Billet de Tom Vonk invité sur WUWT (Tom est un physicien et posteur depuis longtemps dans de nombreux blogs climatiques), traduit par Marot.
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Si vous cherchiez "effet de serre" dans Google et que vous receviez 1 centime pour chaque affirmation telle que … "Le CO2 absorbe l'énergie infrarouge sortant réchauffe l'atmosphère» – ou – "Le CO2 piège une partie du rayonnement infrarouge entre le sol et la partie supérieure de l'atmosphère"… vous seriez millionnaire.
Même les sites web réputés avoir un bon niveau scientifique, comme "Science of Doom" publient des phrases comme ci-dessus. Ces déclarations sont toutes fausses et elles arrivent si souvent que j'ai soumis ce billet à Anthony pour éclairer cette question une fois pour toutes.
Fig1 : Vision simpliste du CO2 piégeant la chaleur.
Si on se demande pourquoi il n'y a pas de papier relu par les pairs sur cette question, c'est parce que tout ce qui suit est dans les manuels scolaires. Nous allons utiliser des résultats de thermodynamique statistique et de mécanique quantique connus depuis quelques 100 ans et plus. Plus spécifiquement, voici ce que nous allons prouver : "Un volume de gaz en équilibre thermodynamique local (ETL) ne peut pas être chauffé par le CO2." Je vais vous présenter trois notions nécessaires pour bien comprendre.
L'Équilibre thermodynamique local (ETL)
Cette notion a un rôle central, donc quelques mots sur sa définition. Tout d'abord, ce que n'est pas l’ETL. L’ETL n'est pas l’équilibre thermodynamique (ET), c’est une hypothèse plus faible. L’ETL ne nécessite cet équilibre que dans le voisinage de chaque point. Par exemple, la température peut varier dans le temps et l’espace à l’intérieur d’un volume de sorte qu’il n’est pas en équilibre thermodynamique. Toutefois, s’il y a un équilibre dans chaque petit sous-volume de ce volume, nous serions en ETL.
Intuitivement, la notion d’ETL est liée à la rapidité avec laquelle les particules se déplacent et à leur densité. Si la particule reste assez longtemps dans un petit volume pour interagir avec les autres particules de ce petit volume, par collision par exemple, alors la particule sera en équilibre avec les autres. Si elle ne reste pas assez longtemps elle ne peut pas se mettre en équilibre, il n'y a pas ETL.
Il y a deux raisons qui justifient que l'ETL est primordial.
D’abord, une température ne peut pas être définie dans un volume qui n'est pas en ETL. C'est facile à comprendre. La température est une énergie moyenne dans un petit volume en équilibre. Dès lors que sans ETL, il n'y a pas d'équilibre dans chaque petit volume, la température ne peut pas être définie. Ensuite, la distribution de l'énergie dans un volume en ETL suit des lois connues et peut être calculée.
La loi d'équipartition de l'énergie
L'énergie cinétique est présente sous plusieurs formes. Un gaz monoatomique n’a que de l'énergie cinétique de translation, le ½ m.V ² bien connu. Un gaz polyatomique peut aussi vibrer et tourner, il a donc en plus de l'énergie cinétique de translation, les énergies cinétiques de vibration et de rotation. Pour définir l'énergie cinétique totale d’une molécule, nous devons tenir compte de ces trois formes.
Soit la question suivante : "Si l'on ajoute de l'énergie à une molécule, que fera-t-elle ? Augmenter sa vitesse ? Augmenter sa vibration ? Augmenter sa rotation ? Un mélange des trois ? " La réponse est donnée par la loi d'équipartition de l'énergie. Elle dit: «En ETL l'énergie est partagée également entre ses différentes formes ».
Comme nous avons vu que la température est une énergie moyenne, et qu'elle n'est définie que sous condition d’ETL, on peut relier l’énergie cinétique moyenne <E> à la température. Par exemple <E> = 3/2.KT pour un gaz monoatomique comme l’hélium. Le facteur 3/2 vient des trois degrés de liberté de translation (trois dimensions d'espace). Il peut être reformulé en disant que l'énergie cinétique par degré de liberté de translation est de ½. KT. On en déduit les lois des gaz parfaits, les capacités de chaleur massique et bien plus encore. Pour les molécules polyatomiques avec vibration et rotation, les calculs sont plus compliqués. Le point important de cette loi statistique est que si nous ajoutons de l’énergie à un grand nombre de molécules, cette énergie sera partagée également entre les degrés de liberté de translation, rotation et vibration.
Mécanique quantique (MQ) des interactions des molécules avec le rayonnement infrarouge (IR).
Toutes les interactions entre molécules et rayonnement infrarouge sont régies par la mécanique quantique. Par conséquent, les processus ne peuvent pas être compris sans quelques notions de base.
