L’effet de Serre atmosphérique engendre d’innombrables discussions sur son interprétation et son fonctionnement. Voici une page dédiée aux commentaires le concernant.
Un peu de lecture pour le comprendre :
Taking greenhouse warming seriously par Richard Lindzen
L’effet de serre atmosphérique : plus subtil qu’on ne le croit ! par Jean-Louis Dufresne
Comprendre l’effet de serre par P. de Larminat
Les commentaires seront lourdement modérés. Pas de hors-sujet et restons courtois.
Le fil de discussion précédent est archivé ici.
Dites moi si je raconte des
conbêtises .quand je vois cette courbe ça me dit que les émissions dans les 14µm correspondent à une température de corps noir à -50° ,sont moins puissantes mais pas qu’elles sont émises à 10000 M.
Ma petite contribution à la compréhension du bidulator:
Amha il faut distinguer le jour et la nuit:
1/ De jour
Le sol est chauffé par le soleil. Le principal GES (H2O) refroidit le sol vu qu’il absorbe une partie du rayonnement solaire (bandes d’absorption dans le proche IR) avant qu’il n’atteigne le sol, et quand il est sous forme condensée (nuages), il refroidit encore plus puisqu’il réfléchit le rayonnement solaire.
Le CO2 n’a pas d’impact sur le rayonnement solaire incident et donc sur l’intensité du réchauffement du sol par le soleil.
La convection et la chaleur latente de vaporisation/condensation refroidissent aussi le sol en transférant la chaleur reçue au sol vers le haut de la troposphère où elle est transmise vers l’espace par les GES (qui permettent ainsi à la convection de perdurer). Le profil vertical de T° est décroissant du bas vers le haut.
L’atmosphère agit comme une climatisation rafraîchissante grâce à la convection, aux changements d’état de l’eau et aux GES.
2/De nuit
En cas de faible effet de serre (absence de nuages et faible taux d’humidité), la « fenêtre atmosphérique » est grande ouverte et le sol – bon émetteur IR – peut se refroidir fortement par rayonnement vers l’espace. L’air en altitude étant mauvais émetteur se refroidit peu et on se retrouve avec une inversion de température.
Le CO2 intervient légèrement avec sa petite bande d’absorption IR en limitant un peu le refroidissement du sol et des premiers mètres de l’atmosphère, mais en augmentant aussi l’émissivité de l’atmosphère en altitude et donc son refroidissement par le haut. Il modifie légèrement le profil vertical de la T° sans empêcher l’inversion.
En cas de fort effet de serre, la « fenêtre atmosphérique » n’est que légèrement ouverte (fort taux d’humidité), voire fermée (nuages) et le sol se refroidit peu (voire pas) par rayonnement IR. En altitude les nuages et la vapeur d’eau rayonnent vers l’espace et permettent à l’air de se refroidir. Le gradient vertical de T° ne présente pas d’inversion dans la troposphère. L’impact du CO2 est faible comparé à celui de la vapeur d’eau ou des nuages.
Du point de vue de la surface, l’atmosphère agit comme une couverture d’autant plus efficace qu’elle est riche en GES (surtout sous forme condensée pour H2O).
3/Bilan
Entre effet « clim » et effet « radiateur » joué par l’atmosphère et ses gaz actifs dans l’IR selon l’altitude et l’hémisphère (jour ou nuit), je me demande qui de l’effet « clim » du CO2 en haute altitude et de l’effet « radiateur » à basse altitude de ce même CO2, l’emporte globalement.
Je me demande si la modélisation informatique, indispensable pour essayer de répondre à cette interrogation, est effectivement en mesure d’y répondre vu la complexité du système. A voir des schémas comme celui présenté par joletaxi (#847), la réponse est non.
devinplombier (#850),
Ce spectre te dit que le CO2 se « débarrasse » de son énergie à -53°c au niveau de la tropopause vers 13 km d’altitude.
