L’héliothermomètre et l’effet de serre

J’ai reçu par courriel un « document pédagogique » parait-il produit par la MAIF dont c’est le cœur du métier :

FICHE 8 – FICHE TP – UNE EXPÉRIENCE SUR L’EFFET DE SERRE QUE DES ÉLÈVES POURRAIENT FABRIQUER EUX-MÊMES

L’idée qu’il y a derrière l’expérience proposée est de montrer qu’un des arguments favoris des climato-sceptiques est erroné.

Les climato-sceptiques disent souvent :

« L’absorption des infrarouges par l’atmosphère est déjà quasi-totale (dans les longueurs d’onde en jeu pour l’effet de serre). Donc rajouter du CO2 ne peut rien changer. »

Si la première phrase est parfaitement correcte, la déduction qui en est faite est fausse et c’est ce que l’expérience veut montrer.

L’expérience proposée, c’est celle qu’a réalisée Horace-Bénédict de Saussure, célèbre naturaliste suisse e la 2ème moitié du 18ème siècle : il voulait voir si le soleil chauffait autant à toute altitude alors que la température décroissait fortement avec l’altitude. Il a donc construit une sorte de serre (en fait le principe même des panneaux pour chauffe-eaux solaires modernes) il a appelé son dispositif un héliothermomètre, pour mesurer la chaleur reçue du soleil.

Voici le schéma de son dispositif :

[…]

Je coupe, à la source :

Je fis donc faire une caisse en sapin d’un pied de longueur sur 9 pouces de largeur et de profondeur hors d’oeuvre; cette caisse de demi-pouce d’épaisseur étoit doublée intérieurement d’un liège noir épais d’un pouce. J’avois choisi cette écorce comme une matière légère et en même temps très coërcente ou très peu perméable à la chaleur. Trois glaces entrant à coulisse dans l’épaisseur du liège placées à un pouce et demi de distance l’une de l’autre fermoient cette boîte qu’après avoir traversé ces trois glaces.

Pour que le Soleil frappât toujours perpendiculairement ces glaces, qu’il fît par cela même la plus grande impression sur elles, et souffrît le moins de réflexion possible, j’avois soin dans mes expériences de faire suivre à ma caisse le mouvement du Soleil, en la retournant régulièrement toutes les 20 minutes, en sorte que le Soleil éclairât exactement la totalité du fond de la caisse. La plus grande chaleur que j’aie obtenu par ce moyen a été de 87,7, c’est-à-dire de près de 8 degrés au-dessus de la chaleur de l’eau bouillante.

Horace-Bénédict de Saussure

D’habitude on a une boite à un étage, mais là on en a trois. Alors je suis perplexe. La MAIF semble penser que cela est utile pour démontrer que l’effet de serre additionnel fonctionne en élevant la couche effective d’émission de l’atmosphère vers l’espace libre,  l’effet de serre n’est donc pas saturé (je ne conteste pas ce dernier point).

C’est assurément un anachronisme de penser que c’était là l’objectif de Saussure. Plus surement il voulait démontrer que les théories de Raleight et de Mie n’avaient qu’un effet négligeable sur la température d’une colonne d’air. Ses écrits laissent plutôt penser qu’il était payé par Saint-Gobain pour influencer la réglementation thermique 1774 et favoriser le triple-vitrage. Je cite :

C’est un fait connu, et sans doute depuis longtemps, qu’une chambre, un carrosse, une couche, sont plus fortement réchauffé par le Soleil, lorsque les rayons passent au travers de verres ou de châssis fermés, que quand ces mêmes rayons entrent dans les mêmes lieux ouverts et dénués de vitrages. On sait même que la chaleur est plus grande dans les chambres dont les fenêtres ont une double châssis.

Vous êtes libres de trouver toutes les raisons physiques possibles qui font que cette expérience ne peut pas fonctionner dans le sens ou elle est instrumentalisée.

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367 Comments     Poster votre commentaire »

351.  lemiere jacques | 14/10/2017 @ 9:36 Répondre à ce commentaire

Murps (#340), ou qui ferait d’un bulle de dioxygène dans l’espace ne rayonnerait pas… ben si..ceci dit au premier ordre si on compare à un gaz ges on peut dire oui… une atmosphère sans ges ne rayonne que pouic.
la capacité à rayonner à par exemple aussi à voir à la probabilité d’accéder à un niveau excité lors de ce qu’on traite comme une collision molécule molécule, beaucoup moins probable pour certaines molécules que pour d’autres compte tenu des energies de collision pour une temperature donnée.