Le point le plus important est que seuls les modes de vibration et de rotation d’une molécule peuvent interagir avec le rayonnement infrarouge. En outre cette interaction n’a lieu que si la molécule a un moment dipolaire non nul. Comme un moment dipolaire non nul implique de l'asymétrie dans la distribution des charges électriques, il est particulièrement important dans les molécules non symétriques. Par exemple, la molécule d'azote N-N est symétrique et n'a pas de moment dipolaire permanent.
Fig2 : Les quatres modes vibratoires du CO2.
O=C=O est symétrique et n'a pas de moment dipolaire permanent. C=O est non symétrique et a un moment dipolaire permanent. Cependant pour interagir avec des IR, il n’est pas nécessaire que le moment dipolaire soit permanent. Bien que O=C=O n’ait pas de moment dipolaire permanent, avec certains modes de vibration, apparaît une asymétrie et ces modes absorberont et émettront des IR. L’azote N-N aussi, en collision avec une autre molécule sera déformé et aura un moment dipolaire transitoire qui lui fera absorber et émettre des IR.
Dans la figure de gauche vous voyez les 4 modes de vibration possibles du CO2. Le premier est symétrique et n’a pas de moment dipolaire, il n’interagit pas avec l’IR. Le deuxième et le troisième sont semblables et ont un moment dipolaire. Ces deux là forment la fameuse bande à 15μ. Le quatrième très asymétrique a aussi un moment dipolaire.
Que veut dire interaction entre un mode de vibration et IR ?
Les énergies de vibration sont quantifiées, elles ne peuvent prendre que certaines valeurs discrètes. Le schéma ci-dessus montre ce qui arrive quand une molécule rencontre un photon dont l'énergie ( h.ν ou ђ.ω) est exactement égale à la différence E1-E2 entre les deux niveaux d'énergie. La molécule absorbe le photon et «bondit» de E1 à E2. Bien sûr, le processus inverse existe aussi – une molécule dans le niveau d'énergie E2 peut «sauter» de E2 vers E1 et émettre un photon d’énergie E2-E1.
Fig3 :Interaction CO2 et infrarouges.
Mais ce n'est pas tout. Il y a aussi des collisions et pendant les collisions tous les processus suivants sont possibles :
– interaction translation-translation, collision banale des boules de billard,
– interaction translation-vibration, l'énergie est échangée entre les modes vibration et translation,
– interaction translation-rotation, l'énergie est échangée entre les modes rotation et translation,
– interaction rotation-vibration … etc.
Pour ce qui nous concerne ici, à savoir un mélange de CO2 et N2 sous rayonnement infrarouge, seuls deux processus sont importants: translation-translation et translation-vibration. Nous négligerons donc tous les autres processus, sans perte.
Démonstration.
Le processus translation-translation (collision de sphères) est bien compris depuis plus de 100 ans. Il peut être étudié par la mécanique statistique semi-classique. Le résultat est que les vitesses des molécules (énergie cinétique de translation) dans un volume de gaz en équilibre suivent la distribution de Maxwell-Boltzmann. Comme cette distribution est invariante à température constante, il n'y a pas de transfert net d'énergie et nous n'avons pas besoin d'analyser davantage ce processus.
Les deux processus sont à considérer :
CO2 + γ → CO2* (1) c'est à dire "une molécule de CO2 absorbe un photon infrarouge γ et entre dans l’état vibratoire CO2 *"
CO2* + N2 → CO2 + N2⁺ (2) c'est à dire «une molécule CO2 excitée en vibration CO2* heurte une molécule N2 et tombe à un état énergétique vibratoire inférieur pendant que la molécule N2 augmente sa vitesse à N2⁺ ».
Nous utilisons deux symboles différents d’états excités pour distinguer les modes d'énergie – vibration (*) pour le CO2 et translation (⁺) pour N2. En d'autres termes, il y a transfert entre les degrés de liberté de vibration et de translation dans le processus (2). Ce processus dans des conditions de non-équilibre est parfois appelé thermalisation.