Je t’ai fait un dessin pour que tu comprennes (j’ai compris cela en lisant le document de P. de Larminat cité en haut de cette page) :
http://fr.tinypic.com/r/zjb6h0/9
Hug (#852),
Jusqu’à preuve du contraire, le CO2 est à toutes altitudes un agent refroidissant pour l’atmosphère et une cause de réchauffement pour la surface. Je ne vois pas bien ce qui vous fait penser qu’il en irait autrement.
the fritz (#850),
les premiers mètres se refroidiraient peut-être, mais en l’absence de convection,l’atmosphère ne sera pas modifiée.
et si le sol chaud peut occasionner une convection, peu importante, le sol froid certainement pas
Nico D (#831),
Non, ce n’est pas la même chose, les backradiations c’est le rayonnement IR terrestre capté par les GES et dont la moitié est sensée être renvoyée ver la surface pour la réchauffer. Le flux DLR qu’on mesure inclut la fraction du rayonnement IR solaire qui est capté par l’atmosphère ainsi que celui qui est émis par les aérosols (eh oui l’air n’est pas propre).
Vous n’avez pas répondu à mes questions…
phi (#854),
A basse altitude, l’atmosphère est opaque vis à vis du rayonnement IR absorbé/émis par le CO2, il ne peut donc être agent refroidissant, ce n’est que lorsque le rayonnement qu’il émet peut s’échapper vers l’espace qu’il le devient, c’est à dire en altitude (vers la tropopause selon le diagramme mis en lien par devinplombier (#851),
Hug (#856),
La bande centrale peut effectivement être complètement bloquée près de la surface mais ce n’est pas le cas des ailes. Le CO2 va toujours refroidir son environnement immédiat même si le flux ne s’échappe pas directement dans l’espace. Il faudrait des conditions très particulières pour que l’absorption prenne le pas sur l’émission, peut-être directement sous une couche nuageuse ? mais en dehors de ça, ce n’est pas une question d’altitude.
Tricastin (#856),
Quelles sont vos references la dessus? Les papiers parlent toujours de DLR pour les wavelenght typiquement plus grande que 4um puisqu’à ces wavelenght l’écrasante majorité est terrestre ou atmosphérique.
Alors que typiquement les Shortwave c’est ce qui arrive du soleil. (inferieur a 4um)
Je vous encourage a lire les papiers vous y trouverez aussi les spectres qui ne laissent aucun doute sur la source atmosphérique puisqu’on y retrouve la signature des différents GES.
Ils me semblent avoir répondu a vos deux questions précédemment – je ne vois pas trop le besoin d’y ajouter grand chose.
Il y a qques semaines je vous parlais de l’article de Evans et Puckrin « MEASUREMENTS OF THE RADIATIVE SURFACE FORCING » qui donne justement les mesures des DLR.
Il s’agit d’un des articles qui analyse des spectres et qui nous donnent un impact de 10 à 50 W/m2 du CO2 sur l’EDS.
Que pensez-vous de la validité de ces valeurs et donc des conclusions de l’article ?
la zone tropicale pacifique ouest :
La plus forte irradiation
IRR
Ocean le plus chaud
SST
Atmosphere la plus humide ,
H2O
OLR la plus basse
OLR
c’est le CO2 ?
devinplombier (#861),
Le dernier lien est intéressant pour ce qui concerne une de mes lointaines controverses (avec Phi notamment, il me semble). Il s’agissait de savoir quel serait le gradient de température en l’absence de GES. Ce diagramme montre que la zone équatoriale qui reçoit le maximum du rayonnement solaire n’est pas et de loin celle qui émet le plus en IR. La chaleur ne pouvant s’évacuer facilement vers l’espace (nuages trop élevés / trop froids) la chaleur est transportée par convection en direction du maximum d’émission IR qui se trouve vers +/-20 ° de latitude (transport par convection de plus de 2000 km).
Cette convection (qui n’intéresse pas qu’une « fine couche ») existerait toujours en l’absence de GES, et serait même renforcée pour répartir la chaleur des tropiques sur l’ensemble de la surface du globe !
Nico D (#859),
Vous ne m’avez toujours pas répondu et j’aimerais que vous le fassiez.
