L’effet de serre et le bilan énergétique de la Terre

atmosphère et CO2, bilan énergétique de la Terre, effet de serre, équation de Planck, température et CO2

par Georges Geuskens, Professeur émérite de l’Université Libre de Bruxelles (ULB)

Dans presque toutes les sciences, les notions élémentaires sont les plus difficiles et elles sont parfois mal comprises. Par la suite, elles sont souvent  négligées car elles ne s’opposent pas à la publication d’articles dans des domaines spécialisés où les auteurs, à la recherche de notoriété ou de subsides, sont jugés par leurs pairs. La climatologie, science récente et pluridisciplinaire par essence, n’échappe pas à cette règle. C’est ainsi que beaucoup de climatologues, réputés tels ou simples amateurs, développent des théories dont les hypothèses sont contraires aux principes fondamentaux de la chimie et de la physique. Néanmoins,  sur la base de ces théories mal étayées, des modèles informatiques sont élaborés qui conduisent, avec une précision rassurante, à des prévisions alarmantes. Dans cette note nous rappellerons d’abord quelques notions élémentaires concernant l’émission et l’absorption de rayonnements par la Terre et par les gaz atmosphériques avant de revoir d’un point de vue critique les notions généralement admises à propos de l’effet de serre et du bilan énergétique de la Terre.

1. Deux types de rayonnement à ne pas confondre.

1.1. Émission de rayonnement thermique

Tout corps solide à une température supérieure au zéro absolu  émet un rayonnement qui apparaît dans le domaine visible pour des températures supérieures à 3000 K mais se limite principalement au domaine infrarouge pour des températures inférieures (fig. 1). Ce rayonnement qualifié de « thermique » se présente toujours sous forme d’un spectre continu avec une forte variation d’intensité du côté des courtes longueurs d’onde (hautes énergies), passage par un maximum à la longueur d’onde λmax qui se déplace en fonction de la température (comme indiqué sur la fig. 1) et perte progressive d’intensité du côté des grandes longueurs d’onde (faibles énergies). Il est dû à l’oscillation de dipôles électriques formés par le noyau et le nuage électronique des atomes qui, en accord avec les lois de  l’électromagnétisme, émettent un rayonnement de fréquence égale à la fréquence d’oscillation.

Fig. 1 Rayonnement thermique d’un corps solide à différentes températures

Dans la seconde moitié du 19ème siècle plusieurs physiciens ont tenté d’élaborer une théorie du « corps noir », objet idéal qui,  à l’équilibre thermique, absorbe et émet toutes les longueurs d’onde d’où la qualification de « noir ». Ce n’est qu’en 1900 que Planck proposa une équation introduisant l’idée, révolutionnaire pour l’époque, qu’à chaque longueur d’onde le rayonnement ne peut être émis que sous forme de « quanta » (c’est-à-dire de petits  paquets) dont l’énergie est hν = hc/λ (où ν et λ sont respectivement la fréquence et la longueur d’onde du rayonnement émis, c la vitesse de la lumière et h une nouvelle constante de la nature appelée désormais constante de Planck). Cette formule, ainsi que quelques limitations à son usage, est rappelée dans une note publiée sur ce site (http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/). L’intégration de l’équation de Planck sur tout le domaine de longueurs d’onde conduit à la formule de Stefan-Boltzmann qui lie l’émittance hémisphérique  (à 180°dans toutes les directions à partir d’une surface) E(T)  (en W m-2) à la température T (en K)  à la puissance  4 :

E (T) = σ T4 (σ = constante de Stefan = 5,67 x 10-8 W m-2 K-4)                (1)

La relation (1) fournit une mesure de l’aire sous les courbes de la fig. 1. Il faut remarquer que l’émittance hémisphérique  intervenant dans la relation (1) est fondamentalement différente du flux «  unidirectionnel »  (ascendant ou descendant) F(T) de la relation (2) qui est l’outil de travail par excellence des climatologues :

F (T) = σ T4                (2)

Cette dernière relation, bien que couramment utilisée, doit donc être considérée comme une approximation. La fig. 1 montre aussi que le maximum de la courbe d’émission  se déplace avec la température selon la loi de Wien :

λmax = C / T (C = 2,9 10-3 m K)                   (3)

L’intégration de l’équation de  Planck permet de calculer que 95 % de l’émission thermique d’un corps noir se situe dans le domaine de longueurs d’onde s’étendant de 0,5. λmax à 4. λmax

Les caractéristiques essentielles d’un rayonnement thermique sont que :

– le spectre d’émission est continu, son intensité dépend fortement de la température mais est indépendant de la nature de l’émetteur.

– le rayonnement thermique d’un corps chaud peut être absorbé par un corps froid mais PAS l’inverse.

1.2. Émission de rayonnement de fluorescence.

En accord avec les principes de la mécanique quantique l’énergie interne d’atomes et molécules ne peut varier d’une manière continue. Les niveaux énergétiques sont discrets : on dit qu’ils sont « quantifiés ». Un atome ou une molécule peut être excitée d’un niveau d’énergie bas à un niveau plus élevé par différents mécanismes dont l’absorption d’un rayonnement de longueur  correspondant précisément à la différence d’énergie entre les niveaux concernés. Un atome ou une molécule excitée, toujours de durée de vie limitée, peut se désactiver par différents mécanismes dont l’émission d’un rayonnement de fluorescence. Il va sans dire que la loi du rayonnement de Kirchhoff ne s’applique PAS au rayonnement de fluorescence. Cette loi, spécifique des corps noirs, précise qu’à l’équilibre thermique leur absorptivité doit être égale à  leur émissivité.

Les caractéristiques essentielles d’un rayonnement de fluorescence sont que :

– le spectre d’émission est discontinu, constitué de raies ou de bandes. Son intensité ne dépend PAS de la température et la relation de Stefan-Boltzmann (1) n’est PAS d’application. Le spectre de fluorescence dépend fortement de la nature de l’atome ou de la molécule et peut même servir à l’identifier.

– le rayonnement de fluorescence d’un corps froid peut être absorbé par un corps chaud sans violer le second principe de la thermodynamique car un rayonnement n’est PAS de la chaleur.

1.3. Absorption de rayonnement thermique.

Le rayonnement thermique d’un corps noir, par exemple le Soleil, peut être absorbé par un autre corps noir plus froid comme la Terre mais l’inverse n’est PAS possible. Par contre, certaines longueurs d’onde du rayonnement thermique d’un corps noir peuvent être absorbées sélectivement par des molécules individuelles à n’importe quelle température si une transition vers un niveau d’énergie plus élevée est possible. C’est le cas, par exemple, pour le rayonnement thermique du Soleil. La fig. 2 montre qu’au sommet de l’atmosphère le rayonnement thermique du Soleil correspond assez bien à celui calculé par l’équation de Planck pour un corps noir à 5250 °C avec un maximum à 500 nm. Comme mentionné ci-dessus, 95 % de l’émission se situe dans le domaine de longueurs d’onde s’étendant de 250 nm à 2000 nm (2 µm). Au niveau de la mer l‘intensité du rayonnement est réduite de 20 % car unefraction est absorbée par les gaz atmosphériques (essentiellement par la vapeur d’eau)dans les longueurs d’onde de 800 à 3000 nm (de 0,8 à 3 µm, modes de vibration de H2O apparaissant sur la fig. 6).

Fig. 2 Rayonnement thermique du Soleil

Le même type de phénomène intervient si on considère la Terre comme un corps noir à 288 K (15° C). La loi de Wien prévoit que le rayonnement émis devrait présenter un maximum d’intensité à 10 µm et l’équation de  Planck permet de calculer que 95 % du spectre d’émission sera compris entre 5 et 40 µm. Une fraction de ce rayonnement thermique peut être absorbée  principalement par la vapeur d’eau et, dans une moindre mesure, par le CO2 (voir paragraphes 2.2 et 2.3 ci-dessous).

2. Absorption et émission de rayonnement par les gaz atmosphériques.

2.1. Niveaux d’énergie.

Dans l’atmosphère terrestre 78 % des molécules sont des molécules d’azote N2  et 21 % sont des molécules d’oxygène O2. Le  troisième constituant par ordre d’abondance est l’argon Ar (environ 1 % des molécules). Les molécules de CO2 n’interviennent que pour environ 0,04 %.  L’énergie totale de ces  molécules est  la somme de  leur énergie de translation d’une part et de leurs énergies électronique, de vibration et de rotation d’autre part. L’énergie de translation n’est PAS quantifiée. Elle peut donc varier de manière continue dans une gamme de valeurs qui dépend de la température et qui obéit à la fonction de distribution des vitesses de Maxwell-Boltzmann (voir fig.3).

Fig.3 Distribution des vitesses de Maxwell-Boltzmann (Probabilité de trouver une molécule de vitesse V à une température T, Vp = vitesse la plus probable,  V͞  = vitesse moyenne).

La théorie cinétique des gaz permet de calculer qu’à la température de 15°C les molécules de l’air sont animées de vitesses de l’ordre de 500 m par seconde et qu’à cette température et à la pression d’une atmosphère, chacune subit plusieurs milliards de collisions par seconde.

Les niveaux d’énergie électronique, de vibration et de rotation sont quantifiés.  Les transitions entre niveaux électroniques se manifestent dans le domaine spectral de l’ultra-violet et du visible et nous n’en discuterons pas ici. En plus des mouvements de translation, toutes les molécules polyatomiques, si elles disposent de l’énergie suffisante, peuvent aussi entrer en vibration avec variation rapide et périodique des longueurs ou des angles de leurs liaisons interatomiques. Cependant, certaines transitions seulement entre niveaux de vibration apparaissent dans l’infrarouge car, pour qu’un mouvement de vibration s’y manifeste (en émission ou absorption) il faut que la vibration implique une variation de moment dipolaire. C’est le cas pour certains modes de vibration de CO2 et H2O mais PAS pour N2 et O2 (ce qui ne les empêche pas de vibrer même si il n’y a pas de variation de moment dipolaire). Pour qu’un mouvement de rotation pure se manifeste (en émission ou absorption) dans l’infrarouge il faut que la molécule possède un moment dipolaire permanent. C’est le cas pour H2O mais PAS pour CO2, N2 ou O2 (ce qui ne les empêche pas d’avoir des mouvements de rotation même si elles n’ont pas de moment dipolaire permanent). Néanmoins, lors d’une vibration, des molécules comme CO2 et H2O peuvent se trouver dans différents  états (sous-niveaux)  de rotation. Des mouvements de rotation sont alors associés aux mouvements de vibration et les spectres sont qualifiés de spectres de vibration-rotation. Nous ne nous intéresserons  ici qu’au CO2 et à la vapeur d’eau car ce sont les principaux gaz atmosphériques susceptibles d’absorber une fraction des rayonnements thermiques du Soleil ainsi que de la Terre.

2.2. Le CO2.

Les molécules de CO2 possèdent trois modes de vibrations distincts notés :

ν1 (étirement symétrique) à 7,5 µm,

ν2 (déformation angulaire)  à 15 µm

ν3 (étirement asymétrique) à 4,3 µm

Les deux derniers sont actifs dans l’infrarouge mais seul  ν2 se situe dans le domaine du rayonnement thermique de la Terre (de 5 à 40 µm). La fig. 4 met en évidence, en plus des niveaux de vibration correspondant à la transition ν2, la présence de sous-niveaux de rotation caractérisés par diverses valeurs du nombre quantique J. Les transitions possibles d’après la mécanique quantique correspondent à des transitions entre niveaux de rotation  telles Δ J = – 1, Δ J = 0 et Δ J = + 1.

Fig. 4 Niveaux de vibration de CO2 et transitions entre sous-niveaux de rotation conduisant aux branches P, Q et R du spectre infrarouge présenté sur la fig. 5.

La combinaison de toutes les transitions possibles se manifeste dans le spectre de  vibration-rotation, reproduit à faible résolution sur la fig.5, par l’apparition de branches P, Q et R par ordre d’énergie croissante.

Fig.5 Spectre d’absorption infrarouge du CO2

En admettant que la Terre se comporte comme un corps noir à la température de 288 K (15 ° C) et en intégrant l’équation de Planck dans le domaine  d’absorption du CO2 de 14 à 16 µm (voir fig. 5) on trouve que 10 % seulement de l’énergie du rayonnement thermique de la Terre est émis dans cet intervalle de longueurs d’onde.  Le CO2, quelle que soit son abondance, ne pourrait donc absorber plus que cette fraction.

2.3. La vapeur d’eau.

De tous les gaz atmosphériques susceptibles d’absorber une fraction du rayonnement thermique de la Terre la vapeur d’eau est le plus efficace parce que c’est le plus abondant  (en moyenne 2 % en volume) et aussi parce que son spectre infrarouge est le plus étendu. Les molécules d’eau possèdent trois modes de vibration notés :

ν1 (étirement symétrique) à 2,7 µm,

ν2 (déformation angulaire) à 6,3 µm  

ν3 (étirement asymétrique) à 2,7 µm

Les deux derniers seulement sont actifs dans l’infrarouge mais seul ν2 se situe dans le domaine du rayonnement thermique de la Terre (de 5 à 40  µm). Des combinaisons de ν1, ν2 et ν3 peuvent aussi être actives dans l’infrarouge comme le montre la fig. 6 (courbe verte). Elles sont hors du rayonnement thermique de la Terre mais PAS hors du rayonnement thermique du Soleil au sommet de l’atmosphère dont elles absorbent une fraction (voir fig.2). En admettant que la Terre se comporte comme un corps noir à la température de 288 K (15 ° C) l’intégration de l’équation de Planck de 5  à 8 µm, domaine de la large bande de vibration-rotation ν2 (fig.6) permet de calculer que 12 % de l’énergie du rayonnement thermique de la Terre pourraient être absorbés par la vapeur d’eau dans cet intervalle de longueurs d’onde. A cela s’ajoute l’absorption associée à la rotation pure des molécules d’eau qui,  cas particulier parmi les gaz atmosphériques, possèdent un moment dipolaire permanent. Les transitions entre niveaux de rotation pure, notées R sur la fig. 6, s’étendent de 20 µm à 300 µm et même au-delà (en dehors de l’échelle du graphique). L’intégration de l’équation de Planck dans le domaine de 20 à 300 µm permet de calculer que 48 % de l’énergie du rayonnement thermique de la Terre pourraient être absorbés par la vapeur d’eau dans cet intervalle de longueurs d’onde. Au total, la vapeur d’eau pourrait absorber 60 % du rayonnement thermique de la Terre et, s’ajoutant aux  10 % du CO2(voir 2.2 ci-dessus)  il ne resterait au rayonnement thermique de la Terre qu’une zone de transparence (fenêtre optique) de 8 à 13 µm (voir fig.10) permettant le passage de 30 % environ de ce rayonnement. Cette dernière valeur est confirmée en intégrant l’équation de Planck dans ce domaine de longueurs d’onde. Toutes ces valeurs seront utilisées pour établir le bilan énergétique de la Terre (voir paragraphe 4 ci-dessous).

Fig. 6 Spectre d’absorption infrarouge de l’eau à l’état solide (bleu), liquide (rouge) et gazeux (vert).

2.4. Vibration et rotation de CO2 et H2O dans les basses couches atmosphériques.

L’importance des mouvements de translation des  molécules atmosphériques dépend de la température comme indiqué plus haut (fig. 3).  Il en est de même pour leurs mouvements de vibration et de rotation. Toutes  ces molécules peuvent  subir, à des degrés divers, des mouvements de vibration et de rotation si elles disposent de l’énergie suffisante. En l’absence de rayonnement extérieur, par exemple dans une boîte opaque, cette énergie  provient du milieu ambiant  sous  l’action des nombreuses collisions  qui sont un moyen d’échange énergétique. On peut calculer grâce  à la relation Ev = hc/λ (où h est la constante de Planck, c la vitesse de la lumière et λ la longueur d’onde du rayonnement absorbé) les énergies requises pour provoquer les transitions de vibration de CO2 à 15 µm et de H20 à 6,3 µm ainsi que de rotation de H20 entre 20 et 300 µm. D’autre part, on peut calculer par la relation Et = mv2/2 quelles devraient être les vitesses des molécules N2 à 15° C pour atteindre ces énergies c’est-à-dire pour que Et = Ev. On trouve respectivement environ 700 m/s pour exciter la vibration de CO2 et 1100 m/s pour exciter la vibration de H2O.  L’intégration de la fonction de distribution des vitesses de Maxwell-Boltzmann (fig. 3) montre qu’à 15 °C 20 % des molécules N2 ont une vitesse supérieure à 700 m/s et 1 % une vitesse supérieure à 1100 m/s. En fonction du principe d’équipartition  des énergies on en déduit qu’à 15° C statistiquement 20 % des molécules CO2 seraient en état de vibration mais seulement 1 % des molécules H2O. Par contre, pratiquement toutes les molécules H20 seraient en état de rotation. Ce passage des molécules CO2 et H2O à leur plus bas niveau de vibration  résulte seulement des collisions inélastiques (sans conservation de l’énergie cinétique) qui ne représentent que 0,001 % des collisions  mais encore plusieurs dizaines de milliers par seconde. Dans ces conditions  il y a conversion d’une fraction ∆ de l’énergie cinétique de translation des molécules N2 (ou O2) en énergie de vibration des molécules CO2 ou H2O

∆Ec (translation) de N2  + CO2  (ou H20)  ↔  ∆Ev (vibration de CO2 ou H20)  + N2   (4)

Cette conversion est réversible et les molécules se désactivent endéans quelques millisecondes pour retourner à l’état fondamental  lors de nouveaux chocs avec les molécules environnantes. Il existe donc un équilibre dynamique résultant des très nombreuses collisions. Il ne dépend que de la température et de la pression (par le biais de la distribution des énergies et du nombre de chocs entre molécules). Quoique ce ne soient pas toujours les mêmes molécules qui sont en état de vibration la proportion de molécules CO2 ou H2O dans ces états reste constante à une température et une pression déterminées. Cet équilibre ne sera PAS modifié si, en plus, certaines molécules sont excitées par absorption d’une fraction du rayonnement  infrarouge émis par la Terre. Dans ces conditions, les molécules excitées supplémentaires de CO2 et H2O joueront, en se désactivant par collisions, le rôle de convertisseur de ce rayonnement absorbé en énergie de translation des molécules environnantes principalement N2 et O2.

3. Effet de serre radiatif.

La théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique est basée sur une seule et fragile hypothèse : l’existence d’un effet de serre qui n’a jamais été mis en évidence expérimentalement. Il existe un grand nombre de définitions parfois fantaisistes de l’effet de serre. Dans un article paru en 2009(1) G.Gerlich et R.D.Tscheuschner en relèvent 14 différentes provenant de sources aussi variées que l’Organisation Météorologique Mondiale ou l’Encyclopedia Britannica. La plupart de ces définitions résultent d’une mauvaise compréhension du phénomène qui intervient réellement dans une serre agricole mais souvent  aussi d’une méconnaissance des lois fondamentales de la physique. Plus récemment M. Hertzberg, A. Siddons et H. Schreuder(2) ont examiné six définitions parmi les plus souvent citées et démontré qu’aucune ne résiste à un examen scientifique critique. Sans revenir sur ces énumérations mentionnons seulement  l’affirmation de certains climatologues selon laquelle une preuve, si pas une définition, de l’effet de serre serait qu’en l’absence de gaz dits « à effet de serre » la température « moyenne globale » de la Terre ne serait pas + 15° C mais – 18° C. Cette dernière température (parfois qualifiée de température « effective ») est calculée en appliquant la formule de Stefan-Boltzmann (voir 1.1 ci-dessus) au flux énergétique moyen de 240 W m-2 mesuré par satellites à 800 km d’altitude. Ce type de calcul n’aurait de  sens  que  pour une Terre sans atmosphère car la formule de Stefan-Boltzmann ne peut s’appliquer qu’en l’absence d’autres mécanismes de dissipation de l’énergie que le rayonnement thermique (voir http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/). Ce calcul serait quand même erroné car, en l’absence d’atmosphère, une partie de l’énergie reçue du Soleil ne serait pas réfléchie par les nuages. Les satellites devraient alors mesurer  un flux supérieur à  240 W m-2. La différence, souvent mentionnée, de 33° C entre  +15 °C et – 18° C n’a donc aucun sens physique et ne peut PAS être considérée comme la manifestation d’un effet de serre. La température de –18° C, mesurée à une altitude de 5100 m environ, n’a aucun intérêt particulier et résulte simplement de l’existence d’un gradient thermique dans l’atmosphère. Ajoutons encore que l’introduction dans des modèles informatiques de rétroactions positives ou négatives a permis de qualifier le réchauffement  climatique de changement climatique car l’introduction de paramètres supplémentaires dans les modèles informatiques permet  de justifier n’importe quelle variation du climat (voir http://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/). Finalement les médias ont contribué à la propagation de l’expression plus alarmante encore de dérèglement climatique laissant entendre que le climat aurait toujours été prévisible avant qu’il ne soit perturbé par l’action de l’homme.

La seule définition de l’effet de serre décrivant clairement le phénomène envisagé par le GIEC (IPCC 2012, Glossary of terms) et répondant, de plus,  au critère de réfutabilité énoncé par  l’épistémologue Karl Popper est la suivante :

 « L’effet de serre est un phénomène radiatif causé par des gaz tels la vapeur d’eau ou le CO2 qui absorbent une fraction du rayonnement infrarouge émis par la Terre et le réémettent  ensuite dans toutes  les directions et notamment vers la surface terrestre dont la température serait, de ce fait, plus élevée qu’en l’absence de gaz absorbant l’infrarouge. Ces gaz sont dès lors qualifiés de  gaz « à effet de serre ».

Sans reprendre en détails les arguments déjà présentés pour réfuter l’hypothèse de l’effet de serre radiatif (voir paragraphe 2.4 ci-dessus et http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/) nous rappellerons simplement  que dans les basses couches atmosphériques le CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre se désactive par collisions (plusieurs milliards par seconde) avec les molécules environnantes et PAS par émission d’un rayonnement de fluorescence. On peut en conclure que l’effet de serre radiatif n’existe PAS et que les rétroactions imaginées pour amplifier son effet n’ont aucune justification. La désactivation radiative du CO2  ne peut être observée qu’à des altitudes de l’ordre de 80 – 100 km lorsque la pression atmosphérique est suffisamment faible pour que le nombre de collisions soit réduit à environ 1000/s. Le rayonnement émis dans toutes les directions à cette distance de la surface terrestre ne peut évidemment avoir d’influence sur la température de la Terre ou des basses couches atmosphériques.

4. Le bilan énergétique de la Terre

Le bilan énergétique envisagé est celui du système Terre-atmosphère et pas celui du globe terrestre isolé. Il est basé sur l’idée que pour maintenir une température constante la Terre (donc le système Terre-atmosphère) doit dissiper par différents mécanismes  l’énergie reçue du Soleil : évaporation de l’eau des océans, convection de l’air et rayonnement thermique. De nombreux auteurs ont traité ce sujet mais certains font intervenir un phénomène de «back radiation» associé à un hypothétique effet de serre qui n’existe PAS et leurs conclusions sont dès lors contestables. Nous essayerons ci-dessous d’établir un bilan critique en distinguant ce qui peut être mesuré ou calculé et ce qui résulte seulement d’estimations ou d’hypothèses.

4.1. Énergie absorbée par la Terre

Au niveau de l’orbite terrestre chaque mètre carré placé perpendiculairement au rayonnement solaire reçoit, en moyenne sur l’année, une puissance de 1368 W.  La valeur de 342 W m-2 au sommet de l’atmosphère est basée sur l’idée que chaque mètre carré de la surface terrestre reçoit en continu le quart de 1368 W car la Terre n’intercepte le rayonnement solaire que sur une surface égale à celle d’un disque de même rayon. Cette valeur n’est PAS mesurée mais estimée en admettant une distribution uniforme de l’énergie sur toute la surface terrestre sans tenir compte d’une variation en fonction de la latitude. En réalité la distribution de l’énergie est loin d’être uniforme comme le montrent les valeurs mesurées par les satellites  CERES (Cloud and Earth Radiant Energy System) à des altitudes de l’ordre de 800 km. Elles  varient entre 20 et 440 W m-2 en fonction de la latitude (fig.7 en haut). La valeur de 342 W m-2 mesurée aux environs des latitudes 37°N et 37°S  est généralement acceptée comme valeur moyenne  pour des raisons explicitées au paragraphe suivant.

Fig.7 En haut : énergie solaire incidente au sommet de l’atmosphère (mesurée par satellites CERES). En bas : énergie émise par la Terre sous forme de rayonnement infrarouge (mesurée par satellites ERBE).

La bonne compréhension de la discussion qui suit implique d’examiner simultanément la fig. 8 qui en résume les conclusions.

Fig. 8 Bilan énergétique de la Terre (énergie solaire au sommet de l’atmosphère  100 = 342 W m-2).

En attribuant à la Terre un albédo moyen de 0,3 impliquant 30 % d’énergie réfléchie ou diffusée par la surface terrestre, l’atmosphère et les nuages (valeur mentionnée sur la fig.8 et flèche jaune ascendante) le rayonnement effectivement absorbé par le système Terre-atmosphère serait alors réduit à 70 % de 342 W m-2, soit 240 W m-2 . L’atmosphère (principalement la vapeur d’eau) absorberait 20 % de 342 W m-2 (voir fig. 2 ci-dessus et grande flèche orange sur la fig. 8). Finalement n’arriveraient à la surface terrestre que 50 % de 342 W m-2 (large flèche jaune descendante sur la fig. 8)

4.2. Énergie dissipée par la surface terrestre.

Au niveau de la surface terrestre trois mécanismes permettent la dissipation de l’énergie reçue du Soleil : évaporation de l’eau des océans, convection de l’air et rayonnement thermique. Je remercie un lecteur d’une de mes précédentes notes d’avoir attiré mon attention sur le fait que la Terre reçoit chaque année sous forme de précipitations 5,05 105 km3 d’eau qui se répartissent sur la surface totale de 5,1 108 km2. Tenant compte de la chaleur de vaporisation de l’eau (2454 kJ/kg) et du nombre de secondes dans une année on peut calculer que 78 W m-2 seraient requis en continu pour évaporer cette quantité d’eau, ce qui représente environ 23 % de l’énergie reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère (valeur notée sur la fig. 8).

La convection ascendante est généralement estimée à 7 % de l’énergie reçue au sommet de l’atmosphère (valeur notée sur la fig. 8). Le couplage de la convection et de l’évaporation de l’eau des océans constituerait donc, à raison de 30 %, le principal mécanisme de dissipation de l’énergie absorbée par la surface terrestre. Ces 7 % ne sont qu’une estimation mais, si on accepte cette valeur, on en déduit qu’environ 20 % de l’énergie reçue au sommet de l’atmosphère, resteraient à éliminer par rayonnement thermique (valeur notée sur la fig. 8). On peut calculer (voir 2.3) que 30 % de ce rayonnement pourraient être éliminés directement via la fenêtre optique (30 % de 20 % = 6 % de l’énergie reçue au sommet de l’atmosphère, mince flèche rouge en haut à droite sur la fig. 8) mais le reste serait absorbé principalement par la vapeur d’eau (à raison de 60 % voir 2.3) et aussi par le CO2 (à raison de 10 % voir 2.2) totalisant ainsi 70 % de 20 % et donc environ 14 % de l’énergie reçue au sommet de l’atmosphère (petite flèche orange à droite sur la fig. 8). L’ensemble de tous les pourcentages mentionnés en caractères gras ci-dessus est présenté sur la fig. 8.

Des mesures du rayonnement infrarouge émis par la Terre effectuées par les satellites ERBE (Earth Radiation Budget Experiments) à des altitudes de l’ordre de 800 km s’échelonnent entre 135 et 300 W m-2 selon la latitude (fig.7 en bas) et la valeur de 240 W m-2 est mesurée aux environs des  latitudes 37°N et 37°S. La comparaison des deux cartes reproduites sur la fig. 7 est intéressante car elle indique que :

Fig.7 en haut : aux  latitudes de 37 °N et 37 °S  la Terre reçoit du Soleil au sommet de l’atmosphère 342 W m-2 (mesurés par les satellites CERES) mais l’albédo en réfléchit 30 % (fig. 8) et donc seulement 240 W m-2 sont absorbés au niveau de la surface terrestre.

Fig.7 en bas : aux  latitudes de 37 °N et 37 °S  la Terre émet sous forme de rayonnement infrarouge 240 W m-2 (mesurés par les satellites ERBE).

Au niveau des latitudes 37 °N et 37 °S  il y aurait donc équilibre entre les flux radiatifs entrant et sortant du système Terre-atmosphère. Cela est explicité  schématiquement sur la fig. 8 bis. Pour cette raison la valeur de 240 W m-2 mesurée à ces latitudes est généralement acceptée comme valeur moyenne des flux radiatifs entrant et sortant.  Dans les régions proches de l’équateur la Terre reçoit du Soleil  un excédent d’énergie par rapport à cette  moyenne et dans les régions proches des pôles l’apport d’énergie est déficitaire par rapport à cette moyenne (fig.7 en haut). Lors de la dissipation  radiative de l’énergie absorbée par la Terre,  l’émission n’est PAS uniforme (fig.7 en bas) mais le déséquilibre est partiellement compensé par les transferts de chaleur dus au courants marins et aériens (fig.8bis). La correspondance des 240 W m-2 mesurés par les satellites ERBE avec l’énergie absorbée par le système Terre-atmosphère (70 % de 342 W m-2 = 240 W m-2)implique que, quel que soit le mécanisme initial de dissipation, l’énergie est finalement évacuée vers l’espace sous forme de rayonnement (large et mince flèches rouges en haut de la fig. 8).

Fig.8bis Déséquilibres radiatifs locaux dans le système Terre-atmosphère.

Ce bilan global est basé sur le modèle d’un système Terre-atmosphère en équilibre radiatif constant (sans accumulation ou libération temporaires d’énergie). Peu de grandeurs ont été réellement mesurées mais l’ensemble est cohérent et compatible avec les calculs rappelés dans les paragraphes 2.2 et 2.3. Son principal mérite est de mettre en évidence l’importance de la vapeur d’eau dans l’absorption d’une fraction des rayonnements thermiques du Soleil et de la Terre (flèches orange sur la fig. 8). Par voie de conséquence, la vapeur d’eau doit donc aussi avoir un rôle important dans la dissipation de cette énergie. Or, le bilan présenté ci-dessus n’apporte pas de réponse au problème posé par la conversion finale en rayonnement de l’énergie dissipée initialement par différents mécanismes (large flèche rouge ascendante sur la fig. 8). C’est à ce dernier aspect qu’est consacré le paragraphe suivant.

4.3. Origine du rayonnement détecté par satellites.

Les principales sources d’information dont nous disposons proviennent des satellites NIMBUS 3 (1) et NIMBUS 4 (2). Mis en orbite à une altitude de l’ordre de 1100 km, ils étaient équipés d’un interféromètre IRIS (InfraRed Interferometer Spectrometer) permettant d’enregistrer les spectres infrarouges par transformée de Fourier. Un exemple de spectre enregistré par NIMBUS 4 près de l’équateur au dessus de l’océan Pacifique occidental est reproduit sur la fig.9.

Fig.9 Spectre infrarouge du rayonnement de la Terre détecté par le satellite NIMBUS 4.

