Le CO2 réchauffe-t-il l’atmosphère ?


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.

Effet de serreFig1 : 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.

Vibrations du CO2
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.Interaction CO2-IR

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)

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402 réponses à “Le CO2 réchauffe-t-il l’atmosphère ?”

  1. Warm (#348),

    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…

    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

    On va laisser de côté les effets au second ordre. Ce que je veux dire est que puisque l’argon n’irradie pas, il ne participe pas au refroidissement de la « terre ». Le fait qu’il soit de plus en plus froid quand on monte en altitude (refroidissement adiabatique), n’en fait pas pour autant un gaz refroidisseur de la surface de la « terre » (en négligeant sa capacité calorifique par rapport à celle de la terre).
    On peut traduire par « rester assez neutre », mais c’est moins précis. Mais dire que le phénomène de détente adiabatique constitue une « pompe à chaleur » me semble erroné dans le cas d’un gaz qui n’irradie pas.

    En revanche et c’est ce que j’essaie de comprendre, le CO2 introduit participe, par son irradiation vers l’espace, au refroidissement. En plus ou plutôt à côté des effets radiatifs avec le sol. Or, et c’est là que j’essaie de comprendre, Vonk montre que le CO2 ne réchauffe pas l’atmosphère. Donc il la refroidit.

    René

  2. Laurent (#330)

    Je te parle d’1 molécule, pas d’une épaisseur de H2O.
    Est-ce qu’à -50°C une molécule ne peut pas s’exciter au passage d’un photon ?
    Si oui, c’est la base physique que la « back radiation » est possible.

    Maintenant, l’effet intégral d’une couche de molécules, suivant leur nature, suivant la température, la pression, ça devient compliqué.
    Ce qu’on sait facilement observer, c’est le taux d’absorption 1D au mètre en fonction de la densité pour un rayon donné. mais savoir comment la température va réagir et le lien statistique entre la température et l’émission qui sort, bon courage…

    Au final, même s’il faut intégrer sur toute cette couche et sur la sphère, le simple fait qu’une molécule puisse rediriger un photon vers le bas (en oblique, ou pas) est tout à fait cohérent avec le résultat intégral de la « back radiation ».
    j’ai bien compris que pour toi, c’est une émission « naturelle » de l’atmosphère vers le bas. Mais je suis bien en désaccord sur ce point. Ce n’est pas une émission spontanée comme un corps qui est chaud et qui évacue l’énergie par la surface. L’agitation d’une molécule ne fait pas la température d’un corps.

  3. Pomdeter (#352),

    le simple fait qu’une molécule puisse rediriger un photon vers le bas (en oblique, ou pas)

    C’est une faute commune que de considérer exclusivement l’aspect corpusculaire.

    Cela fait oublier que toute émission est celle d’une onde électromagnétique isotrope.
    On ne « compte » les photons que dans les détecteurs.

  4. René (#351),

    En revanche et c’est ce que j’essaie de comprendre, le CO2 introduit participe, par son irradiation vers l’espace, au refroidissement. En plus ou plutôt à côté des effets radiatifs avec le sol. Or, et c’est là que j’essaie de comprendre, Vonk montre que le CO2 ne réchauffe pas l’atmosphère. Donc il la refroidit.

    D’après ce que j’ai compris, Vonk n’intervient pas dans ce que tu dis. L’analyse de Vonk et il le précise bien, n’est valable que sur un très petit volume. Par contre le seul refroidissement possible pour notre, planète c’est bien le rayonnement. Si Vonk était généralisable à la colonne d’air ce que tu dis serait vrai, mais il est explicite, non, ça ne l’est pas. Approximativement, la Terre est à l’équilibre, un petit volume est à l’équilibre (ce qui permet de définir une T°) mais entre les deux, les états intermédiaires ne le sont pas.

  5. Mais dire que le phénomène de détente adiabatique constitue une “pompe à chaleur” me semble erroné dans le cas d’un gaz qui n’irradie pas.

    Comment appelez-vous un mécanisme qui transforme de l’énergie mécanique (en l’occurence des mouvements verticaux de l’atmosphère) en un gradient de température ?