A lire :
http://www.cgd.ucar.edu/staff/.....lltext.pdf
JC (#860),
Je ne me le rappelle pas. Je vais prendre le temps de lire ca. Encore une fois je ne me proclame pas expert en la matière – simple passionné – je vous dirai ce que j’en pense. Néanmoins a premiere vue 50W par m2 semble un peu bas mais ok – 10 W par m2 me semble trop faible par contre. (Estimation basé sur 300W.m-2 x 0.25)
Tricastin (#863),
Macroscopiquement l’air est réchauffé par rayonnement, convection, conduction. Au niveau moléculaires collisions, reactions chimiques, etc… Je lirai votre lien. Mais en ce qui concerne les 300Wpar m2 c’est les DLR, vous pouvez regarder les spectres, la signature est sans ambiguïté.
phi (#858),
Non.
Pour que le CO2 refroidisse c’est au-dessus de l’antarctique qu’il faut aller voir ou dans la stratosphère.
Tricastin (#856),
Non, il faut écrire: « Les ba ck-radiations (virtuelles), sont la composante dirigée vers le sol émise par les nuages et les GES sous l’effet de la chaleur reçue par convection depuis le sol et par rayonnement direct du soleil »
La température de l’atmosphère ne résulte que très peu du chauffage IR par le sol (23 W/m²), mais de la convection et du rayonnement direct (175 W/m² à eux deux). (Voir le diagramme de Trenberth, ou celui-ci) .
Nico D (#865),
Pas d’argument ?
Vous n’y êtes pas du tout. Le CO2 est un émetteur net d’IR et donc refroidit son environnement immédiat; sauf directement sous une couche de nuage car c’est le seul cas où le parcours moyen est plus court vers le haut que vers le bas.
papijo (#862),
Je dirai que plus les nuages sont élevés et plus l’atmosphère est raréfiée, et plus la radiation prend le pas sur les autres modes de transfert de chaleur
Nico D (#859),
Et Tricastin
A propos de Back Radiations ( BR) et DLR, il est évident que les BR existent (comme le pétrole abiotique d’ailleurs , mais je répondrais à cette dernière invention minitaxienne quand j’aurais un peu plus de temps ) les pôles reçoivent à peu 100 W/m2 de gain de chaleur qui se fait à peu près à 50% par le transfert océanique et 50% par le transfert atmosphérique , par conséquent, pour ce dernier par des DLR
Nico D (#865), phi (#867),
Quand les gens parlent de GES, en général ils se rallient à la majorité giecienne et disent qu’ils réchauffent , la Terre ben oui , mais ils refroidissent l’atmosphère ; en fait ils changent le gradient , mais j’ai l’impression que parler de gradient , c’est déjà trop compliqué ici.
D’ailleurs ils changent aussi bien le gradient vertical , que le gradient horizontal : ouille ouille ouille , là cela se complique encore , voir mon post ci-dessus
the fritz (#868),
OK , le rayonnement prend le pas sur la convection (provisoirement, je me pose des questions, j’y reviendrai un de ces jours …), mais néanmoins le rayonnement des nuages étant en T^4, la puissance évacuée est moindre. Comme il faut tout de même évacuer toutes les calories reçues du soleil, la convection s’arrange pour transporter « l’atmosphère chaude » là où il y a moins de nuages hauts, ce qui augmente le flux émis dans des zones « plus éloignées » de l’équateur.
phi (#867),
Juste pour te tiller un peu ; comment se fait-il alors qu’il fait 460°C à la surface de VENUS; Venus aurait donc un flux géothemique tellement supérieur à la Terre ?
the fritz (#872),
Il y a une différence fondamentale avec Venus. Sa constante solaire étant de 3140 W/m2, la température théorique de son atmosphère sans GES est de 212 °C, donc inférieure à la température effective des basses couches. L’effet de serre chauffe une partie de l’atmosphère de Venus. Pour la Terre, la température théorique d’une atmosphère sans GES est de 120 °C, donc très nettement supérieure à la température observée. L’effet de serre a donc sur les atmosphères de Venus et de la Terre des conséquences inverses.
De tout ce bazar la question est tout de même de savoir si un amplificateur d’énergie peut fonctionner sans apport d’une énergie supplémentaire.
Que ce soit pour du son ou une autre amplification de puissance la réponse est non !
daniel
« De tout ce bazar la question est tout de même de savoir si un amplificateur d’énergie peut fonctionner sans apport d’une énergie supplémentaire.
