vers Thermodynamique) qui règne dans l’homosphère toute entière s’applique à présent séparément à l’azote, à l’oxygène, à l’hydrogène. La conséquence immédiate est une variation de leur concentration exponentielle, mais avec des facteurs de décroissance différents : vers 80 kilomètres, l’azote moléculaire est prépondérant, devant l’oxygène moléculaire. Au-dessus d’environ 250 kilomètres, l’oxygène atomique est majoritaire. Vers 1000 kilomètres, l’hydrogène est à son tour l’élément le plus abondant. »
Merci et bien à vous.
Mes connaissances concernant l’hétérosphère se limitent pratiquement à ce que vous avez pu lire sur https://www.encyclopedie-environnement.org/air/la-haute-atmosphere/.
Bonjour Professeur
J’ai écrit ça. Est-ce que c’est valable ? :
Mais tout l’IR repart dans l’espace…
La terre, la mer et l’atmosphère ne stockent pas la chaleur.
Il y a un « mouvement » continu, IR du Soleil vers > atmosphère-terre-mer //// et IR de atmosphère-terre-mer vers > espace.
Si vous éteignez le Soleil d’un coup pendant plusieurs mois, la totalité du rayonnement va partir dans l’espace.
Mettez-vous dans une chambre froide avec une lampe chauffante Infrarouge.
La lampe chauffante Infrarouge va vous chauffer. Éteignez la lampe, vous allez vous refroidir. Votre corps va finir par perdre la totalité de sa chaleur.
Il ne peut pas emmagasiner de la chaleur pour la garder en cas de coupure.
L’atmosphère, la terre, la mer, n’ont pas la capacité d’emmagasiner de la chaleur, comme dans un système clos avec un chauffage interne.
Tout repart dans l’espace en même temps que tout arrive du Soleil… En un flux continu. Aucune matière, aucun atome dans le cosmos ne peut stocker de la chaleur.
Si vous coupez le Soleil, la seule et unique chaleur sera celle qui vient du noyau terrestre. Tout le reste va aller dans l’espace. Et il fera très, très froid sur terre.
Votre commentaire contient du vrai mais est assez imprécis.
Il faut bien comprendre, comme je le rappelle au paragraphe 1.2 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/, qu’un rayonnement électromagnétique n’est PAS de la chaleur. C’est un vecteur d’énergie et pour qu’une augmentation d’énergie se manifeste il faut que le rayonnement soit absorbé. La chaleur est une forme d’énergie associée à l’agitation des molécules animées de mouvements de translation, vibration ou rotation et la température est une mesure de cette énergie qualifiée de thermique.
Le rayonnement solaire tel qu’il nous parvient à la surface terrestre (fig.2 de la référence citée) se répartit approximativement en 10 % dans l’UV, 40 % dans le visible et 50 % dans l’IR. C’est spécifiquement le rayonnement IR qui peut provoquer une augmentation de température s’il est absorbé. Les rayonnements visibles n’ont pas cet effet et les rayonnements UV peuvent provoquer la dégradation de molécules s’ils sont absorbés.
Vous avez raison de dire que la Terre, la mer et l’atmosphère sont réchauffées par l’absorption (directe ou indirecte) du rayonnement solaire mais qu’elles « ne stockent pas la chaleur ». Si le Soleil s’éteignait la Terre se refroidirait progressivement par différents mécanismes (fig. 8 et paragraphe 4.2 de la référence citée ) dont l’importance relative varierait en fonction de la température. Finalement, comme en présence d’un Soleil actif, l’énergie ne pourrait s’échapper du système Terre-atmosphère que par rayonnement infrarouge.
Vous avez donc raison de dire qu’il y a « un mouvent continu, IR du Soleil vers atmosphère-terre-mer et IR de atmosphère-terre-mer vers espace »
Merci beaucoup pour votre dernière réponse Professeur.
Ça commence à rentrer… Je comprends un peu mieux maintenant.