    En revanche et c’est ce que j’essaie de comprendre, le CO2 introduit participe, par son irradiation vers l’espace, au refroidissement.

    Oui, à la TOA… Logique, ce n’est QUE là qu’il irradie vers l’espace… C’est là qu’est le coeur du mécanisme…

  6. C’est nouveau? çà vient de sortir?

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Pompe_%C3%A0_chaleur

    Une pompe à chaleur (PAC) est un dispositif thermodynamique permettant de transférer la chaleur du milieu le plus froid (et donc le refroidir encore) vers le milieu le plus chaud (et donc de le chauffer), alors que, naturellement, la chaleur se diffuse du plus chaud vers le plus froid jusqu’à l’égalité des températures.

  7. Warm (#356),
    Pas besoin de Wikipedia pour savoir ce que c’est, mais si vous aviez compris ne serait-ce qu’un peu son fonctionnement, vous sauriez que c’est tout sauf adiabatique.
    😆

  8. Pas besoin de Wikipedia pour savoir ce que c’est, mais si vous aviez compris ne serait-ce qu’un peu son fonctionnement, vous sauriez que c’est tout sauf adiabatique.

    Créer une différence de T avec une source d’énergie, c’est une pompe à chaleur. Je ne fais pas allusion aux pompes à chaleur « réelles », mais bien à la définition thermodynamique du processus.

  9. Warm (#358), mais n’utilisez alors pas le terme adiabatique.

    Décomprimer un gaz de façon adiabatique le refroidit, mais ce n’est pas une pompe à chaleur.

  10. Warm (#355),
    Que signifie le mot « adiabatique » ?
    Est-ce cohérent avec le terme « pompe à chaleur » ?

    Il me semble qu’on parle pour décrire la décroissance de la température avec l’altitude d’un modèle adiabatique, ie. un modèle dans lequel on néglige les échanges de chaleur entre une colonne d’atmosphère (vue de l’esprit) et ses voisines. Cela permet de calculer la décroissance de température avec l’altitude, en l’absence de phénomènes divers (inversion, flux, humidité, météores, etc.) . Ça donne une approximation pas trop mauvaise, qu’on appelle je crois atmosphère standard (à ne pas confondre avec conditions standards et a fortiori avec conditions normales).

    René

  11. René (#360),
    Eh, non; ce n’est pas cohérent.

    Dans une pompe à chaleur ou un frigo, on comprime un fluide gazeux du côté chaud et on attend qu’il se refroidisse. Une fois qu’il est froid, on le décomprime et cela donne du froid.
    L’effet de pompe à chaleur vient justement des échanges de chaleur, donc c’est tout le contraire de quelque chose d’adiabatique.

    Les modèles adiabatiques en météo sont des modèles approchés qui trouvent vite leur limite. Effectivement, le voisinage de deux masses de fluide de températures différentes se traduit par un échange de chaleur immanquable. On n’aura donc que des raisonnement à la limite; quitte à être sûr qu’elle n’est pas franchie: là est toute la difficulté.

  12. Warm (#355),

    Comment appelez-vous un mécanisme qui transforme de l’énergie mécanique (en l’occurence des mouvements verticaux de l’atmosphère) en un gradient de température ?

    Ca a un nom très précis… cela s’appelle la « convection »… 😉
    C’est un mécanisme connu (sauf de vous apparemment) de transport de chaleur…

    Créer une différence de T avec une source d’énergie, c’est une pompe à chaleur

    Vous confondez tout… La « différence de T » est créée par un apport de chaleur (soleil qui réchauffe le sol), et la conduction et la convection tend à diminuer cette différence de chaleur par un flux (qui établit un gradient thermique)
    Les pressions sont liées à la température par la loi des gaz parfaits, c’est ce qui créée le gradient adiabatique…. qui est la conséquence des flux de chaleur, et pas du tout la cause…
    Si vous pensez le contraire, alors expliquez moi ce qui contraint les pressions (et ne me dites pas « la gravité », c’est insuffisant, la gravité est une force, pas une pression)… mais là je pense qu’on va encore avoir un grand moment de dissonance cognitive, comme dans celui du barreau de cuivre…

    mais bien à la définition thermodynamique du processus.