352.  joletaxi | 14/10/2017 @ 10:08 Répondre à ce commentaire

papijo (#347),

oubliez tout ce que vous avez constaté et utilisé dans votre expérience professionnelle.
Des chauffages radians au plafond, vous rêvez ou quoi?
des colonnes de recyclages plafond sol, c’est quoi ce bazar?

concernant l’effet de déstabilisation de l’atmosphère par les GES quelques questions?
sans GES, à l’équilibre, on va avoir une courbe de t° bien stable
avec GES, on aura une autre courbe différente, tout aussi stable.
En tout point de l’atmosphère, dans les 2 cas, chaque molécule se trouve à un état énergétique , fonction de sa T° et de pression.
Par contre si vous introduisez dans la machine de l’eau, là effectivement on aura déstabilisation, parfois même très violente.
Juste pour voir, mon atmosphère entièrement constituée de CO
?

353.  Bernnard | 14/10/2017 @ 12:29 Répondre à ce commentaire

Bernnard (#350),
A part une moquette « spéciale » le sable fait l’affaire.
En fait, j’oubliais mais un sol de sable chauffe bien si on projette des IR dessus parceque l’atome de silicium est lié aux autres atomes de silicium par un atome d’oxygène formant un « pont » et aussi lié à un atome d’oxygène lui même lié à un hydrogène ce qui forme des radicaux hydroxyles libres (O-H) surtout en surface des grains de sable. Ces radicaux peuvent être excités par un rayonnement IR et ils peuvent perdre cette excitation (vibratoire) en communiquant de l’énergie cinétique aux molécules gazeuses non GES. Ce qui chauffe.

354.  papijo | 14/10/2017 @ 13:30 Répondre à ce commentaire

volauvent (#349),
Ce que je dis, c’est que dans les conditions de l’exemple que je donne, pour Tsih, il ne doit y avoir pratiquement aucune convection possible (ce qui n’est bien sûr pas vrai) et donc que cela autorise toutes les « solutions » absurdes que je présente (et auxquelles bien sûr je ne crois pas !).

Bernnard (#350),
Dans la

355.  papijo | 14/10/2017 @ 13:40 Répondre à ce commentaire

volauvent (#349),
Ce que je dis, c’est que dans les conditions de l’exemple que je donne, pour Tsih, il ne doit y avoir pratiquement aucune convection possible (ce qui n’est bien sûr pas vrai) et donc que cela autorise toutes les « solutions » absurdes que je présente (et auxquelles bien sûr je ne crois pas !).

Bernnard (#350),
Dans la vraie vie, les surfaces qui réfléchissent parfaitement les IR n’existent (presque) pas. J’ai connu néanmoins un exemple approchant, dans un atelier de laminage d’aluminium, des brames sortant de coulée continue à par exemple 400°C ne rayonnent presque pas: vous pouvez les approcher sans pratiquement rien ressentir (attention à ne pas les toucher !), alors que s’il s’était agi de brames d’acier à la même température, le rayonnement suffit à vous tenir éloigné à plusieurs mètres (les brames d’aluminium se refroidissaient très bien sans recours aux IR, merci à la convection).
NB: Une brame c’est une grosse plaque de métal destinée au laminage

356.  Bernnard | 14/10/2017 @ 14:25 Répondre à ce commentaire

papijo (#355),
Dans la vraie vie oui, parcequ’il est inévitable d’avoir des traces d’eau sur terre dans quoi que ce soit. Mais je peux vous garantir que NaCl pur et complètement sec est transparent aux IR et n’interfère pas avec ceux ci.

357.  Bernnard | 14/10/2017 @ 15:06 Répondre à ce commentaire

papijo (#355),
Pour éviter toute incompréhension, en #350, je ne dis pas que les IR sont réfléchis par le sel qui ne chauffe pas.
Ils traversent NaCl sans plus. C’est le support de ce sel qui pourrait peut-être interagir et/ou chauffer ou réfléchir les IR suivant sa nature.
NB. Comme toute transmission optique, la loi de Beer Lambert s’applique et une grosse épaisseur de sel stoppe tous les IR (suivant le coefficient d’absorbance du sel pour une longueur d’onde défini)
Tous cela pour dire que le chauffage radiatif du sol de votre local va dépendre de la nature de ce sol. Cela se confirme dans la nature où les sols de nature différentes au soleil n’atteignent pas une température identique sous le même flux.

358.  papijo | 14/10/2017 @ 15:53 Répondre à ce commentaire

Bernnard (#357),
Je crois qu’il ne faut pas poursuivre trop longtemps cette discussion … manifestement vous évoluez dans un monde de corps purs avec des surfaces dépourvues de toute trace de corrosion ou impureté. Personnellement, je viens plutôt d’un monde où tout est opaque, sale, corrodé, couvert de dépôts de nature parfaitement inconnue et … d’émissivité de l’ordre de 90 à 95% (et il n’y a pas beaucoup d’exceptions) ! Je ne nie pas que « votre » monde existe quelque part, mais reconnaissez que c »est plutôt rare: neige fraîche, métaux parfaitement polis … et laboratoires !