Je n’arrête pas de penser à tout ça depuis plusieurs mois, et ça se synthétise petit à petit, en partie grâce vous et vos écrits qui sont des références pour moi.
Mille mercis et bien à vous.
Bonjour Professeur.
Je suis tombé sur ce commentaire dans un fil de discussion sur le blog du « réveilleur », sous cet article : https://www.lereveilleur.com/le-climat-des-derniers-milliers-dannees/
— « Je vous cite : « Elle ne change pas si le CO2 absorbe, éventuellement en plus, des rayons infrarouges, car cette molécule n’a pas le temps d’émettre ensuite un rayon infrarouge à la pression atmosphérique. L’énergie qu’elle a acquise est aussitôt cédée en énergie(s) cinétique(s) aux molécules environnantes . Comme le CO2 ne peut pas émettre de rayons infrarouge lors de sa désactivation, son effet de serre est impossible théoriquement à la pression atmosphérique. »
Ce raisonnement est faux. Les collisions n’empêchent pas le CO2 et les autres gaz à effet de serre de rayonner, mais elles ont pour conséquence d’élargir les raies d’émissions. C’est le phénomène appelé « pressure broadening », et il est observable sur les spectres obtenus par analyse spectrale du rayonnement atmosphérique. Par ailleurs, même si on ignore cela, les molécules de CO2 peuvent se désexciter grâce à l’émission stimulée, décrite par Albert Einstein dans son papier de 1917 « Zur Quantentheorie der Strahlung ». »
Qu’est ce que le phénomène « pressure broadening » ? et qu’est-ce que cette « émission stimulée » dont parle l’auteur du commentaire qui aurait selon lui été décrite par Albert Einstein.
Merci.
Comme vous le savez je réponds toujours à de questions précises concernant mes articles publiés sur ce site mais je refuse :
1° de commenter des articles publiés par d’autres auteurs quelle que soit l’opinion exprimée
2° de participer à des débats sur les réseaux sociaux avec des interlocuteurs le plus souvent anonymes
3° d’expliquer, plus en détail que dans mes articles, des notions fondamentales de physique ou de chimie
Pour vous complaire j’ajouterai néanmoins à titre exceptionnel que « pressure broadening » concerne l’élargissement des raies d’absorption de certaines molécules par interaction avec d’autres molécules qui deviennent très proches sous l’effet de la pression.
J’ai bien lu votre dernier commentaire Professeur.
Je dois avouer que je n’ai pas assez réfléchi avant de vous poster mon commentaire et que je n’ai pas pris le temps de chercher par moi-même. J’ai trouvé ce qu’était une émission stimulée. (https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89mission_stimul%C3%A9e)
Désolé pour le dérangement et merci pour votre réponse.
Bonjour Professeur, en espérant que vous allez bien.
Une question.
Puis-je affirmer que le résultat obtenu avec un pyrgéomètre, est obtenu grâce a une formule ad hoc, et que donc le résultat ne décrit pas le monde de la réalité physique ?
Vous avez parlé du pyrgéomètre dans un commentaire, je ne sais plus sous quel article : Les mesures au moyen d’un pyrgéomètre ne distinguent pas les diverses longueurs d’onde dans l’infrarouge elle sont donc a prendre avec méfiance. Tout solide peut être une source de rayonnement thermique, y compris l’appareil lui-même.
Le résultat est bien obtenu par un calcul ? Je lis dans Wikipédia dans l’article Pyrgéomètre: « La compensation d’émission de la surface sensible est obtenue par un calcul. »
Dans l’article en anglais il y a la formule : https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrgeometer
Mais ce calcul oriente le résultat, non ? J’en suis donc venu à me demander tout simplement si le résultat obtenu se trouvait bien dans le monde de la réalité physique.
Merci beaucoup.