La totalité de ce spectre ne peut PAS provenir directement de la surface terrestre car seule la fenêtre optique de 8 à 13 µm permettrait au rayonnement thermique d’être évacué vers l’espace sans être absorbé dans les basses couches atmosphériques (principalement par la vapeur d’eau). Cela apparaît clairement sur la fig.10 qui superpose au spectre de transmission (inverse de l’absorption) des basses couches atmosphériques la courbe d’émission (en rouge) d’un corps noir à 288 K (15° C) comme le serait la Terre.

Fig. 10 Transmission de l’atmosphère (fenêtre optique de 8 à 13 µm) et spectre d’émission d’un corps noir à 288 K (15° C) (en rouge).

Sur la fig.9 apparaissent aussi en traits discontinus des courbes correspondant au rayonnement d’un corps noir aux températures mentionnées. Il semble qu’il y ait une tentative de faire correspondre chaque partie du spectre expérimental à une courbe d’émission « théorique » censée préciser la température à laquelle elle aurait été émise si elle provenait d’un corps noir. Cela pourrait éventuellement se justifier pour la partie du spectre  de 8 à 13  µm si ce rayonnement provenait exclusivement de la surface terrestre à la température de 288 K (15° C) ce qui ne semble PAS le cas (voir ci-dessous). Pour le reste de la courbe expérimentale une telle hypothèse est injustifiée car aucun constituant atmosphérique, quelle que soit l’altitude d’où proviendrait le rayonnement, ne peut être assimilé à un corps noir dont l’intensité d’émission  varierait en T4 (voir paragraphe 1 : deux types de rayonnement à ne pas confondre).

L’aire sous chaque partie du spectre de la fig.9 est proportionnelle au flux énergétique mesuré dans le domaine de longueur d’onde considéré. La portion la plus importante du spectre s’étend de 8 à 13 µm (correspondant à la fenêtre optique) mais elle n’a PAS l’allure attendue pour le rayonnement thermique de la Terre qui devrait présenter un maximum à 10 µm comme la courbe rouge de la fig. 10. De plus, la fig. 8 montre (fine flèche rouge à droite) que le rayonnement provenant directement de la surface terrestre à travers cette fenêtre optique ne représente que 6 % de l’énergie reçue par la Terre au sommet de l’atmosphère soit 21 W m-2. On peut en déduire que les satellites NIMBUS ont enregistré plus de rayonnement que celui provenant directement de la surface terrestre mais beaucoup moins que les 240 W m-2 mesurés par les satellites ERBE (fig.7 en bas). La majeure partie du rayonnement pris en compte dans ces 240 W m-2 n’apparaît donc PAS sur le spectre de la fig. 9 car hors du domaine de mesure de l’appareillage utilisé. L’ozone, dont la concentration est la plus élevée vers 30 km d’altitude, absorbe à 9,6 µm une fraction du rayonnement thermique provenant de la Terre avant qu’il n’atteigne les satellites, en accord avec la fig. 10. Quant au CO2 il absorbe entre 14 et 16 µm une fraction d’un rayonnement qui ne provient PAS directement de la surface terrestre et dont l’origine est discutée ci-dessous.

Quels constituants atmosphériques sont susceptibles d’apporter sous forme de rayonnement l’appoint énergétique pour atteindre les 240 W m-2 mesurés par les satellites ERBE ?

L’hypothèse la plus probable est que ce soit  la vapeur d’eau car

1° de tous les constituants atmosphériques c’est le plus abondant de ceux  qui sont susceptibles d’émettre un rayonnement infrarouge et c’est celui dont le spectre de vibration-rotation est le plus étendu (fig. 6).

2° de tous les constituants atmosphériques c’est le seul qui, dans la troposphère, peut s’y trouver sous les états solide, liquide et gazeux et donc y subir des changements d’état.

3° les parties du spectre de la fig. 9 situées de part et d’autre de la fenêtre optique soit de 6 à 8 µm d’une part et de 13 à 25 µm d’autre part correspondent précisément aux domaines d’absorption (et donc aussi d’émission) de la vapeur d’eau mentionnés sur la fig. 10. La fig. 6 permet de préciser que dans le premier cas il s’agit de transitions de vibration et dans le second de transitions de rotation.

Par quel mécanisme la vapeur d’eau pourrait-elle évacuer sous forme de rayonnement l’énergie absorbée par le système Terre-atmosphère ?

Les molécules H2O de  l’atmosphère, excitées par absorption d’une fraction de l’énergie provenant du Soleil et de la surface terrestre (flèches orange sur la fig.8), ne peuvent PAS émettre de fluorescence, à quelque niveau que ce soit, car même à 12 km d’altitude, quand la vapeur d’eau est entièrement condensée (température et pression de l’ordre de – 60 °C et 200 hPa), la fréquence des collisions entre molécules (proportionnelle à P.T –1/2 ) n’est réduite que d’un facteur 4 par rapport aux basses couches atmosphériques et est encore de l’ordre de 109/s. Quelle que soit l’altitude, les molécules H2O individuelles se désactivent donc toujours par collisions avec les molécules environnantes N2 et O2 mais lors d’un changement d’état impliquant un grand nombre de molécules voisines la situation pourrait être différente.

La vapeur d’eau, entrainée par convection, se refroidit progressivement en s’élevant et se transforme en gouttelettes liquides qui, en présence de germes, peuvent partiellement cristalliser vers 4 km d’altitude à –10 °C. Lors de ces changements d’état les chaleurs  latentes de vaporisation et de fusion sont libérées et cédées au milieu ambiant par collisions avec les molécules environnantes. Par suite de ce transfert de chaleur la température de l’air humide est toujours supérieure à celle de l’air sec à une altitude donnée. Cependant, la troposphère n’étant PAS à  l’équilibre thermodynamique à  cause des courants de convection ascendants et descendants, l’eau peut rester partiellement à l’état surfondu  (c’est-à-dire liquide) à –10 °C alors qu’à l’équilibre elle devrait être solide. La vapeur d’eau  peut aussi  rester sursaturée  jusqu’à des altitudes voisines de 10 km et ne se condenser en cristaux qu’à  des températures de l’ordre de – 50 °C. Les états de liquide surfondu et de vapeur sursaturée sont des états métastables  qui peuvent revenir brusquement à des états liquide ou solide stables conformes au diagramme des phases.

Lors du brusque passage d’un état métastable à un état stable les interactions entre un grand nombre de molécules H2O voisines deviennent prépondérantes, réduisant automatiquement les collisions avec les molécules environnantes,  empêchant la libération d’énergie sous forme de chaleur et favorisant la libération sous forme de rayonnement. La condensation de la vapeur d’eau sursaturée en solide permettrait la libération de la chaleur latente de sublimation  (47 kJ/mol) sous forme de fluorescence vibrationnelle à λ = 6,3 µm par exemple (niveau d’énergie 19 kJ/mol) en n’impliquant la désactivation radiative que de quelques molécules d’eau (2,5 en moyenne). De la fluorescence rotationnelle pourrait aussi être émise de λ = 20 à 300 µm (niveaux d’énergie de 0,4 à 6 kJ/mol) mais un plus grand nombre de molécules  d’eau devraient intervenir pour atteindre  47 kJ/mol.

Quelques auteurs ont étudié l’émission de rayonnement infrarouge lors d’un changement de phase au départ d’un état métastable. Ce phénomène a été qualifié de « infrared characteristic radiation » (IRCR). Dans une brève revue(6) il est précisé que les mesures à partir d’états métastables sont délicates et que la caractérisation précise du rayonnement émis est difficile. Référence est faite cependant à des chercheurs russes qui auraient décelé l’émission d’un rayonnement infrarouge de 4 à 8 µm lors de la condensation de vapeur d’eau  sursaturée et d’un rayonnement de 28 à 40 µm lors de la cristallisation  de gouttelettes d’eau à l’état surfondu.  Ces  domaines de longueurs d’onde correspondent respectivement aux transitions de vibration et de rotation des molécules  H2O (fig. 6). D’autres auteurs(5) ont mis en doute la validité des mesures de 28 à 40 µm et n’ont enregistré, lors de la condensation de vapeur d’eau sursaturée, qu’une large émission s’étendant de 4 à 22 µm avec un maximum d’intensité à 13 µm qui coïncide avec celui de la fig. 9. En dehors des expériences de laboratoire l’émission IRCC provenant d’états métastables a aussi été mise en relation avec des phénomènes atmosphériques(7).  L’émission d’un rayonnement  infrarouge de 8 à 14 µm aurait été observée lors du contact de vapeur d’eau sursaturée, entraînée par un courant ascendant, avec la base de nuages cumulus à la température de –5 °C. Le satellite GOES 8 (Geostationary Operational Environmental Satellite) aurait aussi détecté au dessus des océans dans le canal de 6,7 µm l’émission de rayonnement infrarouge correspondant à la fluorescence vibrationnelle de l’eau. Par contraste des taches sombres apparaissent au dessus des zones arides. Signalons encore que l’émission d’un rayonnement  infrarouge de longueur d’onde non précisée a été mise en évidence lors de la cristallisation d’une goutte d’eau observée sous microscope(8).

Dans quelles conditions la vapeur d’eau pourrait-elle émettre de la fluorescence lors d’un changement d’état ?

La discussion et les résultats des paragraphes précédents montrent que, lors d’un changement d’état, la première condition pour que la libération des chaleurs latentes de vaporisation et/ou de fusion soit possible sous forme de rayonnement est qu’interviennent des états métastables (vapeur d’eau sursaturée ou eau liquide à l’état surfondu). Encore faut-il que la concentration locale en vapeur d’eau soit suffisamment faible pour que le rayonnement émis ne soit pas réabsorbé par les molécules d’eau individuelles puis converti  en chaleur par collisions avec les molécules environnantes N2 et O2.  Cette deuxième condition suggère que le phénomène ne pourrait se produire qu’à des altitudes voisines de 10 km où la teneur en vapeur d’eau n’est plus que de 0.01 % (fig. 11). A ce niveau, au sommet de la troposphère,  la convection ascendante de la vapeur d’eau sursaturée s’arrête puisque le gradient thermique s’annule. Comme il n’y a plus des gouttelettes d’eau à l’état métastable seule la condensation de la vapeur d’eau sursaturée en microcristaux de glace peut être envisagée.  Ce phénomène, inverse de la sublimation, est parfois qualifié en anglais de « desublimation » mais le terme correct en français est « condensation ».

Fig. 11 Teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère en fonction de l’altitude.

Ce changement d’état permettrait-il l’évacuation radiative de l’énergie provenant de la surface terrestre ?

Nous avons vu au paragraphe 4.2 et sur la fig. 8 que l’énergie absorbée par le système Terre-atmosphère ne peut être évacuée que sous forme de rayonnement : 6 %  directement par le rayonnement thermique de la Terre (21 W m-2) et 64 % (219 W m-2) après conversion en rayonnement de l’énergie résultant initialement de tous les autres  mécanismes. La condensation de vapeur d’eau sursaturée en microcristaux de glace entre 9 et 10 km d’altitude rend-elle cette conversion possible ? Un calcul simple pourrait nous en convaincre.

La dissipation en continu de 219 W m-2 par toute la surface du globe terrestre (dont la valeur est mentionnée au paragraphe 4.2) représente au total 1,12 1017 J/s. Envisageons ensuite une couche atmosphérique s’étendant de 9 à 10 km d’altitude autour du globe terrestre (température et pression moyennes 230 K et 275 hPa). L’équation des gaz parfait permet de calculer le nombre total de molécules qu’elle contient d’où le nombre de molécule H20 à l’état de vapeur sursaturée qui n’en représentent que 0,01 % soit 7,36 1014 mol. Lors de la condensation à l’état solide, ces molécules H2O pourraient  dissiper sous forme de rayonnement 47 kJ/mol soit au total 3,46 1019 J. Cette énergie émise quasi instantanément  sous forme de rayonnement est 310 fois supérieure à l’énergie à évacuer par seconde. Comparant les valeurs soulignées on voit que, même si le rendement de conversion en rayonnement n’était que de 0,3 %, il permettrait encore d’évacuer l’énergie dissipée chaque seconde par la surface terrestre.

Nous pouvons donc conclure que, sur les 240 W m-2 mesurés par les satellites ERBE,  9 % (21 W m-2) proviennent directement de la surface terrestre sous forme de rayonnement thermique et 91 % (219 W m-2) de l’émission de fluorescence associée à la condensation de la vapeur d’eau sursaturée au sommet de la troposphère.

Cette hypothèse nous permet de considérer la fig. 9 comme la superposition du rayonnement thermique de la Terre transmis directement à travers la fenêtre optique de 8 à 13 µm et d’un large spectre de fluorescence vibrationnelle et rotationnelle des molécules H2O qui pourrait s’étendre de 4 µm à plus de 100 µm (fig. 6) et donc bien au-delà des 25 µm qui constituent la limite de la fig.9.  Cela explique pourquoi les 240 W m-2 mesurés par satellites ERBE n’apparaissent que très partiellement sur la fig. 9. On comprend aussi qu’une fraction de la fluorescence rotationnelle puisse être absorbée par le CO2 entre 14 et 16 µm comme le montre la même figure.

Références

(1) G. Gerlich, R.D. Tscheuschner, International J. Modern Phys.B, 23, 275 (2009).

(2) M. Hertzberg, A. Siddons,  H. Schreuder, Energy & Environment 28, 530-539 (2017).

(3) B.J. Conrath, R.A. Hanel, V.G.Kunde, C.Prabhakara,  J. Geophys. Res. 75, 5831 (1970).

(4) R.A. Hanel, B.J. Conrath, V.G.Kunde, C.Prabhakara, I.Revah, V.V.Salomonson, G.Wolford, J. Geophys. Res.77, 69, (1972).

(5) V.A. Tatarchenko, P.V. Smirnov, Y. Wu, Optics and Photonics J. 3, 1-12 (2012).

(6) H. Xie, M. Shu, B. Zhang, X. Guan, Energy Procedia, 16, 997-1002 (2012).

(7) V.A. Tatarchenko, P.V. Smirnov, Earth Science Review 101, 24-28 (2010); (8) R. Stahlberg, H. Yoo, GH. Pollack,  Indian.J. Phys. 93, 221 (2019).

177 réflexions sur « L’effet de serre et le bilan énergétique de la Terre »

  1. Bonjour, Vous affirmez ceci : « La théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique est basée sur une seule et fragile hypothèse : l’existence d’un effet de serre qui n’a jamais été mis en évidence expérimentalement. » C’est faux. Le rayonnement de l’atmosphère vers la Terre est mesurable au sol depuis des décennies à l’aide de spectromètres, dans l’infra-rouge. Vous trouverez sur le site de l’Université du Wisconsin des exemples de stations de mesure de ce rayonnement : https://www.ssec.wisc.edu/aeri/ (AERI = Atmospheric Emitted Radiance Interferometer). Vous y trouverez aussi des spectres, qui montrent clairement le rôle joué par les gaz à effet de serre dans ce rayonnement. Cordialement

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    1. Merci pour votre référence au rayonnement de l’atmosphère mesurable au sol. En pointant vers le ciel un interféromètre AERI on mesure effectivement, dans un domaine spectral assez limité et avec une faible résolution, un rayonnement infrarouge dont l’intensité dépend fortement de la saison et de la couverture nuageuse. On ne sait à quelle(s) altitude(s) il a été émis mais il est essentiellement dû à la fluorescence rotationnelle et vibrationnelle de la vapeur d’eau en accord avec le paragraphe 4.3 de ma note et avec les références citées. Comme mentionné au paragraphe 3 de la même note la fluorescence du CO2 n’a été observée (mais PAS à partir du sol) qu’à des altitudes de l’ordre de 80 – 100 km lorsque la pression atmosphérique est suffisamment faible pour que le nombre de collisions avec les molécules environnantes soit réduit à environ 1000/s. Le rayonnement émis à cette distance de la surface terrestre, même s’il était enregistré par un AERI, ne pourrait évidemment avoir d’influence sur la température de la Terre. Pour avoir une influence, l’hypothétique effet de serre radiatif envisagé par le GIEC-IPCC (IPCC 2012, Glossary of Terms) devrait se manifester au voisinage de la surface terrestre où un spectromètre bien moins sophistiqué qu’un AERI pourrait aisément le détecter, ce qui n’a jamais été fait. D’où ma conclusion que l’existence d’un effet de serre n’a jamais été mis en évidence expérimentalement.

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  2. bonjour,
    Il me semble qu’il y a une erreur de calcul dans la comparaison entre la dissipation en continue de 1,12 10^17J/s qui correspond à un flux continue et la condensation de toutes les molécules en surfusion de la troposphère qui correspond à 3,46 10^19J. Car ce dernier nombre est une énergie, alors que le premier est une puissance. On ne peut donc pas les comparer. Une fois que toutes les molécules d’eau en surfusion ont congelé et émise leur rayonnement IR, elles n’émettent plus rien.

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    1. Il ne faut évidemment pas confondre des watts (W = J/s = unité de puissance) et des joules (J = unité d’énergie). Il n’y a pas d’erreur de calcul dans mon texte mais l’explication n’est peut-être pas claire. Rappelons-en brièvement le principe. La Terre doit dissiper en continu sous forme de rayonnement 1,12 10^17 J/s provenant essentiellement de l’évaporation de l’eau des océans. Ma proposition est que ce serait possible par la condensation en microcristaux de la vapeur d’eau sursaturée au sommet de la troposphère. A ce niveau il y a un apport continu par convection de vapeur d’eau sursaturée qui ne peut être entraînée plus haut. Elle ne peut s’accumuler et la libération continue de 1,12 10^17 J/s sous forme de rayonnement nécessiterait la condensation de 2,38 10^12 mol/s de vapeur d’eau sursaturée à raison de 47 kJ/mol (chaleur latente de condensation). Or, il y en a 7,36 10^14 mol, donc 310 fois plus, dans la couche atmosphérique comprise entre 9 et 10 km d’altitude. Comme l’émission est quasi instantanée (durée de vie radiative des molécules d’eau excitées = 0,06 s) le mécanisme proposé reste possible même si la vitesse de condensation est 310 fois plus faible que la vitesse d’apport de vapeur d’eau sursaturée. On pourrait envisager aussi que son rendement ne soit que de 1/310 = env. 0,3 % pour tenir compte du fait que la chaleur latente de condensation pourrait n’être libérée que partiellement sous forme de rayonnement. Le mécanisme proposé est donc raisonnable et nous pouvons en conclure que, sur les 240 W m-2 détectés par les satellites ERBE, 9 % (21 W m-2) proviennent directement de la surface terrestre et 91 % (219 W m-2) de l’émission de fluorescence associée à la condensation de la vapeur d’eau sursaturée au sommet de la troposphère.

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  3. La distinction que vous faites dans les sections 1.1 et 1.2 n’a pas lieu d’être. Tout rayonnement est constitué de photons et tous les photons sont issus de transitions entre des états quantiques des molécules. Pour justifier l’existence d’une émission de rayonnement thermique, qui serait selon vous différente de celle de la fluorescence, vous faites référence à ce processus : « Il est dû à l’oscillation de dipôles électriques formés par le noyau et le nuage électronique des atomes qui, en accord avec les lois de l’électromagnétisme, émettent un rayonnement de fréquence égale à la fréquence d’oscillation. » Le problème est que ce processus semble reposer sur un raisonnement classique, qui par ailleurs nécessite un champ électrique oscillant. Si on applique un champ électrique oscillant à un atome, le moment dipolaire est lui aussi quantifié.

    Vous terminez la section 1.1 par une affirmation surprenante :  » le rayonnement thermique d’un corps chaud peut être absorbé par un corps froid mais PAS l’inverse. » Ce qui amène naturellement la question suivante : Quelle loi de la physique empêcherait qu’un photon émis par une source l’empêche d’être aborbé par une source plus chaude ? Il existe d’ailleurs de nombreux contre-exemples qui invalident cette affirmation : four à micro-ondes, détection du rayonnement de fond cosmique à 3K, fonctionnement d’un récepteur radio, etc. Bien à vous.

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    1. La confusion que vous faites entre rayonnement thermique et rayonnement de fluorescence est fréquente parmi les gens qui s’intéressent au climat, c’est pourquoi j’ai cru utile de résumer les caractéristiques essentielles de ces deux types de rayonnement dans les paragraphes 1.1 et 1.2 que je vous suggère de relire plus attentivement.

      Si vous doutez de mon affirmation selon laquelle « le rayonnement thermique d’un corps chaud peut être absorbé par un corps froid mais PAS l’inverse » vous pourriez faire l’expérience d’entrer, de préférence nu, avec la peau à la température de 32 °C dans une salle de bain dont les parois seraient à la température de 18 °C pour vérifier dans quel sens se fera l’échange énergétique. Mais il serait plus facile de lire ma note publiée sur ce site :
      http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/
      dans laquelle je précise que l’échange énergétique entre deux corps émettant un rayonnement thermique obéit à la relation :
      F (W m-2) = σ (Tc^4 – Tf^4)

      Dans cette formule Tc et Tf sont respectivement les températures des corps chaud et froid impliqués dans l’échange énergétique et F ne peut être négatif.

      Les exemples que vous citez impliquant notamment fours à micro-ondes ou récepteurs radio ne sont pas pertinents car la source du rayonnement n’est pas un corps noir ou gris susceptible d’émettre un rayonnement thermique.

      Répondre

      1. Le bilan des échanges énergétiques mène à un transfert *net* d’énergie de la source chaude vers la source froide. Ca ne veut pas dire qu’aucune énergie n’est transférée de la source froide vers la source chaude, juste que ces transferts sont plus faibles que ceux de la source chaude vers la source froide.

        Si ma peau cesse d’absorber tout rayonnement provenant de sources plus froides qu’elle, alors peu importe que les parois soient à 290K ou à 250K. (or dans la formule que vous donnez, ça fait clairement une différence)

        Et il reste alors la question de ce que devient ce rayonnement qui ne peut être absorbé. Il est réfléchi?

        Répondre

        1. Votre commentaire ne concerne pas directement ma note mais plutôt, semble-t-il, une réponse à un autre intervenant précisant que le rayonnement thermique d’un corps chaud peut être absorbé par un corps froid mais PAS l’inverse. En effet, l’échange énergétique entre deux corps émettant chacun un rayonnement thermique obéit à la relation : F (W m-2) = σ (Tc^4 – Tf^4) dans laquelle Tc et Tf sont respectivement les températures des corps chaud et froid. F ne peut PAS être négatif mais sera évidemment d’autant plus important que la différence entre les deux températures est grande. Il faut bien comprendre que le corps froid émet aussi un rayonnement thermique mais qu’il ne peut PAS être absorbé par le corps chaud. Il se perd dans l’atmosphère et son intensité diminue avec le carré de la distance. Il en est de même de divers rayonnements électromagnétiques qui nous inondent (ondes radio, par exemple) et que nous n’absorbons pas.

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          1. Merci pour votre réponse.

            Je ne comprends pas comment le transfert pourrait devenir plus important si le rayonnement du corps froid n’est jamais absorbé par le corps chaud. Le rayonnement du corps chaud augmente en fonction de la température des corps autour de lui?

            Est-ce que la dispersion dans l’atmosphère ne devrait pas concerner aussi le rayonnement du corps chaud? Ne pourrait-on pas considérer les échanges radiatifs entre deux corps dans le vide afin de simplifier la discussion?

            Par quel mécanisme le rayonnement le corps chaud est empèché d’absorber le rayonnement du corps froid. Même avec la diminution en fonction du carré de la distance (qui ne me semble pas avoir beaucoup de sens pour un mur plan de salle de bain situé à un mètre de moi), le rayonnement ne sera pas nul en arrivant à la surface du corps chaud.

          2. Votre commentaire comporte plusieurs questions auxquelles je vais répondre successivement.

            Remarque préliminaire : un rayonnement (de quelque type que ce soit, de fluorescence ou thermique) n’est PAS de la chaleur. Il peut éventuellement produire de la chaleur (c’est-à-dire de l’agitation atomique ou moléculaire) s’il est absorbé.

            1° Le rayonnement thermique est dû à l’oscillation de dipôles électriques formés par le noyau et le nuage électronique des atomes qui, en accord avec les lois de l’électromagnétisme, émettent un rayonnement de fréquence égale à la fréquence d’oscillation (paragraphe 1.1 de ma note). Le rayonnement thermique d’un corps froid ne peut PAS exciter de nouveaux dipôles dans un corps chaud mais l’inverse est possible. On s’en rend compte en comparant, par exemple, les courbes d’émission des corps à 3000 K et à 6000 K sur la fig. 1 de ma note. La courbe de 6000 K recouvre entièrement la courbe à 3000 K : aucun nouveau dipôle (caractérisé par sa longueur d’onde d’émission) ne peut donc être excité dans le corps à 6000 K par le rayonnement du corps à 3000 K . On peut remarquer sur la même figure que l’inverse est possible dans la gamme de longueurs d’onde allant de 100 à 500 nm environ où le corps à 3000 K n’émet rien et peut donc absorber la rayonnement du corps à 6000 K.

            2° L’échange radiatif entre deux corps ne dépend NI de la température du milieu ambiant NI de sa nature sauf si ce milieu absorbe une fraction du rayonnement émis par le corps chaud. Exemple : dans l’atmosphère terrestre la vapeur d’eau et le CO2 absorbent une fraction du rayonnement thermique du Soleil avant qu’il n’atteigne la surface de la Terre (fig. 2 de ma note). Le rayonnement thermique d’un corps chaud n’est pas nécessairement absorbé totalement par un corps froid : cela dépend de la géométrie du système (ex. le rayonnement thermique du Soleil n’est pas totalement absorbé par la Terre).

            3° La relation F (W m-2) = σ (Tc^4 – Tf^4) montre que le flux radiatif d’un corps chaud vers un corps froid est d’autant plus important que la différence de température est grande entre les deux corps. Pour vous en convaincre placez un récipient à 100° C dans votre réfrigérateur dont les parois sont à 4° C et comparer avec l’effet d’un récipient à 20° C. D’un point de vue pratique ce n’est, en général, pas recommandé mais cela peut être utile dans le cas d’un surgélateur à dégivrer rapidement.

      2. Bonjour,

        « Les exemples que vous citez impliquant notamment fours à micro-ondes ou récepteurs radio ne sont pas pertinents car la source du rayonnement n’est pas un corps noir ou gris susceptible d’émettre un rayonnement thermique. »

        –> Pouvez-vous nous rappeler quels corps noirs existent dans la nature ?

        Je vous remercie,

        G

        Répondre

        1. Votre commentaire prête à confusion car la phrase que vous citez ne provient PAS de mon article mais d’une réponse faite à un précédent intervenant. Tout corps à une température supérieure à 0 K émet un rayonnement thermique dont le spectre a comme caractéristique essentielle d’être continu. Ce n’est PAS le cas des rayonnements intervenant dans un four à micro-ondes ou un émetteur radio. Cependant, parler de corps « noir » ou même de corps « gris » à propos des corps émettant un rayonnement thermique est souvent un abus de langage. D’une manière générale il faudrait parler «d’émetteurs de rayonnement thermique» et n’utiliser les termes corps « noir » ou «gris» qu’en fonction des valeurs de leur émissivité et de leur absorptivité si elles sont connues. Beaucoup d’émetteurs de rayonnement thermique ne sont d’ailleurs ni « noirs » ni «gris ». Vous trouverez plus de détails à ce sujet dans la note http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/. Il faut noter aussi que la conduction et la convection sont souvent associées au rayonnement thermique comme mécanismes de dissipation de l’énergie. Quelques exemples d’émetteurs de rayonnement thermique : les murs et les radiateurs de votre habitation, votre peau, la surface terrestre, le filament d’une lampe à incandescence mais PAS le rayonnement d’un tube fluorescent comme son nom même l’indique.

          Répondre

  4. Bonjour,
    Si je regarde le spectre AERI du lien donné par Stéphane, en ciel clair (spectre bleu) on voit parfaitement une bande à 667 cm-1 (15 µm) qui se superpose à la large bande de l’eau. Et cette bande correspond bien à la bande de vibration principale du CO2. On y voit d’ailleurs sur les côtés les bandes fines de rotation.
    En revanche, je ne sais pas interpréter les unités. Là on est en mW/m2.std.cm-1 alors que les spectres d’émission de la terre sont plutôt en W/m2.µm (l’angle solide ne change que de 2π). Si on intègre (à vue de nez) cette bande à 15µm, on trouve 13 W/m2.std. Ce qui n’est pas négligeable, mais très loin des 342 W/m2 qu’on voit souvent dans les schémas d’équilibre thermique de la terre.
    En revanche, on remarque que l’émission observée sous le ciel nuageux (en rouge) s’approche bien plus d’un spectre de corps noir, ce qui selon moi indiquerait que le phénomène dominant est de la réflexion (rétro-diffusion) sur les micro-cristaux ou gouttelettes du nuage. Alors que ceci n’est pas possible de la part d’un gaz. Si on intègre le spectre rouge (encore une fois à vue de nez) on obtient plutôt 78 W/m2.std soit 6 fois plus que la radiance du ciel clair qu’on pourrait attribuer au CO2 (mais je ne sais pas par quel mécanisme).

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    1. L’interprétation, même qualitative, du spectre d’émission auquel vous faites allusion est très difficile car on ne sait pas à quelle(s) altitude(s) a été émis ce rayonnement. Il semble que la fluorescence de vibration-rotation de la vapeur d’eau soit prépondérante (émission ou réflexion ?) mais on ne peut attribuer au CO2 une émission à 667 cm-1. Il semble plutôt qu’intervient à ce niveau une absorption de la fluorescence de la vapeur d’eau dont la structure fine disparaît. Il est aussi surprenant qu’une émission provenant de couches supérieures de la troposphère parvienne au niveau du sol sans être absorbée par les « GES » des couches inférieures dont l’absorption est saturée sur quelques dizaines de mètres. Quant à la tentative d’interprétation quantitative que vous envisagez elle ne tient apparemment pas compte du fait que la radiance est exprimée en mW/m2 et pas en W/m2.

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      1. Professeur Geuskens,

        Sur le site https://www.ssec.wisc.edu/aeri/, et comme le rappelle René, on voit parfaitement une bande de vibration principale du CO2. En outre, le site affirme que « les observations [du spectre AERI] ont un contenu spectral large et une résolution spectrale suffisante pour distinguer les émetteurs gazeux (par exemple le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau) et les matières en suspension ». Autrement dit, le spectre AERI sait reconnaître et a reconnu du rayonnement émis par le CO2.

        Vous dites « on ne sait pas à quelle(s) altitude(s) ont été émis ce rayonnement ». Si on considère que l’effet de serre n’existe pas dans les basses couches atmosphériques, ce rayonnement a forcément été émis à des altitudes supérieures à 80km (l’hétérosphère) où, selon vous, « la pression atmosphérique est suffisamment faible pour que le nombre de collisions soit réduit à environ 1000/s ».

        Or, puisqu’il y a très peu voire pas de molécules de CO2 à une hauteur supérieure à 80km (les molécules de CO2 se concentrant surtout à la surface terrestre puisqu’elles sont 1.5 fois plus lourdes que l’air), comment expliquez-vous que, d’après le spectre AERI mentionné ci-dessus, il y a des rayonnement très précis émis par le CO2 à cette haute altitude ?

        Si le CO2 n’est (pratiquement) pas présent à cette altitude, alors le rayonnement provient d’office des basses couches atmosphériques, ce qui prouve l’existence de l’effet de serre à cette altitude.