    Vous avez déjà montré que vous ne connaissez rien en thermodynamique de base, que vous ne comprenez pas la conduction, que la loi de fourier vous est inconnue…. et vous avez même réfuté une expérience qui est utilisée de façon très commune pour mesurer la conductivité…. alors par pitié… ne parlez pas de thermodynamique… 😉

    Entre parenthèse… vous vous tirez une balle dans le pied depuis que vous parlez du gradient adiabatique comme étant responsable du gradient de température (à la mitraillette)…. parce que si c’est ta fameuse « pompe à chaleur adiabatique » qui est responsable du gradient de température entre le sol et la tropopause, alors l’effet de serre radiatif n’existe pas (ou est ultra limité), et ta fameuse « vérité des 33° » est du pipeau en barre…
    C’est justement la thèse des russes O. G. Sorokhtin, G. V. Chilingar et L. F. Khylyuk, « Global warming and global cooling -Evolution of climate on earth »

    Pour bien préciser…Je ne suis d’accord ni avec eux, ni avec vous.

  13. Laurent (#362),

    C’est justement la thèse des russes O. G. Sorokhtin, G. V. Chilingar et L. F. Khylyuk,

    que personnellement j’ai trouvé plutôt pertinente,du moins pour ce qui concerne la mécanique de la troposphère,ce qui se passe ensuite à la tropopause est une toute autre affaire

  14. Pomdeter (#352),

    Je te parle d’1 molécule, pas d’une épaisseur de H2O.

    1 molécule, cela n’a pas de température… et tout ce qui suit n’a pas de sens…

    Est-ce qu’à -50°C une molécule ne peut pas s’exciter au passage d’un photon ?

    Quelque soit la température du mélange que la molécule ne connait pas… un photon à la bonne énergie peut l’exciter, ce qui fait que la molécule contribuera à une augmentation de température du mélange

    Mais je suis bien en désaccord sur ce point.

    Tu a le droit…
    … mais tu va avoir du mal à prouver que l’énergie de l’émission monochromatique d’un mélange gazeux n’est pas directement relié à sa température… 😉
    La pour le coup, je ne connais aucune théorie qui dit cela… 😉

    L’agitation d’une molécule ne fait pas la température d’un corps.

    Mais elle y participe… la température n’est que la mesure de cette agitation…

  15. joletaxi (#363),

    Je sais qu’on a des avis différents sur cette question…

    En ce qui me concerne, j’aurais du mal à changer d’avis tant qu’on ne m’expliquera pas ce qui contraint le volume de l’atmosphère….

  16. Laurent (#364),

    … mais tu va avoir du mal à prouver que l’énergie de l’émission monochromatique d’un mélange gazeux n’est pas directement relié à sa température…

    Tu envoie un coup de laser sur du sodium gazeux et il te répond avec un raie jaune, quelque soit sa température. Expérience bien connue.
    On peut en faire autant avec une excitation par flux d’électron; c’est le principe des fameuses lampes à iode.

    Désolé.

    … mais tu va avoir du mal à prouver que l’énergie de l’émission monochromatique d’un mélange gazeux n’est pas directement relié à sa température…

    Si on admet que le photon
    -fait sauter un électron de niveau, il n’y a pas élévation de température: une radiation sera émise quand il redescendra de lui-même
    -fait vibrer la molécule: il y aura élévation de température lors des chocs avec les autres molécules du gaz

    la température n’est que la mesure de cette agitation…

    oui, cela s’appelle le mouvement brownien

  17. luc (#366),

    Je ne parlais pas de luminescence… mais d’émission IR thermique « standard ».
    Oui, la luminescence est un effet qui existe. Je ne crois pas que ce soit l’effet qui fait émettre des IR à 15 microns au CO2…
    … mais si quelqu’un a déjà envisagé cette hypothèse… je suis bien sur intéressé… 😉

  18. D’après ce que tu dis, une molécule peut être excitée à n’importe quelle température ambiante. Tu dis aussi que la molécule tend à réchauffer l’atmosphère en s’excitant.
    Donc d’après toi, l’atmosphère accumule l’énergie des photons issus du sol. Sans un seul photon émis en retour vers le sol…?