Que ce soit pour du son ou une autre amplification de puissance la réponse est non ! »
C’est vraiment le cœur du problème : on a une source de chaleur (le Soleil) et une couverture isolante (l’atmosphère) : on se demande d’ailleurs pourquoi la physique de l’atmosphère ne nous parle pas de conductivité thermique de l’atmosphère, de résistance thermique de l’atmosphère, de coefficient de transfert thermique, et de perte thermique plutôt que de nous parler d’effet de serre. on peut aussi se demander pourquoi le nombre de molécules n’est jamais présent dans les équations des climatologues.
L’énergie supplémentaire qui est émis dans le système terre ce sont toutes les énergies que l’on brûle ,charbon, bois , pétrole , gaz , nucléaire ,éoliennes , l’énergie solaire récupéré par les routes, les parkings, le béton des constructions diverses les capteurs solaires , les sols agricoles nus etc .
JC (#875),
Vu l’impossibilité de calculer l’effet de serre, les théoriciens, pour tenter une évaluation, ont fait le choix de se limiter à un seul mécanisme et ce n’est pas celui de la résistance aux transferts thermiques. Ils utilisent l’allongement du parcours de la chaleur dans l’atmosphère couplé avec l’hypothèse de l’invariance au premier ordre du gradient thermique. Cette hypothèse exclu a priori la prise en compte de l’augmentation de la résistance. Une des conséquences curieuses de cette théorie est que le flux de chaleur radiative est une constante, et donc, le flux de chaleur convectif est également une constante.
Ces implications de la théorie sont évidemment en contradiction frontale avec tout ce que l’on sait du fonctionnement des systèmes thermiques.
Daniel (#876),
C’est un dix millième de ce que nous envoie le soleil
Mais les ordres de grandeurs c’est difficile ; pour moi les W/m2 cela passe , pas les euros ou les dollars
Sinon, qqun sait-il sur quoi repose l’équation de Myrrhe/Hansen ?
Y a-t-il une base concrète à cette relation ?
phi (#877),
Phi : as-tu écris un document sur l’EDS ?
phi (#867),
Je vous avais mis devant les yeux un papier là-dessus. Vous pouvez aller le lire puisque manifestement vous ne l’avez pas lu. Je sais c’est peine perdu.
the fritz (#872),
Vous auriez pu prendre également la terre lorsqu’il y avait 2000ppm et que la *-constante-* solaire était 20% moins élevée mais que les temperatures y étaient plus chaude.
Ou tout simplement que si la correlation CO2 – Temperature est faiblarde au moins elle marche dans le sens opposé a celle que phi propose.
De toute les manière peu importe par ou vous regardez ses elucubrations vous n’y trouverez que du péremptoire.
JC (#875),
Réponse simple et agacée: Ouvrez n’importe quel livre en climato ou météo et lisez le.
Faut arrêtez de se prendre pour les king les boys – ca fait déjà pas mal de temps que pas mal de monde a produit des quantités incroyables de données, d’explications, de cours sur tout ce que l’on discutaille ici, la moindre des choses serait de faire preuve d’un peu d’humilité et des respecter leur travail en commençant par les lire et les comprendre.
JC (#875),
Autre question l’énergie cinétique de rotation de l’objet terre est-elle correctement pris en compte ?
Voir : TD n°1 : éléments d’astronomie – énergie mécanique de la Terre – énergie des marées – Bilan du système Terre – Réchauffement des océans.
https://perso.limsi.fr/bourdin/master/TD2013n1.pdf
Nico D (#881),
Vous êtes extraordinaire, vous contestez que le CO2 soit un émetteur net d’IR. Bien évidemment aucune publication ne contredit ce fait par ailleurs tellement évident puisque l’atmosphère largue 10 fois plus d’IR dans l’espace qu’elle n’en reçoit de la surface.
Et vous réussissez encore à ajouter :
Alors que que vous ne faites que gloser sans la moindre argumentation.
Nico D (#881),
« Réponse simple et agacée: Ouvrez n’importe quel livre en climato ou météo et lisez le.
Faut arrêtez de se prendre pour les king les boys – ca fait déjà pas mal de temps que pas mal de monde a produit des quantités incroyables de données, d’explications, de cours sur tout ce que l’on discutaille ici, la moindre des choses serait de faire preuve d’un peu d’humilité et des respecter leur travail en commençant par les lire et les comprendre. »
Je fais confiance au travail des chercheurs, ce n’est pas le problème. Sauf que je vois très bien qu’ils ne sont pas d’accord entre eux. Alors qui croire ? C’est bien ça le pb.
