Comprendre l’effet d’atmosphère /1

Nous pouvons maintenant déterminer la puissance totale interceptée par la terre. Prenons simplement le flux solaire à la distance de la Terre que nous venons de calculer, et multiplions le par la surface d’interception de la terre, qui est un disque de rayon terrestre (π d2) :

f4.jpg


Cependant, toute l’énergie interceptée par la Terre n’est pas réellement absorbée par elle, parce qu’une certaine partie est réfléchie directement dans l’espace extérieur. Ce type de réflexion directe est ce qui nous permet de voir chaque planète ou même sa surface ! La capacité d’une surface de réfléchir la radiation lumineuse incidente est appelée albédo (α), qui est un facteur sans unité qui va de 0 à 1 (0% à 100%), 0 pour sans réflexion du tout et 1 réflexion totale. Tous les corps ont en général un albédo et pour la planète Terre sa valeur moyenne est αce qui signifie que la Terre, atmosphère incluse, réfléchit 30% de la lumière solaire incidente, mais absorbe les autres 70% dans l’atmosphère et la surface. Donc, si nous voulons savoir quelle quantité de la puissance solaire la Terre et son atmosphère absorbent réellement la faisant chauffer, nous devons multiplier dans l’équation ci-dessus par le facteur 70%, ou (1-α) :

 

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Et ainsi, nous sommes finalement arrivés à la formule qui nous dit combien d’énergie solaire la Terre et son atmosphère absorbent, et elle n’est vraiment pas très compliquée. C’est le point de départ pour déterminer combien de chaleur la Terre et son atmosphère vont réellement obtenir du Soleil par chauffage radiatif. Pour déterminer cette température nous postulons simplement que, puisque le Soleil a brillé sur la Terre depuis des milliers, des millions et des milliards d’années, il a maintenant chauffé la Terre et son atmosphère autant qu’il était possible et qu’il ne la chauffera pas plus désormais. Cet état est appelé équilibre thermique radiatif. Maintenant, il est vrai qu’il y a constamment des variations de court terme de la brillance du Soleil et de l’albédo de la Terre, et que certains lieux terrestres sont toujours en cours de passage du jour à la nuit, et que le bilan radiatif Soleil-Terre est généralement en dehors de l’équilibre thermique radiatif local au cours de telles périodes. Cependant, nous sommes simplement intéressés par les moyennes à long terme, et ainsi donc nous pouvons examiner les valeurs moyennes de la brillance solaire et de l’albédo de la Terre pour atteindre une estimation de la température moyenne d’équilibre thermique radiatif, parce que, sur le long terme, ces variations s’annulent dans les moyennes.

Il est vraiment très simple de déterminer quelle est cette température car l’équation dont nous avons besoin est une de celles que nous avons déjà utilisées. Avant, nous avons besoin de faire état d’une autre loi de la physique appelée Loi de Kirchhoff de la radiation thermique. Elle dit : « à l’équilibre thermique radiatif, l’émissivité d’un corps égale son absorptivité. » Autrement dit la Terre émet exactement la quantité d’énergie radiative qu’elle absorbe quand elle se trouve en équilibre thermique radiatif avec le Soleil. Si elle ne le fait pas c’est qu’elle ne doit pas être en équilibre radiatif, mais nous devons certainement attendre qu’elle le soit en moyenne au long cours car le Soleil l’illumine bien depuis une très longue durée. Nous avons déjà déterminé une formule de la quantité de radiation du Soleil absorbée effectivement par la Terre (équation {5}), donc nous sommes maintenant à la moitié du chemin.
La dernière pièce du puzzle consiste à considérer qu’à l’équilibre thermique un objet émet généralement l’énergie thermique avec un spectre du corps noir. Nous savons déjà exactement comment un corps noir irradie, nous l’avons vu dans les équations {1} et {2}. L’énergie totale émise (luminosité) par un corps noir c’est sa brillance de surface (σT 4), où T est la température de l’objet) multipliée par l’aire de sa surface (Asurf), ou L= σT 4(A surf) qui est ce que nous avons vu dans l’équation {2}. Pour la Terre, l’énergie émise est donc :

 

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101.  Nobody | 7/01/2012 @ 0:25 Répondre à ce commentaire

Titoune (#97),
Avant de demander aux autres de « stopper la mauvaise foi », tu devrais arrêter de prendre les autres pour des imbéciles.
Comme je l’ai montré, en disant « deux phrases tirées de leur conclusion » en #85, vu qu’aucune des deux phrases n’est tirée de la conclusion de l’article, soit tu ment de façon éhontée, soit tu n’a pas vraiment lu l’article. Dans les deux cas, cela te disqualifie complètement pour critiquer cet article.
Je passe donc sur les « extraits » que tu pique ici et là et que tu cite à tord et à travers et hors contexte. Tu ne fait que t’enfoncer en montrant ta méconnaissance totale de l’article.

quand au « calcul de la température terrestre » de G&T, ce n’est justement pas un « calcul de la température terrestre moyenne vraie »… mais pour le comprendre, il faut lire l’article.
Le jour ou tu montrera que tu a lu l’article, on en rediscutera.