  19. Pomdeter (#368),
    Non… ce n’est pas ce que j’ai dis… (deuxième phrase)
    L’atmosphère se réchauffe par différentes effets (et pas que par radiation incidente). En fonction de sa température, elle irradie de façon lambertienne (dans toutes les directions).
    Le problème n’est pas réductible à un échanges de photons.

  20. Laurent (#367),
    Au GIEC, ils présentent la backradiation comme un effet thermique en s’appuyant sur la température pour justifier l’émission de photons.
    Or la puissance qu’ils attribuent au CO2 est celle qui serait émise par un corps noir à cette température; le CO2 n’étant pas un corps noir.

    En fait, il ne s’agit pas de saut quantique à l’intérieur de l’atome, mais de vibration des atomes au sein de la molécule autour d’une position moyenne. Il y a aussi un phénomène de rotation. Le phénomène n’est pas thermique.
    Par contre, la molécule ainsi excitée peut rendre de l’énergie sous forme de photons ou en la cédant à d’autres molécules sous forme de mouvement brownien. Le phénomène est réputé comme complexe par les physiciens.
    Je cite de mémoire, je crois que Pensée Unique a quelques belles pages sur le sujet.

  21. Laurent,

    je crois que vous vous embrouillez largement dans les notions de température et de chaleur.

    la conduction et la convection tend à diminuer cette différence de chaleur par un flux (qui établit un gradient thermique)

    La conduction est par définition le flux de chaleur dû à des gradients (de température, de composition, etc), et la convection thermique représente la quantité de chaleur transportée due au mouvement d’ensemble du fluide. Je ne vois vraiment pas ce qu’est « une différence de chaleur » entre deux systèmes ! Remarquez aussi que la gravité intervient dans les équations-bilan et est donc bien importante pour expliquer la valeur des pressions.

  22. Patate (#371),

    Il y a bien une erreur dans la phrase que vous quotez… (j’avais tapé trop vite).
    remplacez donc « différence de chaleur » par « différence de température ».

    La conduction est par définition le flux de chaleur

    Certainement pas…. la conduction est un mode de transport de chaleur, elle n’est pas un flux de chaleur…
    Finalement, c’est vous qui êtes passablement embrouillé… 😉

    Remarquez aussi que la gravité intervient dans les équations-bilan et est donc bien importante pour expliquer la valeur des pressions.

    Sans blague?… 😉
    Le poids exerce une pression… et le poids est la résultante de la masse et de la gravité… tout le monde le sait…
    Mais si tu ne sais pas expliquer la distribution de masse (donc la densité… donc le volume…) alors tu ne sais pas expliquer la pression…
    Quand tu a deux variables liées, que l’une est contrainte, et pas l’autre… laquelle explique laquelle… 😉

  23. luc (#370),
    Je ne prétend pas qu’il y ait une théorie définitive sur la question (j’ai même dit le contraire, et je n’ai jamais prétendu que le CO2 était un corps noir)…. par contre les mesures radiatives sur différents gaz à différentes conditions de pression et de température donnent clairement une dépendance à la température.

    C’est cette dépendance à la température (les mesures, pas la théorie), qui est exploitée dans la modélisation des transferts radiatifs.

  24. Ca a un nom très précis… cela s’appelle la “convection”…
    C’est un mécanisme connu (sauf de vous apparemment) de transport de chaleur…

    La convection est un mécanisme de transport de chaleur: quand on transporte de la chaleur de A à B on en prend en A pour en amener en B… Résultat des courses, on se trouve forcément après un certain temps avec la température en A = la température en B, plus de flux de chaleur, plus de convection… Donc vous n’expliquez pas le maintient d’un gradient (et donc d’une différence de T) avec la convection… D’une manière où d’une autre, il faut une source d’énergie…

    Vous confondez tout… La “différence de T” est créée par un apport de chaleur (soleil qui réchauffe le sol), et la conduction et la convection tend à diminuer cette différence de chaleur par un flux (qui établit un gradient thermique)