PS : Le Professeur Jean N a répondu à l’un de mes mails, j’en ai été très heureux. Je suis en ce moment à fond dans cette histoire de CO2 qui soi-disant réchauffe la planète, et mes méditations et lectures m’amènent à me faire me poser beaucoup de questions, et je ne connais personne d’autre à par vous, et je n’ai pas assez de connaissances en physique pour trouver tout seul les réponses. En espérant ne pas trop vous embêter…
Bien à vous.
Un pyrgéomètre ne donne aucune résolution dans l’infrarouge et n’est d’aucune utilité pour analyser le rayonnement provenant de l’atmosphère. Il ne peut servir, moyennant étalonnage, qu’à détecter les pertes thermiques dans un bâtiment mal isolé.
Par contre, les spectromètres de type AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) pointés vers le ciel mesurent bien un rayonnement dans la gamme de 400 à 3000 cm-1 mais il provient essentiellement des nuages par réflexion, diffusion et/ou émission. Ce rayonnement dépend de leur composition (gouttelettes liquides, microcristaux ou mélange) et aussi de la température et de l’humidité atmosphérique.
Quelques adeptes de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique ont cru trouver dans le rayonnement enregistré par AERI une preuve expérimentale de l’effet de serre radiatif mais c’est de l’absorption qui se manifeste dans ce cas plutôt que de l’émission. En effet, la vapeur d’eau absorbe fortement entre 1450 et 1800 cm−1 tandis que le CO2 absorbe à 667 et à 2380 cm−1 et les spectres AERI présentent précisément des anomalies dans ces régions. Ceci est dû au fait qu’aucun rayonnement provenant des hautes couches atmosphériques ne peut atteindre les AERI au niveau du sol dans ces gammes de nombres d’onde car il serait absorbé sur une dizaine de mètres d’épaisseur atmosphérique par le CO2 et la vapeur d’eau. Les parties de spectre dans ces régions sont donc « récupérées » (« retrieved ») sur base d’un programme informatique reliant températures de brillance (température du corps noir qui émettrait la même intensité à la longueur d’onde considérée) et longueur d’onde émise. Ceci est clairement montré sur la fig. 1 de la référence DOE/SC-ARM/TR-066 « Retrieving Temperature and Moisture Profiles from AERI Radiance Observations ».
En conclusion, si les AERI mesurent bien une « downward long wave radiation » ce n’est PAS une « back radiation » résultant de la fluorescence (désactivation radiative) du CO2.
J’ai bien lu votre réponse qui m’a bien éclairé et que je garde dans ma documentation.
Merci beaucoup.
Aussi, je me rends vraiment compte en lisant des études, qu’il y a beaucoup de calculs théoriques. Et pas assez d’expérimentations.
Et je trouve que beaucoup de résultats avec des niveaux d’incertitudes sont pris pour des vérités scientifiques absolues.
C’est assez déconcertant.
Enfin voilà.
Encore merci et bien à vous.
Bonjour Professeur,
une question sans doute déjà posée ou dont la réponse est évidente aux non Béotiens:
tous les calculs que je lis et essaye de comprendre semblent faire état d’une absorption totale du rayonnement infrarouge de la terre par le CO2 atmosphérique, dans la fenêtre de longueur d’onde que le CO2 absorbe. Ceci, avec 0,04% de CO2 dans l’atmosphère « seulement ». Je comprends que c’est ce que signifie le terme « saturation » de cette bande d’absorption. Du coup, comment plus de CO2 peut-il absorber plus de rayonnement et donc augmenter l’effet dit de serre? Est-ce l’idée que les 0,04% arrivent à former plusieurs « couches » autour de la terre, dont la plus basse ne laisse passer aucune des émissions de quantas dans ces longueurs d’onde, et les réemet vers la terre pour moitié et vers la couche supérieure pour l’autre moitié, dont elle reçoit du coup une radiation ou fluorescence pour le quart de l’énergie initiale, dont un huitieme est repassé à la terre, et ainsi de suite? On est sur des séries convergentes mais je suis assez perplexe sur la façon dont les tenants de l’effet de serre mesurent la répartition du CO2 dans les couches de l’atmosphère et l’impact d’un ppm de plus sur la température, même en ignorant vos explications sur l’impossibilité de la fluorescence en dessous de 100km d’altitude.