102.  MichelLN35 | 7/01/2012 @ 10:12 Répondre à ce commentaire

Araucan (#99),

Très intéressant, j’avais traduit l’an dernier l’article de Jelbring republié par Tallblock. Je vais le transmettre à Araucan ce matin pour la rubrique autres textes et traductions.

Il me parait particulièrement éclairant.

103.  scaletrans | 7/01/2012 @ 10:41 Répondre à ce commentaire

MichelLN35 (#101),

Excellente initiative ! Bravo pour vos contributions.

104.  Titoune | 7/01/2012 @ 23:22 Répondre à ce commentaire

Chez WUWT aussi ils croient dans l’effet de serre voici ce que dit un de leur contributeur (Ira Glickstein ) chez realclimate :

When it comes to the Atmospheric “Greenhouse Effect”, some of the commenters on that blog are “disbelievers” (the term I prefer to the non-PC “denialist”). However, the Management and Guest Contributors at WUWT accept the basic truth that CO2, water vapor, and other “greenhouse gases” are responsible for an ~33ºC boost in mean Earth temperature, that CO2 levels are rising, partly due to our use of fossil fuels, that land use has changed Earth’s albedo, and that this human actvity has caused additional warming.

.

105.  Olivier | 9/01/2012 @ 12:49 Répondre à ce commentaire

Nobody (#71),

Pour faire court ; G&T n’énoncent ni ne démontrent aucune “théorie”, ils critiquent une quinzaine d’énoncés de “théorie d’effet de serre” (tous référencés et tous différents). Ils ne s’attaquent pas un un un concept “effet de serre” indéfinissable, mais à des énoncés précis.

Bob (#72),

Les physiciens G et T d’une part, Kramm et D d’autre part, pensent et publient que les arguments qui sous-tendent la théorie de l’effet de serre en cour (sans faute d’orthographe) , sont défectueux. Autrement dit, la théorie est douteuse voire fausse.

Il serait peut être temps que vous vous mettiez d’accord !

Quant à vous, mon cher Bob (#57),

En effet, G et T sont si peu contents de l’article de Kramm et al 2011, qu’ils en font la pub sur leur site et en recommandent la lecture !
http://www.tsch.de/index_000_.html

vous êtes juste en train de nous montrer que ni vous ni G&T ne maîtrisez le pseudo article de Kramm : en effet, dans son texte Kramm viole le deuxième principe de la thermodynamique tel que G&T l’entendent : équation 2.17… C’est plutôt drôle… Pour ma part, si j’avais fait ce genre de n’importe quoi en maîtrise de physique fondamentale, je n’aurais jamais obtenu mon diplôme… et vous ?

106.  miniTAX | 9/01/2012 @ 13:00 Répondre à ce commentaire

Pour ma part, si j’avais fait ce genre de n’importe quoi en maîtrise de physique fondamentale, je n’aurais jamais obtenu mon diplôme… et vous ?

Olivier (#105),
Pour notre part, on n’en a rien à battre d’un bouffon anonyme comme toi et encore moins de ton avis la publi de Kramm, qui lui a bien eu ses diplômes comme il faut, contrairement à toi.
Ou pour reprendre le sempiternel argument d’autorité des environnementeurs réchauffistes, si tu veux critiquer le papier de Kramm, fais une publi dans une revue peer-reviewed au lieu de brasser du vent en faisant le perroquet des insinuations à 2 balles qui ne convainquent que tes co-religionnaires.

107.  Bob | 9/01/2012 @ 13:02 Répondre à ce commentaire

Olivier (#105),

Il serait peut être temps que vous vous mettiez d’accord !

Ou bien vous êtes étranger et il est pardonnable que vous ne compreniez pas le français, ou bien c’est très inquiétant.
Les deux textes disent, en substance, exactement la même chose :

G et T ne proposent aucune théorie mais ils critiquent la théorie ( des autres) en vogue (c’est le mot).
Peut-être lisez vous trop vite et ne comprenez pas tout ?

Pour la suite, il est clair que vous n’avez rien compris à l’article de Kramm et que vous n’avez certainement jamais obtenu la moindre maîtrise en physique fondamentale.

On trouve de tout sur le WEB. Surtout sous des pseudonymes.

108.  MichelLN35 | 9/01/2012 @ 16:18 Répondre à ce commentaire

Bob (#107),

Il y a sur WUWT en ce moment un article de Willis Eschenbach qui suscite dans la discussion certaines réticences.

Il reprend les données de Hermalyn pour défendre l' »Effet de serre » responsable, tout en le critiquant, mais il se voit renvoyer Kramm et Dlugi très gentiment.