La théorie actuelle de l’effet de serre trouve ses fondations sur les travaux de combien de personnes ? 3 ? 5 ?
Quand on ne vient pas de cette science, on trouve tout de suite un truc d’incongru :
on nous parle en permanence du danger des molécules de CO2 que l’Homme rejette dans l’atmosphère et de son pouvoir réchauffant (c’est quand même ça la base de ce qu’on nous raconte à longueur de journée) et on ne voit nulle part parler de nombre de molécules comme si c’était un tabou alors que c’est quand même le cœur du discours. on connait pourtant l’énergie de vibration des molécules… on a vraiment l’impression que la chimie classique est absente de toute l’analyse proposée. Même la théorie actuelle d’apport des 150 W/m2 supplémentaire n’est pas claire. C’est quand même à n’y rien comprendre.
Dès le départ de la théorie de l’EDS, il y a un truc pas clair :
on utilise la formule du corps noir (qui normalement absorbe toute l’énergie reçue) pour la Terre (qui serait sans atm et océan) mais on utilise même pas l’énergie reçue véritablement par la Terre qui n’aurait pas d’atmosphère (342 W/m2) mais les 240 W/m2 càd l’énergie amputée de ce qui a été réfléchi alors que le corps noir est censé ne rien réfléchir. Bref un méli mélo pas clair qui sert de base, de fondation à toute la suite de la théorie. Rien que ça me gène.
Tiens, je remets mon tableau amélioré :
http://i65.tinypic.com/atu789.jpg
Nico D (#881),
Regardez donc ces diagrammes qui montrent comment interviennent les échanges avec l’atmosphère: celui-ci de l’ENS-Lyon, ou celui-là de la NASA, ou même le mien.
au sujet de l’altitude d’émission .
De quoi parle t’on: ce sont des molecules de co2 qui se désexcitent en relachant des photons à une longueur d’onde de ~ 15µm ,la même que la longueur d’onde reçue.Cela n’a rien à voir avec un corps noir.
L’énergie des photons ne dépend pas de la température ,elle dépend de la frequence (E=hv – Planck-Einstein),donc pas de l’altitude .
A moins que la frequence ne descende,l’énergie reste la même.
j’ai oublié le lien
Planck_Einstein
devinplombier (#887),
Je ne pourrais pas t’expliquer le mécanisme, mais apparemment on enregistre un spectre au sommet de l’atmosphère qui montre que le CO2 émet des IR vers l’espace à 220 K or « toute molécule qui absorbe un rayonnement à une certaine fréquence rayonne à cette fréquence mais à sa température propre qui pour un gaz est celle de l’air » donc si le CO2 rayonne à 220 K c’est qu’il absorbe les IR au niveau de la tropopause. Enfin, c’est comme cela que je comprends l’analyse du spectre.
devinplombier (#887),
Pour préciser:
– L’énergie du photon dépend de sa fréquence, et cette fréquence dépend de la température de la source
– L’énergie des photons dépend de (et même est égale à) l’énergie de chaque photon multipliée par le nombre de photons (nombre bien sûr proportionnel à la concentration de GES dans le cas d’un gaz)
JC (#889),
Le GES à une température T émet des IR en fonction de cette température T, qu’il ait été porté à cette température par rayonnement IR provenant d’une source à température quelconque, ou par convection. L’atmosphère se réchauffe essentiellement par convection.
papijo (#891),
Merci de cette précision importante. Ce petit détail m’éclaircit les choses.
papijo (#890)
JC (#892),
D’accord mais pas dans le cas qui nous occupe , la molécule reçoit une fréquence (photons) qu’elle réémet sans notion de température .Si on raisonne comme ça la fréquence va baisser avec l’altitude puisque la température baisse.
la molecule peut très bien recevoir cette fréquence (photons) au niveau du sol et la réémettre en altitude ne pouvant pas l’évacuer tant que l’atmosphere est opaque. ce qu’on voit c’est une puissance correspondant à celle d’un corps noir à 220k sur une seule petite bande de fréquences .mais on ne peut pas l’assimiler à un corps noir à 220K . ce que je veux dire ,c’est que si on augmente l’altitude d’émission on verra la même puissance sur le spectre.