Le spectre d’absorption du CO2 est reproduit sur la fig. 5 et expliqué au paragraphe 2.2 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/
Pour la bande centrale présentant un maximum d’absorption à 15 µm on trouve en utilisant la relation de Beer-Lambert log Io/I = A C L (Io = intensité incidente et I = intensité transmise) et en y introduisant la valeur A = 20,2 m2/mol pour le coefficient d’absorption molaire du CO2 et C = 0,0178 mol/m3 (pour 0,04 % de CO2 en volume) que log Io/I vaut 3 (99,9 % d’absorption = saturation) pour une épaisseur atmosphérique L = 8 m. Doubler la concentration en CO2 conduirait au même effet pour une épaisseur atmosphérique de 4 m. Par contre, les bandes latérales P et R présentant un coefficient d’absorption plus faible ne seront saturées que sur une épaisseur atmosphérique environ dix fois supérieure mais bien inférieure à la limite de la troposphère.
Pour répondre à votre question concernant la répartition du CO2 dans l’atmosphère, des mesures ont montré que sa fraction volumique (PAS sa concentration) restait constante jusqu’à des altitudes de 90 km.
Par ailleurs, le CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre n’émet AUCUN rayonnement de fluorescence car, dans les basses couches atmosphériques (voir ci-dessus), la désactivation du CO2 se fait de manière prépondérante par collision avec les molécules environnantes N2 et O2. Le même mécanisme interviendrait si la concentration en CO2 était supérieure à la valeur actuelle mais dans une épaisseur atmosphérique proportionnellement moindre. En conséquence, j’explique dans l’article auquel vous vous référez et dans la référence citée que l’effet de serre radiatif n’existe PAS.
Merci pour votre réponse beaucoup plus claire que ma question…
Je comprends donc qu’avec 0,04%, et même avec 0,028%, l’intégralité du rayonnement IR sur la bande centrale d’absorption émis par la terre est absorbée, et même a priori le rayonnement émis sur les bandes P et R, puisque l’épaisseur de la troposphère est bien supérieure à la distance nécessaire pour arriver à saturation.
J’entends votre réponse sur le dernier point de ma question, qui est que les molécules de GES restituent l’énergie absorbée par collision et non par émission radiative. Ma question se situait dans le raisonnement des tenants de l’effet de forçage radiatif, puisque tout est déjà absorbé avec 280ppm, j’ai du mal à comprendre pourquoi une augmentation à 400ppm changerait grand chose. Mais je ne vous demande pas de m’expliquer un raisonnement qui ne correspond pas à votre analyse! Merci de votre aide et engagement.
Mais attendez, je ne comprends pas l’intérêt profond de cette « démonstration », le résumé c’est quoi:
1- Qu’il n’y a rien à craindre ?
2- Que la température moyenne ne va pas augmenter drastiquement ?
3- Que nous n’avons aucun moyen d’agir et que quoi qu’il arrive il y aura des catastrophes ?
4- Qu’il n’y aura pas de catastrophe ?
5- Que l’augmentation des catastrophes et de leurs intensités est fausse ?
Merci de votre réponse.
La conclusion du texte auquel vous vous référez est que l’effet de serre radiatif, hypothèse de base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique, n’existe PAS dans les basses couches atmosphériques et que, par conséquent, cette théorie n’a aucune base scientifique. Cela ne remet pas en cause l’existence d’un éventuel changement climatique mais seulement l’origine anthropique d’un tel phénomène.
Peut-être un dernier point, si les molécules de GES restituent l’énergie absorbée par collision et non par émission radiative, cela veut dire que l’énergie du rayonnement infrarouge absorbé se transforme en augmentation de l’énergie cinétique des molécules de l’atmosphère, donc que la température de celle-ci augmente. Il n’y a pas d’effet de « doublement » de l’énergie reçue par la terre mais quand même un léger réchauffement de l’atmosphère je suppose.