Le processus microscopique (2) est décrit par des équations réversibles. Toutes les interactions électromagnétiques et mécaniques sont régies par des équations invariantes si l'on inverse le temps. Ce n'est pas vrai pour les interactions électrofaibles mais elles ne jouent aucun rôle dans le processus (2). Encore une fois avec des mots simples, cela signifie que si le processus (2) se produit, le processus inverse, savoir CO2 + N2⁺ → CO2* + N2 se produit aussi. Ce processus inversé où la molécule rapide (c.-à-d. chaude) N2 ralentit et excite une molécule CO2 en vibration est celui du laser N2/CO2. La bonne façon d'écrire le processus (2) est donc :
CO2* + N2 ↔ CO2 + N2⁺ (3) où la double flèche ↔ au lieu de la flèche unique → nous dit que ce processus va dans les deux sens. Maintenant, l'aspect le plus important est : «Quels est le rythme des processus → et ← ? »
Les conditions ETL et la loi d'équipartition de l'énergie donnent immédiatement la réponse : "Ces taux sont exactement égaux". Cela signifie que pour chaque collision où un CO2 * excité en vibration transfère de l'énergie à un N2, il y a une collision où un N2⁺ transfère la même énergie à un CO2 et l’excite en vibration. Il n'y a pas de transfert net d'énergie du CO2 à N2 par l'interaction vibration-translation. Comme nous avons vu que le CO2 ne peut pas transférer de l'énergie au N2 par translation-translation, il n'y a pas de transfert net d'énergie (c.-à-d. "chauffage") du CO2 à N2.
Notre proposition est donc démontrée.
Le processus (1) a un corollaire intéressant, l'absorption IR par les molécules de CO2. Nous savons qu’à l'équilibre, la distribution des états quantiques de vibration (c.-à-d. le nombre de molécules dans un état d’énergie Ei ) est invariante et ne dépend que de la température. Par exemple, seulement 5% des molécules de CO2 sont en état vibratoires excité à la température ambiante, 95% sont au repos.
Par conséquent, pour maintenir constant le nombre de molécules excitées en vibration, chaque fois qu’une molécule de CO2 absorbe un photon infrarouge et entre en vibration, il faut qu’une autre molécule de CO2 se désexcite à un état d'énergie inférieure. Comme nous avons vu plus haut que cette détente ne peut pas arriver par des collisions avec N2 parce qu’aucun transfert net d'énergie n’est possible, seul le processus (1) est disponible. La bonne façon d'écrire le processus (1) devient alors :
CO2 + γ ↔ CO2* (1)
La double flèche montre que le processus d'absorption (→) se produit en même temps que le processus d'émission (←). Parce que le nombre de molécules excitées dans un petit volume en ETL doit rester constant, il s'ensuit que les deux processus d'émission/absorption doivent être équilibrés. En d'autres termes, le CO2 qui absorbe fortement l’infrarouge à 15μ émettra fortement à peu près autant de radiations à 15μ qu’il a absorbé. C’est indépendant de la concentration de CO2 et de l'intensité du rayonnement infrarouge.
Pour ceux qui préfèrent des preuves expérimentales à des arguments théoriques, voici une expérience simple qui confirme les affirmations précédentes. Prenons une sphère creuse remplie d’air à 15 °C. Installez un détecteur infrarouge à la surface de la cavité. Ceci est équivalent à l'atmosphère dans la nuit. La cavité émettra de l’IR selon la loi du corps noir. Certaines fréquences de cette radiation corps noir seront absorbées par les modes de vibration des molécules de CO2 présentes dans l'air.
Ce qui sera observé :
– Le détecteur montre que la cavité absorbe la même puissance à 15μ qu’elle en émet.
– La température de l'air reste à 15 ° C et plus particulièrement le N2 et O2 ne chauffent pas.
Ces observations démontrent donc que le CO2 émet autant qu’il absorbe et qu'il n'y a pas de transfert net d'énergie entre les modes de vibration de CO2 et les modes de translation de N2 et de O2. Si vous doublez la concentration de CO2 ou faites varier la température, les observations resteront identiques montrant que nos conclusions sont indépendantes de la température et des concentrations de CO2.
Conclusion et mises en garde.
Le point principal est que chaque fois que vous entendez ou lisez que le «CO2 réchauffe l'atmosphère», que «l'énergie est piégée par le CO2, que« l'énergie est emmagasinée par les gaz de serre » et des déclarations similaires, vous pouvez être sûr de ne pas avoir une source crédible d’information sur les rayonnements.
Mise en garde 1
Ce qui vient d'être démontré ne peut pas être interprété comme «le CO2 n'a pas d'incidence sur la dynamique de l'atmosphère-système terrestre». Ce que nous avons prouvé est que le CO2 ne peut pas chauffer la masse de l'atmosphère mais le système global ne se réduit pas à l'atmosphère. Il a deux interfaces – le vide d'un côté et la surface de la Terre de l'autre côté. Ni le premier ni le second ne sont en ETL et nos arguments n’y sont pas valides. La dynamique du système est régie par le taux d’échange du sol et dont les variations ne dépendent pas seulement de la convection, des changements de chaleur latente et de la conduction mais aussi du transfert radiatif. Les concentrations de CO2 (et H2O) jouent un rôle dans cette dynamique, mais ce n'est pas le but de ce post d’examiner ces aspects beaucoup plus complexes et mal compris.
