Une approche globale thermodynamique de l’effet de serre

Le réchauffement climatique repose sur la mise en évidence d’une élévation de la température moyenne de la terre et sa corrélation avec une augmentation corrélative d’origine anthropique de la teneur en CO² de l’atmosphère, le CO² étant considéré comme l’un des principaux gaz à effet de serre.

Cette approche soulève de nombreux problèmes qui fournissent aux climatosceptiques autant d’arguments pour nier la réalité du réchauffement climatique ou à tout le moins la mettre en doute.

Ils questionnent en particulier la notion et la mesure de la croissance de la température moyenne de la Terre en s’appuyant sur le fait incontestable que les données issues des stations météorologiques et d’autres sources sont peu fiables, imprécises et demandent pour être exploitées des ajustements empiriques contestables. Au-delà même de cette critique personne ne conteste sérieusement que la notion de température moyenne assimilée à la moyenne des températures n’a aucun sens physique et est même une hérésie mathématique. Si on prend deux litres d’eau l’un à 40 ° et l’autre à 60°C la température moyenne de 50°C correspond à la température obtenue si on les mélange. Mais si on remplace un des ingrédients par le même volume de lait par exemple, à la même température, la température du mélange ne sera pas elle égale à 50° !. Personne ne nie cette élémentaire vérité, mais tout le monde s’empresse de l’oublier et d’en tenir le moindre compte !

Il y aurait pourtant un moyen bien plus fiable et incontestable de définir une température moyenne de la Terre à partir de son spectre d’émission électromagnétique – qui se situe dans l’infra rouge – et de la courbe de Planck correspondante. On sait que le corps noir est un corps susceptible d’absorber toutes les radiations ce qui lui vaut son nom, mais qui lorsqu’il est chauffé émet à son tour un spectre qui ne dépend que de sa température. Le corps noir constitue donc un thermomètre idéal et absolu. Pour mesurer la température d’un corps quelconque il suffit de réaliser un équilibre thermique entre ce corps et un corps noir et de relever le spectre d’émission de ce corps noir à partir duquel on déduit immédiatement la température recherchée. La méthode n’a rien d’original, c’est celle qui est utilisée en astronomie pour mesurer la température des astres lointain. La méthode est d’autant plus commode que ces astres sont assez sensiblement assimilables à des corps . C’est vrai par exemple pour le Soleil mais aussi pour la Terre.

Pour cette dernière le problème est compliqué du fait que le spectre se mesure dans l’espace et que les gaz de serre absorbent certaines fréquences. S’il n’y avait pas de gaz de serre ou s’il était déterminé au ras du sol le spectre de la Terre serait représenté par une courbe de Planck particulière qui correspondrait à une vraie température moyenne ou à ce qui s’en approcherait le plus, mais à cause des GES ce spectre est représenté par une courbe irrégulière marquée par de nombreuses indentations correspondant aux bandes d’absorption de ces GES. Il est toutefois facile de remonter à partir de ce spectre irrégulier à la courbe de Planck théorique en remarquant que la surface sous celle-ci doit être égale à la surface sous le spectre mesuré puisque les deux représentent la même énergie rayonnée.