Je suis très content que vous m’ayez indiqué la relation de Beer-Lambert qui était ce qui manquait à ma compréhension de l’absorption du rayonnement infrarouge. Je vois qu’il y a beaucoup de gens qui comme moi cherchent à comprendre, de bonne foi et avec une approche qui se veut aussi scientifique que possible (je suis passé par l’Ecole Polytechnique en France et Stanford). Cela n’empêche pas d’être convaincu d’un réchauffement, et surtout de la nécessité d’adapter notre société à un monde avec aussi peu d’énergie fossile que possible et plus chaud qu’hier.
Merci pour vos explications et votre pédagogie.
Merci pour votre commentaire.
Vous avez bien compris que les molécules de CO2, en se désactivant par collisions avec les molécules environnantes, augmentent l’énergie cinétique et donc la température de ces dernières. Pour estimer l’importance de cet effet il faut connaître la quantité d’énergie dissipée et le volume d’air dans lequel cette énergie est dissipée.
En intégrant l’équation de Planck pour un corps noir à 288 K (maximum d’émission à 10 µm) de 14 à 16 µm, domaine d’absorption du CO2, on calcule que 10 % du rayonnement thermique de la Terre sont émis dans cet intervalle de longueurs d’onde. Le CO2, quel que soit son coefficient d’absorption, ne pourrait donc absorber au maximum que cette fraction du rayonnement thermique de la Terre qui correspond à 20 % de l’énergie totale reçue du Soleil au sommet de l’atmosphère (fig.8 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/) donc finalement 2 % de 342 W m-2 soit environ 7 W m-2.
En utilisant la relation de Beer-Lambert on trouve que l’absorption du rayonnement thermique de la Terre par le CO2 est pratiquement totale pour une épaisseur atmosphérique de 8 m et la loi des gaz parfaits permet de calculer le nombre de molécules dans une colonne d’air de 8 m de hauteur et de 8 m3 de volume dans lequel sont dissipés 7 W (= 7 Js-1). On trouve que l’énergie cinétique moyenne Em des molécules N2 et O2 (= 5/2 k T où k est la constante de Boltzmann et T la température, ici 288 K) n’augmenterait en une seconde que d’environ 0,001 % (ou l’équivalent en température). Cette valeur ne sert qu’à fixer un ordre de grandeur car il n’y a évidemment PAS d’accumulation d’énergie cinétique au cours du temps puisqu’un important courant de convection existe déjà. Le gradient de température existant déjà dans les basses couches atmosphériques ne sera donc PAS affecté par la présence de CO2.
Il faut remarquer que la présence de CO2 dans l’atmosphère ne modifie PAS le bilan énergétique global de la Terre mais seulement l’importance relative des différents mécanismes de dissipation de l’énergie reçue du Soleil. Cela ne peut avoir aucune influence sur la température « globale moyenne » de la surface terrestre.
Le climat peut varier et il est judicieux d’économiser les combustibles fossiles mais l’hypothèse de l’effet de serre radiatif dû au CO2 n’a aucun fondement scientifique.