Mise en garde 2
Vous pourrez lire ou entendre que «le CO2 n’a pas le temps d'émettre des infrarouges car son temps de relaxation est beaucoup plus grand que le temps moyen entre collisions». Nous savons maintenant que cette conclusion est clairement fausse mais paraît de bon sens si l'on accepte les hypothèses qui sont exactes. Où est alors le problème?
Bien que les collisions prédominent, le CO2 sera en effet souvent relaxé par le processus de collision. Mais de ce fait, il sera souvent excité par le processus de collision. Les deux processus se produiront à des taux égaux en ETL comme nous l'avons vu. Comme pour l’émission, nous parlons en général d'environ 10ⁿ molécules avec n de l'ordre de 20. Même si le temps moyen d’émission est plus grand que l’intervalle entre les collisions, Il y a encore un grand nombre de molécules excitées qui n’ont pas eu l'occasion de se relaxer par collision et qui émettront. Il n'est pas étonnant que ce soit aussi ce que montre l'expérience.
(Source)
@@@@@@
Laurent (#292)
Mais on est bien d’accord : l’atmosphère n’est pas un corps noir !
Pas assez dense, pas assez épaisse.
Il faut quand même remarquer que dans la bande d’absorption de la vapeur d’eau on n’en est pas loin. C’est une seule bande spectrale mais c’est toujours celle-là qui ne refroidit pas la Terre.
On se comprend assez bien finalement, et si j’ai donné la définition au début, c’était pas vraiment pour toi…
Le problème du CO2, c’est la même logique sauf qu’en effet on n’est pas dans le corps noir.
Au final, les GES arrêtent la moitié du rayonnement thermique, en intégrant toutes les absorptions pour toutes les bandes spectrales.
Si on regarde la Terre de l’espace (donc la TOA) dans l’infrarouge, l’intensité rayonnante (luminance) y sera la moitié de celle si on se place entre la surface terrestre et l’atmosphère.
Le problème de back-radiation c’est une conséquence hyper logique de la situation puisque c’est le seul effet qui puisse fermer la boucle radiative. Comme la convection n’existe pas dans la stratosphère, comme la chaleur latente non plus, on ne voit pas où passerait l’énergie du rayonnement absorbé.
Mais bon, si vous tenez absolument à démontrer la mécanique quantique qui produit cet effet…
Pomdeter (#301),
Bah non… Les « back-radiation », c’est juste un nom ronflant…. 😉
Sinon, ce qu’on appelle de ce nom ronflant est juste une conséquence de l’émission lambertienne de l’atmosphère (du fait que l’atmosphère émet dans toutes les directions.).
rien d’autre…
C’est vrai… mais ce serait la cause des « back-radiations »????
Je ne crois pas… 😉
Warm (#297),
Des corps noirs parfaits qui ont des spectres de raies !
Heureusement que c’est « practical purpose », c’est-à-dire :
1) je ne sais pas si c’est vrai
2) je le fais quand même
3) de toutes façons
je m’en fouscela n’a pas d’importance.Youpie, vive la physique.
René (#294),
Ben non, Vonk explique que le quota (à l’équilibre en ELT) de collision N2, O2, etc est rempli donc le CO2 ne peut se désexciter que par émission de photons. Le CO2 ne peut pas, par conséquent, réchauffer le gaz…
Warm (#296),
Dernière réponse parce qu’a ce point de délitement intellectuel ce doit-être pathologique voir génétique.
Curieux (#305),
Non, c’est voulu pour relancer sans cesse des controverses sur tout sauf du contenu.
Sa liste des untel est inscrit ici ou là, machin a déjeuné avec une telle, vous qui dites que (affirmation fausse, je m’y suis fait prendre hier soir encore…) est longue, longue.
Chaque fois qu’il est coincé, il dérive, des stations du Népal à celles de l’Himalaya par exemple. Si on le reprend, il relance sur la sensibilité des pins de montagne.
Laurent (#302)
Nom ronflant….
« Back » radiation, ça veut dire que si on empêche l’émission thermique d’atteindre l’atmosphère, alors les GES n’émettront pratiquement rien sinon un peu de rayonnement IR d’origine solaire.
Marot (#303),
? (source http://www.icess.ucsb.edu/modis/EMIS/html/em.html )
Note: regardez l’échelle (1 = corps noir)
Warm (#308),
ce ne sont toujours pas des graphes de corps noir!
luc (#309),
A 3-5% près, ce sont des corps noir dans cette gamme de fréquence..
Et celà signifie également (loi de Kirschoff) qu’ils absorbent plus de 96% du rayonnement IR… (mois de 4% de réflexion)..
C’est pas ces quelques % qui changent fondamentalement les approximations qui servent de base à vos expériences de pensée. Mais vous pouvez remarquez que dans les calculs plus précis, on tient compte de l’émissivité exacte de la surface, pour, par exemple, faire les bilans radiativfs
Warm (#310),
Hors sujet, il s’agit de ce qu’est le corps noir.