papijo (#890), JC (#892), devinplombier (#893),
À toute fin utile :
La température d’un gaz parfait monoatomique est une mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules qui le constituent. Cette animation montre le mouvement des atomes d’hélium à 5 000 K, sous une pression de 1 950 atm ; la taille des atomes d’hélium et leur distances sont à l’échelle et la vitesse de déplacement des particules a été ralentie deux milliards de fois. Cinq atomes sont de couleur rouge pour faciliter le suivi de leurs mouvements
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Translational_motion.gif
Énergie cinetique :
https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8d0cc03f503c878f0bc0a1c94eb30931192041b6
Où kB est la constante de Boltzmann, N le nombre de particules et T la température (en Kelvin)
Wikipedia : https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Théorie_cinétique_des_gaz
phi (#873),
Cela avait fait tilt dans ma tête , mais je reprends ; J’ai travaillé les données de VENUS il y 15 ans et j’avais en tête 2600W/m2
J’ai repris la recherche et WIKI donne votre chiffre ; pourtant
énergie solaire (constante solaire) reçue par les planètes du système solaire
d’après compilations diverses : ac-Nancy-Metz, lycée Mermoz Dakar, ….
tableau Word peut être collé dans Excel
planète distance moyenne au soleil( 106 km) énergie reçue (W/m2)
Mercure 57,9 9467
Vénus 108,2 2730
Terre 149,6 1400
Mars 227,9 613
Jupiter 778,3 53
Saturne 1427 16
Uranus 2871 4
Neptune 4497,1 1,6
Il y a cet autre lien
https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.aa.16.090178.001041?journalCode=astro
Eux donnent 2670 W/m2
Je ne vais pas plus loin; je pense que vous devriez contacter WIKI pour leur demander leurs références ; la marge d’erreur entre 2600/2700 et 3140 me parait énorme et incompatible avec celles des mesures de distances planète/soleil et variation de l’activité solaire depuis qu’on la mesure avec précision
Pour Venus : 2613.9 W/m2 d’après le papier de Zeller.
Et les 130.7 W/m2 au sol généreraient 16381.5 W/m2 d’après la théorie de l’EDS !
devinplombier (#893),
Je ne peux pas te répondre car pas assez calé. La réponse m’intéresse aussi.
JC (#896),
J’avais calculé 16230 W/m2 à l’époque
devinplombier (#893),
La molécule émettra son photon quand elle en a envie, sans se soucier de ce qui est autour ! Elle ne va pas emmagasiner de l’énergie récoltée à basse altitude pour l’émettre plus tard « quand la voie est libre ».
A basse altitude, la molécule ayant absorbé un photon venant du sol va voir son énergie augmenter, partager cette énergie par chocs avec les molécules d’air (N2, O2, etc.) qu’elle rencontre, et peut-être au bout d’un certain temps se décider à émettre un photon (ayant une énergie liée à celle du volume d’air entourant la molécule de GES). Ce photon va aller buter soit vers le sol ou un nuage, soit vers une molécule de gaz non GES (ça ne lui fait rien à part une légère diffusion / changement de direction), ou une molécule de GES qui va l’absorber si il a une fréquence convenable, sinon et s’il n’est pas dirigé vers le sol ou un nuage, il va s’échapper dans l’espace.
S’il n’y avait pas de convection, une molécule de GES au niveau N1 émettrait 50% de photons caractéristiques de la température T1 vers le bas, et 50% vers le haut, dont ceux captés à un niveau N2 > N1. Les GES du niveau N2 réémettront des photons caractéristiques de la température T2, et ainsi de suite jusqu’à ce que les photons dirigés vers le haut ne rencontrent plus d’obstacle pour s’échapper dans l’espace. Tout cela est très lent, et en pratique, c’est la convection qui « fait monter la chaleur » du sol jusqu’à la tropopause.
the fritz (#895),
Constante solaire = Energie solaire / (4 x PI x Distance planète-Soleil en mètre au carré)
Pour Venus : D = 108.10^9 m