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        1. Je ne peux que reprendre la réponse donnée à de précédents intervenants à propos du rayonnement détecté au niveau du sol par certains appareils pointés vers le ciel : la nature et l’origine des spectres enregistrés sont encore mal comprises. L’attribuer à un effet de serre radiatif dans les basses couches atmosphériques serait non seulement contraire aux principes de la physique mais aussi au bon sens élémentaire car, s’il existait, pourquoi pointer un appareil vers le ciel pour le détecter plutôt que latéralement ? Je précise, d’autre part, que la teneur en CO2 dans l’atmosphère reste constante mais que l’intensité d’un rayonnement émis à une altitude supérieure à 80 km serait trop faible pour être décelable au niveau de la surface terrestre.

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  5. Merci pour la réponse. Mais pourquoi ne peut-on attribuer au CO2 la bande à 667 cm-1, qui correspond parfaitement, en position, en forme, et avec les bandes fines de rotation latérales, à une bande du CO2 ?
    Je suis très embêté par cette bande, car je soutiens aussi qu’il ne peut y avoir de fluorescence du CO2 (ni de H2O d’ailleurs) à pression atmosphérique. Mais le fait est qu’on observe une bande… Si on avait absorption du signal de fluorescence de H2O (et pourquoi H2O pourrait fluorescer dans la basse atmosphère ?) on aurait un creux pas une bosse !
    Oui, la radiance est en mW /m2.std.cm-1. Mais quand on intègre sur une bande de largeur 200 cm-1 et de hauteur environ 65 mW/m2.std.cm-1, on obtient bien environ 13 000 mW/m2.std, soit environ 13 W/m2. std.
    En revanche je ne sais pas comparer au flux incident qui lui est souvent exprimé en W/m2.µm

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    1. Je n’ai rien à ajouter à mes précédents commentaires à propos de ce spectre présenté sans référence à une publication bien documentée. Si vous êtes intéressé au sujet vous trouverez beaucoup d’informations en tapant « downwelling radiation » dans votre navigateur internet.

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  6. Revenons aux fondamentaux. Nous vivons dans un air dont la température est en moyenne 288K. La physique nous apprend que tout corps dont la température est (nécessairement) supérieure au zéro absolu doit émettre un rayonnement. Appelons cela le rayonnement thermique.

    Un des premiers physiciens à s’être penché vraiment sur ce rayonnement du point de vue de la physique statistique et de la mécanique quantique, c’est Albert Einstein, avec son papier de 1917, « Zur Quantentheorie der Strahlung ». Il y imagine un gaz dont les molécules sont caractérisées par des états quantiques. Les transitions entre ces états ont lieu par émission ou par absorption de photons. Il existe donc un gaz de photons qui « baigne » les molécules. Einstein va dans un premier temps envisager séparément les molécules et la gaz de photons. Concernant les molécules, il va supposer qu’il y a équilibre entre les absorptions et les émissions, et qu’on peut donc décrire la distribution des états des molécules par la formule de Boltzmann. Concernant le gaz de photons, il va aussi considérer qu’il est à l’équilibre, et qu’on peut donc le décrire par la formule de Planck. Ensuite, il va étudier les processus qui assurent le couplage entre le gaz de photons et les molécules. Les seuls processus qui étaient connus à l’époque était l’émission spontanée et l’absorption. Il va associer à chacun de ces 2 processus un coefficient qui permet de calculer leur probabilité. En combinant ces deux processus avec la distribution de Boltzmann, il trouve une incompatibilité avec la formule de Planck. Ce qui l’amène à introduire un troisième processus, qui est le pendant exact de l’absorption : l’émission stimulée. L’introduction de ce nouveau processus permet donc de redériver la formule de Planck à partir de la distribution de Boltzmann. L’émission stimulée est à la base du fonctionnement des lasers.

    En résumé, il n’existe qu’un seul rayonnement, il n’y a pas lieu de distinguer un rayonnement thermique qui aurait des propriétés différentes du rayonnement de « florescence ». Et le spectre de ce rayonnement peut être discret, rien ne l’interdit. Dans le cas d’un gaz, ce spectre sera constitué de raies d’aborption dont les intensités seront données par la formule de Planck.

    En ce qui concerne notre atmosphère, l’analyse spectrale du rayonnement de l’atmosphère (appelé « DLR » pour Downward Longwave Radiation), mesuré au sol, fait clairement apparaître les raies spectrales du CO2 et de la vapeur d’eau. On peut trouver ce type de spectre dans le livre de Grant Petty, « A first course in atmospheric radiation », à la page 219 de la deuxième édition. Si vous ne possédez pas ce livre, voici un lien où vous pourrez consulter un tel spectre : https://scienceofdoom.com/2009/11/28/co2-an-insignificant-trace-gas-part-one/ (à la figure légendée « Fig. 3. Spectrum of zenith atmospheric… »). Une analyse spectrale n’est même pas nécessaire pour démontrer l’existence du « back radiation » de l’atmosphère, un simple pyrgéomètre suffit pour mesurer les quelques centaines de Watt par mètre carré de ce rayonnement. Sans la présence de ces gaz qui ont la capacité d’absorber le rayonnement infrarouge de la Terre via les modes roto-vibrationnels de leurs molécules, notre air serait incroyablement froid. L’effet de serre radiatif fait partie de ces évidences que nous avons sous le nez en permanence, à telle enseigne que nous finissons par ne plus réaliser qu’ils existent.

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    1. Comme vous le rappelez l’article d’Einstein auquel vous vous référez concerne le rayonnement thermique. Il fournit une interprétation rationnelle de la formule « semi-empirique » proposée par Planck, dans un acte de désespoir comme il l’avait reconnu lui-même avec humour. Cet article ne concerne PAS les transitions entre niveaux d’énergie interne des molécules pouvant donner lieu à de la fluorescence ou à de la phosphorescence. Les caractéristiques bien distinctes des deux types de rayonnement, notamment l’influence de la température, sont rappelées dans les paragraphes 1.1 et 1.2 de ma note.
      Un simple pyrgéomètre permet, comme vous le dites, de mesurer un flux radiatif infrarouge, ce qui n’est en aucune manière une preuve de l’existence d’une « back radiation » attribuable à un effet de serre. Il y a déjà eu un large débat à ce sujet (voir notamment Claes Johnson on Mathematics and Science: Measuring Downwelling Longwave Radiation DLR?). Les pyrgéomètres sont couramment utilisés pour mettre en évidence les pertes thermiques dans les habitations. Quant à l’effet de serre radiatif, il devrait se manifester au voisinage de la surface terrestre où un simple spectromètre pourrait aisément le détecter, ce qui n’a jamais été fait.

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        1. Votre question n’est pas claire et je n’ai pas accès à la référence citée. En pointant vers le ciel un interféromètre, différents auteurs ont mesuré un rayonnement infrarouge dans un domaine spectral assez limité et avec une faible résolution. On ne sait à quelle(s) altitude(s) il a été émis mais il semble qu’il soit essentiellement dû à la fluorescence rotationnelle et vibrationnelle de la vapeur d’eau en accord avec le paragraphe 4.3 de ma note et avec les références citées.

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          1. Il y a un lien vers le PDF complet dans la page que je référence. Voici le lien direct vers le PDF mais je ne suis jamais sûr que cela fonctionne correctement: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/97JD02433

            Ils comparent des observations faites en Antarctique (pour diminuer le bruit généré par la vapeur d’eau) avec un calcul théorique du rayonnement attendu. Ils incluent dans ce calcul un rayonnement pour le CO2 et ils observent effectivement un rayonnement dans la bande 14-16µm.

          2. Merci pour la nouvelle référence à un article que j’ai maintenant pu consulter. Un autre intervenant m’avait communiqué précédemment une référence plus récente qui n’est pas en contradiction avec la votre mais donne un spectre plus complet car obtenu dans d’autres conditions : https://www.ssec.wisc.edu/aeri/ (AERI = Atmospheric Emitted Radiance Interferometer). Diverses publications font état d’une « downwelling radiation » ou « downward long wave radiation » détectée au niveau du sol par certains appareils pointés vers le ciel mais la nature et l’origine des spectres enregistrés sont encore mal comprises. Il est surprenant, en effet, qu’une émission provenant de couches supérieures de la troposphère parvienne au niveau du sol sans être absorbée par le CO2 ou la vapeur d’eau (absente dans votre référence) des couches inférieures dont l’absorption est saturée sur quelques dizaines de mètres. Il semble, dès lors, que le phénomène observé ne justifie en rien un effet de serre radiatif.

  7. Merci et félicitations pour cet article très complet et très précis Professeur. C’est la première fois que le problème de l’évacuation des 240 W m-2 par rayonnement IR est abordé et expliqué.
    Dans des commentaires à propos d’un autre article, vous disiez qu’il était difficile de mettre en place un protocole d’expérimentation pour prouver quelque chose qui n’existait pas, à savoir l’effet de à caractère radiatif. Dans ce cas ci, serait il possible de simuler et de quantifier en laboratoire l’émission de rayonnement IR lors du passage d’états metastables de l’ H2O en états stables?

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    1. Merci pour votre commentaire qui met l’accent sur le problème fondamental posé par le bilan énergétique du système Terre-atmosphère : par quel mécanisme 240 W/m2 peuvent ils être évacués vers l’espace sous forme de rayonnement. L’opinion généralement admise est que dans chaque couche atmosphérique les « GES » absorbent le rayonnement thermique de la Terre ou du Soleil en fonction de leur concentration locale et de leurs coefficients d’absorption spécifiques (loi de Beer-Lambert). Ils le réémettraient ensuite sous forme de fluorescence avec une intensité fonction de la température (qui dépend de l’altitude d’émission) à la puissance quatre (relation de Stefan-Boltzmann). Ce mécanisme n’est pas compatible avec les principes de physique rappelés dans l’introduction de ma note. Il ne tient pas compte notamment du mécanisme prépondérant de désactivation par collisions des états excités de vibration-rotation dans la troposphère, ni du fait que les rendements quantiques de fluorescence ne varient pas en T^4. Le mécanisme que je propose est en accord avec des observations déjà faites lors de la condensation de vapeur d’eau sursaturée (références citées) mais il devrait être confirmé par des expériences plus systématiques, comme ce devrait être le cas pour toute hypothèse nouvelle.

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  8. J’ai lu votre article avec intérêt et plusieurs fois pour bien m’imprégner de la base du réchauffement climatique. Toutefois en tant que thermicien j’entrevois une autre porte basée sur le bilan thermodynamique de la Terre. Comme tout le monde le sait l’empreinte de l’homme est certain mais on oublie que la vapeur d’eau contenue dans atmosphère est le fruit de l’évaporation de l’eau liquide soit naturellement lors des échanges dus aux rayonnements solaires (effet de serre naturel) auquel il faut rajouter l’évaporation due aux activités humaines (c’est un des résidus de combustion de tous genres) mai c’est aussi l’empreinte due au déversement des calories de ce qu’on appelle les cycles thermiques de toutes nos centrales à travers le monde (conventionnelles et nucléaires) lesquelles rejettent entre 45% et 75% sous forme de cette « chaleur » dont il n’est pas possible de se défaire. L’énergie thermique est très perverse car elle chauffe l’atmosphère sous forme d’un couvercle façon « cocotte-minute » les milliards de tonnes d’eau dans l’atmosphère non négligeable en quantité soit environ 1,5% de la masse totale de l’atmosphère contre environ 0,05% pour le CO2. De plus cette vapeur d’eau a une capacité thermique massique de 2010 J/kg°K contre 650 pour le CO2 soit en arrondi un réservoir thermique 100 fois plus important que le fameux CO2 ……je ne vous dis pas comment se débarrasser d’autant de calories car je ne sais pas refroidir l’atmosphère de manière simple. Tous les combustibles actuels et même le nucléaire conduisent à notre perte…avez-vous une solution miracle?

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    1. La vapeur d’eau est le principal gaz non permanent (susceptible d’un changement d’état) dans l’atmosphère terrestre. On estime sa teneur à 12. 10^15 kg mais elle ne représente que 0,001 % de l’eau disponible sur Terre. Elle provient essentiellement de l’évaporation de l’eau des océans, lacs et cours d’eau et de la sublimation de la neige et de la glace. La contribution des activités humaines à la production de vapeur d’eau est négligeable. La vapeur d’eau atmosphérique ne peut en aucune manière réchauffer la surface terrestre. Au contraire, en se formant par évaporation de l’eau superficielle elle contribue à son refroidissement. Cependant, en se condensant elle peut réchauffer l’atmosphère et, à une altitude donnée, la température de l’air humide est toujours supérieure à celle de l’air sec. La présence de vapeur d’eau dans l’atmosphère contribue au bilan énergétique de la Terre en permettant l’évacuation vers l’espace de l’énergie reçue du Soleil. Comme expliqué au paragraphe 4.3 de ma note 9 % de l’énergie évacuée sous forme de rayonnement proviennent directement de la surface terrestre et 91 % de l’émission de fluorescence associée à la condensation au sommet de la troposphère de la vapeur d’eau sursaturée.

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  9. Bonjour Professeur,

    Une explication de l’effet de serre, selon le CNRS, est disponible ici:
    http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/39839

    Les auteurs sont d’accord sur l’effet de saturation du CO2 mais au paragraphe « La notion d’altitude d’émission » explique que , je cite :
    « Le mécanisme est le suivant: dans ces domaines de longueur d’onde, le rayonne-ment émis par la surface de la Terre est totalement absorbé par les basses couches de l’atmosphère. Celles-ci émettent leur propre rayonnement dans toutes les directions vers la surface et vers l’espace et ainsi de suite de proche en proche, en montant en altitude ».

    Si je comprend bien vos explications, ce rayonnement propre n’aurait jamais été mis en évidence expérimentalement et ne serait pas compatible de la physique.

    Cordialement
    V. Derome

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    1. Vous avez parfaitement compris que mon explication n’est pas conforme au modèle du CNRS que vous citez. A toutes les altitudes dans la troposphère les molécules (CO2, H2O ou autres) ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre ou du Soleil se désactivent par collisions (plusieurs milliards par seconde) avec les molécules environnantes (principalement N2 et O2) sans émettre un rayonnement de fluorescence qui n’a été mis en évidence, dans le cas du CO2, qu’à des altitudes de 90-100 km lorsque la fréquence des chocs intermoléculaires est réduite à environ 1000/s (voir : http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/ et références citées). A cette altitude il n’y a évidemment plus trace de vapeur d’eau.

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  10. Merci pour votre réponse.
    Etes vous le seul professeur d’université (actif ou émérite) à signaler cette erreur de modélisation des climatologues ?
    Pouvez-vous citer d’autres publications partageant votre analyse ?
    Cordialement,
    V. Derome

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    1. Certainement pas ! Il existe une multitude d’auteurs qui rejettent l’hypothèse de l’effet de serre radiatif servant de base à la théorie du réchauffement (devenu changement puis dérèglement) climatique d’origine anthropique. Il est impossible de vous faire une liste même exemplative mais vous pouvez consulter le site : http://www.wikiberal.org/wiki/Liste_de_scientifiques_sceptiques_sur_le_réchauffement_climatique. Je ne citerai que le professeur François Gervais de l’université de Tours qui écrit notamment dans International Journal of Modern Physics B Vol. 28, No. 13 (2014) 1450095 (20 pages) : « CO2 molecules can exchange heat with neighbouring air molecules 1.3 10^10 times per second by collision processes ».

      François Gervais a aussi écrit plusieurs livres de vulgarisation sur le climat tels que « Merci au CO2 » et « L’innocence du carbone ». En me limitant à la langue française, je vous recommande également les livres de Christian Gerondeau dont notamment « Le CO2 est bon pour la planète ». Ces ouvrages sont disponibles en livres de poche.

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  11. Bonjour Professeur,

    Je pensais plutôt à des sources décrivant l’impossibilité de la fluorescence du CO2 dans les basses couches de l’atmosphère à la suite des collisions trop nombreuses entre les molécules.

    A part dans vos papiers, je ne trouve que des auteurs qui affirment qu’elle a lieu.

    Bien à vous,
    V. Derome

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    1. Je ne reviendrai pas sur les réponses déjà fournies à vos précédents commentaires. Je rappellerai seulement que certains scientifiques admettent l’hypothèse de l’effet de serre radiatif alors que beaucoup d’autres, dont moi, la rejettent. Dans tout débat scientifique l’important n’est PAS de connaître le nombre de partisans et d’adversaires d’une hypothèse mais de juger de la pertinence des arguments présentés par les uns et les autres et de la concordance avec les faits expérimentaux. Comme vous le savez la notion de consensus n’a aucune signification dans le domaine scientifique J’ai exposé mes arguments le plus clairement possible dans plusieurs notes publiées sur le site SCE. Si mes explications ne vous ont pas convaincu je le regrette mais je n’ai rien à ajouter pour le moment.

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      1. Bonjour Professeur,
        Je suis d’accord qu’un consensus ne vaut pas science. Je préfère les expériences reproductibles par tous et à tout moment pour valider une théorie.
        C’est bien pourquoi je m’intéresse à votre explication sur l’impossibilité de la fluorescence du C02 dans les basses couches de l’atmosphère suite à, si j’ai bien compris, une constante de temps pour le passage de l’état « vibration » (V*) à celui d’émission d’une onde v + Lambda, supérieure au temps nécessaire pour une diffusion de l’énergie par collision.
        C’est sur ce point que je cherchais plus de références documentaires.
        Pour vos remarques sur l’absence de mesure sur le « downwelling », de gros moyens sont mis en place pour tenter de les réaliser : voir ici §3.2.3:
        https://www.arm.gov/publications/programdocs/doe-sc-arm-20-010.pdf
        Il ne reste donc qu’à attendre les résultats. Si votre explication est la bonne, ils ne devraient pas trouver grand chose.
        Bien à vous,
        V.Derome

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        1. Merci pour la référence que je vais consulter avec intérêt. La nature et l’origine d’une « downwelling radiation » détectée par certains appareils au niveau du sol sont encore mal comprises mais le phénomène observé ne justifie en rien l’existence d’un effet de serre radiatif. Votre difficulté à admettre que des états excités puissent se désactiver par collisions plutôt que par émission d’un rayonnement de fluorescence témoigne peut-être d’un manque d’information concernant la spectroscopie d’émission en général. A ce sujet, je vous invite à consulter sur Internet à la rubrique fluorescence « collisional quenching » ou « désactivation par collisions ». Pour résumer le problème j’écris notamment dans ma note http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique :
          En solution, la fluorescence de nombreuses molécules organiques est observée lors de transition entre niveaux d’énergie électronique mais AUCUN exemple n’est connu dans le cas de transitions entre niveaux d’énergie de vibration. La raison en est la compétition entre les mécanismes de désactivation par collisions et par rayonnement. En solution (ou en phase gazeuse à des pressions supérieures à 10 Pa) la désactivation radiative par fluorescence ne sera possible que pour des états excités de très courte durée de vie (10-9 à 10-7 s) qui peuvent se désactiver avec émission d’un rayonnement AVANT qu’un nombre suffisant de collisions avec les molécules environnantes n’intervienne. La fluorescence d’états excités de plus longue durée de vie ne peut être observée qu’en milieu rigide ou en phase gazeuse à des pressions si faibles que le nombre de collisions entre molécules devient insignifiant.

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  12. Bonjour et merci. Mes questions : ch.1.1 : Si on raisonne en termes de photons, une fois qu’un photon a été émis par fluorescence, il est indiscernable d’un photon émis par rayonnement thermique de même longueur d’onde et pourra donc toujours être absorbé par un corps qu’il soit froid ou chaud (en concentrant des faisceaux lasers sur une cible on peut atteindre des millions de degrés). L’énergie interne de l’émetteur sera abaissée, mais pas son énergie thermique. En même temps les lois de la thermodynamique qui s’appliquent à un système global isolé doivent être respectées… .
    Dans la suite du texte, vous expliquez (fin ch. 2.4) comment un photon infrarouge émis par le sol peut être capté pour exciter une molécule d’eau ou de CO2, qui par collision avec une molécule d’oxygène ou d’azote se désexcite en lui communicant de l’énergie cinétique. Ces considérations ne prouvent-elles pas l’existence possible d’un effet de serre (même s’il est faible) puisque l’énergie du rayonnement émis par la surface peut ainsi réchauffer l’atmosphère à très basse altitude.
    (ch. 3), ce qui nous intéresse, c’est comment le climat à la surface de la terre, et sa température de surface moyenne : Ts, dépend de son atmosphère. En présence de gaz à effet de serre (GES), l’évacuation partielle de l’énergie provenant du soleil, par rayonnement de la surface terrestre, s’effectue en partie directement (fenêtre optique : 7%), et pour le reste (14 %), en parallèle, par l’intermédiaire de l’atmosphère à une certaine altitude. Ces 14 % émis par la surface de la terre ayant une certaine difficulté pour s’échapper (vos explications ch. 2.4), l’atmosphère près de la surface peut se réchauffer me semble-t-il ?
    D’autre part, le gradient vertical de 6,5°C/km peut influencer indirectement Ts, une partie du rayonnement Infrarouge envoyé dans l’espace s’effectuant en altitude et non à partir du sol. Cet effet ne dépend pas du CO2. C’est ainsi que je peux comprendre l’effet de serre comme étant un effet direct et indirect des GES et de l’atmosphère sur Ts. C’est l’amplitude de cet effet qui est peut-être surestimé. Je pense que le rôle de l’eau que vous soulignez, sous toutes ses formes est primordial pour expliquer le climat de la terre, mais que l’on se focalise uniquement sur le CO2 … . Grossièrement, le climat changerait beaucoup si l’épaisseur de l’atmosphère était modifiée, mais aussi si l’eau disparaissait, très peu en rajoutant du CO2.
    Pour la figure 9 : quelle est l’origine des courbes en traits interrompus ? (relation, auteur ?).

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    1. Merci pour votre long commentaire auquel je vais répondre point par point.

      1° Des photons de longueur d’onde déterminée sont évidemment indiscernables quelle que soit l’origine de leur émission : rayonnement thermique ou rayonnement de fluorescence mais leur éventuelle absorption dépendra des substances soumises au rayonnement. Si on considère la Terre comme un corps noir (ou gris) à l’équilibre thermique (hypothèse de base du bilan énergétique de la Terre) il ne peut y avoir d’absorption nette d’énergie dans le domaine des longueurs d’onde émises, notamment à 15 µm : ce qui est absorbé est réémis (loi de Kirschhoff : émissivité = absorptivité). Par contre, si à la surface terrestre certaines substances ont des niveaux quantifiés séparés par l’énergie correspondant à la longueur d’onde 15 µm, le rayonnement pourra être absorbé. Dans une note précédente : http://www.science-climat-energie.be/2018/08/06/le-co2-et-le-climat-avec-et-sans-effet-de-serre/ je rappelle que l’eau des océans (qui occupent 71 % de la surface terrestre) présente une large bande d’absorption centrée à 14,8 µm. Connaissant le coefficient d’absorption de cette bande on peut calculer que l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde 15 µm serait pratiquement totale sur une épaisseur de 15 microns et ne pourrait conduire qu’à une élévation de température insignifiante. Pour éviter tout malentendu il faut bien préciser que le rayonnement de 15 µm, envisagé ici à titre d’exemple, ne pourrait PAS provenir de la désactivation radiative des molécules CO2 excitées à l’état de vibration puisque dans la troposphère elles se désactivent par collisions avec les molécules environnantes principalement N2 et O2. L’effet de serre de serre radiatif, qu’il soit direct ou indirect comme vous l’écrivez, n’existe PAS.

      2° Ceci dit et rappelé dans la note à laquelle vous vous référez, les molécules de CO2 et H2O ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre en se désactivent par collisions jouent le rôle de convertisseur du rayonnement absorbé en énergie de translation et de vibration des molécules environnantes et donc à une élévation de température des basses couches atmosphériques (quelques dizaines de mètres). Cela ne peut évidemment PAS être assimilé à un effet de serre radiatif et il ne peut PAS y avoir de transfert de chaleur de ces basses couches atmosphériques à la surface terrestre car ce serait contraire au second principe de la thermodynamique. Il faut noter aussi que l’effet du CO2 serait très faible car il ne pourrait absorber plus de 10 % du rayonnement thermique de la Terre, quelle que soit son abondance (paragraphe 2.2 de la note).

      3° Par contre, l’influence de la vapeur d’eau sur la température de la troposphère est plus importante puisque le gradient thermique de 6,5 K/km (au lieu de 9,75 K/km) fait qu’à une altitude donnée la température de l’air humide est toujours supérieure à celle d’une atmosphère sèche. Cela est dû essentiellement à la condensation progressive de la vapeur provenant de l’évaporation de l’eau des océans avec libération en altitude de la chaleur de condensation et PAS au phénomène évoqué ci-dessus à propos du CO2.

      4° Les courbes en traits discontinus de la fig.9 se trouvent sur la figure originale que je n’ai fait que reproduire (référence citée). Elles correspondent au rayonnement d’un corps noir aux températures mentionnées et traduisent une tentative de faire correspondre chaque partie du spectre expérimental à une courbe d’émission « théorique » si elle provenait d’un corps noir. Ces courbes en traits discontinus ne sont que des hypothèses sans signification physique.

      5° Vous avez raison de conclure que « le rôle de l’eau, sous toutes ses formes, est primordial pour expliquer le climat de la Terre, alors que l’on se focalise uniquement sur le CO2 … . Grossièrement, le climat changerait beaucoup si l’épaisseur de l’atmosphère était modifiée, mais aussi si l’eau disparaissait, très peu en rajoutant du CO2 ».

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  13. Je vous remercie vivement pour votre travail et pour votre réponse détaillée. Je suis physicien, ex enseignant-chercheur dans une école d’ingénieurs à la retraite. J’essaye de comprendre depuis quelques années ce qu’on appelle effet de serre. Le sujet fait appel à un ensemble de notions classiques de physique, mais est extrêmement complexe. Malheureusement, je n’ai trouvé aucun livre pédagogique faisant une mise au point complète satisfaisante. L’ensemble de vos publications est donc pour moi d’un grand intérêt. Je suis surpris de constater que le dérèglement climatique est maintenant au programme des sciences pour le bac et en premier cycle universitaire, et étonné du manque de rigueur dans les extraits de cours, les exercices, les expériences et les logiciels sur le sujet, publiés sur internet (parfois commercialisés). Bon courage aux enseignants ?
    Pour le paragraphe 2° de votre réponse, je reste indécis. Je constate que vous acceptez l’idée d’un réchauffement possible de la très basse atmosphère par l’énergie d’une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface. Ceci ne peut se produire qu’en présence de molécules CO2 et H2O. Le convertisseur (mot que vous employez), transforme en permanence le rayonnement terrestre en chaleur. Le rayonnement se propage à 300 000 km/s et n’interagit qu’avec quelques molécules alors que la chaleur se transmet à quelques m/s mais touche l’ensemble de l’atmosphère. Cette chaleur transmise par convection et par les vents réchauffe l’ensemble de l’atmosphère affectant peut-être le climat. Je crois aussi qu’elle peut réchauffer la surface comme j’ai pu le constater simplement quand le vent chaud du Sud souffle.
    Nous ne faisons qu’effleurer le sujet inépuisable, car tout change, en fonction de l’heure, du jour, de la saison et du lieu …. Bon courage et bonne continuation.

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    1. Ce que les médias qualifient maintenant, par glissements sémantiques successifs, de dérèglement climatique est devenu un problème politique aux implications économiques gigantesques et aux conséquences sociales dramatiques. Dès le moment où, en 1988, l’Organisation Météorologique Mondiale et l’Organisation des Nations Unies ont patronné la création du IPCC/GIEC la volonté de bouleverser et de régir le fonctionnement de notre société était sous-jacente. Beaucoup de scientifiques ne s’en sont pas souciés tant l’hypothèse de base, l’effet de serre, était contraire aux principes de la physique mais d’autres y ont vu une source de financement et continuent à en profiter, étouffant tout débat. Il est affligeant qu’une notion aussi vague que le dérèglement climatique soit maintenant présentée aux étudiants sans appel à leur esprit critique et même aux écoliers dont on dit que beaucoup sont désormais démotivés car sans espoir dans un monde qui évolue vers la catastrophe. Je connais plusieurs enseignants universitaires et aussi des mandataires politiques qui n’osent pas exprimer leur opinion au sujet du climat par crainte de sanctions académiques ou électorales. Même dans ces conditions restons positifs et invitons, chacun dans sa modeste sphère d’influence, à faire preuve de plus d’esprit critique.

      Un petit mot à propos du « vent chaud » auquel vous faites allusion. C’est la Terre qui, ayant absorbé le rayonnement solaire, réchauffe l’atmosphère et PAS l’inverse car, au niveau du sol, la convection est toujours ascendante. Comme le montre la fig.7 de ma note l’ensoleillement est loin d’être uniforme mais le déséquilibre est partiellement compensé (fig. 8bis) par les transferts de chaleur dus aux courants marins et aériens (= vents chauds).

      Merci pour vos encouragements.

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      1. Bonjour Professeur,
        Votre hypothèse d’émission radiative dans les bandes de 4 à 100 µm devrait pouvoir être comparée avec les résultats des capteurs CERES dont un (TOT) est sensible dans la bande 0,3 à 200 µm. Voir ici :
        https://ceres.larc.nasa.gov/instruments/
        Les premiers résultats du bilan radiatif de la terre sont disponibles en bas de page.
        https://ceres.larc.nasa.gov/science/
        Mais la mesure est un art difficile et les scientifiques demandent encore du temps pour les affiner. La marge d’erreur est encore importante.
        Bien à vous,
        V.Derome

        Répondre

        1. Merci pour les références. La première décrit les appareils utilisés par la NASA, la seconde présente un certain nombre de résultats parfaitement compatibles avec ma note mais PAS leur interprétation.

          On peut lire notamment, en accord avec ma fig. 8, « About one-third of the incoming solar radiation is reflected by clouds, aerosols, molecules and the surface, half is absorbed at the surface and the remainder is absorbed by the atmosphere. Earth cools by emitting thermal infrared radiation to space, which nearly balances the energy absorbed from the sun”. Et aussi, en accord avec ma fig. 8bis « Regional imbalances in radiation give rise to atmospheric and oceanic circulations, which transport heat around the globe”

          Par contre, mon interprétation des résultats est totalement différente de celle qui est traditionnelle pour la NASA selon laquelle : « At the surface, temperatures would be 33oC cooler without greenhouse gases like water vapor and CO2, and clouds. These absorb surface infrared radiation and re-emit most of it back to the surface … Climate models are often used to project how a future climate might look under different greenhouse gas emission … If the models substantially differ from the observations, this provides model developers with vital information about what aspects of the model needs to be improved “.

          Cette dernière remarque est loin d’être respectée par les adeptes de la modélisation comme l’illustre la fig. 3 de la note http://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/.

          Contrairement à votre espérance, on ne trouve dans les références citées aucune information nouvelle concernant le spectre du rayonnement détecté par satellites. Les spectres obtenus par les satellites NIMBUS 3 et 4 en 1970-72 (fig. 9 de ma note) restent les seules données disponibles.

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          1. Bonjour Professeur,

            En effet les capteurs de NIMBUS 3-4 ne dépassaient pas 35 µm (source)
            https://rda.ucar.edu/datasets/ds685.0/docs/nimbus-info

            Le capteur TOT de CERES couvre la bande 0,3 – 200 µm (source figure 1)
            https://www.mdpi.com/2072-4292/8/3/182/htm#sec3dot3-remotesensing-08-00182

            Il devrait donc être possible de confronter des données à votre hypothèse suivante.