On attend toujours.
Marot (#311),
Ah ? vous en êtes toujours à votre histoire de définition ?
On pourrait dire: un corps noir est un absorbeur (théorique) parfait de radiation…
Warm (#312),
Je n’en suis pas à…
Vous n’avez pas répondu aux messages 265, 269, 274, 279, 299, 311.
269
un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température.
un corps noir est un absorbeur (théorique) parfait de radiation
Les 2 définitions se place d’un point de vue différent, mais se vale….
Vous voulez que je vous dise quoi ? Qu’un corps noir, c’est le corps d’un resortissant du Nigéria ? : ) . Comme ça vous pouvez dire « ah ah, Warm ne sait même pas ce que c’est que le corps noir ? «
Warm (#310),
Ce ne sont pas du tout des graphes de corps noir!
C’est quoi votre définition de l’émissivité ?
Marot (#313), luc (#315),
Je vous dis, c’est génétique !
Curieux (#317),
Et toujours pas de définition pour l’émissivité ?
Le cas est désespéré. Il n’y a plus aucun espoir de guérison. Il ne reste plus que l’euthanasie pour abréger ses souffrances
Changez rien les réchauffistes, vous êtes supers.
Dis-moi Warm, m’autorises-tu à montrer tes messages à un collègue qui hésite à devenir sceptique ?
Pomdeter (#307),
Houlà!!!!!! très ampoulé… et faux… 😉
Ce qu’emmétrons les « GES » (faudrait quand même trouver autre chose pour appeler les gaz d’emissivité non nulle dans les IR thermiques), dépend exclusivement de la température du mélange gazeux…. et donc de la totalité du flux de chaleur qui les réchauffe, incluant la conduction, la convection et la chaleur latente (et pas uniquement du rayonnement terrestre).
Les back-radiations, comme je te l’ais déjà dis, c’est juste l’appellation de la moitié (hémisphérique en regard de la surface terrestre) de l »émission lambertienne d’IR par les « GES »….. et rien d’autre
Le reste, c’est du roman….
Bon on s’entendait à peu près, mais là tu reviens en arrière…
Tu oublies même mes précisions antérieures sur les propriétés radiatives en parlant d’émissivité propre à un gaz. Elle est où la surface qui émet ? Elle est où l’épaisseur de gaz ?
Ah??? c’est assez cryptique comme intervention.
A partir du moment ou quelque chose émet des radiations, il a une émissivité…. c’est la définition même d’émissivité…
Un mélange gazeux homogène (en composition, pression et température) a un spectre d’émission unique. (voir base HITRAN), et qui permet donc de définir un spectre d’émissivités mono-chromatiques.
Laurent (#323),
Quand on fait passer un flux d’électrons dans un gaz, il arrive qu’il devienne lumineux; on appelle cela l’éclairage par fluorescence. Comme cela n’est pas associé avec un phénomène thermique, on appelle cela de la lumière froide.
Curieux (#304),
Bonjour Curieux,
En lisant jusqu’au bout ce que j’avais écrit, on s’aperçoit que cette élévation locale de température se traduit par une augmentation de la population de CO2 excitée, et donc une augmentation de la probabilité de ré-émission d’un photon IR. Je n’ai pas écrit (j’aurais dû) effectivement, qu’au final, puisque le photon IR est réémis, la température du gaz n’a pas changé.
Bien que n’étant pas initialement d’accord avec Vonk, j’ai fini par comprendre, mais en d’autres termes ce qu’il expliquait et à le reformuler à ma façon (mais peut-être pas la plus académique).
En revanche, je ne comprends pas ce que signifie « le quota de collision est rempli » ???
C’est comme pour les corps noirs, il y a un quota de reconduite à la frontière… la thermodynamique serait donc pilotée par Sarko ???
René
Laurent (#321),
Bonjour Laurent,
Je suis assez d’accord avec cela, l’émissivité du gaz ne dépend que de sa température (hors phénomènes genre ionisation, fluorescence, etc.). En revanche, il me semble que ce ne sont pas que les GES qui émettent. Je n’ai toujours pas compris par quel mécanisme un gaz monoatomique à la température T émet-il (pas d’énergie de vibration, ni de rotation). Je pense qu’il émet (sinon ça se saurait, car il ne refroidirait que par conduction), mais je n’arrive pas à comprendre le mécanisme microscopique d’émission d’un photon, équivalent à l’émission dans un solide, à partir de la seule énergie cinétique.
Il me semble que la totalité des gaz de l’atmosphère émettent à la fréquence liée à leur température. Pas uniquement les gaz polyatomiques non symétriques. En revanche seuls ces gaz ayant des modes de vibration actifs en IR peuvent absorber un photon dans les bandes de vibration.
Est-ce que je me trompe ?