Bonjour au paragraphe a) vous écrivez: « La valeur de 342 W m-2 au sommet de l’atmosphère est basée sur l’idée que chaque mètre carré de la surface terrestre reçoit en continu le quart de 1368 W car la Terre n’intercepte le rayonnement solaire que sur une surface égale à celle d’un disque de même rayon. Cette valeur n’est pas mesurée mais calculée en admettant une distribution uniforme de l’énergie sur toute la surface terrestre sans tenir compte ni d’un hémisphère non éclairé, ni d’une variation en fonction de la latitude. De ce fait, elle est certainement surestimée mais une valeur correcte tenant compte de la vitesse de rotation de la Terre et de l’inclinaison de son axe de rotation donnerait lieu à des difficultés de calcul insurmontables. »
1) Ce calcul est effectivement simplifié, mais en réalité il est physiquement et mathématiquement correct car il suppose d’abord que tous les rayons lumineux émis par le soleil et reçus par la surface de la terre sont parallèles à l’axe des centres du soleil et de la terre inclus dans le plan de l’éclyptique. Mathématiquement ceci est vrai avec une excellente approximation compte tenu du calcul de la tangente de l’angle maximum qu’on peut avoir pour un rayon du soleil Rs=696342 km, distance entre centres O et O’ du soleil et de la terre considérés comme des sphères, rST=149597870 km et rayon de la Terre RT=6391 km: cet angle maximum entre le rayon lumineux le plus incliné partant par exemple du pôle solaire supérieur pour atteindre le « pôle Sud » de la Terre aurait une tangente maximale: Tan (θmax)=(Rs+RT)/rST=(696342+6391)/149597870 = 702733/149597870 = 0,00469748 soit un angle très faible en radians et en degrés: θmax= Atan(0,00469748) = 0,0046974454 rad = 16 »8,91 » d’arc avec un cos(θmax)=0,999988967 donc très proche de 1 et donc dire que l’angle θmax≈0 est nul entre le pire rayon émis par le soleil et capté par la terre et l’axxe de leurs centres OO’ est une bonne approximation… Les rayons solaires captés par la terre hémisphérique de rayon RT=6391 km sont bien presque tous parallèles à l’axe de leurs centre OO’
2) La surface du disque terrestre π.RT² qui intercepte ce rayonnement solaire est elle aussi parfaitement justifiée car elle résulte d’une intégrale double où l’élément de surface terrestre de l’hémisphère éclairé par ces rayons solaires est un petit rectangle de surface dST situé à un angle θ (est donc presque la latitude λ à l’inclinaison près de l’axe des pôles de la Terre par rapport à la normale au plan de l’éclyptique) au dessus du plan de l’éclyptique et mesuré dans le plan méridien de la terre qui coupe le plan de l’éclyptique par la droite des centres du soleil et de la terre OO’ et situé en azimut ou en longitude que je note φ.
Alors un calcul infinitésimal classique donne la surface élémentaire rectangulaire dST en fonction du rayon de la terre RT et de ses coordonnées angulaires θ et φ qui ressemblent aux coordonnées sphériques: dST= (RT.dθ) . (RT.cos(θ).dφ) car cet angle θ est l’angle complémentaire de celui utilisé habituellement en coordonnées sphériques qui se réfère usuellement à la normale au plan de l’éclyptique, mais ici θ se réfère à l’axe OO’ soleil-terre tracé horizontalement sur une figure géométrique.
On a donc finalement un élément infinitésimal de la surface sphérique de la Terre dST=RT².cos(θ).dθ.dφ et sur un hémisphère terrestre éclairé par le soleil on prend θ variant de -π/2 à +π/2 (c’est presque la latitude mais sans l’inclinaison de l’axe des pôles inutile pour ce calcul) et aussi φ variant de -π/2 à +π/2.
Le flux de puissance lumineuse solaire incident est fait de rayons parallèles ou presque à l’axe OO’ soleil-Terre donc le flux au travers de cette petite surface dST=RT².cos(θ).dθ.dφ doit être calculé en la considérant comme un vecteur surface qui fait à la fois un angle θ avec les rayons solaires dans le plan méridien et un angle φ dans le plan de l’éclyptique donc il faut la multiplier par cos(θ) et cos(φ) pour calculer la puissance incidente reçue par le système Terre sur une hémisphère tournée vers le soleil.
On doit donc intégrer l’expression dST. cos(θ).cos(φ)=RT².cos(θ).dθ.dφ .cos(θ).cos(φ) donc RT².cos²(θ).cos(φ).dθ.dφ sur les domaines de θ variant de -π/2 à +π/2 (c’est presque la latitude mais sans l’inclinaison de l’axe des pôles inutile pour ce calcul) et aussi φ variant de -π/2 à +π/2.