            « Cette hypothèse nous permet de considérer la fig. 9 comme la superposition du rayonnement thermique de la Terre transmis directement à travers la fenêtre optique de 8 à 13 µm et d’un large spectre de fluorescence vibrationnelle et rotationnelle des molécules H2O qui pourrait s’étendre de 4 µm à plus de 100 µm (fig. 6) et donc bien au-delà des 25 µm qui constituent la limite de la fig.9. Cela explique pourquoi les 240 W m-2 mesurés par satellites ERBE n’apparaissent que très partiellement sur la fig. 9. «

            Selon vous, ce n’est pas le cas. Où est mon erreur ?
            Bien à vous,
            V.Derome

          2. Pas plus que dans votre précédent commentaire on ne trouve d’information nouvelle concernant le spectre du rayonnement détecté par satellites dans les références que vous citez. Je maintiens donc que les spectres obtenus par les satellites NIMBUS 3 et 4 en 1970-72 (fig. 9 de ma note) restent les seules données disponibles. Par ailleurs, l’interprétation de ces spectres dus essentiellement à la vapeur d’eau n’est pas contestée mais seulement le mécanisme conduisant à leur émission. Dans votre commentaire vous rappelez mon hypothèse à ce sujet.

    2. Monsieur Borelli,
      Je suis également professeur retraité et je me fais les mêmes réflexions que vous sur le réchauffement des basses couches de l’atmosphère.
      Je crois qu’il y a confusion entre cette notion d’effet de serre et température de l’air. Il faut voir de quoi on parle.
      Je pense comme vous que le CO2 et le H2O convertissent l’énergie radiative de la terre en chaleur dans l’atmosphère mais ce n’est pas comme le dit si brillamment le professeur Geuskens un effet de serre par « back radiation » influençant la température de la terre (du sol).
      Le sol est le convertisseur de l’énergie solaire en énergie infra-rouge. Le CO2 et l’H2O transforment l’énergie infrarouge en énergie thermique (réchauffage de l’air).
      En thermodynamique il est évident que l’air chaud (O2 et N2) n’émettent pas dans l’infrarouge.
      Bien à vous.

      Répondre

      1. Apparemment vous m’avez mal compris : j’ai toujours nié l’existence d’une « back radiation » qui correspondrait à un effet de serre radiatif. Je vous suggère de relire ma note citée en référence dans laquelle j’écris comme vous que « le CO2 et le H2O convertissent l’énergie radiative de la terre en chaleur dans l’atmosphère » pour reprendre textuellement votre expression.

        Répondre

        1. Cher professeur,
          Je vous ai parfaitement compris mais devrais faire plus attention à ma ponctuation pour améliorer ma lisibilité. J’ai bien écrit « mais ce n’est PAS (comme le dit si brillamment le professeur Geuskens) un effet par « back radiation »….
          Veuillez m’en excuser.
          Je profite de la présente pour vous demander quelle différence vous faites entre un rayonnement thermique et un rayonnement par fluorescence. Je comprends bien qu’à l’émission le processus est différent mais, une fois émis, le rayonnement est le même (ou je me trompe ?). Ce qui fait, comme le dit Stéphane, qu’un corps froid pourrait envoyer son énergie radiative vers un corps plus chaud ?

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          1. Merci pour votre mise au point qui me rassure. J’étais désolé d’avoir été aussi mal compris.

            Comme je le précisais en réponse à un précédent intervenant, des photons d’une longueur d’onde déterminée sont indiscernables quelle que soit l’origine de leur émission : rayonnement thermique ou rayonnement de fluorescence. Cependant, ces deux types de rayonnement ont des origines et des spectres totalement différents : continu dans le premier cas et constitué de raies ou de bandes dans le second (voir paragraphe 1 de ma note). La fig. 2 illustre l’absorption partielle du rayonnement thermique du Soleil par différents constituants atmosphériques à des températures inférieures à celle de l’émetteur. Comme je le faisais remarquer précédemment, le rayonnement thermique émis par les murs d’une pièce froide ne pourront PAS vous réchauffer ; c’est l’inverse qui se produira. Par contre, certaines raies d’un rayonnement de fluorescence pourront être absorbées par une substance, quelle que soit sa température, dont certains niveaux énergétiques quantifiés sont séparés par une énergie correspondant à celle du rayonnement incident. Le second principe de la thermodynamique concerne le transfert de chaleur (agitation moléculaire) mais un rayonnement n’est PAS de la chaleur !

  14. Cher Professeur,
    Merci pour cette étude du bilan énergétique de la terre et de cette démonstration en règle du caractère erroné de la théorie du réchauffement climatique.
    Le caractère scientifique de votre étude ne la rend hélas pas facilement compréhensible ni communicable dans les principaux médias.
    Comment en faire une communication grand public qui entraînerait l’adhésion du plus grand nombre ?
    Tel est l’enjeu !

    Répondre

    1. Il existe d’excellents livres de vulgarisation sur le climat dont ceux de François Gervais qui a écrit « Merci au CO2 » et « L’innocence du carbone ». En me limitant à la langue française, je vous recommande également les livres de Christian Gerondeau et notamment « Le CO2 est bon pour la planète ». Ces ouvrages sont disponibles en livres de poche.

      Répondre

      1. J’ai déjà lu avec beaucoup d’intérêt les livres de François Gervais mais vous êtes le premier, à ma connaissance, à faire une démonstration aussi précise des phénomènes en jeu dans la basse atmosphère.

        Une démonstration que les réchauffistes auraient bien du mal à réfuter. Stéphane a d’ailleurs fait une tentative infructueuse.

        Francois Gervais comme d’autres ont malheureusement été déstabilisés par une opposition réchauffiste virulente.

        Vous conviendrez que votre lectorat reste limité à des gens particulièrement intéressés par la question climatique et qu’il serait bon de renverser l’opinion publique sur la question climatique.

        Je me demande donc comment faire passer VOTRE démonstration au plus grand nombre pour qu’elle atteigne finalement les décideurs politiques.
        Ne serait-il pas bon que vous participiez à un débat sur la question climatique avec quelques vedettes réchauffistes comme Jouzel par exemple ?

        Avec toute ma gratitude pour votre travail de communication.
        D.Denonne

        Répondre

        1. Ce que les médias qualifient maintenant de dérèglement climatique est devenu un problème politique. Au début, beaucoup de scientifiques ne s’en sont pas souciés tant l’hypothèse de base, l’effet de serre, était contraire aux principes de la physique mais d’autres y ont vu une source de financement et continuent à en profiter, étouffant désormais tout débat. Beaucoup d’enseignants universitaires et aussi des mandataires politiques n’osent plus exprimer leur opinion au sujet du climat par crainte de sanctions académiques ou électorales. Cependant il reste à chacun d’entre nous, dans sa modeste sphère d’influence, la possibilité d’inviter ses amis et connaissances à faire preuve de plus d’esprit critique.

          Répondre

  15. Cher Professeur,
    Vous le savez sans doute un collectif nommé « Affaire climat » – Klimaatzaak » a lancé un procès contre les gouvernements des trois régions et contre le fédéral. (Même ambition qu’aux Pays-Bas et en France : faire condamner le gouvernement pour carence dans la lutte contre le réchauffement climatique.
    La procédure avance à grand pas au point qu’un compte à rebours est affiché sur leur site. L’affaire sera en effet plaidée du 16 au 26 mars prochain.
    Les avocats dans leurs conclusions font largement référence au GIEC :
    https://affaireclimat.cdn.prismic.io/affaireclimat/95dd60da-492e-40a5-8cec-aa9f4734add9_20191216+Conclusions+de+synthe%CC%80se++(1).PDF
    Je me demandais si « Science climat et énergie » ne devrait pas se rapprocher des avocats qui défende le gouvernement pour leur apporter son expertise.
    Qu’en pensez-vous ?
    Avec mes respectueuses salutations.

    Répondre

    1. Si un quelconque collectif intente un procès contre le gouvernement pour carence dans la lutte contre le réchauffement climatique aucune des parties ne mettra en doute le dogme climatique propagé par le GIEC/IPCC et aucune expertise scientifique ne sera requise.

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      1. Mais n’est-ce pas justement l’occasion de remettre en doute ce dogme, par exemple en orientant les arguments de la défense sur ce prétendu effet de serre ?
        Je tenterais bien d’écrire à l’un des avocats de la défense en lui donnant la référence de climat-science- énergie.
        Y verriez-vous une objection ?
        Bien à vous.

        Répondre

        1. Vous êtes évidemment libre d’écrire à titre personnel ce qui vous semble utile à qui vous voulez mais je doute de l’efficacité d’une telle démarche dans les circonstances que vous évoquez.

          Répondre

    1. Rassurez-vous : j’ai bien compris l’hypothèse qui sert de base aux théories alarmistes du GIEC/IPCC. Je la rappelle dans ma note et j’explique qu’un tel effet de serre ne peut exister car incompatible avec les principes de base de la spectroscopie d’absorption et d’émission.

      Par ailleurs, j’estime beaucoup le professeur Lindzen auquel vous vous référez. J’ai eu l’occasion de le rencontrer et de discuter avec lui. Il ne conteste pas mes arguments réfutant l’existence d’un effet de serre. Cependant, l’objectif de ses travaux étant de montrer que, si un tel effet existait, son influence sur le climat serait négligeable, il reprend sur la fig.2 de la référence que vous citez une conventionnelle « oversimplified depiction » du phénomène.

      Pour reprendre vos termes, j’ai bien peur que vous n’ayez pas bien compris sa conclusion :

      “We have shown in a simple, but reasonably rigorous manner, that the record of the Vostok ice core offers no support to the notion that CO2 is a driving mechanism for past climate.…. We next show that the defense of the attribution of recent warming to man involves an observed warming that is smaller than expected, and where the attribution, itself, is not based on scientific arguments”.

      Si, comme moi, vous appréciez le professeur Lindzen je vous invite à regarder la vidéo qu’il présente sur le thème « Climate Change : What Do Scientists Say ? » (page d’accueil de notre site, cliquez sur la référence tout au bas de la colonne de droite)

      Répondre

      1. À Pr. Geuskens,

        Je suis dubitative… Vous dites « Il ne conteste pas mes arguments réfutant l’existence d’un effet de serre ».

        Or, d’après le New York Times, « Dr. Lindzen accepts the elementary tenets of climate science. He agrees that carbon dioxide is a greenhouse gas, calling people who dispute that point “nutty.” He agrees that the level of it is rising because of human activity and that this should warm the climate ».

        Pourquoi Lindzen ne contesterait pas vos arguments réfutant l’existence d’un effet de serre si lui-même traite les sceptiques de l’effet de serre de « dingues » ?

        https://www.nytimes.com/2012/05/01/science/earth/clouds-effect-on-climate-change-is-last-bastion-for-dissenters.html

        Répondre

        1. Vos commentaires n’apportent rien au débat scientifique mais visent à mettre en évidence une éventuelle divergence de vue entre le professeur Lindzen et moi. Le professeur Lindzen est un scientifique renommé avec qui j’ai eu l’occasion de discuter. Nos domaines d’expertise sont différents et, de ce fait, nos points de vue sur le rôle du CO2 ne sont pas identiques mais nos conclusions sont semblables puisque le professeur Lindzen, que vous aimez citer, écrit notamment :

          “We have shown in a simple, but reasonably rigorous manner, that the record of the Vostok ice core offers no support to the notion that CO2 is a driving mechanism for past climate.…. We next show that the defense of the attribution of recent warming to man involves an observed warming that is smaller than expected, and where the attribution, itself, is not based on scientific arguments”.

          Si, comme moi, vous appréciez le professeur Lindzen je vous invite à regarder la vidéo qu’il présente sur le thème « Climate Change : What Do Scientists Say ? » (page d’accueil de notre site, cliquez sur la référence tout au bas de la colonne de droite)

          Répondre

          1. Je n’ai jamais prétendu apporter par mes commentaires quelque chose au débat scientifique.

            Lindzen, selon vous, ne conteste pas vos arguments réfutant l’existence d’un effet de serre (vous l’illustrer par sa citation entre guillemets), mais selon la citation de New York Times, Lindzen est catégorique en affirmant que l’effet de serre existe, en vous traitant même indirectement de « dingue ». Je ne comprends donc pas pourquoi cette divergence dans l’opinion du même Lindzen selon deux sources différentes (la vôtre et New York Times). J’espérais que vous puissiez me donner une explication.

          2. Je suppose que, suivant mon conseil, vous avez regardé la vidéo présentée par le professeur Lindzen sur le thème « Climate Change : What Do Scientists Say ? » (page d’accueil de notre site, référence tout au bas de la colonne de droite). Pour conclure un échange de commentaires à son sujet vous devez comprendre que :

            1° Le professeur Lindzen ne s’exprime PAS dans les mêmes termes lorsqu’il s’adresse
            – oralement à un collègue dans un entretien privé
            – oralement à un public varié lors d’une conférence publique
            – par écrit à des collègues dans une revue spécialisée
            – par écrit dans un quotidien de grande diffusion avec l’espoir que des décideurs politiques en prendront connaissance.
            Ce n’est PAS par duplicité mais par souci d’efficacité en fonction du résultat attendu car :

            2° Le réchauffement climatique évoqué par le GIEC/IPCC, lors de sa création sous l’égide d’organisations internationales soucieuses de réglementer notre société, est devenu changement climatique, grâce à l’introduction dans des programmes informatiques de rétroactions positives ou négatives (voir à ce sujet http://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/) puis dérèglement climatique et finalement urgence climatique sous l’influence de groupes de pression industriels et politiques et avec l’aide des médias.

            3° Les problèmes liés au climat (dont personne ne nie qu’il a toujours changé et continuera à le faire) sont désormais devenus politiques et les projets de la plupart des gouvernements occidentaux (dont le Green Deal de l’Union Européenne) auront des conséquences économiques et sociales désastreuses que certains scientifiques et mandataires politiques courageux essayent d’éviter (voir à ce sujet https://clintel.org/world-climate-declaration/))

  17. Merci pour cet article très intéressant, Professeur.
    J’ai essayé de voir pourquoi cette explication n’a pas fait l’objet d’une publication dans une revue à comité de lecture (c’est peut-être mentionné dans un autre article ou dans un commentaire) mais je n’ai pas trouvé.
    Excusez-moi dès lors ma question : avez-vous essayé de publier un article ? Pensez-vous qu’il y aurait un refus ? Quels arguments scientifiques vous opposerait-on ?

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    1. Merci pour votre commentaire. J’ai publié dans des revues scientifiques à comité de lecture de nombreux articles notamment sur la spectroscopie d’absorption et d’émission qui fut un de mes domaines de recherche pendant longtemps. Les revues scientifiques ne publient, en principe, que des articles présentant des résultats nouveaux. Elles s’adressent à des spécialistes qui ont une connaissance approfondie du domaine envisagé. Mes notes publiées sur le site http://www.science-climat-energie.be ne présentent aucun résultat nouveau. Elles se bornent à faire une analyse critique de données souvent spéculatives déjà publiées dans la littérature scientifique. Elles visent, en particulier, à montrer que la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique, aux conséquences économiques et sociales désastreuses, ne repose sur aucune hypothèse valable et que beaucoup d’aspects de la science du climat sont encore mal connus.

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  18. Cher Professeur,
    Je viens de parcourir le papier de Kevin Trenberth: Earth’s Global Energy budget.
    Comme beaucoup de climatologues, il utilise la loi de Stefan Boltzman, ce qui donne une énergie émise par la terre qui est plus du double de ce que la terre recoit au sol.
    A partir de la, il élabore une théorie de ping pong ou de l’énergie se crée de nulle part. En toute logique, il devrait rejeter l’hypothèse de base et donc ne pas utiliser l’équation de Stefan Bolzman.
    Ces articles sont Peer Reviewed, comment peut on tomber si bas en science ?
    Ma question est polémique, vous n’etes pas obligé d’y apporter une réponse.

    En revanche, vous vous référez plusieurs fois au corps noir dans votre texte pour établir par exemple des fréquences, mais vous expliquez à juste titre que la loi de Stefan Bolzman n’est pas applicable. Il manque a mon avis une explication qui permette de lever l’ambiguité, probablement un ordre de grandeur qui justife la loi de SB en première approximation.
    Merci en tout cas pour vos explications, cela fait plaisir de voir des articles sérieux et tres bien articulés.

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    1. Merci pour votre commentaire.

      Trenberth et beaucoup d’autres climatologues sont de bons spécialistes d’un domaine particulier mais ils ignorent parfois des notions élémentaires de physique qui, par la suite, sont négligées car elles ne s’opposent pas à la publication d’articles dans des domaines spécialisés où les auteurs sont jugés par leurs pairs.

      En toute rigueur la formule de Stefan-Boltzmann ne peut être utilisée que si le rayonnement thermique est le seul mécanisme d’échange énergétique. Elle ne peut donc s’appliquer à la Terre où la convection de l’air et l’évaporation de l’eau des océans contribuent de manière prépondérante au bilan énergétique. Si les satellites détectent au sommet de l’atmosphère l’émission sous forme de rayonnement de 240 W m-2 on ne peut en déduire, par application de la formule, que la surface terrestre devrait être à la température de 255 K (-18°C). De même, le fait que la température « globale moyenne » de la Terre soit 288 K (15°C) ne permet pas d’en déduire que le flux radiatif émis par la Terre devrait être 390 W m-2. Cependant, pour des corps à très haute température rayonnant dans le visible (filament d’une lampe par exemple) l’erreur commise en utilisant la formule de Stefan-Boltzmann ne sera pas très grande.

      Parler de corps noir à propos de la Terre est certainement un abus de langage. Il vaudrait mieux parler de corps gris. On qualifie de « gris » un corps dont l’émissivité est inférieure à celle d’un corps noir mais dont l’équilibre thermique est néanmoins maintenu. A une même température le flux radiatif émis par un corps gris sera moindre que celui émis par un corps noir. Les courbes de Planck seront semblables à celles de la fig. 1 de ma note mais les intensités émises seront plus faibles. En utilisant néanmoins l’équation de Planck pour calculer non pas l’énergie totale émise mais la fraction émise dans un certain domaine de longueur d’onde la valeur trouvée doit être correcte.

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  19. Bien cher Collègue,
    Cela est peut-être un peu hors sujet. Je voudrais comprendre comment on mesure exactement le Pouvoir de Réchauffement global du CO2 si on est conforme à l’hypothèse du flux retour vers la terre des IR réémis par le CO2 en haut de la tropopause. Et surtout comment on attribue à tous les gaz à effet de serre un PRG sur la base de l’unité attribuée au CO2. Si le PRG du CO2 est faux , tout est faux.
    Merci,

    Hubert Dulieu

    Répondre

    1. Le CO2 et la vapeur d’eau ayant absorbé (sur une épaisseur atmosphérique d’une dizaine de mètres) une fraction du rayonnement thermique de la Terre se désactivent par collisions (plusieurs milliards par seconde) avec les molécules environnantes (essentiellement N2 et O2). Le phénomène que vous appelez «flux retour vers la terre des IR réémis par le CO2 » connu plus généralement comme «effet de serre radiatif» n’existe PAS, ni « en haut de la tropopause » ni au niveau de la surface terrestre. Le « Pouvoir de Réchauffement global du CO2 » est FAUX et votre conclusion est parfaitement correcte !

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  20. Professeur,

    Merci pour votre réponse.
    J’ai une question triviale, qui s’éloigne de la troposphère.
    L’expérience du Professeur Wood (1909) a été reproduite par le Professur Nasif S. Nahle en 2011. L’expérience montre que l’augmentation de température est due au bloquage de la convection, et non au bloquage de radiations. Pour réaliser cette expérience, l’air ambiant a été utilisé, air qui comprend donc de la vapeur d’eau et du CO2.
    Que se passerait-il si on remplacait l’air par du CO2 uniquement ?
    Si j’ai correctement compris, le CO2 devrait etre excité par les IR, et transformer cette énergie en énergie cinétique, et comme la convection est bloquée, la température devrait augmenter jusqu’a ce qu’un équilibre s’établisse. Est ce que l’augmentation de température serait plus importante que pour l’air, et pourrait juste s’expliquer par une différence de chaleur spécifique? Pour comparer, je prends l’hypothèse que l’air est brassé et a donc une température homogène dans la boite.

    Même question si on utilise de l’azote uniquement ?

    Il est difficile de trouver des explications valables sur internet, alors je me permets d’abuser de votre temps.
    Je vous remercie a l’avance de nous éclairer.

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    1. Nasif Nahle reproduit en 2011 une expérience semblable à celle réalisée par Wood en 1909. Les conditions expérimentales sont décrites avec suffisamment de détails pour justifier sa conclusion mais pas plus : dans une enceinte fermée, exposée au Soleil à travers une fenêtre, la température s’élève de la même manière, que la fenêtre soit transparente ou non au rayonnement infrarouge. Cependant, il faut bien reconnaître que les conditions expérimentales sont assez frustes et ne permettent pas d’envisager sérieusement un résultat différent dans les conditions que vous imaginez.

      L’expérience est réalisée au Mexique à une température ambiante de 35° C. Quatre boîtes en carton de dimensions 30 x 30 x 20 cm sont utilisées. Chacune est recouverte d’une feuille d’aluminium réfléchissant sauf une fenêtre de 5 x 5 cm en différents matériaux. Les boîtes sont exposées au Soleil et la température s’élève de la même manière dans toutes les boîtes passant de 43° C au début de l’expérience à 70° C après une heure d’exposition. Conclusion : il n’y a pas trace d’un quelconque effet de serre radiatif !.

      Je crois qu’il n’y a pas lieu de se préoccuper des capacités calorifiques différentes des molécules biatomiques N2 et O2 ou triatomiques CO2 et H2O pas plus que de leurs proportions ou de l’importance relative de la convection et du rayonnement thermique des parois internes des boîtes. A la précision des expériences près on peut affirmer que le résultat serait le même. Par contre, imaginer une expérience scientifiquement valable pour répondre à vos questions est un tout autre problème.

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  21. Merci pour cette réponse.

    Cette question est évidemment centrale puisque toute la théorie du réchauffement climatique repose entièrement sur cette hypothèse.

    A défaut de la publier dans une revue, avez-vous proposé votre article aux sites « climato-réalistes » (Climate Etc, WattsUpWithThat, …) pour recueillir et répondre aux éventuelles objections ?

    Comment remettre cette question à l’ordre du jour et challenger l’édifice de la théorie « officielle » à la lueur de vos arguments ? Comment relancer le débat ?

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    1. Merci pour votre commentaire.

      En suggérant de publier mes articles sur d’autres sites que http://www.science-climat-energie.be je crois que vous sous-estimez l’impact de ce dernier, créé il y aura bientôt trois ans pour faciliter le débat entre lecteurs intéressés par les problèmes scientifiques et non idéologiques liés au climat et à l’énergie. Depuis cette date 215 articles, rédigés par une trentaine d’auteurs, ont été publiés. Ils ont donné lieu à près de 1000 commentaires suivis d’autant de réponses. Nos lecteurs, comme les auteurs, résident principalement, mais pas exclusivement, en Belgique, en France, en Suisse et au Canada. Le site http://www.science-climat-energie.be reçoit en moyenne 3000 visites par jours et plusieurs articles ont été consultés plus de 25000 fois, ce qui est très supérieur à la fréquentation des articles dans des revues scientifiques spécialisées.

      Si vous souhaitez donner plus de publicité aux articles publiés sur notre site je vous suggère de les faire connaître à vos amis et connaissances.

      Répondre

  22. Bonjour Mr Geuskens,
    Je viens de lire votre note sur le bilan thermique de la terre et l’effet de serre. Je ne connaissais pas cette hypothèse, qui me semble très originale. Il est agréable de voir que certains cherchent à faire preuve de créativité car l’ambiance « pensée unique » me semble très délétère dans le domaine de la climatologie et je crains que ça ne la fasse passer à côté de certaines vérités importantes. Et quand cela touche à nos impôts je n’ai guère envie que l’on se trompe.

    Quelques points de détail ne sont toutefois pas clairs pour moi :

    Je ne suis pas sûr de ce que vous voulez dire par : « le rayonnement thermique d’un corps chaud peut être absorbé par un corps froid mais PAS l’inverse. »
    Un photon ne véhicule que sa fréquence et s’il rencontre une surface quelconque absorbante, qu’elle soit froide ou chaude, il sera absorbé. Il y a un petit flux du froid vers le chaud, mais le flux net ira toujours du chaud vers le froid. On ne peut bien sûr pas organiser les surfaces pour que l’intensité issue de la surface froide puisse réchauffer la surface chaude. Est-ce ce que vous voulez dire ?

    Du reste vous dites : « le rayonnement de fluorescence d’un corps froid peut être absorbé par un corps chaud » on est d’accord. Mais que voulez-vous dire par : « un rayonnement n’est PAS de la chaleur » Un photon a une énergie et il ignore s’il provient d’une émission thermique ou d’une transition quantique.

    Il reste après cela un point sur lequel j’ai un doute : Vous évacuez totalement l’existence d’un effet de serre. Qu’il soit insuffisant à expliquer l’évolution actuelle des températures, je veux bien le considérer, mais l’exclure totalement est exagéré.
    Il est vrai que beaucoup de définitions sont fantaisistes tout comme les explications qui vont avec. L’atmosphère ne se comporte pas comme une serre agricole et cette image a mis dans la tête de la plupart des gens des idées fausses.

    Ainsi, je suis d’accord lorsque vous dites que les molécules actives (H2O et CO2 principalement) ont des temps de désexcitations trop longs et qu’elles vont céder leurs énergies par un choc thermique avant de réémettre le photon reçu. Or cette énergie sera reçue par O2 et N2 qui ne rayonnent pas en IR. D’accord. Cependant c’est incomplet, car il me semble qu’il n’y a là que la moitié du processus complet qui est un équilibre.

    Dans la troposphère cette situation de chocs thermiques implique que le système est dans un état d’Équilibre Thermodynamique Local. Ce comportement a pour conséquence une micro-réversibilité de tous les processus. Ainsi les chocs thermiques vont en retour induire des émissions de photons par les molécules actives.

    On atteint localement un équilibre des populations excitées des états quantiques des molécules actives qui dépend de la température locale et qui a comme conséquence l’existence d’une population locale de photons, qui eux ne peuvent que rayonner. Les molécules actives jouent donc à la fois le rôle d’absorbants mais aussi de sources.

    Donc si au niveau du sol on cherche ces photons, on va nécessairement les y trouver. Si le milieu est épais et à température constante, les flux de photons sont isotropes et on n’a pas de flux d’énergie. Mais s’il existe un gradient thermique, alors on aura transfert d’énergie, même dans un milieu très épais.

    On a nécessairement un rayonnement IR dans les basses couches et le sol en reçoit sa part. Il a une origine très locale pour beaucoup de fréquences pour lesquelles le milieu est opaque. Mais certaines fréquences peuvent venir de plus haut. Il n’existe aucune surface unique d’émission. C’est ainsi que je comprends l’effet de serre qui porte mal son nom et je ne vois pas très bien comment on pourrait complètement le sortir du jeu.

    Maintenant l’hypothèse que vous évoquez peut venir s’ajouter. Environ 110 W/m2 quittent le sol hors radiation, donc une partie peut participer à votre processus. Mais y a-t-il une chance d’aller plus loin pour tester votre hypothèse ?

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    1. Votre long commentaire comporte des questions et des affirmations. Je vais essayer de faire la part des deux.

      1° Selon l’hypothèse formulée dans mon article, je suggère effectivement que 9 % du rayonnement détecté par les satellites en altitude proviennent directement de la surface terrestre et 91 % de l’émission de fluorescence associée à la condensation de la vapeur d’eau sursaturée au sommet de la troposphère.

      2° Le rayonnement thermique d’un corps est dû à l’oscillation de dipôles électriques formés par le noyau et le nuage électronique des atomes qui, en accord avec les lois de l’électromagnétisme, émettent un rayonnement de fréquence égale à la fréquence d’oscillation. Le rayonnement thermique d’un corps froid ne sera PAS absorbé car il ne peut PAS exciter de nouveaux dipôles dans un corps chaud. Si ce rayonnement n’est PAS absorbé il n’est cependant PAS pour autant réfléchi. Envisager que le rayonnement du corps froid n’aurait aucun effet car après avoir été absorbé il serait réémis est une vue de l’esprit.

      3° Cependant, comme vous le remarquez, si une fraction du rayonnement émis par le corps froid peut provoquer une transition quantique entre niveaux énergétiques du corps chaud cette fraction pourra être absorbée. Exemple : dans l’atmosphère terrestre la vapeur d’eau et le CO2 absorbent une fraction du rayonnement thermique du Soleil avant qu’il n’atteigne la surface de la Terre (fig. 2 de ma note).

      4° Comme vous le signalez la diffusion de Rayleigh est quasiment inexistante dans le domaine des IR telluriques.

      5° Comme vous le remarquez, la conversion d’énergie de vibration de molécules comme CO2 ou H2O en énergie de translation des molécules environnantes, par exemple N2 et O2, est réversible. Il existe donc un équilibre dynamique résultant des très nombreuses collisions. Il ne dépend que de la température et de la pression (par le biais de la distribution des énergies et du nombre de chocs entre molécules). Quoique ce ne soient pas toujours les mêmes molécules qui sont en état de vibration la proportion de molécules CO2 ou H2O dans ces états reste constante à une température et une pression déterminées. Cet équilibre ne sera PAS modifié si, en plus, certaines molécules sont excitées par absorption d’une fraction du rayonnement infrarouge émis par la Terre.

      6° La désactivation radiative des molécules de CO2 avec émission de fluorescence ne peut se produire qu’à des altitudes voisines de 100 km lorsque la pression atmosphérique est de l’ordre de 0,1 Pa et le nombre de collisions entre molécules de l’ordre de 1000 par seconde.

      Répondre

  23. Professeur,

    Je suis alle lire des publications de Claes Johnson et notamment Mathematical Physics of Blackbody radiation.
    Soyons humble, je suis loin d’avoir tout compris, mis a part que le sujet pose probleme a de nombreux physiciens celebres.
    Dans les commentaires, il est fait souvent appel aux photons, ce qui permet sans probleme d’etablir un flux a double sens entre un corps froid et un corps chaud (thermique ou fluorescence).
    Avec la voie a double sens, on ne saisit donc pas vraiment pourquoi un corps froid ne pourrait pas rechauffer un corps chaud s’il y a circulation dans les deux sens. La loi de Stefan Bolzman telle qu’ecrite explique que le flux de chaleur depend de la temperature des deux corps, dans le sens du plus chaud au plus froid, mais n’explique pas comment l’information de temperature peut circuler entre les deux corps.

    Vous avez ecrit vous-meme qu’il etait possible que certaines raies d’un rayonnement de fluorescence puissent être absorbées par une substance, quelle que soit sa température. Si ces raies peuvent etre absorbees, il est donc possible que cela rechauffe la substance en question. Cela irait a l’encontre de la seconde loi de la thermodynamique, donc je ne pense pas que cela soit acceptable. On peut jouer sur les mots en expliquant que l’aborption n’est pas automatiquement une augmentation de chaleur.

    Si on raisonne en onde, la circulation a double sens me semble beaucoup plus compliquee, parce que cela devrait s’annuler me semble-t-il, ou interferer.
    Vous avez une discussion a propos de l’AERI ou vous admettez qu’il est surprenant, en effet, qu’une émission provenant de couches supérieures de la troposphère parvienne au niveau du sol sans être absorbée par le CO2 ou la vapeur d’eau.
    Comme en fait l’emission de fluroescence vient d’une source plus froide, est ce si surprenant que ce ne soit pas absorbe par la basse atmosphere qui est en fait plus chaude ?

    Si en fait, on postule qu’il est impossible qu’un corps chaud puisse absorber un rayonnement de fluorescence d’un corps plus froid, ce serait alors normale de detecter cette bande sur l’AERI.