René
René (#325),
Je ne valide pas le point de vu de Vonk (je n’en ai strictement pas la capacité) même si je le trouve vraiment séduisant.
En deux mots Vonk considère un petit volume en équilibre thermique. Dans cet état, il y a statistiquement un nombre donné de collision entre les particules. Si une molécule de CO2 capte un photon IR, elle a deux possibilités pour se désexciter, soit entrer en collision avec une molécule du gaz soit réémettre le photon IR. Comme le volume est à l’équilibre, le nombre de collision autorisé dans ces conditions est atteint (sinon il ne serait pas à l’équilibre). Le CO2 n’a donc d’autre possibilité que d’émettre un photon IR. En conséquence, il ne peut pas réchauffer le gaz.
Comme il n’y a rien à la télé, qu’il fait un temps de m…,(oups,une terrible canicule),je vous propose de la lecture
http://www.eike-klima-energie......d_3_Mb.pdf
Je n’ai pas eu le temps de lire ,même en diagonale,et je n’aurai certainement pas l’occasion avant longtemps(je n’ai toujours pas lu cet intéressant papier qui reconsidère les échanges d’énergie,en reconsidérant les théories de Plank)
Comme il y a du boulot, je vous souhaite une bonne soirée
Ce n’est pas la définition de l’émissivité…
Oui, un gaz n’absorbe et ne réemet que des bandes discontinues.
C’est quoi précisément l’effet de la température sur ce processus ?
Avec un environnement à -50°C ça ne marche pas ?
Pomdeter (#329),
Ben si…
Si le quelque chose n’émet rien, son émissivité est nulle, si c’est un corps noir, son émissivité est de 1, et pour les cas réel, l’émissivité est le rapport entre l’émission réelle (quantité d’énergie) et celle qu’émettrait un corps noir à la même température.
Elle module la quantité d’énergie émise (de façon différente suivant les longueurs d’ondes).
ça « marche » différemment que dans un environnement à 0°C, ou à +50°C (quantité d’énergie émise).
C’est comme cela que par exemple sur un canal thermique 6 ou 7 microns METEOSAT, dans la bande d’absorption de la vapeur d’eau, suivant la quantité d’énergie reçue, on peut déterminer l’altitude de la couche émettrice (plus la quantité d’énergie est faible, plus la couche émettrice se trouve en altitude).
Oui
Warm (#331),
Vous répondez toujours à la place des autres ?
Je lis: « Bonjour Laurent »
Il s’adresse donc à Laurent et non pas à vous alors écrasez vous !
Avant de me lancer dans la traduction de A Null Hypothesis For CO2 de Roy Clark, j’ai jeté un coup d’oeil à l’article de Ferenc M. Miskolczi : THE STABLE STATIONARY VALUE OF THE EARTH’S
GLOBAL AVERAGE ATMOSPHERIC PLANCK-WEIGHTED GREENHOUSE-GAS OPTICAL THICKNESS. Voici ce qui dit la conclusion:
L’appel à une théorie physique tenant la route est à rapprocher de ce qui disent G & T.
joletaxi (#328),
Vous tombez bien !
Très intéressant papier qui justement analyse en fin de document la théorie de Miskolczi et en dit du bien. Mais il faut le temps de tout lire (300 pages…)
Warm (#331),
Mais pourquoi ?
Et merci de m’expliquer le mode d’émission d’un gaz monoatomique à T K
René
joletaxi (#328),
Merci Jo, (voilà qui va bien occuper mes longues soirées sans télé *)
Le document en question est une brique de 208 pages, mais bien intéressante.
Pour mettre l’eau à la bouche des lecteurs, en voici la Tables des Matières.
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CONTENTS
Guest editorial
Arthur Rörsch (The Netherlands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
Introductory paper on paradigm shift
Should we change emphasis in greenhouse-effect research?
Arthur Rörsch (The Netherlands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
A null hypothesis for CO2
Roy Clark (USA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
The thunderstorm thermostat hypothesis
Willis Eschenbach (Hawaii) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Tropical rainstorm feedback
Noor van Andel (The Netherlands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
A natural constraint to anthropogenic global warming
William Kininmonth (Australia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
The stabilising effect of the oceans on climate
Dick Thoenes (The Netherlands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
What goes up must come down (a commentary)
Peter Siegmund (The Netherlands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
The stable stationary value of the earth’s global average
atmospheric Planck-weighted greenhouse-gas optical thickness
Ferenc Miskolczi (USA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
The thermodynamic relationship between surface
temperature and water vapour concentration in the troposphere
William C. Gilbert (USA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Note on the Miskolczi theory
Noor van Andel (The Netherlands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Fuel for Thought
Sonja Boehmer-Christiansen (UK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
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N.B : La numérotation des pages est celle de la revue Energy & Environment et non celle du document.