    Oui, mais je vous rappelle que là on parle de l’exemple de René qui nous parle d’une atmosphère de pure argon. L’argon ne pouvant pas perdre de l’énergie radiativement, il n’y a aucune raison qu’une différence de température s’établisse. L’espace étant vide, on ne peut pas y transférer de la chaleur par conduction ou par convection, et toute la radiation se fait à la surface…

    Je m’inscris en faux par rapport à votre affirmation: « La “différence de T” est créée par un apport de chaleur ». D’après moi, c’est bien la différence de T qui fixe le flux de chaleur. C’est du reste l’essence même de la loi de Fourier (la densité du flux de chaleur est proportionnel au gradient de température). Quand vous regardez l’équation de chaleur, rien ne fixe la température: elle décrit l’évolution des températures dans l’espace et le temps.

  25. Laurent (#373),
    OK, mais j’aimerais comprendre d’où vient ce rayonnement. Car je n’ai jamais vu un gaz devenir lumineux quand on le chauffe, cela doit donc être autre chose.

  26. Or la puissance qu’ils attribuent au CO2 est celle qui serait émise par un corps noir à cette température; le CO2 n’étant pas un corps noir.

    Même si ce n’est pas un corps noir, la loi de Plank reste valable. L’intégratinon de l’irradiance sur tous le spectre donne une puissance irradiée, puissance que l’on peut convertir en température équivalente à celle d’un corps noir par SB (sigma T^4).

  27. Warm (#374),

    Waouh !

    quand on transporte de la chaleur de A à B on en prend en A pour en amener en B…

    Ça c’est les sept nains qui reviennent de la mine ?

    Heigh-ho, heigh-ho, heigh-ho, heigh-ho
    Heigh-ho
    Heigh-ho, heigh-ho
    On rentre du boulot !

  28. Warm (#376),
    Non, c’est absolument faux, le phénomène étant fondamentalement différent.
    La loi de Planck ne s’applique pas à tout et n’importe quoi.

  29. Warm (#374),

    D’une manière où d’une autre, il faut une source d’énergie…

    Sans blague… 😉
    Vous la connaissez, cette source d’énergie (de chaleur plutôt… restons cohérent…)… c’est la température du sol, qui est réchauffé par le soleil.

    L’espace étant vide, on ne peut pas y transférer de la chaleur par conduction ou par convection, et toute la radiation se fait à la surface…

    Bah non… c’est totalement faux.
    C’est vrai pour le sommet de l’atmosphère, qui transfère toute sa chaleur à l’espace par radiation.
    Par contre le flux de chaleur entre la base de l’atmosphère (le sol), et le sommet de l’atmosphère n’est pas purement radiatif…. ça c’est juste le mantra des radiato-centrés de votre genre… il est aussi conductif et convectif (et même encore autre chose).

    Quand vous regardez l’équation de chaleur, rien ne fixe la température: elle décrit l’évolution des températures dans l’espace et le temps.

    Parce que vous êtes infoutu de comprendre ce qui découle naturellement de son application…

    faites donc l’expérience du barreau de cuivre…. et même mieux, faite-là avec deux barreaux de matière (et donc de conductivité) différente, avec la même longueur, la même section, la même température de « bain thermique » au bout froid, et le même apport d’énergie (par effet Joule) au bout chaud…. et mesurez la température du bout chaud.
    … je peux même vous donner les éléments permettant de la calculer… si vous voulez vraiment prendre la peine de réfléchir et de comprendre…

    Tout le problème c’est que vous confondez énergie et chaleur… cela vous empêche de voir et de comprendre des choses pourtant simples…

  30. Laurent (#380),
    Oui, pour voir les raies propres au gaz, mais elles sont fixes et indépendantes de la température; c’est la puissance qui varie; donc la proportion de molécules excitées.