    Je ne vais bien entendu pas m’aventurer pour en expliquer la raison, ni comment le corps chaud pourrait savoir la temperature d’emission du corps froid.

    Dernier point, votre explication sur la transformation d’energie rotationnelle en cinetique me semble tout a fait pertinente. Le CO2 soumis a une source de chaleur absorbe le spectre sur une bande de frequence bien definie, mais il devrait aussi emettre sur cette meme bande, avec un leger retard. Le fait qu’on puisse observer ces bandes noires prouve justement que l’energie est transformee en autre chose avant d’avoir pu etre emise en tant que fluorescence.

    Je vous remercie de pouvoir m’eclairer sur les quelques points mentionnes.

    Répondre

    1. Vos questions sont semblables à celles posées par d’autres intervenants. Pour m’éviter de nombreuses manœuvres de copier-coller je vous suggère de lire mes réponses à ces commentaires précédents. En particulier, il est très important de bien comprendre la différence entre rayonnement thermique et rayonnement de fluorescence, ce qui est une source de confusion même pour certains climatologues (voir paragraphe 1 de ma note)

      Répondre

  24. Merci Professeur pour votre aimable réponse,
    Il y a toutefois un point qui reste obscur pour moi, mais j’imagine que vous allez m’éclairer.

    Considérons un volume d’atmosphère proche du sol et une bande de fréquences pour laquelle elle est opaque, à cause d’une absorption par H2O et/ou CO2.

    Dans ce volume, et pour cette bande de fréquences uniquement, il va régner des conditions très proches de celles d’un corps noir. Un corps noir sans frontière stricte, il est vrai. O2 et N2 n’y joueront aucun rôle sauf celui d’y maintenir la température.

    On devrait donc trouver, dans ce volume, un rayonnement dans toutes les directions, dans cette bande de fréquence. Certains photons seront alors absorbés par le sol.

    Or vous semblez exclure qu’un tel rayonnement puisse exister.

    Comment dans des conditions proches de celle d’un corps noir, le sol peut-il émettre en IR et ne rien recevoir en retour ?

    Je sais bien que l’opacité aux fréquences considérées n’est pas toujours totale, mais ce n’est pas la solution de ce paradoxe.

    Votre processus doit contenir des conséquences que je n’ai pas perçues. Aussi auriez-vous l’amabilité de m’expliquer ce qui cloche dans mon raisonnement ?

    Répondre

    1. Un gaz, quelle que soit sa composition, ne peut PAS émettre un rayonnement thermique. Il ne peut, dans certaines conditions, qu’émettre un rayonnement de fluorescence. Ces conditions ne sont PAS réalisées dans les basses couches atmosphériques ni pour le CO2, ni pour H2O par suite des collisions avec les molécules environnantes N2 et O2.

      Le sol, en tant que corps froid, est réchauffé par le rayonnement thermique du Soleil (maximum à 0,5 µm). Ensuite, en tant que corps chaud, le sol émet un rayonnement thermique (maximum à 10 µm) vers l’atmosphère. Une fraction de ce rayonnement thermique est transmise directement vers l’espace à travers la fenêtre optique (de 8 à 13 µm) et le reste est absorbé par CO2 et H2O (par transitions entre niveaux quantiques).

      Répondre

  25. Vous dites : « Ces conditions ne sont PAS réalisées dans les basses couches atmosphériques »
    Je suis d’accord que le temps de désexcitation d’une molécule de H2O est trop long par rapport au temps entre deux chocs avec O2 ou N2.

    Mais cela veut donc dire réciproquement que la fréquence d’excitation par chocs d’une molécule de H2O est beaucoup plus grande que la fréquence de son excitation par capture d’un photon.

    Parmi cette énorme quantité de chocs l’un permettra une émission d’un photon par la molécule H2O. Au final on aura autant de photons émis par H2O suite à des chocs que de photons capturés par absorption du rayonnement.

    Le processus est réversible, ce qui est capturé est ré-émis. Au sol on est en équilibre thermodynamique local :La présence de O2 et N2 ne sert qu’à fixer la température. Dans la haute atmosphère ce n’est plus le cas, la déséxitation est purement radiative et la température n’est plus imposée par le gaz environnant.

    Sinon je ne vois pas comment on peut expliquer qu’au sol certains publient des spectres IR. Comme ils sont principalement dans des bandes spectrales opaques, ils ne peuvent avoir qu’une origine locale ?

    Répondre

    1. Les fréquences d’excitation et de désactivation par collisions des molécules CO2 et H2O sont égales puisqu’il y a équilibre dynamique. Elles sont bien plus élevées que leurs probabilités de désactivation radiative, c’est pourquoi les conditions d’émission de fluorescence par ces molécules ne sont PAS réalisées dans les basses couches atmosphériques.

      Le problème du rayonnement détecté au niveau du sol par certains appareils pointés vers le ciel revient régulièrement dans les questions qui me sont posées. Je répèterai encore une fois que la nature, l’origine et l’altitude d’émission de cette « downwelling radiation » ou « downward long wave radiation » dont font état diverses publications sont encore mal comprises. Une émission provenant des couches supérieures de la troposphère ne pourrait parvenir au niveau du sol sans être absorbée par le CO2 ou la vapeur d’eau des couches inférieures dont l’absorption est saturée sur quelques dizaines de mètres. On peut en conclure que le phénomène observé ne justifie en rien un effet de serre radiatif.

      Répondre

      1. Monsieur Geuskens,
        Si je comprends bien comment vous bouclez le bilan énergétique dans la haute troposphère par un processus que je trouve original, je ne vois toujours pas comment ce bilan peut s’équilibrer sur la surface terrestre s’il n’y a pas un retour de radiation IR par les gaz H2O et CO2.
        En effet, si je reprends la fig 8 au niveau de l’interface terre/atmosphère :
        • 171W/m2 arrivent du soleil. (longueur d’onde 4 microns)
        Mais le sol est à 15°C et doit donc émettre 390 W/m2. Pour boucler avec les 68 que vous donnez il doit nécessairement exister un flux de rayonnement de retour de 390-68 = 322 W/m2. Ce flux de rayonnement ne vient pas de la haute troposphère puisqu’il correspond à des bandes de fréquences souvent opaques en IR : Il est donc pour la majeure partie générée localement. Or qu’est-ce qui peut générer localement un rayonnement si ce n’est l’excitation radiative de CO2 et H2O sur les fréquences de fluorescence par les chocs thermiques ?

        L’existence d’un flux de rayonnement hémisphérique local n’implique pas qu’il y ait un transfert d’énergie. S’il existe un flux hémisphérique dans l’autre sens aux mêmes fréquences, ce transfert énergétique est nul. Dans un corps noir, les flux hémisphériques sur toute surface interne peuvent être colossaux alors qu’il n’y a pas de transfert d’énergie.

        Au niveau du sol on est radiativement parlant presque comme dans un corps noir sauf grossièrement pour la fenêtre atmosphérique. Ce que je déduis de vos chiffres est que l’on a un rayonnement montant de 390 W/m2, un rayonnement descendant de 322 w/m2 d’où le seul transfert énergétique radiatif de 68 W/m2, avec lequel je suis d’accord. Et tout le reste de votre raisonnement ne me pose aucun problème.

        Les figures, et surtout celles du Giec, qui montrent l’effet de serre (terme non approprié) dessinent une flèche qui quitte le sol avec 390 W/m2 et se dirige vers l’espace laissant penser que l’on a un flux énergétique de cette ampleur qui s’élève, ce qui est faux bien sûr. Et comme cette énergie ne part pas vers l’espace elle n’en revient pas non plus. A part les 68 W/m2 que vous signalez, aucune radiation ne quitte la couche atmosphérique au niveau du sol. Mais il ne faut pas effacer pour autant ces 390 et 322 W/m2 car ils nous impactent et s’ils n’existaient pas nous ne ressentirions pas une température de 15°C.

        Voilà pourquoi je pense que l’on ne peut pas s’affranchir de l’existence d’un rayonnement IR de H20 et CO2 au niveau du sol et qui ne contredit en rien votre note. On est donc obligé selon moi d’admettre que le rayonnement IR absorbé au sol par l’atmosphère est ré-émis instantanément. De toute façon ce n’est pas lui qui fait le transfert d’énergie.

        Le sol se refroidit bien comme vous le signalez : avec 68 W/m2 par transfert radiatif et 103 W/m2 par une espèce de « caloduc » qui aboutit vers la haute troposphère. Après il peut exister les processus que vous signalez mais là je n’ai rien à dire car je ne sais pas en juger. La démonstration vous en appartient.

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        1. L’affirmation que « le sol est à 15°C et doit donc émettre 390 W/m2 » montre que vous n’avez pas compris que la formule de Stefan-Boltzmann ne peut être utilisée que si le rayonnement thermique est le seul mécanisme d’échange énergétique. Elle ne peut donc PAS s’appliquer à la Terre où la convection de l’air et l’évaporation de l’eau des océans contribuent de manière prépondérante au bilan énergétique. Si les satellites détectent au sommet de l’atmosphère l’émission sous forme de rayonnement de 240 W/m2 on ne peut PAS en déduire, par application de la formule, que la surface terrestre devrait être à la température de 255 K (-18°C). De même, le fait que la température « globale moyenne » de la Terre soit 288 K (15°C) ne permet PAS d’en déduire que le flux radiatif émis par la Terre devrait être de 390 W/m2. Ces erreurs sont cependant commises par beaucoup de climatologues. Pour que tout soit clair je vous suggère de lire ma note http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/

          Par ailleurs, je précise bien dans le paragraphe 4 de ma note que le bilan énergétique envisagé sur la fig. 8 concerne le système Terre-atmosphère et PAS le globe terrestre isolé. L’ensemble est cohérent et compatible avec les calculs rappelés dans les paragraphes 2.2 et 2.3.

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    2. Faisant abstraction de tout votre raisonnement , que je trouve remarquable par ailleurs, j’avais cru comprendre que la définition simpliste de l’effet de serre du Giec était que le CO2 captait et réfléchissait le rayonnement infrarouge ré-émmis par la terre. Comme vous l’indiquez dans votre commentaire, ce rayonnement terrestre se fait à la longueur d’onde de 10 micro-mètres maxi, comment peut-on imaginer, au Giec, que ce rayonnement soit capté par le CO2 alors que l’opacité de la molécule à l’infrarouge soit autour de 5 et entre 14 et 16 micro-mètres ?

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      1. La définition de l’effet de serre selon le GIEC est reprise au paragraphe 3 de l‘article auquel vous vous référez, suivie de la réfutation du phénomène décrit.
        Au paragraphe 1.3 du même article je précise que, si on considère la Terre comme un corps noir à 288 K (15° C), la loi de Wien prévoit que le rayonnement émis devrait présenter un maximum d’intensité à 10 µm et l’équation de Planck permet de calculer que 95 % du spectre d’émission serait compris entre 5 et 40 µm. Une fraction de ce rayonnement thermique peut être absorbée principalement par la vapeur d’eau et, dans une moindre mesure, par le CO2.

        Répondre

  26. A propos du bilan énergétique de la terre :

    L’albédo donne la réflexion solaire, il faut calculer avec (1- albédo) pour avoir la quantité d’énergie absorbée :
    Peinture blanche : albédo de 0.50 à 0.90 absorbe de 10% à 50% des rayonnements solaires
    goudron : albédo de 0.05 à 0.20 absorbe de 80% à 95% des rayonnements solaires
    arbres : albédo de 0.15 à 0.18 absorbe de 82% à 85% des rayonnements solaires

    La majorité des matériaux avec un albédo inférieur à 0.4 absorbe plus de 60% des rayonnements solaires.
    La peinture blanche qui n’absorbe que 10% est donc la meilleur solution pour réduire la chaleur urbaine.
    En Afrique, les maisons ont un toit plat peint en blanc pour diminuer la chaleur.
    Pourquoi met-on des toits en ardoise ou en tuile sur les maisons en France ?
    Cela augmente le rayonnement absorbé et la température en ville.

    Si pour construire un bâtiment avec 100 m² de toiture, on devait mettre une toiture avec un albédo supérieur à 0.80, la toiture n’absorberait que 20% des rayons lumineux.
    Avec 342 w/m² de rayonnement solaire au sommet de l’atmosphère, il y a que 170 w/m² au sol.
    La toiture recevrait 17 000 w en moyenne, mais n’absorberait que 3 400 w/m² et en renverrait 13 600 w

    Si tous les toits étaient peint en blanc avec un albédo de 0.80, les villes seraient beaucoup plus fraiches l’été, (mais l’hiver aussi)…
    Si une mairie imposait un albédo supérieur à 0.8 pour avoir un permis de construire, les températures en villes commencerait par baisser de quelques degrés…

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  27. Tout d’abord je voulais vous exprimer mon admiration pour votre pédagogie même si j’ai du mal à tout appréhender.
    Ensuite, dans un commentaire à propos d’une vidéo de Jancovici, j’ai fait il y a quelques temps référence à vos calculs et vos conclusions en mettant le lien vers cette page. Grave erreur ! La seule réponse inquisitoriale d’un supporter de Jancovici a été: on croira le professeur Geuskens quand il publiera ses calculs dans une revue à comité de lecture.
    Avez vous fait quelque chose dans ce sens ?
    Merci pour ce que vous apportez à notre compréhension et qui fait de l’ombre au discours mécanique des adeptes de cette nouvelle religion…

    Répondre

    1. Merci pour votre commentaire. Je suis heureux que vous appréciiez le caractère pédagogique de mes articles car mon objectif est d’apporter des informations à un public non spécialisé mais disposant d’une formation scientifique de base et conscient des conséquences économiques et sociales catastrophiques qu’auront les politiques d‘élimination totale du CO2 dans la production d’énergie. Refuser de prendre en considération des arguments qui ne seraient pas publiés dans des revues à comité de lecture est une excuse facile pour refuser le débat et masquer son incompétence. Mes articles ne présentent aucun résultat nouveau mais une analyse critique et une interprétation cohérente de résultats déjà publiés dans la littérature spécialisée. Ils montrent notamment que l’hypothèse de l’effet de serre radiatif, base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique, est sans fondement.

      Répondre

      1. J’ai vu, mais un peu tard, un peu plus haut dans le forum, que vous aviez déjà répondu à ma question. Je vous remercie néanmoins de votre réponse.
        Je dois donc constater avec effroi que les climatologues du GIEC sont tous sauf assidus à la consultation de la littérature scientifique, ce qui montre clairement leur incompétence. Merci encore pour tout ce que vous faites.

        Répondre

  28. Bonjour Professeur,

    je me place du point de vue du thermicien basique qui raisonne non pas au niveau moléculaire mais au niveau molaire et qui ne s’explique pas comment un gaz à l’état de trace ( 0,04% de l’atmosphère) peut avoir un effet thermique significatif sur les 99,96% de matière gazeuse qui l’entoure et ce quelle que soit la source de son propre échauffement.
    Est-ce en cohérence avec ce que vous écrivez : « des molécules excitées supplémentaires de CO2 et H2O joueront, en se désactivant par collisions, le rôle de convertisseur de ce rayonnement absorbé en énergie de translation des molécules environnantes principalement N2 et O2. »
    Ce que je traduis en m’en tenant au rapport des masses et des chaleurs massiques en jeu, que ces N2 et 02, plus que largement majoritaires, ne seront pas ( ou infiniment peu) influencés thermiquement par l’excitation du C02 et de la vapeur d’eau.
    Merci de me dire si cette forme de « passage à l’échelle » est correct.
    Bien cordialement.

    Répondre

    1. Le rayonnement thermique de la Terre ne représente que 20 % de l’énergie reçue du Soleil au sommet de l’atmosphère et en intégrant l’équation de Planck dans le domaine d’absorption du CO2 on trouve que ce gaz , quelle que soit son abondance, ne pourrait absorber plus de 10 % de cette fraction, soit 6 W/m2. Cette absorption est pratiquement saturée sur une épaisseur atmosphérique de 10 m et suite aux collisions avec les molécules environnantes l‘énergie absorbée se répartira sur l’ensemble des molécules contenues dans une colonne d’air de 10 m de hauteur. L’équation d’état des gaz parfaits permet de calculer le nombre de molécules dans 10 m3 d’air à 15°C et il apparaît que chacune ne subira en moyenne par seconde qu’une augmentation d’énergie cinétique de 0,0002 %. Cette infime augmentation accentuera les mouvements de convection de l’air mais ne conduira PAS à une augmentation significative de la température des basses couches atmosphériques. Il est important de remarquer que cette valeur est calculée en tenant compte de la totalité du CO2 atmosphérique et pas seulement de la fraction d’origine anthropique dont l’effet serait encore plus insignifiant. Par ailleurs, si l’absorption du rayonnement n’était saturée que sur une épaisseur atmosphérique supérieure à 10 m l’effet serait encore plus faible car il se répartirait sur un nombre plus grand de molécules environnantes.

      Quant à l’absorption du rayonnement thermique de la Terre par la vapeur d’eau elle est plus importante (60 % au lieu de 10 %) mais l’augmentation de température sera toujours insignifiante. Par contre, à la différence du CO2, la vapeur d’eau peut subir des changements d’état en s’élevant et en se refroidissant. Lors de ces changements d’état les chaleurs latentes de vaporisation et/ou de fusion seront libérées et cédées au milieu ambiant par collisions avec les molécules environnantes. Par suite de ce transfert de chaleur la température de l’air humide est toujours supérieure à celle de l’air sec à une altitude donnée.

      Répondre

  29. Mon interlocuteur supporter de Jancovici sur Facebook a consulté votre article récemment. Au lieu de verser sa réponse au débat sur votre site, comme je le lui ai conseillé, c’est à moi qu’il répond. Je vous la fais suivre « brut de décoffrage ».
    Si vous avez une réponse à lui faire, je pourrais la lui transmettre, mais j’ai bien peur que le débat avec ce genre d’individu soit d’une inutilité crasse…

    il y a 4 jours
    @Olivier Dumon Oui, Al GOre a dit des betises, c’est pas nouveau.
    C’es tpas pour autant que Gunsken a raison. Dans sa reponse a propos des revues a comité de lecture, il botte simplement en touche. Voici une reponse trouvee je ne sais plus ou :
    « Le fond du problème avec les affirmations du Prof Geuskens c’est qu’elles sont construites sur des hommes de paille.
    Il ne répond pas réellement à la littérature scientifique. La démonstration que les affirmations sont fausses, je l’ai déjà donné plus haut. Si l’interprétation des lois de Stefan-Boltzmann et de l’effet de serre était erronée, nous ne serions pas en mesure de vérifier les prédictions des climatologues par l’observation.

    Je vous redonne les liens a chercher

    Radiative forcing ‐ measured at Earth’s surface ‐ corroborate the increasing greenhouse effect

    Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997

    Global atmospheric downward longwave radiation over land surface under all‐sky conditions from 1973 to 2008

    Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010

    Si ces publications vous semblent dans l’erreur, merci d’expliquer de quelle manière.

    Cela fait des décénnies qu’on mesure le rayonnement de l’atmosphère vers la terre dans l’infra-rouge (appelé « back-radiation » ou DLR).
    Un exemple ici :
    aeri Atmospheric Emitted Radiance Interferometer

    L’effet de serre radiatif n’est plus une théorie depuis longtemps,
    c’est un fait observable, mesurable, modélisable, etc.

    sogeco31 2019 les-clones-divar-giaever

    L’argument de Geuskens est que dans l’atmosphère, aux conditions de pression et de température que l’on connaît, une molécule de CO₂ peut absorber un photon infrarouge, mais délivre tout de suite l’énergie ainsi absorbée par des collisions inélastiques avec les molécules voisines, essentiellement N₂ et O₂. Mais, s’il est vrai que ces échanges d’énergie non-radiatifs ont lieu dans un mélange gazeux à une température donnée, ils s’équilibrent en moyenne. Parce que la molécule de CO₂ ne fait pas que libérer de l’énergie par des collisions, elle en absorbe aussi.
    Par contre, si une molécule de CO₂ peut absorber un photon infrarouge en plus des échanges non-radiatifs, elle peut en libérer un aussi. Geuskens a simplement choisi d’ignorer ce point. Il le dit d’ailleurs lui-même : « Cet équilibre ne sera pas modifié si, en plus, certaines molécules de CO2 sont excitées par absorption d’une fraction du rayonnement infrarouge émis par la Terre ». Cette affirmation est tirée de son chapeau, n’est pas argumentée, et il en tire naturellement la conclusion (je paraphrase) : « si j’ignore délibérément que la désactivation du CO₂ peut se faire par rayonnement, j’en conclus que la désactivation du CO₂ ne peut pas se faire par rayonnement ». Son explication viole tout simplement le principe de conservation de l’énergie.

    Quand par la suite il ne comprend pas un raisonnement géométrique relativement simple (à propos de la distribution moyenne d’énergie solaire sur la planète : « Cette valeur n’est pas mesurée mais calculée en admettant une distribution uniforme de l’énergie sur toute la surface terrestre sans tenir compte ni d’un hémisphère non éclairé, ni d’une variation en fonction de la latitude. De ce fait, elle est certainement surestimée »), et qu’en plus il reprend à son sompte l’affirmation que l’augmentation du CO₂ n’est presque pas d’origine anthropique (« Or, de nombreux travaux récents montrent que la teneur en CO2 d’origine anthropique ne serait que d’environ 5 % »), on peut conclure qu’on est en présence d’une personne qui se berce d’illusions. Et je soupçonne que les quelques formules compliquées avec des lettres grecques ne sont là que pour flatter son ego et impressionner le lecteur peu averti.

    Rien n’est immédiat. Quelques microsecondes, à l’échelle moléculaire c’est déjà énorme. Suffisamment pour que la molécule de CO₂ ait largement le temps de se désexciter par rayonnement avant une collision. Parce que si l’hypothèse de Geuskens tenait la route (la densité et l’agitation thermique de l’atmosphère ne laissent pas le temps à la molécule de CO₂ de libérer son énergie sous forme de rayonnement), alors la molécule de CO₂ n’aurait pas non plus le temps d’absorber un photon puisqu’elle serait en permanence dans un état excité du fait de collisions avec des autres molécules N₂ et O₂ de son voisinage.
    Soit elle a le temps d’absorber un photon entre deux collisions, et dans ce cas elle a le temps de le réémettre, soit elle n’a pas le temps ni de l’un ni de l’autre.
    Geuskens veut le beurre et l’argent du beurre. »

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  30. Bonjour Professeur Geuskens,

    Je vous remercie pour cet article qui donne une position très différente de ce que la très grande majorité des scientifiques pensent. C’est très cohérent et comme je m’informe beaucoup au sujet de la véritable origine du réchauffement climatique, il me semble que j’ai le devoir moral et scientifique de vérifier par moi-même si votre article est vrai, car (et cela tient en une phrase) : il suffit que vous ayez raison pour que l’hystérie climatique mondiale, la théorie entière du GIEC et ses volumineux rapports tombent à l’eau.

    Mon objectif est précisément de vérifier si l’effet de serre est bel et bien inexistant dans les basses couches atmosphériques en raison de sa désactivation par collisions inélastiques et NON par rayonnements de fluorescence. Comme je n’ai qu’un seul petit cours de chimie dans le bachelier en physique que je poursuis (à l’UCLouvain), je dois donc me munir de cours de chimie supplémentaires pour m’aider à atteindre mon objectif susmentionné, puisque l’effet de serre ainsi que son éventuelle désactivation par collisions plutôt que par rayonnements sont des phénomènes physiques ET chimiques.

    Il me semble évident d’étudier les cours suivants : chimie générale, chimie physique, spectroscopie et photochimie. Mais qu’en est-il du cours de chimie inorganique ? Le cours me semble d’une part utile puisque le CO2 et autres « GES » sont des composés inorganiques, mais d’autre part inutile puisqu’il semble ne rien à voir avec la désactivation des « GES » par fluorescence ou collisions. Je doute également de l’utilité des cours de chimie analytique et de chimie quantique…

    Merci de me guider vers la meilleure voie pour atteindre mon objectif. Je considère que croire à une théorie sans la vérifier par soi-même, c’est comme croire à la religion. C’est pour cela que j’ai hâte de m’y mettre, et d’étudier tout ça ! Je reconsulterai régulièrement vos articles et les commenterai parallèlement à mes études.

    Bien cordialement.

    Sources : https://uclouvain.be/prog-2021-chim1ba-programme et https://uclouvain.be/prog-2021-chim2m-programme

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    1. Merci pour votre commentaire.

      J’apprécie votre franchise et, faute de pouvoir vous conseiller à propos des cours à suivre pour votre formation, je vais préciser franchement aussi ma position à propos du climat.

      1° Je réfute la dénomination de climato-sceptique qui n’a aucun sens et qui n’est qu’une imprécation destinée à discréditer les scientifiques avec lesquels on refuse le débat. Dans toutes mes notes j’ai toujours eu soin de préciser que la géologie, la biologie et, pour les périodes les plus récentes, l’histoire nous apprend que le climat a toujours changé et que, selon toute probabilité, il continuera à le faire. Il n’y a donc aucun scepticisme de ma part à ce sujet.

      2°La théorie du réchauffement – devenu changement puis dérèglement – climatique d’origine anthropique, propagée avec de plus en plus de virulence par le GIEC/IPCC spécialement à l’intention des « décideurs politiques » aura des conséquences économiques et sociales catastrophiques en Europe au profit des pays et régions qui ne se soucient pas de la production de CO2.

      3° La théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique est basée sur la seule et fragile hypothèse de l’effet de serre. Je rappelle dans toutes mes notes la définition proposée par le GIEC/IPCC de ce que l’on peut qualifier d’effet de serre radiatif.

      4° L’effet de serre radiatif tel qu’il est défini
      – ne correspond en rien au phénomène qui intervient dans une serre agricole
      – n’a jamais été mis en évidence expérimentalement
      – est contraire aux principes de base de la physique comme expliqué dans mes notes
      Chacun comprendra qu’en toute logique une théorie basée sur une hypothèse fausse n’a aucun fondement.

      5° L’erreur fondamentale de beaucoup de climatologues est d’ignorer les caractéristiques spécifiques des divers types de rayonnement qui interviennent dans le bilan énergétique de la Terre. C’est pourquoi j’ai cru utile de les rappeler dans l’introduction de la note à laquelle vous vous référez. En particulier, beaucoup semblent ignorer que
      – en milieu fluide la fluorescence d’états excités n’est possible que si leur durée de vie radiative est très faible (quelques nanosecondes) sans quoi la désactivation par collisions est toujours prépondérante.
      – la relation de Stefan-Boltzmann ne serait d’application que si le rayonnement thermique était le seul mécanisme de dissipation par la Terre de l’énergie reçue du Soleil. La différence de 33° C entre la température « globale moyenne » de la Terre (15° C) et la température calculée erronément de -18° C ne peut donc être considérée comme la manifestation d’un effet de serre.

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  31. Bonjour Mr Geuskens,

    J’ai lu et relu avec beaucoup d’attention votre article qui remet en cause de manière radicale la théorie de l’effet de serre radiatif (désormais qualifié de « forçage radiatif ») et par conséquent l’explication du réchauffement climatique par l’augmentation de la concentration en gaz « à effet de serre » dans l’atmosphère.
    Un point particulier de votre article, le bilan énergétique du système Terre/atmosphère terrestre présenté en figure 8, m’a particulièrement intéressé.
    Ce bilan est présenté comme équilibré, alors que dans la réalité le système n’est jamais à l’équilibre, ou seulement de manière très temporaire. C’est la raison pour laquelle les températures à la surface de la terre et des océans varient en permanence.
    Le déséquilibre énergétique de la Terre (Earth Energy Inbalance) est d’ailleurs un sujet de recherche actuel qui fait l’objet de nombreuses publications dont la dernière que j’ai identifiée, « Satellite and Ocean Data Reveal Marked Increase in Earth’s Heating Rate – Geophysical Research Letter’s – 15 juin 2021 » est accessible par le lien suivant :
    https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL093047
    Cette publication, comme la plupart de celles que j’ai consultées récemment, ne tient aucun compte de deux sources potentielles de déséquilibre : le flux géothermique et les émissions de chaleur résultant de la consommation de plus en plus massive d’énergies non renouvelables (sous forme de combustion et de réactions de fission atomique).
    Vous ne les évoquez pas non plus dans votre article, ce que je comprends parfaitement car ce n’était pas le sujet.
    Cependant, s’il n’y a pas d’effet de serre radiatif, comment expliquer l’évolution de la température moyenne terrestre et océanique constatée depuis plusieurs décennies ?
    Avez-vous une ou plusieurs explications à cette évolution ?
    Les deux sources potentielles de déséquilibre énergétique, flux géothermique et émissions de chaleur d’origine anthropique, peuvent-elles expliquer une partie de cette évolution ?

    Je vous remercie par avance de votre réponse.

    François VALLET

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    1. Merci pour votre commentaire.

      Le bilan énergétique présenté sur la fig. 8 correspond à une situation d’équilibre temporaire qui ne peut être influencé de manière significative par le flux géothermique et l’émission de chaleur d’origine anthropique. Au cours des temps géologiques les conditions climatiques sur Terre ont considérablement varié sans aucun lien avec la teneur en CO2 dans l’atmosphère (voir à ce sujet http://www.science-climat-energie.be/climat-et-geologie/le-changement-climatique-la-regle-en-geologie/). Ces variations très importantes sont généralement interprétées sur la base de différents phénomènes cycliques de périodicités différentes tels que cycles de Milankovitch, cycles de résonance entre orbites planétaires et cycles solaires proprement dits. La superposition de ces différents phénomènes périodiques peut donner un aspect chaotique à la variation globale. Peuvent s’y ajouter de manière non périodique les effets du mouvement des plaques tectoniques, des éruptions volcaniques et des variations de la couverture nuageuse. Comme vous l’aurez compris le phénomène est trop complexe pour être discuté ici et, de plus, globalement hors de mes compétences

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  32. Bonsoir Professeur Geuskens,

    Après m’être un peu renseigné au sujet détaillé dans votre article, je n’ai pas encore de réels doutes sur le plan théorique de votre approche, mais je continuerai à chercher.

    En revanche, sur le plan expérimental, j’ai de gros doutes ! Dans d’autres commentaires, certains avaient argué qu’on pouvait déceler à l’aide d’un spectromètre pointé vers le ciel un rayonnement émis par le CO2 à 15µm (voir https://scienceofdoom.com/2010/07/24/the-amazing-case-of-back-radiation-part-two/). Bien que ça soit un argument fort, il n’est cependant pas décisif puisqu’en effet on ne peut pas attribuer de manière certaine ce rayonnement au CO2. Mais le plus frappant n’est pas vraiment ce rayonnement à 15µm, mais bien le rayonnement un peu avant 10µm qui peut parfaitement être attribué à l’ozone O3 ! Le rayonnement qu’on observe correspond exactement à la bande d’absorption de l’ozone ! En complément on peut également ajouter la présence du spectre du CH4, du N2O… Mais de toutes ces bandes d’émissions, la plus intrigante est selon moi celle de l’ozone.

    Comment pourriez-vous expliquer précisément et expérimentalement un tel phénomène ? Une erreur de mesure ? J’ai également lu qu’on ne connaît pas bien la distance à laquelle a été émis ces rayonnements… mais quelle importance, puisque les rayonnements émis à des altitudes de l’ordre de 80-100 km (où la fluorescence deviendrait théoriquement possible) sont trop faibles pour être décelable à la surface terrestre ?

    Merci de m’éclairer avec une réponse aussi franche que la précédente.