P. S. : Ma télé est une Bluesky de ±36 cm achetée moins de 100 € chez Carrefour.
Je l’ai encore payée trop cher parce que je ne l’allume qu’en cas d’événement exceptionnel et quelques autres rares occasions.
Depuis le 01/07/2010 elle a fonctionné environ huit heures : le 14 juillet et le 21 juillet pour regarder les défilés militaires. 😉
Je ne pense même pas à l’allumer pour les JT.
Dans l’IR ?
Eh bien, il n’émet pas… c’est tout
Et puisqu’il n’émet pas, il n’absorbe pas non plus: il est transparent, quoi. ..
puisqu’il n’émet pas, il n’absorbe pas non pluspuisqu’il n’absorbe pas, il n’émet pas non plus.
Inversion réchauffiste classique.
xxx, mais j'ai arrêté de les compter. Il y a en a trop.
DNFT
svp Manu, du calme ! Fred.
René (#326),
Il me semble que l’émission de photons par un gaz constitué de molécules telles que H2O ou CO2, n’est pas lié à sa température, mais au fait qu’il vibre et réémet quand il arrête de vibrer.
Une molécule peut perdre de l’énergie par choc avec d’autres ou en émettant, la température est elle liée au mouvement brownien.
luc (#338),
Bonjour Luc,
Donc un gaz monoatomique à T n’émet pas de rayonnement. Il ne peut se refroidir que par conduction. L’énergie cinétique ne se perd pas par rayonnement. Et il faut atteindre le peuplement des niveaux électroniques pour avoir un rayonnement. OK.
Oui, mais… Le peuplement des niveaux vibratoires est lié à la température (et à l’absorption de photons incidents) selon Boltzman (en e-E/kT). Par exemple à 300 K on a (cf. plus haut dans la discussion) environ 5% de CO2 excitées.
Donc je prends une « terre » avec une atmosphère d’argon pur. Cette terre reçoit le rayonnement solaire et le sol chauffe. Par conduction l’atmosphère au dessus chauffe. A l’interface sol/atmosphère, le gaz est à la température du sol. Par convection la température du gaz se propage en altitude et petit à petit l’ensemble de l’atmosphère se réchauffe. Le sol émet des rayons IR selon Stefan, mais l’atmosphère, qui ne rayonne pas, atteint la même température d’équilibre, puisqu’elle ne peut pas se refroidir par émission d’IR.
Le jour, au soleil, le sol chauffe et chauffe l’atmosphère. La nuit le sol refroidit mais l’atmosphère retransfert de la chaleur par conduction avec le sol. Le système, avec l’inertie liée à la convection finit par trouver un équilibre (peut-être avec des fluctuations diurnes/nocturnes).
On injecte 300 ppm de CO2 dans cette atmosphère. Le CO2 prend la température de l’atmosphère. Donc une (faible) proportion de CO2 passe dans l’état excité et se met à émettre des photons IR. Une partie vers le sol, une partie vers l’espace. On a donc par ces IR qui sont émis vers l’espace, une fuite d’énergie supplémentaire. On a vu par ailleurs que les photons IR issus du sol qui sont captés par les molécules de CO2 sont tous réémis et ne réchauffent pas l’atmosphère. Donc l’atmosphère refroidit.
Le CO2 est donc un gaz à effet de réfrigérateur.
Où est l’erreur ?
René
René (#339),
Le tout me semble assez délicat, en effet.
L’émission de corps noir est due à des sauts quantiques des électrons autour du noyau de l’atome.
Elle peut être due à une augmentation de température, par exemple le fer chauffé devient rouge puis blanc. On peut obtenir une émission par excitation des électrons; c’est le principe des LED ou des tubes à fluorescence ou lampe à économie d’énergie. Dans ce cas, on a de la lumière dite froide car non due à un phénomène thermique. On remarque à l’œil nu, que la lumière ainsi émise n’est pas une lumière de corps noir. Par exemple, en photo argentique, il est impossible de prendre une photo couleur dans une pièce éclairée par des fluos; cela devient verdâtre. La raison en est que les pellicules sont équilibrées pour des spectres liés au corps noir, spectre en forme d’exponentielle.
Chaque fois que l’on voit un spectre qui n’a pas une forme d’exponentielle, on peut être sûr qu’il ne s’agit pas d’un corps noir.
Par ailleurs, ce phénomène est exclusivement lié à la présence d’une surface, un gaz n’a pas de surface.
L’émission de gaz tels que CO2 ou H2O est due à une vibration des atomes au sein de la molécule, ce sont deux phénomènes très différents.
René (#339),
Oui:
L’équilibre atteind dans ce cas est celui du gradient adiabatique sec, qui ne dépend que de l’accélération de la pesenteur et de la capacité thermique de l’atmosphère.