359.  Bernnard | 14/10/2017 @ 16:11 Répondre à ce commentaire

papijo (#358),
Je vous accorde qu’un monde sans impuretés aucune est imaginaire. C’est bien pourquoi qu’on le veuille ou non, il y aura toujours une interaction de la matière nous environnant avec les flux IR qui sera plus ou moins forte. Et il y aura en conséquence un certain réchauffement . Il faut tout de même admettre que l’eau et pour ne considérer que ces deux gaz atmosphériques le CO2 qui nous préoccupent, sont capables d’interagir fortement et présentent des bandes marquées d’absorption pour certaines longueur d’ondes IR.
Restons en là.

360.  papijo | 14/10/2017 @ 18:57 Répondre à ce commentaire

Bernnard (#359),
Je suis d’accord. Pour info, dans mon ancien métier (fours, chaudières, etc…), avec des fumées de combustibles avec de l’ordre de 10% de H20 et CO2 (10 000 ppm chacun), on utilisait les formules de calcul « avec rayonnement » uniquement à des températures au-delà de 5 à 600°C. Au dessous, on utilisait les formules de convection (pour des vitesses de gaz de l’ordre de 10 m/s soit 36 km/h), le terme « rayonnement » étant négligeable. Alors, quand on me parle de la « faiblesse » des échanges convectifs vis à vis du rayonnement à 15°C et 400 ppm CO2 (+ 1 ou 2% de H2O) … je réagis !

361.  Murps | 14/10/2017 @ 19:28 Répondre à ce commentaire

papijo (#360), plutôt de votre avis…

362.  volauvent | 14/10/2017 @ 19:40 Répondre à ce commentaire

papijo (#360),

J’ai l’impression que vos ne lisez même pas vos contradicteurs. Personne ne vous dit que les échanges convectifs sont faibles; on vous dit qu’ils seraient faibles si il n’y avait pas de GES dans l’atmosphère.

363.  papijo | 15/10/2017 @ 17:15 Répondre à ce commentaire

volauvent (#362),

Personne ne vous dit que les échanges convectifs sont faibles; on vous dit qu’ils seraient faibles si il n’y avait pas de GES dans l’atmosphère.

Et moi je réponds que dans une ambiance où les GES n’ont aucune action (car les épaisseurs de gaz sont trop faibles: hall d’usine, gymnase, église …), les échanges convectifs sont forts et qu’on se donne bien du mal pour lutter contre !

364.  Ecophob | 17/10/2017 @ 19:50 Répondre à ce commentaire

Je crois que pour mettre tout le monde d’accord au niveau de l’héliothermomètre, il suffit de regarder le graphique de l’évolution de la sensibilité climatique mis à jour par Nicolas Scafetta… A partir de 2015 on assiste à un effondrement des valeurs publiées.

365.  amike | 17/10/2017 @ 23:11 Répondre à ce commentaire

papijo (#363), … cages d’escalier ?
Chez moi, entre le sous-sol et l’étage, j’ai voulu tempérer la partie RDC qui est la plus souvent occupée. Pour éviter que le radiateur ne chauffe en continue, j’ai fermé l’escalier par un rideau occlusif.
Cette année, je vais tenter une expérience : plutôt que d’utiliser un rideau long qu’il faut tirer, je vais le raccourcir pour former une « cloche » qui devrait suffire à garder l’essentiel de la bulle d’air chaud au plafond.
On verra l’effet pour le confort du passant et l’activité du radiateur…

366.  papijo | 18/10/2017 @ 8:46 Répondre à ce commentaire

amike (#365),
Il faudra faire l’essai avec et sans chaussettes ! A votre place, je craindrais l’arrivée d’air froid au niveau des pieds qui devrait se faire très nettement sentir !
Pour ce qui est du rideau en bas de l’escalier, j’ai aussi fait l’expérience, et ça avait marché !
NB; J’ai également (ou plutôt ma femme) mis un rideau, au départ pour des raisons esthétiques, devant une porte d’entrée mal isolée, et l’amélioration est très nette, hiver comme été (la porte est exposée à l’ouest et fortement chauffée par le soleil de fin d’après-midi).

367.  amike | 18/10/2017 @ 14:08 Répondre à ce commentaire

papijo (#366),

A votre place, je craindrais l’arrivée d’air froid au niveau des pieds qui devrait se faire très nettement sentir !

Je n’ai pas sacrifié à la mode d’installer des bureaux sur des paliers d’escalier 😉 : on y marche plus qu’on stationne et celui qui veut marcher pieds-nus sera surtout sensible au touché du sol relativement frais.
En fait, c’est le haut du corps (dos, épaules, cou) qui ne devra pas ressentir de coup de froid. Sinon, on referme tout !