Cette approche permettrait une mesure précise et non contestable de la température qui ne pourrait plus offrir matière à discussion. Elle permet également d’expliquer l’effet de serre de particulièrement simple. Partons pour cela de la courbe de Planck de la terre en l’absence de GES, puis introduisons un gaz de serre qui absorberait par exemple 50 % de la bande de fréquences à laquelle il réagit. Le spectre serait donc amputé d’une partie de sa surface. Nous nous plaçons dans le cas où l’énergie absorbée par la Terre ne change pas, c’est-à-dire à intensité solaire et albédo constant. L’équilibre thermique exige que la Terre réémette toute l’énergie qu’elle reçoit. C’est ce qu’elle faisait avant l’introduction du gaz de serre. Mais maintenant le spectre est amputé et sa surface ne correspond plus à l’énergie absorbée. Pour rétablir cet équilibre la courbe de Planck de la Terre doit se déplacer vers la gauche pour que sa surface augmente, et ce déplacement correspond à une élévation de température.
Qu’est devenue l’énergie absorbée par le GES ? C’est bien entendu elle qui a réchauffé la Terre. De quelle façon ? Il n’existe que deux modes de transfert de chaleur, les radiations et la conduction. Les radiations, typiquement les radiations infrarouges, sont des vecteurs de transmission très sélectifs. Ils agissent en excitant les molécules des corps qui les reçoivent à condition que leur fréquence corresponde à une fréquence de résonnance de ces molécules, autrement ils sont sans effet. La conduction est un phénomène complétement différent : elle correspond à la transmission par chocs de l’énergie des molécules de GES excitées à des molécules voisines. Les molécules excitées peuvent revenir spontanément à leur niveau normal en réémettant une radiation exactement semblable en fréquence et intensité à celle qui les a excitées. Mais en pratique la conduction est très largement prééminente.
Ce raisonnement a l’intérêt de conduire à une première conclusion importante, c’est qu’à énergie solaire constante (nous négligeons la possibilité de réchauffement d’origine tellurique qui est insignifiante ) un réchauffement ne peut avoir que deux origines, soit une réduction de l’albédo, soit une augmentation de l’effet de serre. 

Supposons en effet qu’un phénomène autre que les deux mentionnés ci-dessus entraine un réchauffement de la Terre. Celle-ci va en conséquence rayonner plus d’énergie qu’elle n’en reçoit et se refroidir par auto régulation. Ceci bien sûr n’exclue pas que des phénomènes internes à l‘atmosphère provoque un réchauffement, mais ils ne peuvent pas le faire sans passer par la médiation d’une diminution de l’albédo ou une augmentation de l’effet de serre.
Une autre conclusion importante s’impose également. Que se passe-t-il si on augmente la quantité de GES. Bien entendu l’absorption augment en conséquence. Jusqu’où ? Jusqu’à ce qu’elle soit totale. A ce moment, qui correspond à la saturation de l’effet de serre de ce gaz, toute l’énergie irradiée par la Terre dans la bande de fréquences concernée lui est restituée en totalité. On ne peut pas aller plus loin et on peut à partir de ce moment ajouter autant de ce GES que l’on veut sans que cela ait la moindre influence sur la température, à moins que cet excédent de gaz ne provoque une réduction de l’albédo ou un accroissement de l’effet de serre d’un autre gaz. Cette considération est importante car c’est le cas du CO² dont l’effet de serre est saturé. Contrairement à la vulgate actuelle on peut en ajouter autant qu’on veut sans que cela ait la moindre influence sur la température. Pour prétendre que le CO² malgré la saturation aurait un effet il faudrait prouver que d’une façon ou d’une autre il induirait une diminution de l’albédo ou exercerait sur un autre gaz comme la vapeur d’eau une rétroaction supérieure à celle que l’on pourrait déjà lui imputer. Aucun mécanisme connu ne permet actuellement de penser que cela puisse être le cas.

Le désir quasiment religieux de tenir le CO² responsable d’un réchauffement catastrophique malgré la saturation de son effet de serre ne s’est manifesté à ma connaissance que par l’élaboration d’une thèse fantaisiste dans laquelle interviendrait une soi-disant altitude d’émission. Elle accumule tant d’erreurs et de contradictions internes qu’elle ne mériterait pas d’être citée ici si elle n’était le dernier rempart auquel se raccrochent désespérément tous ceux qui veulent à tout prix condamner à travers le CO² anthropique le développement industriel et économique qu’ils considèrent comme conduisant inévitablement le monde à sa perte.

Cet article n’a pas pour objet de nier ou de défendre la réalité du réchauffement climatique. IL se limite à démontrer que le CO² était « hors jeu » . Après c’est une question d’opinion et de croyance et un débat lequel l’idéologie a chassé la science.
Si vous voulez en savoir plus je vous invite à visionner mes vidéos « accusé CO² levez-vous ! dans lesquelles je détaille en termes scientifiques rigoureux le théme exposé ci-dessus.
Une approche globale thermodynamique de l’effet de serre