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    1. Cette question m’a déjà été posée de nombreuses fois. Je ne peux que répéter que la nature et l’altitude d’émission de ce rayonnement sont indéterminées. Dans ces conditions je n’ai pas d’avis précis à ce sujet

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      1. La divergence entre la théorie (qui interdit fortement l’effet de serre) et l’expérimentation (qui démontre fortement le contraire) est vraiment surprenante. Je suis personnellement convaincu que les « GES » ont un lien avec les spectres que j’ai déjà mentionné, mais je doute toujours de la manière avec laquelle ils influencent ces spectres et surtout de l’altitude d’émission de ce rayonnement.

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        1. L’effet de serre n’est PAS une théorie mais une hypothèse sur laquelle est basée la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique. Cette hypothèse n’a jamais reçu la moindre vérification expérimentale. Contrairement à votre conviction les spectres AERI (en voir quelques exemples dans la référence http://www.ssec.wisc.edu/aeri/ ) ne peuvent être attribués à la fluorescence du CO2 qui n’a été détectée qu’à des altitudes de l’ordre de 100 km et ne pourrait atteindre la surface de terrestre car absorbée sur une épaisseur atmosphérique d’une dizaine de mètres. Ces spectres AERI dépendent de la couverture nuageuse, des propriétés des nuages et du profil vertical de température et d’humidité. Jusqu’à présent, aucune explication satisfaisante de leur nature et de leur origine n’a été proposée.

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          1. L’hypothèse de l’effet de serre est mise à mal par de nombreux arguments théoriques (par opposition aux arguments expérimentaux) dont voici quelques exemples :

            – En solution, aucun exemple de fluorescence moléculaire n’est connu dans le cas de transitions entre niveaux d’énergie de vibration ;
            – La fluorescence des « GES » est en contradiction avec les principes de base de la spectroscopie d’absorption et d’émission (désactivation prépondérante par collisions inélastiques avec les molécules environnantes) ;
            – Aucune émission provenant de couches supérieures de la troposphère ne peut parvenir au niveau du sol sans être absorbée par les « GES » des couches inférieures dont l’absorption est saturée sur quelques dizaines de mètres.
            – La « température moyenne globale » de 15°C à la surface terrestre peut être expliquée par la pression atmosphérique et non par l’effet de serre.

            Cependant, ces arguments sont théoriques, contrairement aux arguments expérimentaux dont les spectres AERI en sont un exemple. Or, en physique, ce sont les arguments expérimentaux qui sont prédominants.

            Je suis conscient que l’hypothèse de l’effet de serre est très critiquable principalement sur le côté théorique, mais quand je vois un graphique comme celui-là : https://skepticalscience.com/does-greenhouse-effect-exist-intermediate.htm qui montre une PARFAITE anti-corrélation entre les rayonnements ascendants et descendants, et dont ces derniers correspondent de plus aux bandes d’absorption du CO2 et surtout de l’ozone, il y a de quoi être stupéfait par une telle courbe.

            Ma conviction évoluera en fonction de mes connaissances et des arguments, dont les vôtres, que je découvrirai ou qui me seront présentés. Je n’hésiterai jamais à contester ce que vous dites si je ne suis pas d’accord, et je serai toujours très heureux d’entendre vos arguments qui peuvent à tout moment me faire changer d’avis. Pour l’instant j’admets que je crois toujours en un lien quelconque entre les « GES » et les spectres AERI, mais vos récents commentaires en particulier sur les nuages et l’humidité m’ont tout de même fait douter.

  33. Je me suis intéressé à la fluorescence et j’ai quelques questions à propos de ce phénomène :

    1) Je suis tombé sur cette définition du Dictionnaire médical de l’Académie de Médecine : « Rayonnement électromagnétique émis lors du réarrangement des électrons périphériques de l’atome après une excitation ou une ionisation. Le retour vers l’état fondamental s’effectue par des transitions électroniques entre les couches qui libèrent sous forme de photons des énergies définies caractéristiques de l’atome (spectre de raies). Le spectre des photons de fluorescence est caractéristique de l’atome et permet de l’identifier. » (https://dictionnaire.academie-medecine.fr/index.php?q=rayonnement%20de%20fluorescence). Cette définition correspond parfaitement au rayonnement émis par le CO2, ce qui démontre bel et bien, par définition, qu’un tel rayonnement est de la fluorescence. Cependant, vous dites au point 1.2 de votre article que « le spectre de fluorescence dépend fortement de la nature de l’atome ou de la molécule », alors que la définition que j’ai mentionnée n’évoque pas la nature de la molécule, mais uniquement celle de l’atome. Cela change-t-il quelque chose ?

    2) Dans la vidéo suivante, un chimiste amateur montre une expérience dans laquelle de la fluorescéine émet de la fluorescence en solution. Par la suite il explique que la fluorescéine, après avoir été excité par absorption de photons, s’est désexcité par réémission de photons. S’agit-il de la fluorescence lors de transition entre niveaux d’énergie électronique, vibrationnelle ou rotationnelle ? (https://www.youtube.com/watch?v=f0YZbl-pYfU&t=82s). En est-il de même dans le cas d’une lampe fluorescente ?

    3) Je ne comprends pas trop ce que vous voulez dire par « le rayonnement de fluorescence d’un corps froid peut être absorbé par un corps chaud sans violer le second principe de la thermodynamique car un rayonnement n’est PAS de la chaleur ». En admettant que le CO2 peut émettre de la fluorescence à n’importe quelle altitude, dans quelles conditions cette fluorescence pourra être absorbée par un autre corps solide, liquide ou gazeux ?

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    1. Je réponds successivement à vos trois questions.

      1° Le dictionnaire de l’Académie de Médecine n’est peut-être pas la meilleure référence pour se documenter sur la fluorescence en général. La définition proposée concerne la fluorescence atomique en précisant bien qu’elle dépend fortement de la nature de l’atome. Dans le cas de molécules les niveaux excités peuvent être non seulement électroniques (comme dans les atomes) mais aussi vibrationnels et rotationnels. Les spectres d’émission (comme les spectres d’absorption) des molécules sont donc plus complexes que ceux des atomes et dépendent aussi fortement de la nature de la molécule.

      2° La fluorescéine est l’exemple typique d’une molécule dont la fluorescence (dans le domaine visible) peut être observée en solution à température ordinaire car sa durée de vie radiative est de l’ordre de la nanoseconde. La désactivation radiative est donc plus rapide que la désactivation par collisions. La fluorescence, visible à l’œil nu, résulte du retour du premier état excité électronique à l‘état fondamental. Les niveaux de vibration (de l’état électronique excité comme de l’état fondamental) contribuent à la structure complexe du spectre d’émission qui est, comme c’est généralement le cas, l’image dans un miroir du spectre d’absorption. Ceci est expliqué clairement dans tous les manuels élémentaires de spectroscopie et constitue une preuve supplémentaire de l’absence de lien entre les spectres AERI et le spectre du CO2 auquel ils ne ressemblent PAS (cf. votre précédent commentaire).

      3° Je confirme que « le rayonnement de fluorescence d’un corps froid peut être absorbé par un corps chaud sans violer le second principe de la thermodynamique car un rayonnement n’est PAS de la chaleur ». La chaleur c’est de l’agitation moléculaire, le rayonnement est bien une forme d’énergie mais PAS de l’agitation moléculaire.

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      1. Merci pour vos réponses précises.

        1) Merci pour cette distinction entre les spectres d’émission des molécules et ceux des atomes. L’Académie de Médecine n’est en effet pas la meilleure référence sur la spectroscopie. Voici en revanche un dictionnaire qui fait autorité en la matière : le Gold Book de l’IUPAC : « Luminescence qui ne se produit essentiellement que lors de l’irradiation d’une substance par un rayonnement électromagnétique ». (https://goldbook.iupac.org/terms/view/F02453) Par « luminescence », l’IUPAC parle d’une « émission spontanée de rayonnement par une espèce excitée électroniquement ou vibratoirement qui n’est pas en équilibre thermique avec son environnement ». (https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03641) La définition de la fluorescence correspond cette fois-ci également bien au rayonnement émis par le CO2.

        2) Vous dites que la chaleur, c’est de l’agitation moléculaire. Cette explication est en contradiction avec la définition suivante de l’IUPAC : « Energie transférée d’un corps plus chaud à un corps plus froid en raison d’un gradient de température ». (https://goldbook.iupac.org/terms/view/H02752) La chaleur peut PROVOQUER de l’agitation moléculaire, mais elle n’en est pas une. Mais ma question principale est la suivante : en admettant que le CO2 peut émettre de la fluorescence à n’importe quelle altitude, dans quelles conditions cette fluorescence pourra être absorbée par un autre corps solide, liquide ou gazeux ?

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  34. Bravo à l’auteur pour cet article clé, ses arguments massue rétablissant la vérité sur l’impact de l’Homme sur le climat. A en juger de leur silence suite à vos réponses, votre démonstration a su convaincre vos détracteurs.
    Que ces derniers sachent que l’on ne peut tromper tout le monde tout le temps et qu’ils soient corrompus par les bénéficiaires économiques et politiques du changement climatique d’origine humaine ou qu’ils soient de simples suiveurs, un jour la société leur demandera des comptes.

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  35. Bonsoir Professeur,
    J’ai essayé de relire aussi attentivement que possible toute l’articulation de votre développement, ainsi que les questions et réponses qui en découlent.
    Etant en cours de discussion avec un climatologue, j’ai exposé les doutes que l’on pouvait avoir sur le fait que l’effet de serre puisse être expliqué par une augmentation de la concentration CO2, puisque son absorbance était déjà maximale à l’aire pré industrielle, pour les longueur d’ondes qu’il affecte. (sans entrer dans l’obligation de réémettre un photon plus énergétique vers le corps source pour qu’il soit apte à le capter)
    Il a bien sur réfuté cet argumentaire, et m’a conseillé de regarder le développement du chercheur Français Jean Louis Dufresne.
    Il admet que l’atmosphère est saturée par la combinaison H2O et CO2 dont les spectres se chevauchent, mais développe une notion « d’altitude d’émission », dont me semble t’il il n’y aurait pas de référence directe sur cette page. A priori, il serait auteur d’une publication d’importance pour la démonstration des mécanismes qu’il expose. Comme son nom est introuvable par recherche sur cette page, je me permet de solliciter votre avis.

    Son argumentaire est illustré dans cette vidéo à la séquence pointée https://youtu.be/wI6eDF46qTI?t=2552
    Je pense que son explication sera incompatible avec vos arguments.
    Comment réfuteriez vous spécifiquement les siens?
    Merci, pour le partage de votre analyse.

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    1. Comme je vous l’ai déjà signalé suite à un de vos précédents commentaires je réponds volontiers aux questions précises concernant les articles que j’ai publiés sur ce site mais je ne souhaite pas commenter les innombrables articles, livres ou vidéos d’auteurs de toutes tendances concernant le climat.

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  37. Vous dites que « le rayonnement thermique d’un corps chaud peut être absorbé par un corps froid mais PAS l’inverse ».

    1) Dans quelles circonstances cette phrase est-elle valable ? Si et seulement si les deux corps en question sont des corps noirs ou « gris » ? Ou si et seulement si les deux corps en question sont des « émetteurs de rayonnement thermique » ? Ou bien… ?

    À ce sujet, vous argumentez de manière très compréhensible en réponse à un autre commentaire : « Le rayonnement thermique est dû à l’oscillation de dipôles électriques formés par le noyau et le nuage électronique des atomes qui, en accord avec les lois de l’électromagnétisme, émettent un rayonnement de fréquence égale à la fréquence d’oscillation (paragraphe 1.1 de ma note). Le rayonnement thermique d’un corps froid ne peut PAS exciter de nouveaux dipôles dans un corps chaud mais l’inverse est possible. On s’en rend compte en comparant, par exemple, les courbes d’émission des corps à 3000 K et à 6000 K sur la fig. 1 de ma note. La courbe de 6000 K recouvre entièrement la courbe à 3000 K : aucun nouveau dipôle (caractérisé par sa longueur d’onde d’émission) ne peut donc être excité dans le corps à 6000 K par le rayonnement du corps à 3000 K . On peut remarquer sur la même figure que l’inverse est possible dans la gamme de longueurs d’onde allant de 100 à 500 nm environ où le corps à 3000 K n’émet rien et peut donc absorber la rayonnement du corps à 6000 K. »

    2) Je pense cependant qu’il y a un problème dans ce raisonnement. En effet, les dipôles électriques qui composent un corps d’une température déterminée ne sont PAS tous identiques ! Par exemple, le corps chaud à 6000 K (Fig. 1) est composé de CERTAINS dipôles électriques qui émettent un rayonnement de longueur d’onde égale à 400 nm ET d’autres dipôles électriques qui émettent un rayonnement de longueur d’onde égale à 1000 nm ET d’autres à 1500 nm… et ainsi de suite. La démarche est la même concernant un corps plus froid, par exemple celui à 3000 K. Par conséquent, il est donc possible qu’un rayonnement de 1500 nm émis par le corps à 3000 K (le corps froid) puisse exciter (et donc être absorbé par) un dipôle électrique rayonnant à 1000 nm et appartenant au corps à 6000 K (le corps chaud), permettant à ce dernier dipôle électrique de passer à un niveau énergétique supérieur. En d’autres termes, le rayonnement thermique émis par un corps froid PEUT réchauffer (donc être absorbé par) un corps chaud.

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    1. 1) Tout corps (noir, gris ou autre) à une température supérieure à 0 K émet un rayonnement qualifié de « thermique ».

      2) En présence de deux corps émettant chacun un rayonnement thermique (Soleil et Terre, par exemple) le flux thermique global (différence entre les deux flux individuels) n’ira PAS du corps froid vers le corps chaud. Toutes les longueurs d’onde émises par le corps froid qui sont déjà émises par le corps chaud ne pourront être absorbées pour exciter l’oscillation de nouveaux dipôles dans ce dernier. On ne peut exclure qu’un photon (parmi des milliards) prenne la mauvaise direction. Seul le Démon de Maxwell serait capable de suivre le comportement de molécules individuelles. Les lois de la thermodynamique ne sont valables qu’en termes statistiques.

      3) Votre remarque est analogue à celle que vous formuliez dans un précédent commentaire en disant qu’on ne pouvait exclure qu’une molécule de CO2 excitée puisse se désactiver par émission d’un rayonnement même si des milliards d’autres se désactivent par collisions avec les molécules environnantes.

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      1. Merci pour votre réponse avec laquelle j’adhère.

        À ce sujet, j’ai lu votre article « Le CO2 avec et sans effet de serre » (https://www.science-climat-energie.be/2018/08/06/le-co2-et-le-climat-avec-et-sans-effet-de-serre/). L’un de vos arguments est que la surface terrestre ne peut réabsorber spécifiquement le rayonnement de longueur d’onde 15 µm d’abord émis par la surface terrestre puis absorbé par le CO2 et finalement réémis, car ce serait en contradiction avec l’hypothèse que la Terre se comporte comme un corps noir (ou gris) qui, à l’équilibre thermique, ne peut pas absorber plus d’énergie qu’il n’en émet.

        Outre cet argument, peut-on également affirmer que, puisque le spectre du rayonnement thermique du corps noir qu’est la Terre à 15°C englobe COMPLÈTEMENT le spectre de la fluorescence du CO2 limité à 15µm, ce rayonnement de 15µm émis par le CO2 ne peut PAS exciter de nouveau dipôles électriques dans le corps noir terrestre, et par conséquent ne peut PAS être absorbé par la Terre et donc la réchauffer ? Au vu de votre réponse, j’ai l’impression que mon raisonnement ici semble correct.

        Enfin, une contestation à propos de votre phrase « Tout corps (noir, gris ou autre) à une température supérieure à 0 K émet un rayonnement qualifié de « thermique » ». Il suffit de donner un contre-exemple : le dioxygène O2 et le diazote N2. Aucun de ces deux corps n’émet un rayonnement (thermique ou non).

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  38. Les remarques suivantes se rapportent directement à votre travail et à certaines questions posées par vos lecteurs.
    L’effet de serre (ES) est expliqué parfois en considérant que les couches supérieures de la troposphère renvoient vers le bas un flux radiatif descendant qui réchaufferait l’atmosphère. De plus en braquant un détecteur infrarouge au sol vers le haut on prétend mesurer ce flux. Ceci me semble aberrant, car il faudrait que pour une même longueur d’ondes on puisse distinguer des photons qui montent de photons qui descendent ! On trouve sur internet quelques spectres obtenus par un détecteur infrarouge placé près du sol et dirigé vers le haut *, **.
    On observe dans ces spectres * une luminance infrarouge importante dans la bande d’absorption de l’eau et du gaz carbonique (13 à 17 microns) qui pourrait correspondre à l’émission par un corps noir à la température ambiante, et pratiquement pas de luminance pour les longueurs d’ondes de la fenêtre de transparence (8 à 13 microns). De tels spectres obtenus en deux lieux à des températures différentes** montrent que l’émission entre 13 et 17 microns est presque proportionnelle à la puissance 4 de la température locale.
    Je pense que l’explication est la suivante : une zone de l’espace au-dessus du capteur peut être assimilée à une enceinte isotherme fictive à la température T, en équilibre, assimilable à un corps noir un peu particulier.
    Dans l’image que l’on donne en général du corps noir : une enceinte isotherme, ce sont les parois qui constituent des oscillateurs qui peuvent émettre toutes les longueurs d’ondes possibles conduisant à une distribution énergétique des photons diffusés fonction de la température. L’équilibre des flux obtenu correspond à une densité d’énergie radiative constante dépendant de T. Un détecteur dans un petit trou de la paroi reçoit un flux dont le spectre obéit à la formule de Planck.
    Dans le cas présent, Le capteur supposé à une très basse température serait considéré comme un petit trou dans l’enceinte fictive, donc recevrait un flux dont le spectre reflète la répartition de l’énergie radiative en fonction de la longueur d’ondes qui n’est pas un flux descendant. Les molécules excitées de gaz à effet de serre (GES : vapeur d’eau, CO2, …), sont les oscillateurs qui émettent les ondes diffusées dans toutes les directions, présentes dans l’enceinte. A ces ondes on peut associer une densité d’énergie radiative potentielle : Er = somme Er(lambda) (lambda : longueur d’ondes), homogène et liée directement à la température T (on ne peut pas différencier la température radiative (Planck) de la température thermodynamique). Er(lambda) s’annule entre 8 et 13 microns en l’absence de diffusion. Ceci ne me semble pas contradictoire avec vos explications.
    Comme on l’observe**, Er doit diminuer en T4 quand la température décroit, donc aussi quand l’altitude augmente, car le flux radiatif global F ascendant dans la troposphère nécessite un gradient négatif de Er, donc de la température. On pourrait dire que l’introduction d’un GES crée un obstacle énergétique (Er) qui nécessite une augmentation de la température en aval pour être franchi et maintenir F constant (conservation de l’énergie). A partir d’une certaine altitude, il n’y a pratiquement plus de diffusion donc pas d’énergie radiative cumulée : Er tend vers zéro. En l’absence de GES, il n’y aurait pas de diffusion dans l’atmosphère : Er serait nul près de la surface. Le flux radiatif constant pourrait s’échapper directement. L’ES se produit donc logiquement beaucoup plus à très basse altitude que dans le haut de la troposphère. Les variations de Er dépendant de la température ne sont pas commandées par le seul rayonnement … . L’effet d’une augmentation du CO2 ne se produirait qu’à haute altitude où l’obstacle dû à l’effet de serre est très réduit me semble-t-il. Il faut voir aussi comment l’émission entre 8 et 13 microns peut contrebalancer en partie l’augmentation de l’ES.
    Je ne développe pas davantage ce raisonnement schématique et très résumé où seul le rayonnement est pris en compte. Est-il compatible avec vos propres considérations ? Merci pour votre intérêt à ces problèmes. Cordialement rené Borrelly.
    *d’après Lawrence M. Krauss : « Comprendre le changement climatique », 2020, ou G.W. Petty.
    **d’après un texte publié sur internet par les climatoréalistes (Usbek)

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    1. Merci pour votre commentaire qui concerne deux problèmes à propos desquels vous demandez mon avis :

      1° Le mécanisme de l’effet de serre

      Vous écrivez que l’effet de serre est expliqué parfois en considérant que les couches supérieures de l‘atmosphère renvoient vers le bas un flux radiatif descendant qui réchaufferait l’atmosphère. C’est effectivement l’hypothèse de base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique. J’explique dans plusieurs articles, dont celui auquel vous vous référez, qu’un tel phénomène n’a jamais été mis en évidence et serait contraire aux principes de base de la physique. Dans la troposphère aucun constituant gazeux ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique que de la Terre n’émet de rayonnement de fluorescence car la désactivation par collisions avec les molécules environnantes est le mécanisme prépondérant. D’autre part, il est évident qu’aucune fraction gazeuse de l’atmosphère ne peut être assimilée à un corps noir émettant un rayonnement thermique dont l’intensité varierait avec la quatrième puissance de la température. Ma conclusion est que l’effet de serre radiatif n’existe pas.

      2° L’origine du rayonnement détecté par un spectromètre infrarouge AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) pointé vers le ciel.

      Quelques exemples sont présentés dans la référence https://www.ssec.wisc.edu/aeri/. Contrairement à ce que vous écrivez je ne crois PAS qu’une zone de l’espace peut être assimilée à une enceinte isotherme fictive assimilable à un corps noir un peu particulier. Les auteurs de la référence citée englobent cependant les rayonnements détectés dans des courbes d’émission hypothétiques (en traits discontinus) analogues à celles de corps noirs (courbes de Planck). L’explication la plus probable est que l’émission proviendrait de gouttelettes d’eau, de microcristaux de glace ou d’un mélange des deux dans les nuages qui influencent d’ailleurs fortement l’aspect des spectres. Une partie du spectre d’émission serait ensuite absorbée par la vapeur d’eau dans les couches inférieures de la troposphère (fig. 6 de l’article auquel vous vous référez) ne laissant apparaître que quelques bandes dans la région de 13 à 17 µm comme vous le signalez. L’émission détectée par les AERI ne peut provenir de constituants à l’état gazeux comme précisé au paragraphe précédent.

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  39. Bonjour Prof. Geuskens,

    Après quelques recherches, j’ai à nouveau deux questions et je me permets de vous les poser.

    1) Dans de nombreux articles (par exemple celui d’Einstein http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/einstein17/eng.pdf ou celui de Hermann Harde https://www.hindawi.com/journals/ijas/2013/503727/#conclusion), le rayonnement émis par les GES est évoqué sans pour autant que le terme « fluorescence » n’apparaisse ne serait-ce qu’une seule fois. Ma question n’est pas liée à ces deux articles précisément, mais est une question d’ordre général. Pensez-vous que c’est par « simplification » ou pour faciliter la compréhension des articles que les auteurs omettent l’emploi du terme « fluorescence » au profit du terme « thermal radiation » dans leurs articles ?

    2) J’ai demandé à l’un de mes professeurs son avis sur l’émission des gaz à effet de serre. Voici ce qu’il dit : « La désexcitation du CO2 peut se faire par fluorescence à certaines longueurs d’onde. Le phénomène a été observé sur Vénus et sur Mars. C’est un phénomène qui est dû à une situation de « non-local thermodynamic equilibrium » (non-LTE), ce qui se produit dans les hautes couches de l’atmosphère, pas les basses. »
    Tout comme vous, il semble donc qu’il nie l’émission de fluorescence par les GES dans les basses couches atmosphériques. Se pourrait-il cependant que les GES puissent émettre un autre type de rayonnement ? J’ai notamment appris que « tout corps au dessus du 0 absolu émet un rayonnement thermique », pourquoi alors les GES (qui sont bel et bien des « corps ») ne pourraient-ils pas émettre de rayonnement thermique ? Enfin, j’ai vu que dans vos articles vous parlez de « équilibre dynamique » (excitation et désexcitation par collisions), mais que vous ne parlez pas de ce fameux « local thermodynamic equilibrium (LTE) »… Quelle en est la raison ?

    Merci beaucoup !!

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    1. Votre commentaire concerne la définition de différents termes couramment utilisés ou, au contraire, parfois négligés dans des articles concernant le climat. Cette démarche est importante car, avant toute discussion, il est essentiel, pour éviter des malentendus, de s’accorder sur la définition des termes utilisés. Il est fondamental également de bien comprendre le sens physique sous-jacent à ces définitions. Concernant les points que vous évoquez je précise ci-dessous mon interprétation.

      1° La désactivation radiative d’un état excité est un phénomène bien connu couramment qualifié de « fluorescence ». Le phénomène a été abondamment étudié dans le cas d’états excités électroniques (la phosphorescence n’intervient que dans certains cas particuliers). La désactivation radiative d’états excités vibrationnels ou rotationnels a été beaucoup moins étudiée (essentiellement pour des raisons techniques) bien que son existence ne soit PAS contestée. Cette situation justifie peut-être que le terme soit moins utilisé ou même ignoré des climatologues mais la définition générale reste valable. Il ne faut surtout PAS confondre les termes « fluorescence » et « rayonnement thermique ». Ce serait une grave erreur comme j’ai tenté de l’expliquer dans le premier paragraphe de l’article auquel vous vous référez.

      2° L’atmosphère n’est jamais à l’équilibre thermodynamique quelle que soit l’altitude. Il est cependant utile, à titre d’approximation, d’envisager l’existence d’un « équilibre thermodynamique local » si, à une altitude donnée, la distributions des vitesses de Maxwell-Boltzmann (fig. 3 de l’article auquel vous vous référez) reste en accord avec la température locale. Cette approximation est justifié par les multiples collisions intermoléculaires qui permettent la dissipation rapide de l’énergie pouvant résulter d’échanges radiatifs ou de changements d’état. Dans le cas du CO2 l’équilibre dynamique entre excitation et désactivation par collisions est une manifestation de cet équilibre thermodynamique local dans les basses couches atmosphériques. Cette approximation n’est plus justifiée dans les couches supérieures de l’atmosphère où la fréquence des collisions intermoléculaires est considérablement réduite. A des altitudes de l’ordre de 100 km cet équilibre dynamique n’existe plus. L’énergie de translation d’atomes d’oxygène provenant de la décomposition de l’ozone peut être transférée à des molécules de CO2 et convertie en énergie de vibration suivie d’émission de fluorescence (réf (5) de http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/ ).

      3° Le terme « corps » est très vague. Il est utilisé pour toute entité chimique caractérisée comme, par exemple, le fer, l’eau, l’air, le marbre ou le miel. Plus précisément on distingue ensuite les corps purs constitués d’entités chimiques identiques (le fer et l’eau) des mélanges constitués d’entités chimiques différentes (l’air, le marbre et le miel) . Pratiquement tous les corps purs peuvent exister sous différents états physiques. En parlant simplement de corps solides, liquides ou gazeux on n’envisage que certaines propriétés générales communes à tous les corps sous ces différents états physiques telles que : forme dépendant du récipient (liquides et gaz) ou non (solides), existence d’une surface spécifique (solides et liquides) ou non (gaz). Un corps dépourvu de surface spécifique ne peut émettre de rayonnement thermique. L’équation de Planck (mentionnée sur la fig. 1 de http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/ ) permet de calculer à différentes températures l’émittance monochromatique hémisphérique en W m-2 c’est-à-dire le flux par unité de surface émis à chaque longueur d’onde dans toutes les directions à partir d’une surface. La phrase que vous citez « tout corps au-dessus du 0 absolu émet un rayonnement thermique » n’est pas totalement fausse mais trop imprécise pour être scientifiquement correcte. Il eut mieux valu écrire « tout corps au-dessus du 0 absolu peut, en fonction de son état physique, émettre un rayonnement thermique » (étant sous-entendu que cela ne peut s’appliquer qu’aux solides et aux liquides)

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      1. Merci pour vos réponses très détaillées !
        Si je comprends bien, le Soleil, bien qu’étant une boule de gaz, émet tout de même du rayonnement thermique puisqu’il possède une surface. Mais pourquoi ne serait-ce pas le cas de l’atmosphère terrestre ? En regardant certaines photos satellitaires, on observe bien qu’elle possède une sorte de surface… Où est le problème dans mon raisonnement ?
        Merci encore.

        Répondre

        1. Une surface sépare deux phases. Il n’y a pas de limite précise entre l’atmosphère terrestre et l’espace, car elle devient de plus en plus ténue avant de s’évanouir, dans l’espace, de manière continue (voir « atmosphère terrestre » sur Wikipédia).

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  40. Merci encore pour votre dernière réponse. Je me permets cette fois-ci une autre réflexion. Si l’effet de serre n’existe pas, alors la pression atmosphérique serait certainement à l’origine de la température de +15°C à la surface terrestre. Or, bien qu’il soit impossible de prouver expérimentalement l’inexistence de l’effet de serre, serait-il pour autant possible de prouver expérimentalement que cette température de +15°C est due à la pression atmosphérique ?

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    1. Dans le cas de gaz parfaits à l’équilibre hydrostatique, la thermodynamique de l’atmosphère conduit à la relation :
      T – T0 = – (g /Cp) (h –ho).
      Dans cette formule ho est une altitude de référence où la température vaut To. Le facteur g/Cp est appelé gradient adiabatique . Cette formule indique que la température diminue linéairement lorsque l’altitude augmente. Avec g = 9,8 m s-2 et Cp = 1005 J kg-1 K-1 pour l’air sec on trouve un gradient adiabatique de 9,75 K/km, ordre de grandeur généralement admis en atmosphère sèche. La capacité calorifique massique de l’air humide étant plus élevée le gradient adiabatique sera plus faible et dépendra de la température. Une valeur « environnementale moyenne » de 6,5 K/km est prise en compte par l’International Civil Aviation Organization (ICAO). Sur cette base, en prenant la température de 15° C comme référence au niveau de la mer, on calcule que la température de – 18°C, souvent citée sans raison valable, serait atteinte à une altitude de 5100 m. Cette température et cette altitude n’ont aucun intérêt particulier.

      Contrairement à ce que vous écrivez la pression atmosphérique n’est PAS à l’origine de la température de +15°C à la surface terrestre. La présence d’une atmosphère ne réchauffe PAS la Terre. Ce sont les basses couches atmosphériques qui sont réchauffées au contact du sol, lui-même chauffé par le Soleil. Le gradient adiabatique fait que l’air se refroidit progressivement avec l’altitude. Cet effet ne dépend en rien de la présence d’un peu de CO2 dans l’air.

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      1. Merci pour votre réponse. Votre conclusion que « la pression atmosphérique n’est PAS à l’origine de la température de +15°C à la surface terrestre » me paraît toutefois en contradiction avec l’un de vos autres commentaires où vous dites ceci :
        « La température à la surface de la Terre est la somme de deux contributions :
        1° L’apport d’énergie en provenance du Soleil […]
        2° La pression atmosphérique […] »
        (voir https://www.science-climat-energie.be/2018/08/06/le-co2-et-le-climat-avec-et-sans-effet-de-serre/#comment-1624)

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        1. Ma réponse à votre dernier commentaire est claire et sans ambigüité mais elle vous semble en contradiction avec celle donnée à un autre intervenant il y a trois ans. Dans ce dernier cas, pour autant que je m’en souvienne, le contexte était totalement différent car la question portait sur la comparaison entre une Terre avec ou sans atmosphère. La réponse ne pouvait être que complexe car de nombreux facteurs seraient différents dans la seconde hypothèse : albédo réduit, absence d’eau, dissipation de l’énergie exclusivement par rayonnement, etc. Il m’avait semblé légitime de conclure qu’en présence d’une atmosphère la température à la surface terrestre serait globalement plus élevée sans que cela n’implique qu’elle puisse réchauffer la Terre.