Et cette intégrale double à variables séparées donne le produit des deux intégrales simples de RT².cos²(θ).dθ et de cos(φ).dφ ce qui donne facilement RT².(π/2) . 2 = π.RT² qui est aussi la surface du disque, mais elle est parfaitement justifiée mathématiquement compte tenu de toutes les hypothèses prises dans ce calcul. La rotation diurne de la terre autour de l’axe des pôles même incliné reste un mouvement périodique et donc la valeur moyenne sur une période qui est 24h fait que la terre aura fait un tour complet et que donc chaque hémisphère éclairé alternativement par le soleil aura reçu la même puissance totale sur cette période donc la même énergie solaire totale et l’aura rayonnée aussi vers l’espace sous forme de rayonnement thermique de la même façon sur une période T=24 h donc à mon avis faire intervenir cette rotation périodique ne changerait rien au calcul de la valeur moyenne globale de la température TT ainsi calculée en disant que cette puissance est rayonnée sur la surface sphérique totale de la Terre ST=4.π.RT² selon la loi de Stefan Boltzmann alors que la puissance incidente n’est reçue effectivement que par la surface hémisphérique éclairée qui est bien strictement π.RT² surface du disque terrestre comme je viens de le redémontrer rapidement.
Je suis d’accord avec beaucoup de vos textes et très intéressé par votre site et je me classe dans les climatosceptiques comme vous en considérant que ce n’est certainement pas le CO2 qui a un effet prépondérant sur la température de la troposphère mais plutôt la vapeur d’eau comme vous, mais j’arrête là mon commentaire pour aujourd’hui. Merci pour cet excellent site web scientifique.
Merci pour votre commentaire.
Au paragraphe 4.1 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/ je précise que la distribution de l’énergie à la surface terrestre est loin d’être uniforme comme le montrent les valeurs mesurées par les satellites CERES à des altitudes de l’ordre de 800 km. Elles varient entre 20 et 440 W m-2 en fonction de la latitude. La valeur de 342 W m-2 mesurée aux environs des latitudes 37°N et 37°S est généralement acceptée comme valeur moyenne pour des raisons explicitées dans la suite du texte
Bonjour,
Permettez-moi de nuancer très sérieusement votre appréciation, que pourtant je partage dans une forte mesure, sur le calcul du GIEC, dont vous dîtes ( je vous cite) : « ce calcul est simplifié, mais parfaitement correct mathématiquement et physiquement ».
Il est exact que ce calcul, si on l’applique au seul rayonnement sortant du système terre-atmosphère, c’est-à-dire au rayonnement infrarouge de ce système vers le cosmos est très correct et prouve que la température associée à ce rayonnement sortant par la formule de Stefan-Boltzmann est de 144 K = -18°C.
En effet, ce calcul suppose que le rayonnement qu’il utilise soit isotrope dans toutes les directions. Et il est en première approximation assez exact de considérer le rayonnement infrarouge du système terre-atmosphère vers le cosmos comme quasiment isotrope.
Mais ce calcul ne prouve strictement rien d’autre. En particulier il ne nous renseigne en aucune manière sur l’influence du rayonnement solaire entrant sur la température qui règne au sol. Et ce calcul N’EST PAS APPLICABLE à ce rayonnement solaire entrant, tout simplement parce que ce dernier rayonnement n’est pas, lui, isotrope. Il est en particulier nul la nuit, ce qui n’est pas le cas du rayonnement sortant.
En conclure par exemple que la température qui règnerait au sol sans les gaz à effet de serre serait également de -18°C, c’est laisser croire, ce qui est manifestement faux, que le rayonnement entrant peut être considéré comme isotrope sous prétexte que le rayonnement sortant l’est. Laisser croire une telle chose n’a non seulement aucun fondement, mais constitue même à mon avis une très grave faute scientifique. On ne tient compte en effet ni de l’alternance jour-nuit, ni de la rotondité de la terre. Il est difficile de faire mieux en matière de faute de raisonnement !