Il est contraint de constater que la température moyenne de la Lune (en fait de la face visible face à la Terre), est voisine de -77°C en oubliant que la face non éclairée est alors à une température voisine de -270 ou au mieux de -260°C, ce qui ferait une moyenne instantanée de ~-168,5°C (~104.5K).

On devrait peut-être aussi calculer ces moyennes en tenant compte de la distribution parabolique des vraies températures, moyenne des quantités de mouvement (1/2mv^2). La correction passant par le carré des T n’est pas négligeable.

Si je ne me suis pas trompé, la moyenne devient -134.1°C (=138.9 K)
Que pensez vous de cette proposition ?

109.  Bob | 9/01/2012 @ 17:50 Répondre à ce commentaire

MichelLN35 (#108),

Je pense qu’il ne faut pas calculer les moyennes de températures (variable intensive qui plus est) pour en déduire quoique ce soit de pertinent en thermodynamique.

Du point de vue thermodynamique et des échanges énergétiques, ce sont les irradiances (variables extensives) locales qui comptent et non pas les températures « moyennes ».

On peut certes faire la moyenne des irradiances mesurées en chaque point, déterminées par la température locale en supposant qu’il s’agit d’un corps noir, mais certainement pas celle des températures mesurées ici ou là et dans différentes conditions (jour/nuit) par exemple pour en déduire une « irradiance moyenne » pour un objet hétérogène. Cela n’a pas d’autre sens autre qu’un sens purement anecdotique.

Sans compter qu’il ne faut pas oublier qu’il existe aussi un écart considérable entre les températures aux pôles de la Lune et à l’équateur. Autrement dit, il n’existe pas d’objet de cette nature (planète « solide ») avec une température (moyenne) uniforme.
C’est un peu gênant d’assimiler une quelconque planète (sans GES) à un objet à température uniforme qui n’existe nulle part !

A noter que Kramm et Dlugi discutent avec quelques détails et références biblio ( mais pas Hermalyn) sur les températures de la Lune.i

110.  MichelLN35 | 11/01/2012 @ 18:55 Répondre à ce commentaire

Bob (#109),

Vous avez complètement raison et je viens de me rendre compte de l’importance de la puissance quatrième en refaisant mes calculs par passage par l’irradiance moyenne des températures observées sur l’équateur lunaire à la suite d’une petite remarque d’un lecteur de WUWT :
1. Spector says:
January 9, 2012 at 11:23 am

D’abord, concernant les pôles, variation méridienne, et la variation équatorienne, je crois que l’on peut supposer une courbe quotidienne sur la face visible pas trop différente.

D’où dans l’exemple qu’il donne, une température maximale de +90 et minimale de -190 ce qui donnerait en passant par les irradiance une moyenne comme celles de la météo sur terre, (max+min)/2 de 32°C qui m’a beaucoup étonné.

En tenant compte de la face non visible et sans clair de terre, l’ordre de -18°C ne paraît pas absurde comme je le pensais avant en ne faisant que les moyennes arithmétiques.

111.  Marot | 12/01/2012 @ 7:15 Répondre à ce commentaire

Bob (#109)
Sur ce sujet, j’ai envoyé la traduction d’un bon billet de Robert Brown à Araucan, scaletrans et MichelLN35.
Si l’un d’eux a votre adresse il peut vous le transmettre.

112.  Bob | 12/01/2012 @ 10:55 Répondre à ce commentaire

Marot (#111),
Merci. Si Araucan veut bien me l’envoyer ? C’est volontiers.

113.  lemiere jacques | 12/01/2012 @ 12:08 Répondre à ce commentaire

Bob (#109),
tout à fait!

114.  lemiere jacques | 12/01/2012 @ 20:05 Répondre à ce commentaire

Tiens à propos du problème traité façon corps noir, ce coup de gueule est amusant:
http://wattsupwiththat.com/201.....more-54662
même si il ne fait que les énumérer , il rappelle quelques problèmes qui compliquent la question

115.  Mihai V | 13/01/2012 @ 6:26 Répondre à ce commentaire

lemiere jacques (#114),

Excellentes réflexions de ce bon Dr R G Brown. Un texte à lire absolument.

quelques problèmes qui compliquent la question

C’est peu de le dire. Ces problèmes flanquent par terre tout espoir de modéliser le climat un peu sérieusement.

Pour les non anglophones, la TAG (« Trahison » Assistée par Google) permet quand même de se faire une bonne idée du sens général 😉

116.  lemiere jacques | 13/01/2012 @ 13:32 Répondre à ce commentaire

Mihai V (#115),
en fait je n’ai JAMAIS rien compris aux prises de bec sur les modèles simples de l’effet de serre d….je suis très heureux de lire ce brown qui me semble énoncer des évidences que certaines hypothèses de travail énoncées timidement dans les modèles ne me semblent pas lever.

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