  31. faites donc l’expérience du barreau de cuivre…. et même mieux, faite-là avec deux barreaux de matière (et donc de conductivité) différente, avec la même longueur, la même section, la même température de “bain thermique” au bout froid, et le même apport d’énergie (par effet Joule) au bout chaud…. et mesurez la température du bout chaud.
    … je peux même vous donner les éléments permettant de la calculer… si vous voulez vraiment prendre la peine de réfléchir et de comprendre…

    Dans ces expériences, vous fixez les températures, faites en sorte qu’elles soitent différentes, qu’elles ne changent pas (état stationnaire) et vous avez votre flux de chaleur et votre gradient… Vous n’êtes pas dans l’application la plus générale de la loi de Fourier, mais dans un cas particulier…

  32. Warm (#382),

    Dans ces expériences, vous fixez les températures, faites en sorte qu’elles soitent différentes, qu’elles ne changent pas (état stationnaire) et vous avez votre flux de chaleur et votre gradient… Vous n’êtes pas dans l’application la plus générale de la loi de Fourier, mais dans un cas particulier…

    C’est sidérant votre capacité à produire du galimatias, franchement, ça mérite un coup de chapeau.

  33. Laurent (#369)

    Mais arrêtez de découpler les phénomènes…. La physique admet le principe de cause => conséquence.

    Admettons si vous voulez que l’absorption par le CO2 réchauffe,
    ça fait rayonnement montant => hausse de température
    La 2e phrase, c’est (admettons) température => rayonnement descendant

    donc :
    rayonnement montant => hausse de température => hausse du rayonnement descendant

    Le problème n’est pas de savoir si c’est le même photon qui va monter ou descendre.
    Le problème c’est l’effet global…

    Ensuite, vous allez m’expliquer comment l’atmosphère peut subir une hausse de température permanente, parce que vous montrez une « back radiation » non équilibrée…

  34. Curieux (#384),

    Discuter avec Warm est une perte de temps.

    Warm se nourrit des posts d’autrui pour déblatérer… C’est à se demander ce qu’il faisait avant de venir sur Skyfall, puisqu’il y est présent près de 15h par jour. Ce qui implique que sa vie est désormais dédiée à polémiquer ici.
    Denier exemple en date de son charabia :

    Vous n’êtes pas dans l’application la plus générale de la loi de Fourier, mais dans un cas particulier…

    Où l’on apprend donc qu’il existe diverses applications générales à la loi de Fourier, mais que l’une d’entre-elles est plus générale que les autres, voire la plus générale… et que Laurent parle ici d’un cas particulier de la loi de Fourier…

    Résultat : Laurent utilise donc bien la loi de Fourier, « un cas particulier » mais qui marche. Remarquez que Warm ne dit pas que Laurent s’est trompé, et que dans l’exemple de Laurent la loi de Fourier ne s’applique pas. Non, non…

    Tout ceci est fort plaisant… Certains sont peut être impressionnés par le verbiage que Warm déploie en toutes circonstances. Il peut apparaître à d’autres que cet animal a toujours raison.
    Mais la plupart du temps, il écrit pour ne rien dire. Il rebondit seulement sur un argument, une tournure de phrase, etc… de quelqu’un pour noircir à n’en plus finir ce site.

    Il existe de telles personnes dans la vie réelle qui sont prêtes à dire n’importe quoi pour avoir raison et qui ne lâche jamais le bout de gras. Nous en rencontrons parfois une dans un dîner chez des amis, au travail, ou au café du coin. Généralement, le ton finit par monter parce qu’ils sont tout à fait exaspérants. Mais bon, on ne va pas se battre pour des conneries à tout bout de champ (même si ça peut démanger méchant). Le commun des mortels finit toujours par dire : « OK, t’as raison mon bon », met fin à la conversation, mais n’en pense pas moins.

    Warm est un troll, il est temps de ne plus répondre à ce monstre.

  35. Warm a raison sur ce point de détail.
    Laurent, vous dites « le flux établit un gradient », ce qui est vraiment aberrant.
    Le flux veut détruire le gradient, mais le gradient se reforme continuellement.
    Au bout d’un moment, le flux s’équilibre avec le gradient lorsque ce dernier est maintenu coûte que coûte. C’est pour çà que la température imposée aux 2 boûts est cruciale.
    Si on met la main au boût, on impose 37°C. Si de l’autre côté c’est de l’eau bouillante disons 100°C, alors on impose un gradient constant, donc un flux constant.