J’en ai déjà parlé, on a là un double fonctionnement de l’atmosphère: en mode « machine thermique », qui converti la les différences de température de la surface en énergie mécanique (les vents), puis en mode « pompe à chaleur », où les mouvements verticaux de l’atmosphère sont converti en gradient de température: le sommet de l’atmosphère est plus froid que la surface dans le cas que vous présentez…
On injecte 300 ppm de CO2 dans cette atmosphère. Le CO2 prend la température de l’atmosphère. Donc une (faible) proportion de CO2 passe dans l’état excité et se met à émettre des photons IR. Une partie vers le sol, une partie vers l’espace. On a donc par ces IR qui sont émis vers l’espace, une fuite d’énergie supplémentaire. On a vu par ailleurs que les photons IR issus du sol qui sont captés par les molécules de CO2 sont tous réémis et ne réchauffent pas l’atmosphère. Donc l’atmosphère refroidit.
Le CO2 est donc un gaz à effet de réfrigérateur.
René (#339),
Oui:
L’équilibre atteint dans ce cas est celui du gradient adiabatique sec, qui ne dépend que de l’accélération de la pesenteur et de la capacité thermique de l’atmosphère.
J’en ai déjà parlé, on a là un double fonctionnement de l’atmosphère: en mode « machine thermique », qui converti la les différences de température de la surface en travail mécanique (les vents), puis en mode « pompe à chaleur », où les mouvements verticaux de l’atmosphère sont converti en gradient de température: le sommet de l’atmosphère est plus froid que la surface dans le cas que vous présentez…
Non, tous ce que vous faites, c’est déplacer l’endroit qui rayonne vers l’espace. Dans votre atmosphère d’argon, c’était la surface, maintenant, c’est l’atmosphère, à l’altitude où elle devient suffisament transparente aux IR (TOA)… Mais à cette altitude, la pompe à chaleur adiabatique impose une température plus froide, ce qui crée un déséquilibre radiatif: cette couche est à une température trop froide pour irradier vers l’espcace autant d’énergie que la surface n’en reçoit du soleil. Résultat: la surface se réchauffe, l’atmosphère avec, y.c la TOA, l’équilibre est rétabli, la surface est plus chaude que dans le cas d’une atmosphère sous argon… Relisez Lindzen…
Le réfrigérateur, c’est d’abord la pompe adiabatique. Parce ce gradient maintient la TOA à une température plus basse que celle de l’équilibre radiatif, la surface doit se réchauffer pour le rétablir.
Oups, pardon pour le doublon !
Warm (#342),
C’est nouveau? çà vient de sortir?
Warm (#343),
Mais ce n’est pas un doublons warm, ce sont deux version diamétralement opposées… fait gaffe quand tu copies/colles sans comprendre.
Warm (#342),
Oui:
(…)
On injecte 300 ppm de CO2 dans cette atmosphère. (…). Donc l’atmosphère refroidit.
Le CO2 est donc un gaz à effet de réfrigérateur.
Warm (#342),
On injecte 300 ppm de CO2 (…)
Non, tous ce que vous faites, c’est (blablabla) Résultat: la surface se réchauffe, l’atmosphère avec
Clown !
Warm (#342),
Bonjour Warm,
Oui, avec l’altitude, du fait de la pesanteur, le gaz se détend, et donc refroidit (dans l’hypothèse adiabatique).
Il me semble que mon approche était microscopique. On ne peut peut-être pas passer à une approche macroscopique aussi simplement.
Je parlais des CO2 à l’équilibre thermique avec l’argon. Le niveau excité est peuplé statistiquement selon Boltzman. Donc une partie des molécules de CO2 irradient (en se désexcitant). Cela indépendamment des molécules de CO2 qui captent un photon IR issu du sol et le réémettent.
Selon Vonk, les CO2 ne thermalisent pas (au global). Et ils réémettent tous les IR qu’ils reçoivent. Donc les CO2 excités thermiquement (selon Boltzman) participent à une radiation vers l’espace, donc participent à un mode de refroidissement qui n’existait pas en leur absence.
Ben non, dans l’atmosphère d’argon, le gaz n’irradie pas, donc il ne participe pas au refroidissement. En revanche dès qu’on met un émetteur, il y participe…
René
Le CO2 proche du sol ne peut pas irradier vers l’espace (ou dummoins, il a du mal). C’est ça qui fait toute la différence. Ils irradient vers le bas et le haut, vers une couche plus froide (à cause de la pompe adiabatique)
qu’entendez-vous par là ? A part élargir les bande d’émissions des GES (effet essentiellement de la pression), l’argon resterait assez neutre dans l’histoire
Curieux (#346),
Clown ! Mon premier doublon n’avait pas en citation l’intervention de René… faut suivre…
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