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  41. Merci pour votre réponse précédente.

    Vous proposez l’émission de fluorescence associée à la condensation de la vapeur d’eau sursaturée au sommet de la troposphère comme le principal mécanisme de dissipation de l’énergie terrestre vers l’espace. En fait, quel que soit le mécanisme de dissipation de l’énergie terrestre proposé (pour autant qu’il ne viole par les lois de la physique), il FAUT qu’il en existe au moins un (outre la fenêtre atmosphérique), sinon l’énergie terrestre ne pourrait pas s’échapper vers l’espace et la Terre, qui ne pourrait donc pas rester à l’équilibre thermique, deviendrait par conséquent une fournaise ! Je me trompe ?

    Dans le point 3 de cet article : https://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/, vous expliquez (si je ne me trompe pas) que les collisions inélastiques entre les molécules de CO2 et celles de O2 et de N2 ne permettent pas significativement faire réchauffer les basses couches atmosphériques. Je me trompe ? Cela m’étonne beaucoup quand même lorsque l’on sait qu’énormément d’énergie est absorbée par les « GES » (voir figure 1 de https://www.climat-en-questions.fr/reponse/mecanismes-devolution/gaz-latmosphere-temperature-par-cathy-clerbaux : l’atmosphère absorbe tout de 5µm à 8µm et également tout de 14 à plus de 50µm!). Autrement dit, selon votre explication, cela voudrait dire que malgré cette très grande quantité d’énergie absorbée par les GES et qui se transforme en énergie cinétique lors des collisions, cela n’affecte tout de même pas significativement la température des basses couches atmosphériques ?… J’ai du mal à y croire, mais sûrement vaudrait-il mieux que je me renseigne plus à ce sujet.

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    1. Votre commentaire inclut deux questions auxquelles je réponds successivement bien que les éléments de ces réponses se trouvent déjà dans les articles auxquels vous vous référez.

      1° Il est unanimement admis que le seul mécanisme permettant l’évacuation hors du système Terre-atmosphère de l’énergie reçue du Soleil est le rayonnement. D’autre part, sur base de principes élémentaires de physique on peut considérer que :
      a) Dans la troposphère aucune molécule isolée ayant absorbé directement ou indirectement une fraction de l’énergie dissipée par la surface terrestre ne peut se désactiver par émission d’un rayonnement de fluorescence à cause des multiples collisions avec les molécules environnantes. Ceci concerne essentiellement H2O et CO2.
      b) Le principal constituant atmosphérique ayant absorbé de l’énergie directement à partir du Soleil ou indirectement à partir de la surface terrestre est la vapeur d’eau H2O dont les dernières traces sursaturées (donc dans un état métastable) se condensent à la limite de la troposphère.

      Pour concilier les points a ) et b) je propose un mécanisme nouveau impliquant l’émission d’un rayonnement lors de la condensation brusque de la vapeur d’eau sursaturée à la limite de la troposphère. Quelques références et un calcul simple montrent qu’un tel mécanisme est possible et même vraisemblable mais cette proposition reste une hypothèse de travail. J’écris notamment dans l’article auquel vous vous référez :

      « Lors du brusque passage d’un état métastable à un état stable les interactions entre un grand nombre de molécules H2O voisines deviennent prépondérantes, réduisant automatiquement les collisions avec les molécules environnantes, empêchant la libération d’énergie sous forme de chaleur et favorisant la libération sous forme de rayonnement ».

      Enfin, la notion de fenêtre optique ne se justifie qu’aux basses couches atmosphérique où l’absorption est due essentiellement à la vapeur d’eau qui a pratiquement disparu à la limite de la troposphère (fig.11 de l’article auquel vous vous référez).

      2° Je refuse de critiquer les articles publiés par d’autres auteurs spécialement si leurs explications sont différentes des miennes. Je fais confiance à l’esprit critique des lecteurs pour distinguer l’explication la plus convaincante. Je tiens cependant à préciser que le CO2 présenté par le GIEC/IPCC comme responsable du réchauffement, devenu changement puis dérèglement, climatique n’absorbe PAS « énormément d’énergie » comme vous l’écrivez. J’écris notamment dans l’article auquel vous vous référez :

      «En intégrant l’équation de Planck pour un corps noir à 15°C dans le domaine d’absorption du CO2 (de 14 à 16 µm) on calcule que 9,3 % du rayonnement thermique de la Terre sont émis dans cet intervalle de longueurs d’onde. Quels que soient sa concentration et son coefficient d’absorption, le CO2 ne pourrait donc absorber au maximum que 9,3 % du rayonnement thermique de la Terre représentant seulement 20 % de l’énergie totale reçue du Soleil au sommet de l’atmosphère soit, pour le CO2, moins de 2 % de cette énergie totale ou environ 6 W/m2 » ….. « En utilisant la relation de Beer-Lambert pour le CO2 on trouve que 99,9 % du rayonnement de longueur d’onde 15 µm sont absorbés par une épaisseur atmosphérique de 8 m. Connaissant le nombre de molécules dans une colonne d’air de 8 m de hauteur et de 8 m3 de volume dans lequel seront dissipés 6 W on trouve que l’énergie cinétique moyenne des molécules N2 et O2 (E = 5/2 k T) n’augmenterait en une seconde que d’environ 0,0001 % . Cette valeur ne sert qu’à fixer un ordre de grandeur car il n’y a évidemment pas d’accumulation d’énergie cinétique au cours du temps puisqu’un important courant de convection existe déjà. Le gradient de température existant dans les basses couches atmosphériques ne sera donc pas affecté par la présence de CO2».

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  42. Merci pour votre réponse rapide à mes remarques. J’ai pris du recul pour réfléchir et vous répondre.
    Dans votre texte de 2020, vous donnez un spectre figure 9. Celui-ci représente la radiance par nombre d’ondes par unité de longueur, et par stéradian et les courbes en pointillés la radiance d’un corps noir suivant la température (Planck). Le maximum est décalé vers les grandes longueurs d’ondes : au lieu de 10 microns vers 300 K pour une radiance par unité de longueur d’ondes (votre courbe rouge de la figure 10), il se situe vers 17 microns (fig.9). Bien que non évident à première vue, c’est tout à fait normal car la définition de la radiance est différente. Ainsi, les spectres infrarouges tendent effectivement dans certaines gammes de longueur d’ondes à se rapprocher de la courbe de Planck du corps noir. Vous devez, je crois, modifier les explications que vous donnez de cette fig.9.
    Si on veut comprendre les spectres infrarouges de l’atmosphère, les théories doivent être cohérentes avec les observations. En particulier avec les mesures spectrales dans l’infrarouge effectuées au sol au zénith ou sous différents angles, à diverses latitudes, en présence ou non de nuages, par ballon sonde jusqu’à 20 000 m d’altitude, par satellites à diverses latitudes. On ne trouve malheureusement qu’un faible aperçu de ces mesures. L’interprétation donnée est souvent incorrecte, car on prétend observer un flux radiatif descendant qui ne peut pas exister dans la bande d’absorption du CO2 (il n’apparait pas effectivement dans votre fig. 8). Pourtant on observe bien au sol une forte radiance entre 13 et 17 microns. Les auteurs des observations ont pris je crois toutes les précautions pour éviter l’effet de gouttelettes d’eau. Les mesures à 90°, 30° et 10° correspondent à l’émission d’un corps noir (à mon avis on observe un phénomène très localisé autour du spectromètre indépendant de l’orientation du capteur), sauf dans le domaine de transparence. On voit bien que cette transparence très bonne à 90° s’atténue logiquement quand l’épaisseur d’atmosphère traversée augmente à 30° et 10°. On remarque aussi qu’à 20 000 m d’altitude le spectre obtenu par ballon sonde est proche de celui observé par satellite ? Que conclure ?
    Les différents flux que vous donnez dans la figure 8 me semblent très plausibles. Mais ils ne peuvent en aucun cas permettre de dire qu’il n’y a pas d’effet de serre. Le changement lié à l’effet de serre du flux radiatif sortant de l’atmosphère ou forçage radiatif FR en W/m² est une grandeur qui ne peut pas être observée physiquement et mesurée. En effet, dans la définition de FR on décompose artificiellement le phénomène en deux étapes : dans un premier temps, l’effet de l’introduction brusque d’un obstacle qui s’oppose au flux énergétique radiatif réduit instantanément ce flux de FR et dans un deuxième temps la température augmente pour maintenir ce flux constant. Mais en réalité la transition se produit lentement et de manière continue. L’énergie de transition mise en jeu sert à élever progressivement la température de l’air. Souvent on donne une définition fausse de FR en ignorant la deuxième étape et la continuité de la transition. Noter qu’une augmentation éventuelle continue du flux solaire ne peut pas être comparée au forçage radiatif transitoire.
    Chacun des flux ascendants de votre figure 8 peuvent être l’objet d’un forçage sauf lorsqu’il y a transparence totale. Ce forçage induirait une augmentation de la température en surface sans modifier ce flux. Quelle est alors le critère physique pour affirmer ou non qu’il existe ? Noter aussi que si dans le haut de l’atmosphère la transformation de l’énergie thermique en rayonnement n’était pas possible (absence totale de gaz à effet de serre), la surface terrestre serait très élevée. D’où le double rôle des gaz à effet de serre : freiner l’évacuation de l’énergie, et permettre cette évacuation. Noter aussi que la température de surface doit commander l’ensemble des températures de l’atmosphère qui varient suivant la pression atmosphérique.
    Merci pour votre travail original et mes plus cordiales salutations.

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    1. Je connais bien l’article de G.Gerlich et R.D.Tscheuschner intitulé « Falsification of the atmospheric CO2 greenhouse effects within the frame of physics ». Il a été publié en 2009 et je le cite au paragraphe 3 de la note à laquelle vous vous référez. C’est une référence de base pour quiconque s’intéresse aux théories concernant le climat.

      L’article est long (115 pages) et difficile. Sa lecture demande beaucoup d’attention et de bonnes connaissances en physique. Le grand mérite des auteurs est d’avoir été parmi les premiers scientifiques à démontrer que l’hypothèse de l’effet de serre radiatif du CO2, base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique, est en contradiction avec les lois bien établies de la physique.

      A propos du fameux consensus auquel se réfèrent souvent les partisans de cette théorie G.Gerlich et R.D.Tscheuschner écrivent :

      A consensus about a hypothesis is a notion which lies outside natural science, since it is completely irrelevant for objective truth of a physical law : scientific consensus is scientific nonsense.

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      1. Merci Professeur. J’ai lu tout le document et même si je n’ai pas suivi tous les développements mathématiques, j’y ai appris énormément de choses. J’ai bien remarqué cette phrase que vous citez: « scientific consensus is scientific non sense » plus que jamais d’actualité.

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  44. Bonjour Professeur,
    Comme de nombreux commentateurs je m’étonnais de la non-détection par les spectromètres de type AERI ayant une résolution de 1cm-1, de la raie d’absorption à 667 cm-1 du C02. De nombreux commentateurs, tant sur ce site qu’ailleurs, en tirent des conclusions.
    La lecture de la publication « Infrared measurements in the Arctic using two Atmospheric Emitted Radiance Interferometers, Atmos. Meas. Tech., 5, 329–344, 2012” permet d’y voir un peu plus clair sur le fonctionnement de type d’interféromètre.
    On peut y lire au §3.1 que « Calibration verification test results are shown in Fig. 3 for the intermediate body and IB. Water vapour has strong absorption between 1450 and 1800 cm−1 and CO2 has strong absorption around 667 and 2380 cm−1, resulting in the observed discrepancies in these regions.»
    Il apparait donc que cette absorption est bien détectée par ce type de capteur. Cependant cette raie est si étroite qu’elle n’apparait plus par manque de résolution dans les graphiques présentés les plus couramment.
    Un spectromètre de type AERI a bien détecté une émission à 668 cm-1 au niveau du sol dans un cas bien particulier comme expliqué en page 50 de la référence « Survey of Military Applications for Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy, 1999, Robert G. Hauser, Air Force Institute of Technology »
    Cet équipement incliné à 45° a fait cette détection de manière non intentionnelle lors d’un lever de soleil (fig 1.9b). L’explication donnée est la suivante : “ The increased observed radiance was attributed to increased molecular activity due to increased collisions between CO2 molecules and solar radiation particles “. Il ne s’agirait donc pas d’une émission spontanée.
    Bien à vous,
    V. Derome

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    1. Merci pour votre commentaire.

      Les spectromètres de type AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) pointés vers le ciel mesurent dans la gamme de 400 à 3000 cm-1 un rayonnement provenant essentiellement des nuages par réflexion, diffusion et/ou émission. Il dépend de leur composition (gouttelettes liquides, microcristaux ou mélange) et aussi de la température et de l’humidité atmosphérique. Certains scientifiques estiment que ces mesures devraient permettre de mieux comprendre l’influence des nuages sur le climat mais les résultats, difficiles à interpréter, ne sont pas, jusqu’à présent, à la mesure des attentes.

      Quelques adeptes de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique ont cru trouver dans le rayonnement enregistré par AERI une preuve expérimentale de l’effet de serre radiatif (réémission par les molécules de CO2 de la fraction absorbée du rayonnement thermique de la Terre) mais c’est l’absorption plutôt que l’émision qui se manifeste ici. Comme vous le rappelez dans votre commentaire « Water vapour has strong absorption between 1450 and 1800 cm−1 and CO2 has strong absorption around 667 and 2380 cm−1, resulting in the observed discrepancies in these regions”. En fait, aucun rayonnement provenant des hautes couches atmosphériques dans ces gammes de nombres d’onde ne peut atteindre les AERI au niveau du sol car il est absorbé sur une dizaine de mètres d’épaisseur atmosphérique par le CO2 et la vapeur d’eau. Les parties de spectre dans ces régions sont donc « récupérées » (« retrieved ») sur base d’un programme informatique reliant températures de brillance (température du corps noir qui émettrait la même intensité à la longueur d’onde considérée) et longueur d’onde émise. Ceci est clairement montré sur la fig. 1 de la référence DOE/SC-ARM/TR-066 « Retrieving Temperature and Moisture Profiles from AERI Radiance Observations ».

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  45. Bonjour, je voudrais contacter le professeur Geuskens dont j’apprécie les analyses pour lui soumettre une idée de modèle mathématique (l’article fait 6 pages mais contient aussi des figures et surtout des tableaux de données injectées dans le modèle) qui semble expliquer très correctement l’évolution actuelle des concentrations de gaz carbonique dans l’atmosphère.
    Les résultats obtenus permettent de reconstituer l’évolution de concentration expérimentalement constatée mais permettent aussi de déterminer le taux de résidence du gaz carbonique dans l’atmosphère dans un régime hors d’équilibre.
    Je considère dans mon modèle comme régime d’équilibre celui pour lequel la concentration demeure constante par exemple à 280ppm (cas des concentrations avant les années 1750 par exemple) et comme régime hors équilibre celui dans lequel la concentration augmente régulièrement au cours du temps (situation actuelle).
    Je ne sais pas si une telle approche a fait déjà l’objet de publication, n’étant pas impliqué dans la recherche climatique et n’ayant pas accès à l’ensemble des travaux publiés dans le domaine.
    Je peux sans problème faire parvenir ce travail sous forme de document ‘word’ au professeur Geuskens.

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      1. Merci de votre réponse rapide.
        Le modèle que je propose est en fait très simple mais donnent des résultats en excellents accord avec les observations expérimentales. Il est purement mathématique et ne fait appel qu’aux données de la littérature (en tout cas celles auxquelles j’ai pu avoir accès) concernant l’évolution des concentrations atmosphériques de gaz carbonique depuis 1750 et les émissions en surplus annuelles de ce gaz depuis environ 1850.
        Il confirme entre autre que le temps de résidence du gaz carbonique dans l’atmosphère est faible (inférieur à 10 ans) et correspond à un taux de résidence (pourcentage de gaz carbonique restant dans l’atmosphère au bout d’une année qui s’avère un paramètre mieux adapté pour les calculs) de l’ordre de 0,4 en régime d’équilibre (concentration constante dans le temps) et très légèrement supérieure à 0,5 en régime hors d’équilibre (concentration en augmentation au cours du temps).
        Cette valeur de 0,5 est la valeur charnière à considérer si l’évolution de la concentration atmosphérique de gaz carbonique doit être diminuée (en liaison ou non avec une influence sur le climat terrestre). Mon modèle semble indiquer qu’une diminution de cette valeur en deçà de 0,5 et la meilleurs voie pour y parvenir, ce qui suppose, dans le contexte actuel, une augmentation de l’efficacité des puits de carbone existants (connus ou inconnus?)
        Je suis prêt à envoyer le détail du modèle et des calculs qui m’ont amener à ces conclusions à SCE.
        Cependant je ne suis qu’un retraité qui à travaillé pendant plus de 40 ans dans le domaine de l’optique (plus particulièrement en optique intégrée’) et des microtechnologies et je ne me suis intéressé au domaine climatique que récemment en découvrant les incohérences du domaine en regard avec mon expérience dans le domaine de l’optique en particulier.
        J’ai fait appel à vous car j’apprécie votre démarche concernant en particulier la remise en cause de ‘l’effet de serre radiatif’ du gaz carbonique et votre remise en cause des dogmes qui hélas semblent de plus en plus s’imposer dans la science climatique.
        Avant un envoi officiel à SCE, j’aurais vraiment besoin d’un avis objectif sur la validité et l’originalité de l’approche que j’ai développée.
        Accepteriez vous de jeter un coup d’œil à mon document avant toute démarche officielle?
        Merci d’avance
        Bien cordialement
        Serge Valette

        Répondre

  46. Bonjour Professeur, j’espère que vous allez bien.

    Concernant la loi du rayonnement de Kirchhoff.

    Elle ne s’applique pas dans un milieux gazeux ?

    Vous écrivez :  » Il va sans dire que la loi du rayonnement de Kirchhoff ne s’applique PAS au rayonnement de fluorescence. Cette loi, spécifique des corps noirs, précise qu’à l’équilibre thermique leur absorptivité doit être égale à leur émissivité. »

    Une molécule dans un milieux gazeux n’est jamais à l’équilibre thermique ?

    Et vu qu’un gaz n’est pas un corps noir, pourquoi des gens affirment que cette loi peux s’appliquer avec les GES ?

    Il y a quelque chose qui m’échappe…

    🙂

    Bien à vous

    Répondre

    1. La loi du rayonnement de Kirschhoff s’applique au rayonnement thermique émis par un corps noir (ou gris) et précise qu’à l’équilibre thermique l’émissivité doit toujours être égale à l’absorptivité. Un milieu gazeux ne peut être assimilé à un corps noir (ou gris).

      Pour éviter toute confusion il est préférable d’éviter les termes « émissivité » et « absorptivité » dans le cas de substances fluorescentes qu’elles soient à l’état solide, liquide ou gazeux. Dire que la loi du rayonnement de Kirchhoff ne s’applique PAS au rayonnement de fluorescence signifie que le spectre d’émission d’une substance (en longueurs d’onde et intensité) n’est pas directement fonction de son spectre d’absorption (en longueurs d’onde et intensité). Une substance caractérisée par un coefficient d’absorption élevé ne sera pas nécessairement fluorescente et, d’autre part, de la fluorescence pourrait résulter d’un mécanisme d’excitation autre que l’absorption d’un rayonnement (par exemple réaction chimique ou transfert d’énergie).

      Répondre

      1. Merci beaucoup pour votre réponse Professeur, je comprends mieux.

        C’est tellement compliqué tout ça pour moi.

        Votre site internet est une bénédiction et tellement instructif.

        J’y ai appris plein de choses.

        Et les fils de discussion sont passionnants également.

        Mille mercis pour tout et bonne fin de week-end.

        Répondre

  47. Bonjour Professeur,

    Cela fait un bout de temps que je lis vos différents articles, et je me suis toujours posé une question : a-t-on déjà tenté de mesurer le rayonnement infra-rouge, disons entre 10 et 20 µm, émis par la surface de la Terre, à différentes hauteurs (de quelques mètres, je suppose) ? Je présume que cette mesure doit être des plus délicates, attendu qu’il faut se débarrasser du bruit parasite engendré notamment par l’appareil de mesure et la cellule eux-mêmes… Peut-être la cellule doit-elle être baignée dans de l’hélium liquide.

    Mais il me semble qu’une telle mesure permettrait de valider votre approche de l’absorption des radiations à 15µm, et de mettre en évidence la non réémission. En effet, si on constate une diminution progressive de la zone d’émission à 15µm, jusqu’à sa disparition totale à une certaine hauteur, cela voudrait dire que, d’une part, il n’y a pas de réémission de CO2 vers la surface de la Terre, mais qu’en plus, le phénomène d’absorption est saturé, et qu’on peut rajouter autant de CO2 qu’on veut, cela ne changera rien, sauf la hauteur de la saturation.

    Mais j’avoue n’avoir rien trouvé à ce sujet.
    Merci d’avance pour vos commentaires, et merci pour vos articles !

    Répondre

    1. Merci pour votre commentaire et votre intérêt pour le site http://www.science-climat-energie.be

      Le rayonnement thermique émis par la Terre n’a jamais été enregistré à des niveaux proches de la surface terrestre. Il serait d’ailleurs très variable selon les endroits puisque, considérant la Terre comme un corps noir, on peut calculer (paragraphe 1.1 de l’article auquel vous vous référez) que son intensité varierait considérablement des pôles à l’équateur et que son maximum d’émission serait également déplacé. Les informations dont nous disposons proviennent de satellites à des altitudes de l’ordre de 800 km (fig.7 en bas et fig.9 de la référence citée) mais le rayonnement détecté provient essentiellement des couches supérieures de la troposphère et non du voisinage de la surface terrestre.

      Comme vous le suggérez on pourrait imaginer un expérience impliquant un volume d’air dans lequel, maintenant la teneur en CO2 constante, on réduirait progressivement la pression des autres gaz. Il « suffirait » ensuite d’exciter le CO2 à son plus bas niveau de vibration et de vérifier à partir de quelle pression l’émission de fluorescence deviendrait prépondérante par rapport à la désactivation par collisions. Ce n’est pas irréalisable puisqu’on est allé sur la Lune et qu’on se prépare à aller sur Mars mais ce serait très compliqué et coûteux sans espoir de convaincre les partisans du GIEC qui croient à l’effet de serre radiatif.

      Il me semble suffisant de rappeler que :

      1° L’intensité de fluorescence du CO2 dépend du rendement quantique de fluorescence (RQF) qui, quelles que soient les conditions atmosphériques, sera toujours égal au rapport de la constante de vitesse de fluorescence pour la molécule isolée (sans interaction avec les molécules environnantes) à la somme des constantes de vitesse de désactivation par tous les autres mécanismes (voir 2° ci-dessous). Pour une molécule excitée l’intensité de fluorescence décroit exponentiellement avec le temps selon e^(-kt) et, par définition, la durée de vie de l’état excité vaut 1/k. Dans le cas de molécules de CO2 à très faible pression on trouve expérimentalement que la durée de vie radiative vaut 0,4 s et on en déduit que la constante de vitesse de désactivation radiative pour une molécule isolée k(o) vaut 2,5 s-1.

      2° Dans l’atmosphère terrestre les molécules de CO2 excitées à l’état de vibration peuvent se désactiver essentiellement par deux mécanismes dont l’importance varie en fonction de l’altitude :
      – émission de fluorescence
      – collisions avec les molécules environnantes.
      La conversion de l’énergie de vibration du CO2 en énergie cinétique de translation des molécules environnantes ne peut résulter que de chocs inélastiques dont la proportion est de 0,001 % (voir note complémentaire au paragraphe 1c de http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique).

      3° Pour les molécules atmosphériques à la surface terrestre le nombre de collisions étant de 7 10^9 s-1 le nombre de chocs efficaces (inélastiques) est réduit à 7 10^4 s-1 et on en déduit que la constante de vitesse de désactivation par collisions k(c) = 7 10^4 s-1 (très élevée). Dans les basses couches atmosphériques le RQF du CO2 vaut k(o) / k(o) + k(c) = 3,6 10^-5 (très faible). Dans ces conditions, la désactivation sera très rapide par collisions et sans émission de fluorescence. Par contre, à des altitudes de l’ordre de 100 km le nombre de collisions étant réduit à environ 1000 s-1 la constante de vitesse de désactivation par collisions, tenant compte de la proportion de chocs inélastiques, sera réduite à k(c) = 0,01 s-1 (très faible). Le RQF qui vaut toujours k(o) / k(o) + k(c) sera égal à 0,996 (très élevé). Dans ces conditions les molécules de CO2 excitées se désactiveront exclusivement par fluorescence (en l’absence d’autres mécanismes que ceux discutés ici).

      4° L’effet de serre radiatif, hypothèse de base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique, n’existe PAS dans les basses couches atmosphériques.

      Répondre

      1. Merci beaucoup pour ces explications quantifiées. Pouvons-nous en déduire que l’excitation des molécules de CO2 à haute altitude (et basse pression donc) est uniquement provoquée par des chocs inélastiques (je crois savoir que le phénomène est réversible) ? Et que, dès lors, la désexcitation des molécules de CO2 se faisant par fluorescence essentiellement, il y a globalement, perte d’énergie cinétiques des molécules d' »air » ? Et que, donc, la stratosphère… refroidit ? Ce qui semble corrélé par les mesures, semble-t-il. Et donc, plus on rajoute du CO2 dans l’atmosphère, plus elle… refroidit ?

        Répondre

        1. Merci pour votre excellente remarque.

          La fraction volumique du CO2 reste égale à 0,04 ppmv jusqu’à des altitudes de l’ordre 90 km mais l’absorption du rayonnement solaire n’y pourra contribuer efficacement à l’excitation du CO2 à son plus bas niveau de vibration puisque la pression (et donc la concentration du CO2) est 10^6 fois plus faible qu’au niveau de la surface terrestre. L’excitation par collisions avec les molécules environnantes sera peu efficace également puisque le nombre de collisions inélastiques n’est plus que de l’ordre de 0,01 s-1. Il semble cependant que le transfert de l’énergie de translation d’atomes d’oxygène au CO2 soit un mécanisme d’excitation possible comme je le rappelle dans la note complémentaire au paragraphe 1 de http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/ :

          A des altitudes de l’ordre de 100 km l’énergie cinétique de translation d’atomes d’oxygène peut être transférée à des molécules de CO2 et convertie en énergie de vibration. Le phénomène a été mis en évidence en détectant la fluorescence des molécules de CO2 avec émission d’un rayonnement de longueur d’onde λ = 15 µm [5]

          Dans la référence [5] citée on peut lire :

          In the Earth’s upper atmosphere, collisions with ambient O atoms efficiently excite the CO2 vibrational ground-state population to the first excited vibrational bend state. Subsequent relaxation of the population occurs through spontaneous emission of 15 µm radiation. Much of this radiation escapes into space, thereby removing ambient kinetic energy from the atmosphere. This cooling mechanism is especially important at altitudes between the mesopause and the lower thermosphere, approximately 80–120 km, where the O-atom density is relatively high.

          Les auteurs arrivent à la conclusion que :

          There is mounting evidence that increasing levels of CO2 and other greenhouse gases are causing the upper atmosphere to cool and contract, leading to a significant density decrease. Evidence for this ‘‘greenhouse cooling’’ effect has been documented by many researchers, analyzing a variety of data sets.

          Répondre

  48. Bonjour Professeur,
    j’ai lu avec attention votre démonstration.
    Je suis en parfaite adéquation avec votre travail.

    Je suis professeur de biologie en secondaire et il se trouve que l’automne dernier j’ai mis en forme mes connaissances sur les causes du petit réchauffement atmosphérique que nous connaissons depuis 60 ans s’inscrivant dans la période postglaciaire de Würm datant de 12 000 ans.

    Je souhaiterais vous transmettre mon document pour information et corrections en particulier pour les éléments physiques d’absorption et de radiation des infrarouges par les gaz atmosphériques.

    Cordialement

    Thierry SP

    Répondre

  49. Bonjour Monsieur Geuskens. Je lis depuis plusieurs années vos publications dans SCE et j’ai apprécié la plupart de vos analyses. J’ai longtemps réfléchi à votre réponse à mes précédentes questions et j’ai cherché à comprendre. En lisant vos derniers commentaires sur une question d’un lecteur (M. Derome) concernant les spectres AERI, je reste perplexe. La spectrographie infrarouge entre 5 et 35 µm est le principal moyen d’observer l’atmosphère, et j’ai pu me rendre compte que de nombreux appareillages de grande précision ont été mis en œuvres : depuis le sol, depuis des ballons sondes et depuis des satellites (IRIS, IASI, AERI). Ces appareillages fonctionnent quasiment en continu depuis des dizaines d’années. Les explications que l’on peut donner sur la physique de l’atmosphère doivent être conformes à leurs observations. Vous expliquez que ce sont les nuages qui renvoient un rayonnement vers le sol qu’ils captent pour expliquer la radiance mesurée. En effet, les nuages ou les nébulosités conduisent à une augmentation de la radiance mesurée depuis le sol dans la fenêtre de transparence entre 8 à 13µm. Mais ils ne modifient pratiquement pas la radiance dans la fenêtre 13 à 17µm liée à la présence de CO2 car l’opacité de l’atmosphère dans cette fenêtre rend impossible un flux descendant (The spectral radiance experiment …, fig.8, R. C. Ellington, W.J. Wiscombe, Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 77, No 9, 1996).
    Mais la plupart des spectres infrarouges de grandes longueurs d’ondes que l’on peut trouver facilement dans des sites internet ont été réalisés en général par ciel clair et en l’absence totale de nuages et de nébulosités. Il faut rappeler que ceux-ci expriment la radiance monochromatique R(N) rapportée au nombre d’ondes N (N = 1/𝞴). Cette radiance provient de la source émettrice dont le rayonnement parvient au détecteur sans être absorbé. On peut la définir par la relation : R(N)=dF/(dS.da.dN) où dF est le flux énergétique émis perpendiculairement à la surface dS, dans l’angle solide da, et dans un intervalle de nombre d’ondes dN autour de N. R(N) s’exprime en W/(m2.sr.cm-1). Comme dN=-(1/λ²).d𝞴, la radiance rapportée à la longueur d’ondes est :
    R(𝞴)=1/λ².R(N). La relation de Planck donne pour : T=300K et N=1000cm-1, soit 𝞴=10µm ; R(N)=98mW/(m2.sr.cm-1) et R(𝞴)=9,8W/(m2.sr.µm). Le maximum de R(N) (votre fig.9) est autour de 600 cm-1 (16µm) et celui de R(𝞴) à 10µm.
    Je persiste à croire que d’après les spectres infrarouges entre 13 et 17µm la basse atmosphère se comporte comme un corps noir à cause de la présence de CO2. En effet, la radiance d’un corps noir est contrôlée uniquement par sa température thermodynamique T (voir M. Moulin, Radium, 1909). Or, tous les spectres infrarouges depuis le sol présentent une radiance maximale correspondant à la relation de Planck pour la température ambiante locale. Ceci est vérifié dans un large domaine de température puisque des mesures ont été réalisées depuis l’équateur jusque aux pôles. L’interprétation (fausse) que l’on trouve dans certaines publications (par exemple, livre de L. M. Krauss : comprendre le changement climatique) laisse croire que les appareils mesurent un flux descendant (DLR : downwelling longwave radiation). L’expérience simple qui consiste à incliner le capteur a évidemment été faite et montre, comme on pouvait s’y attendre, que la radiance ne dépend pas de l’angle d’inclinaison (entre 13 et 17µm), donc ne correspond pas à un flux descendant ou montant (using multiple scanning angles to improve AERI thermodynamic retrieval – Jongjin Seo, …, Dt of atmospheric and oceanic sciences, university of Wisconsin). Des mesures ont été effectuées au pôle sud ( M. S. Town, Von P. Walden …, Oct. 2005, Journal of climate) ; les auteurs semblent étonnés de constater ce même résultat.
    Si on accepte cette idée, on peut affirmer que l’émission infrarouge entre 13 et 17 µm par la terre est quasiment nulle ou faible car un corps noir à une température donnée (surface terrestre) ne peut émettre un flux radiatif dans la très proche atmosphère considérée aussi comme un corps noir qui aurait quasiment la même température. Donc l’atmosphère semble opaque, ce qui ne signifie pas que sa radiance est nulle (en fait, les capteurs des radiomètres étant à très basse température détectent un flux allant de la température locale de l’air vers une température très faible). Ceci explique ce qui vous parait anormal sur votre figure 10 entre 13 et 17 µm (opacité et radiance non nulle : courbe rouge). Par contre, comme la température diminue en fonction de l’altitude, un flux faible vers le haut doit apparaître qui ne dépend que du gradient de température, et n’est pas lié à un flux émis par la surface. Localement on peut considérer que l’équilibre radiatif local est toujours obtenu car le rayonnement infrarouge se déplace à la vitesse proche de celle de la lumière alors que l’agitation thermique qui définit la température thermodynamique correspond à des vitesses de quelques dizaines de m/s. Il doit y avoir un seuil pour la température au-dessous duquel on ne peut considérer l’atmosphère comme un corps noir ou gris (énergie cinétique des molécules insuffisante selon votre fig.3, autour de 220 K) entre 13 et 17 µm. On mesure depuis le haut (ballon à 20 000 m ou satellite) une radiance correspondante à cette température limite. Il doit y avoir aussi un seuil pour la teneur en CO2 au-dessous duquel on ne peut plus considérer que l’atmosphère est un corps gris ou noir (ce seuil est dépassé). Comme on a atteint une radiance maximale liée au CO2, et si la variation de la température est liée essentiellement à l’équilibre thermique de l’atmosphère, l’augmentation de la teneur en CO2 ne devrait pas affecter son effet sur le bilan radiatif. Merci d’avoir suivi mon interprétation qui me semble conforme aux observations et merci de vos remarques, conscient du fait que vous rejetez l’idée de corps noir ou gris (tout en y consacrant un chapitre) et donc de la possibilité de l’existence d’un rayonnement lié à la température thermodynamique pourtant observé, et aussi de la possibilité d’un gaz d’être un corps noir. Les astronomes se réfèrent en permanence à la notion de corps noir pour étudier les planètes et les astres comme le soleil (à surface gazeuse) et aussi pour étudier la radiance du fond continu de l’univers à 2,7°K. Si l’effet est saturé pour une teneur en CO2 de 300 ppm l’augmentation actuelle de cette teneur ne devrait rien changer. Merci encore et mes plus cordiales salutations. R. Borrelly.