    Mais bon, c’est un peu un détail…

  36. Warm (#382),

    Dans ces expériences, vous fixez les températures, faites en sorte qu’elles soitent différentes, qu’elles ne changent pas (état stationnaire) et vous avez votre flux de chaleur et votre gradient

    Bah non… je ne « fixe » pas les températures. Vous n’avez rien compris, ni à fourier, ni à l’expérience… 😉
    Faites donc les expériences!!! ou faites au moins l’effort de calculer la température du « bout chaud » pour plusieurs métaux différents (ou pour plusieurs longueurs, plusieurs section), etc… et vous verrez que dans chaque cas, alors qu’il y a le même apport d’énergie à un bout (« bout chaud », et dissipation de cette énergie à l’autre « bout froid », la température du « bout chaud » sera différente.

    Vous n’êtes pas dans l’application la plus générale de la loi de Fourier

    C’est exact. Je considère le matériau comme homogène (ce qui est le cas), et qu’il n’y a pas création d’énergie (par transformation, ou autre chose) au sein du matériau…. (ce qui est aussi le cas pour le barreau de cuivre)… n’empêche que cela reste une application tout à fait formelle de la loi de Fourier.
    Faites déjà l’effort de comprendre comme cela fonctionne dans le cas du barreau de cuivre… et peut-être qu’on pourra passer à l’étape d’après… 😉

  37. Laurent :
    pour etre plus precis, il est vrai que j’aurais du dire que la conduction est un phemomene de transport lie au flux de chaleur (plus precisement : la variation temporelle d’energie interne est donne par la divergence du flux de chaleur), mais franchement je crois que tout le ;onde avait compris.

    Reste encore a expliquer ce que vous appelez la « difference de chaleur » entre deux systemes, notion pataphysique dont vous ne nous avez pas encore explique l’origine…

    Quant a cette histoire de variables contraintes, elle n’a ni queue ni tete. La variation de densite locale est soumise aux forces de gravite agissant sur les masses des differents composants. (cf Navier-Stokes). L’evolution de la masse des differents composants suit des equations de reaction-diffusion-convection. Pourquoi une des variables devrait-elle contraindre les autres ?

  38. Pomdeter (#385),

    Mais arrêtez de découpler les phénomènes

    C’est justement ce que VOUS essayez de faire, maladroitement, avec vos exemples monophotoniques…
    Et que vous continuez de faire… exemple:

    rayonnement montant => hausse de température => hausse du rayonnement descendant

    Bah non… ce n’est qu’un des éléments de la vraie proposition globale (celle qui justement ne découple pas les phénomènes)
    flux de chaleur montant => hausse de température > hausse du rayonnement lambertien (qui hausse le rayonnement dans toutes les directions, et pas QUE vers le bas).

    C’est ce que je dis dès le début, et vous m’accuser de découpler les phénomènes??? On est définitivement tombé dans le royaume du père Ubu… 😉

  39. Pomdeter (#388),

    Non… tu montre juste que tu n’a strictement rien compris…
    D’abord je ne « fixe » rien, je me contente de calculer… et ensuite, sans flux de chaleur, il n’y a aucun gradient de température…
    Il n’y a pas d’histoire de gradient qui se « déforme », ou qui se « reforme »… c’est ça la pataphysique… 😉

  40. Patate (#390),

    Reste encore a expliquer ce que vous appelez la “difference de chaleur”

    J’ai déjà dis qu’il s’agissait de différence de température, et pas de différences de chaleur… combien de fois faut-il que je le répète????
    C’était d’ailleurs évident, puisque cela reprenait la « différence de T° » de Warmichou…
    Jusqu’où te mènera ta mauvaise foi????

    Moi au moins j’admes mes typos… tandis que toi

    pour etre plus precis

    Bah non… c’est pas une question d’être plus précis… la conduction est un mode de transport de chaleur, et n’est en rien un flux de chaleur… point barre…

    La variation de densite locale est soumise aux forces de gravite agissant sur les masses des differents composants. (cf Navier-Stokes). L’evolution de la masse des differents composants suit des equations de reaction-diffusion-convection. Pourquoi une des variables devrait-elle contraindre les autres ?

    Réponse hors sujet…. on parlait du gradient adiabatique et de la loi des gaz parfaits (et donc de la liaison entre les gradients de température, de pression et de densité).
    Diversion ratée… 😉

  41. Laurent…

    Vous insistez mais votre phrase « sans flux de chaleur, il n’y a aucun gradient de température » n’est vraie de que de façon diagnostique, à l’équilibre.

    Ensuite, je voulais effacer la fin de mon dernier message, car votre « back radiation » pouvait bien être équilibrée.

    Mais remarquez que votre phrase :

    « flux de chaleur montant => hausse de température > hausse du rayonnement lambertien (qui hausse le rayonnement dans toutes les directions, et pas QUE vers le bas). »

    est à peu près la théorie de l’effet de serre. (sinon que la hausse de température ça reste à prouver…)

    On dit bien que le rayonnement montant est compensé en moitié par le rayonnement vers l’espace et en moitié par le rayonnement descendant.

    On est d’accord.

    Sur les diagrammes à l’équilibre, on ne dit pas que les photons sont réfléchis « simplement », on dit que le rayonnement descendant est la moitié du rayonnement montant.
    Relation diagnostique. Equilibre.

    Je suis bien d’accord que c’est dur de suivre le cheminement de l’énergie dans la couche de CO2.
    Mais la relation diagnostique est là pour nous donner directement le résultat sans résoudre explicitement le cheminement de l’énergie.

  42. Pomdeter (#394),

    n’est vraie de que de façon diagnostique, à l’équilibre.

    Non… c’est toujours vrai…

    est à peu près la théorie de l’effet de serre.

    Je ne sais pas de quelle théorie vous parlez. La seule théorie « d’effet de serre » qui est pour moi définie, est celle de « l’effet de serre radiatif », qui n’a pas grand chose à voir avec la proposition que j’ai fais….

    On dit bien que le rayonnement montant est compensé en moitié par le rayonnement vers l’espace et en moitié par le rayonnement descendant.

    Ca, c’est ce que dirait la théorie de « l’effet de serre radiatif » en approximation « monocouche ». Cela n’a rien à voir avec ce que je dis, ni bien sur avec la réalité…. et ni même avec la réalité décrite par les réchauffistes (voir le schéma de Trenberth dont on a abondamment discuté ici… )

    Le reste de votre intervention étant trop confus pour être compréhensible… je ne commenterais pas.

  43. 1) Et si je vous dis que c’est faux. Posez la question à n’importe quel prof de physique.

    2) Non ça n’a rien à voir. Vous décrivez le schéma radiatif usuel, équilibré, mais ça n’a rien à voir ? Vous l’avez écrit noir sur blanc la chaîne causale : « flux de chaleur montant => hausse de température > hausse du rayonnement ». Tout le monde le comprendra comme moi et on appelle çà la « back radiation ». Je dirais que par votre propos, vous entrez dans le consensus. Vos idées, je n’en sais rien.

    3) approximation monocouche ? Mais on fait les bilans sur les corps qu’on veut, du moment qu’on sait définir leur surface ! Si on fait le bilan de l’atmosphère, forcément que c’est 1 couche…

    4) Le reste de mon intervention est confus ? Quel lecteur n’a pas compris ?

  44. Pomdeter (#396),

    Quel lecteur n’a pas compris ?

    Moi, entre autres, parmi les rares personnes qui sans doute s’intéressent lisent encore à vos pinaillages d’un œil désabusé.

    Serait-ce par pure coïncidence que vous avez choisi Pomdeter comme pseudo, au risque d’être mis dans le même sac que la Patate ?

  45. Pomdeter (#396),

    Et si je vous dis que c’est faux

    Et bien vous avez tord…. 😉

    Posez la question à n’importe quel prof de physique.

    Appliquez donc à vous même vos propres conseils.. 😉

    Non ça n’a rien à voir.

    Ben non… relisez attentivement et comparez… et allez donc voir les schéma de Trenberth (adoubé par les réchauffistes…)