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  50. Bonjours M.Geuskens et merci pour vos articles plaisant à lire. En ce qui concerne le calcul du bilan thermique, j’ai lu dernièrement une publication du Dr. Y. C. Zhong (« A quantitative description of atmosphéric absortion and radiation at equilibrium surface temperature » 2 oct 2021), qui propose de modifier la loi de Kirchoff pour les caractéristiques particulières de l’atmosphère. Ses résultantes semble présenter une résultante similaire aux vôtres.

    Répondre

    1. Merci pour votre intérêt pour mes articles publiés sur le site http://www.science-climat-energie.be . Je réponds volontiers à toutes les questions précises les concernant mais je refuse, par principe, de commenter sur ce site les articles publiés par d’autres auteurs quelle que soit leur opinion. Je laisse à l’esprit critique des lecteurs la possibilité d’apprécier les explications les plus convaincantes et les arguments les plus crédibles.

      Concernant la référence que vous citez je me permets cependant de vous faire remarquer que les auteurs considèrent l’atmosphère comme au corps noir auquel s’applique la relation de Stefan-Boltzmann alors que j’attire l’attention aux paragraphes 1.1 et 1.2 de la note à laquelle vous vous référez sur la confusion à éviter entre rayonnement thermique et rayonnement de fluorescence.

      Répondre

  51. Bonjour M. Geuskens,

    L’origine du réchauffement climatique n’est plus tout à fait ce qu’elle était.

    C’est Sabine Hossenfelder qui nous le dit sur sa chaine Youtube:
    Voir ici https://www.youtube.com/watch?v=oqu5DjzOBF8
    « I Misunderstood the Greenhouse Effect. Here’s How It Works.  »

    Bref, tout est saturé et l’origine du réchauffement est le refroidissement provoqué par l’augmentation du CO2 en altitude.

    J’avoue ne pas comprendre le bilan thermique mais vous avez peut-être un commentaire sur cette (nouvelle) explication ?

    Cordialement,
    V.Derome

    Répondre

    1. Je ne commenterai pas la vidéo dont vous donnez la référence mais il faut laisser à madame Hossenfelder le mérite de reconnaître son erreur d’avoir confondu l’effet de serre « convectif » qui intervient dans une serre agricole avec l’effet de serre « radiatif » invoqué par le GIEC comme hypothèse de base de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique. Cependant, elle ne précise PAS sa conception actuelle de l’effet de serre et se contente d’en présenter comme une manifestation le fait que la température moyenne globale à la surface terrestre soit 15°C et non –18°C. Le raisonnement conduisant à cette conclusion est incorrect comme je l’explique au paragraphe 3 de l’article auquel vous vous référez. J’explique aussi au paragraphe 1 du même article qu’il ne faut PAS confondre rayonnement thermique et rayonnement de fluorescence. Or, il semble que madame Hossenfelder fasse cette confusion en assimilant l’atmosphère à un corps noir émettant un rayonnement thermique en accord avec la loi de Planck.

      Répondre

  52. Bonjour Professeur.

    J’espère que vous allez bien, que tout ce passe au mieux pour vous.

    J’ai posté votre commentaire sous un article, concernant les spectromètres de type AERI*.

    Et une personne m’a demandé :

    « Comment évolue la partie ondes courtes non réfléchies (c’est assez facile à mesurer mais on ne peut bien sur remonter avant la mise au point des capteurs actuels) ? Le moteur net de l’atmosphère est en effet ces ondes courtes qui atteignent le sol et sont transformées en chaleur et en ondes plus longues. »

    Bien à vous et merci pour tout (j’ai téléchargé le PDF de tous vos articles maintenat en ligne sur le site).

    Nicolas Carras

    * »Les spectromètres de type AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) pointés vers le ciel mesurent bien un rayonnement dans la gamme de 400 à 3000 cm-1 mais il provient essentiellement des nuages par réflexion, diffusion et/ou émission.

    Ce rayonnement dépend de leur composition (gouttelettes liquides, microcristaux ou mélange) et aussi de la température et de l’humidité atmosphérique.

    Quelques adeptes de la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique ont cru trouver dans le rayonnement enregistré par AERI une preuve expérimentale de l’effet de serre radiatif mais c’est de l’absorption qui se manifeste dans ce cas plutôt que de l’émission.

    En effet, la vapeur d’eau absorbe fortement entre 1450 et 1800 cm−1 tandis que le CO2 absorbe à 667 et à 2380 cm−1 et les spectres AERI présentent précisément des anomalies dans ces régions.

    Ceci est dû au fait qu’aucun rayonnement provenant des hautes couches atmosphériques ne peut atteindre les AERI au niveau du sol dans ces gammes de nombres d’onde car il serait absorbé sur une dizaine de mètres d’épaisseur atmosphérique par le CO2 et la vapeur d’eau.

    Les parties de spectre dans ces régions sont donc « récupérées » (« retrieved ») sur base d’un programme informatique reliant températures de brillance (température du corps noir qui émettrait la même intensité à la longueur d’onde considérée) et longueur d’onde émise.

    Ceci est clairement montré sur la fig. 1 de la référence DOE/SC-ARM/TR-066 « Retrieving Temperature and Moisture Profiles from AERI Radiance Observations ».

    En conclusion, si les AERI mesurent bien une « downward long wave radiation » ce n’est PAS une « back radiation » résultant de la fluorescence (désactivation radiative) du CO2. »

    Répondre

    1. Merci pour votre aimable commentaire et votre intérêt pour mes arrticles.

      Comme vous le rappelez les spectromètres de type AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) sont des instruments sophistiqués qui, pointés vers le ciel mesurent un rayonnement dans la gamme de 400 à 3000 cm-1 (25 à 3,3 µm). Je ne comprends pas la question de votre interlocuteur qui écrit « Comment évolue la partie ondes courtes non réfléchies ? Le moteur net de l’atmosphère est en effet ces ondes courtes qui atteignent le sol et sont transformées en chaleur et en ondes plus longues ».

      En évoquant des ondes courtes atteignant la surface terrestre on peut supposer qu’il fait allusion au rayonnement solaire dont le spectre est bien connu et reproduit sur la fig. 2 de l’article auquel vous vous référez. Ce rayonnement thermique, qui s’étend essentiellement de 250 nm à 2000 nm (2 µm) avec un maximum à 500 nm, réchauffe effectivement la surface terrestre. La réponse à la question est que l’énergie absorbée est ensuite dissipée par trois mécanismes distincts, dont l’émission de rayonnement infrarouge, comme expliqué longuemen dans la même référence.

      Répondre

  53. Bonjour Professeur,

    J’ai lu avec intérêt vos différents articles qui m’ont fait pas mal réfléchir.

    J’ai de la peine à réconcilier le fait que selon vous le spectre de rayonnement mesuré par un satellite comme NIMBUS ne peut pas provenir de la surface terre (y compris par absorption et réémission à de plus hautes altitudes) alors que les modélisations de William Happer (et d’autres) répliquent pratiquement totalement les mesures satellitaires en utilisant une équation de transfert radiatif (Schwarzschild) et la base de données HITRAN. D’après ce que je comprends, elle traduit l’évolution de l’équilibre entre absorption et réémission sur le trajet d’un rayon à travers un gaz.

    Si on regarde les conditions de validité de cette équation, elles demandent un équilibre thermodynamique local qui n’est rempli que si l’excitation et la relaxation par collision d’un état excité se produise beaucoup plus rapidement que l’absorption et l’émission. En d’autres termes, on retombe sur les conditions que vous décrivez. Les solutions de ces équations semblent utiliser des termes d’épaisseur optique, autrement dit de transparence de l’atmosphère, celle-ci évoluant avec l’altitude. Le terme d’émission est calculé avec la formule de Planck pour un rayonnement thermique. Il semble donc qu’ils modélisent avec succès la transmission d’un rayonnement thermique à partir de la surface terrestre à travers une atmosphère de plus en plus transparente, ce qui me semble correspondre à la définition classique de l’effet de serre.

    Est-ce si différent de votre interprétation?

    Pouvez-vous éclairer ma lanterne?

    Cordialement.

    Alain Hess

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    1. Merci pour votre intéressant commentaire qui implique une remise en question de l’équation de Schwarzschild et des résultats de Happer. Pour être bien argumentée ma réponse prendra un peu de temps. Ne vous inquiétez donc pas !

      Répondre

        1. Le problème fondamental, si on considère le bilan énergétique de la Terre, est de savoir par quel mécanisme l’énergie reçue du Soleil peut finalement être dissipée sous forme de rayonnement à la limite supérieure de l’atmosphère. Comme vous avez peine à réconcilier la modélisation de W. Happer basée sur l’équation de Schwarzschild avec mes explications dans l’article auquel vous vous référez, reprenons le problème à la base.

          L’équation de Schwarzschild a été publiée pour la première fois en 1906 dans un article concernant les transferts radiatifs dans l’atmosphère solaire constituée de couches très denses et très chaudes entre lesquelles seul le transfert par rayonnement thermique est possible. A cette époque, l’auteur connaissait bien les travaux de Planck publiés en 1900 mais il ignorait évidemment les développements de la théorie quantique qui n’interviendraient qu’une vingtaine d’années plus tard.

          L’atmosphère terrestre, constituée de molécules individuelles sous faibles pressions à plutôt basses températures, est totalement différente de l’atmosphère solaire. L’équilibre thermodynamique local n’y est jamais atteint à cause des mouvements de convection, des changements d’état de l’eau qui peut se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse et de la distribution des vitesses moléculaires fonction de la pression et de la température. Néanmoins, l’équation de Schwarzschild a été utilisée en climatologie pour calculer le flux radiatif émis au sommet de l’atmosphère.

          L’équation de Schwarzschild, sous la forme utilisée en climatologie, fait intervenir deux termes exprimant la différence entre l’énergie absorbée et l’énergie émise par des molécules individuelles dans l’atmosphère terrestre. L’énergie absorbée est calculée en utilisant l’équation de Beer-Lambert et l’énergie émise est calculée en utilisant l’équation de Planck. Cette approche est incohérente car l’équation de Planck ne peut PAS s’appliquer à des molécules individuelles qui émettent un rayonnement constitué de raies ou de bandes résultant de transitions entre niveaux d’énergie quantifiés. De plus, l’intensité de ce rayonnement ne varie pas avec la température à la puissance quatre. La confusion entre rayonnement thermique et rayonnement de fluorescence étant fréquente j’ai cru utile de rédiger le premier paragraphe de l’article auquel vous vous référez.

          Les auteurs que vous citez, W. A. van Wijngaarden et W. Happer, ont publié en 2020 l’article qui est brièvement présenté sur ce site avec référence à l’article original : https://www.science-climat-energie.be/2022/06/30/selon-le-physicien-w-happer-il-y-aura-peu-deffets-pour-un-doublement-du-taux-de-co2/. Leurs résultats, basés sur l’équation de Schwarzschild, impliquent l’usage intensif des ordinateurs en tenant compte des concentrations, des spectres d’absorption de plusieurs molécules et de la température à différents niveaux de l’atmosphère terrestre. Ils sont présentés sur la fig. 1 de la référence ci-dessus et la conclusion des auteurs est que l’effet de serre radiatif existe bien mais que son influence sur le climat est très limitée. Cette conclusion n’est pas en accord avec celle de mon article qui nie l’existence d’un effet de serre radiatif.

          En faveur de la conclusion de W. A. van Wijngaarden et W. Happer vous remarquez que « L’usage des modélisations de William Happer (et d’autres) répliquent pratiquement totalement les mesures satellitaires en utilisant une équation de transfert radiatif (Schwarzschild) et la base de données HITRAN ». Cet argument est aussi utilisé par les deux auteurs pour justifier leur méthodologie mais la comparaison de la fig. 1 mentionnée ci-dessus (courbe calculée) et de la fig. 9 de l’article auquel vous vous référez (courbe enregistrée par satellites) montre que ce n’est qu’une analogie locale dont on ne peut rien conclure car le domaine spectral enregistré par les satellites est beaucoup plus réduit que celui présenté par W. A. van Wijngaarden et W. Happer. Par suite des limitations de l’interféromètre IRIS (InfraRed Interferometer Spectrometer) permettant d’enregistrer les spectres infrarouges par transformée de Fourier la courbe expérimentale ne représente qu’une faible fraction des 240 W/m2 mesurés globalement. La majeure partie du rayonnement émis n’apparait donc pas sur la fig. 9 déjà mentionnée.

          Si les résultats de W. A. van Wijngaarden et W. Happer basés sur l’utilisation de l’équation de Schwarzschild ne sont pas concluants la question fondamentale reste posée : par quel mécanisme l’énergie reçue par la Terre à partir du Soleil pourrait-elle finalement être dissipée sous forme de rayonnement ? Mon explication du spectre relevé par satellites est présentée au paragraphe 4.3 de l’article auquel vous vous référez et la conclusion est que sur les 240 W/m2 détectés par les satellites 9 % seulement proviennent directement de la surface terrestre à travers la fenêtre optique (de 8 à 13 µm = 1250 à 770 cm-1). J’avance l’hypothèse que les 91 % restant seraient dus à l’émission de fluorescence rotationnelle de l’eau d’un côté de la fenêtre optique (aux plus basses énergies) et de fluorescence vibrationnelle de l’eau de l’autre côté (aux plus hautes énergies). Les deux émissions seraient associées à la condensation de la vapeur d’eau sursaturée au sommet de la troposphère.

          Répondre

          1. Bonjour Professeur,

            Merci pour votre réponse très détaillée. J’essaie de digérer tout ça. Je lis également toutes vos réponses à d’autres commentaires qui couvrent probablement déjà les objections que je pourrais avoir.

            Cordialement.

  54. Bonjour Professeur,
    Excuse me, I should continue in English, because my French is not good to discuss science. I read the article (in mechnical translation into Greek) and I agree with its conclusions.

    « 1.1 ci-dessus) au flux énergétique moyen de 240 W m-2 mesuré par satellites à 800 km d’altitude. Ce type de calcul n’aurait de sens que pour une Terre sans atmosphère car la formule de Stefan-Boltzmann ne peut s’appliquer qu’en l’absence d’autres mécanismes de dissipation de l’énergie que le rayonnement thermique (voir http://www.science-climat-energie.be/2018/04/26/du-bon-usage-de-la-formule-de-stefan-boltzmann/). Ce calcul serait quand même erroné car, en l’absence d’atmosphère, une partie de l’énergie reçue du Soleil ne serait pas réfléchie par les nuages. Les satellites devraient alors mesurer un flux supérieur à 240 W m-2. La différence, souvent mentionnée, de 33° C entre +15 °C et – 18° C n’a donc aucun sens physique et ne peut PAS être considérée comme la manifestation d’un effet de serre. La température de –18° C, mesurée à une altitude de 5100 m environ, n’a aucun intérêt particulier et résulte simplement de l’existence d’un gradient thermique dans l’atmosphère. Ajoutons encore que l’introduction dans des modèles informatiques de rétroactions positives ou négatives a permis de qualifier le réchauffement climatique de changement climatique car l’introduction de paramètres supplémentaires dans les modèles informatiques permet de justifier n’importe quelle variation du climat (voir http://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/). Finalement les médias ont contribué à la propagation de l’expression plus alarmante encore de dérèglement climatique laissant entendre que le climat aurait toujours été prévisible avant qu’il ne soit perturbé par l’action de l’homme. »
    –
    I have focused on that particular moment:
     » La différence, souvent mentionnée, de 33° C entre +15 °C et – 18° C n’a donc aucun sens physique et ne peut PAS être considérée comme la manifestation d’un effet de serre.  »
    –
    George Geuskens, please, what do you calculate the difference, how much it should be without atmosphere? Without having considered the reflection from clouds.
    Would it be more than 33° C?
    –
    Merci d’avoir considéré ma question!

    Cordialement.

    Christos Vournas

    Répondre

    1. Merci pour votre question concernant la différence de 33° C entre + 15 °C et – 18° C souvent présentée comme la manifestation d’un effet de serre.

      Ma réponse, déjà mentionnée dans le texte auquel vous vous référez, est très simple : cette différence n’a PAS de sens physique et ne peut PAS être considérée comme la manifestation d’un effet de serre. Pour plus de détails voyez les points suivants :

      1° Les satellites mesurent au sommet de l’atmosphère terrestre un flux radiatif de 240 W/m2 dont seulement 9 % proviennent directement de la surface terrestre à la température « globale moyenne » de + 15°C. Le reste provient des couches supérieures de la troposphère par condensation de la vapeur d’eau sursaturée à des températures de l’ordre de – 50 ° C .
      2° La valeur de – 18° C est la valeur calculée par la relation de Stefan-Boltzmann pour un corps noir idéal qui émettrait un rayonnement thermique de 240 W/m2.
      3° Ce n’est pas le cas de la Terre qui ne dissipe par rayonnement thermique qu’une fraction de l’énergie reçue du Soleil, l’essentiel étant dissipé par évaporation de l’eau des océans et convection.
      4° Une Terre sans atmosphère serait aussi sans océans, sans nuages, sans végétation et sa surface serait semblable celle de la Lune dont la température peut atteindre + 120° C sur la face éclairée par le Soleil.
      5° Une Terre sans atmosphère aurait une température globale moyenne bien supérieure à – 18° C et émettrait une rayonnement thermique bien supérieur à 240 W/m2.
      6° En conclusion, comme je l’écrivais dans le texte auquel vous vous référez , « la différence, souvent mentionnée, de 33° C entre +15 °C et – 18° C n’a aucun sens physique et ne peut PAS être considérée comme la manifestation d’un effet de serre»

      Translation in English

      Your question concerns the difference of 33°C between +15°C and -18°C, which is often presented as manifestation of a greenhouse effect. My answer, already mentioned in the text to which you refer, is very simple : this difference can NOT be considered as such and has NO physical meaning. For more details, see the following points :

      1° Satellites measure at the top of the Earth’s atmosphere a radiative flux of 240 W/m2, of which only 9% comes directly from the Earth’s surface at a “global average” temperature of + 15°C. The rest comes from the upper layers of the troposphere through condensation of supersaturated water vapour at temperatures around – 50°C.
      2° The value of -18°C, calculated by the Stefan-Boltzmann relation, would be the temperature of an ideal black body emitting a thermal radiation of 240 W/m2.
      3° This is not the case for the Earth which dissipates by thermal radiation only a fraction of the energy received from the Sun, the majority being dissipated by the evaporation of water from the oceans and by convection.
      4° An Earth without atmosphere would have no oceans, no clouds, no vegetation and its surface would be similar to that of the Moon, whose temperature can reach + 120°C on the side lit by the Sun.
      5° An Earth without atmosphere would have an average global temperature well above – 18°C and would emit thermal radiation well above 240 W/m2.
      6° In conclusion, as I wrote in the text to which you refer, « the difference, often mentioned, of 33° C between +15 °C and -18° C has NO physical meaning and can NOT be considered as manifestation of a greenhouse effect ».

      For your information you can find translations of my papers published in French on http://www.science-climat-energie.be on the site https://nouveau–monde-ca.translate.goog/climat-pourquoi-la-theorie-de-leffet-de-serre-est-erronee/?_x_tr_sl=auto&_x_tr_tl=en&_x_tr_hl=fr. At the top select the language of the Google translation (many possibilities).

      Répondre

  56. Bonjour Professeur Geuskens,
    Je reviens vers vous par rapport à la réponse que vous avez faite à mon post le 31.08.2023 . Après avoir pas mal réfléchi, j’ai encore quelques questions.
    1) Vous dites que le domaine mesuré par les satellites n’est qu’une approximation locale. Ça couvre tout de même un spectre de 400 à 1600 cm-1 (ou encore 6 à 25 microns), soit une part non négligeable des 5 à 40 microns du domaine de rayonnement thermique terrestre. Ça donne tout de même un certain crédit aux simulations de Happer?
    2) Une autre chose me paraît bizarre dans tout ça : on ne raisonne que sur le température moyenne de 288 K. Or, sans même parler de variation spatiale de la température, on devrait au moins parler de sa variation journalière : le flux de rayonnement thermique s’inverse entre le jour et la nuit et il me semble que de se soucier du rayonnement rétrograde de la partie du rayonnement terrestre absorbé par les gaz à effet de serre n’a de sens que la nuit, juste ? (même si j’ai bien compris que vous pensez qu’il n’existe pas) Si j’ai raison, ne doit-on pas alors et surtout raisonner sur la partie de l’énergie du soleil absorbée par l’atmosphère pendant la journée qui est nettement plus grande, y compris dans le domaine infrarouge ? Comment cela est-il pris en compte dans tous ces raisonnements avec valeurs moyennes de flux radiatifs et de températures ?
    3) Dans les considérations qui vous amènent à conclure que l’effet de serre radiatif n’existe pas vous dites que parmi les milliards de collisions, les 0.001 % qui sont inélastiques suffisent encore, dans la basse troposphère, à désactiver l’entier du rayonnement absorbé par le CO2 et la vapeur d’eau. Pensez-vous que ce soit également vrai pour la partie de rayonnement infrarouge qui vient du soleil ? (évidemment cette question n’a de sens que si mon § 2 n’est pas complétement faux..)
    4) Dans un de vos post, vous dites que l’effet de serre radiatif n’a jamais été prouvé expérimentalement. Avez-vous connaissance d’expériences qui s’approchent des conditions réelles et qui permettraient de mieux trier parmi les différentes théories ?
    5) Finalement, est-ce que la confusion qui règne dans ce domaine n’est pas le résultat d’une mauvaise vulgarisation, par des personnes aux compétences physiques limitées (comme moi), et que les vrais spécialistes du domaine ont une vision bien plus subtile et plus complexe de l’effet de serre ?
    Bien à vous.
    Alain Hess

    Répondre

    1. Je réponds successivement à chacun des points de votre commentaire.

      1° Le spectre calculé par W. A. van Wijngaarden et W. Happer s’étend sur un intervalle de 2500 cm-1 et les spectres relevés par satellites sur un intervalle plus limité de 1200 cm-1 situé dans la partie centrale du spectre calculé. Les deux types de spectres sont envahis dans cette région par deux creux très marqués dus au CO2 et à l’ozone O3. Ces caractéristiques, que j’explique dans l’article auquel vous vous référez, renforcent l’impression d’analogie mais je considère qu’elle n’est pas concluante.

      2° Les fig.7 et 8 bis de l’article auquel vous vous référez montrent que l’énergie reçue du Soleil n’est pas répartie de manière uniforme à la surface terrestre mais dans une discussion générale on peut considérer des valeurs moyennes tout en étant bien conscient de l’approximation. D’autre part, depuis la création du IPCC/GIEC, sous patronage international, cet organisme prétend rassembler des informations valables à l’échelle de la planète entière. Ensuite, sur base des « conclusions à l’intention des décideurs », certains états en arrivent à imposer des contraintes injustifiées.

      3° La désactivation par collisions d’états excités de CO2 ou H2O peut intervenir quel que soit le mécanisme d’excitation, que ce soit par absorption directe du rayonnement solaire incident (fig. 2 de l’article en référence) ou du rayonnement thermique de la Terre. La fig. 8 montre que l’absorption à partir du rayonnement solaire est même plus importante (20 % de 342 W/m2) qu’à partir du rayonnement thermique de la Terre (20 % de 50 % donc 10 % de 342 W/m2). La probabilité de désactivation par collisions dépend évidemment de la fréquence des collisions, donc de l’altitude.

      4° A ma connaissance l’effet de serre radiatif n’a jamais été mis en évidence dans des conditions proches du réel. Quelques auteurs l’ont tenté mais dans des conditions parfois fantaisistes. J’ai déjà commenté ce type d’expérience dans mes réponse à certains intervenants.

      5° Comme aime le rappeler le professeur Lindzen, aucun scientifique ne se prétendait « climatologue » vers 1980. A cette époque, parmi les spécialistes du domaine, il n’y avait que des météorologues et des physiciens de l’atmosphère. L’engouement pour le climat s’est développé à la suite de décisions internationales (voir 2° ci-dessus), suivies de la libération de budgets considérables qui ont suscité beaucoup de nouvelles vocations. On comprend maintenant que la climatologie est une spécialité récente, impliquant toutes les branches traditionnelles de la connaissance scientifique, et que personne ne les maitrise totalement.

      Répondre

  57. Bonjour Professeur Geuskens, j’espère que vous allez bien.

    Quelqu’un me parle de la loi de conservation de l’énergie, comme quoi cela pourrait prouver que le CO2 de l’activité humaine peut « réchauffer » toute la planète.

    En quoi cette loi peut-elle s’appliquer à l’atmosphère ?

    L’atmosphère peut-elle considéré comme un système isolé ? Qui n’interagit pas avec ses environnements.

    Comment cette loi pourrait prouver que le CO2 humain réchauffe toute la planète ?

    Ça me parait bizarre cette histoire.

    Merci beaucoup pour tout et bien à vous.

    Nicolas Carras

    Répondre

  58. Bonjour Professeur

    Toujours en rapport avec cette loi de conservation de l’énergie. Ça me tracasse. En quoi peut-elle être appliquée à l’ensemble de l’atmosphère vu que ça n’est pas un système isolé ?

    Je lis : « Un système isolé, par opposition à un système ouvert, est un système physique qui n’interagit pas avec ses environnements. »

    donc l’atmosphère n’est pas un système isolé, donc la loi de conservation de l’énergie ne peut pas être appliqué a l’ensemble de l’atmosphère.

    Mais je n’y connait pas grand chose. j’aimerais si c’est possible avoir un éclaircissement.

    Et je ne vois pas en quoi cette loi pourrait prouver que le CO2 de l’activité humaine réchauffe la planète, « pilote » le climat…

    Mais peut-être a-t-elle d’autres applications au sein de l’atmosphère. En lien avec le premier principe de la thermodynamique ?

    Voilà, bien à vous et désolé pour le dérangement.

    Répondre

    1. Vos deux questions sont très pertinentes et concernent des définitions fondamentales qui souvent ne sont pas bien comprises.

      En thermodynamique on appelle « système » l’objet que l’on étudie et « environnement » tout le reste de l’univers. On distingue ensuite trois types de système :

      – « ouvert » qui peut échanger avec l’environnement de l’énergie ET de la matière
      – « fermé » qui peut échanger avec l’environnement de l’énergie mais PAS de la matière
      – « isolé » qui ne peut échanger avec l’environnement NI énergie, NI matière.

      La nature du système doit évidemment être bien définie avant toute discussion. Ainsi, le système Terre, en tant que « globe terrestre » est un système ouvert puisqu’il échange avec son environnement matière ET énergie (vapeur d’eau et rayonnement, par exemple). Par contre, le système Terre-Atmosphère est un système fermé puisqu’il ne peut PAS échanger de matière avec son environnement (le reste de l’univers) mais il peut échanger de l’énergie (reçue du Soleil et réémise sous forme de rayonnement détecté par satellite). Ni l’un, ni l’autre ne sont des systèmes isolés

      Ce n’est qu’au sein d’un système isolé que le 1er principe de la thermodynamique est d’application : il y a conservation de l’énergie mais elle peut se convertir en différentes formes (électrique, mécanique, thermique ou rayonnement, par exemple). Il est clair que le principe de conservation de l’énergie ne peut PAS s’appliquer au système Terre-Atmosphère qui n’est PAS un système isolé.

      Je ne vois pas plus que vous comment le principe de conservation de l’énergie, même s’il était d’application, pourrai prouver que le CO2 de l’activité humaine réchauffe la planète et « pilote » le climat pour reprendre votre expression.

      Répondre

  59. Bonjour professeur, merci pour vos articles, ils sont clairs et instructifs. J’ai une petite question qui me turlupine depuis un bon moment : selon les chiffres généralement admis, l’atmosphère terrestre serait composé de 78 % d’Azote, 21 % d’Oxygène et 0,93 % d’Argon. Ce qui fait un total de 99,93 % de gaz « non à effet de serre ». Il reste donc pour les « GES », une place qui correspond à 0,07 % pour faire les 100 % de la composition atmosphérique. Ma question est : les 0,04 % actuel de concentration de CO2, doivent-ils être compris dans le 0,07 % de place restante pour les GES, où faut-il considérer que c’est 0,04 % du total de la masse atmosphérique ? Car il y a quand même encore la vapeur d’eau, même si sa concentration est variable, le méthane, l’ozone et les autres petits GES insignifiants ? Comme le GIEC alarmiste parle le plus souvent du CO2 en ppm dont le citoyen lambda ne comprend rien, ou en gigatonnes, ce qui donne des chiffres impressionnants pour monsieur et madame tout le monde, pouvez vous m’éclairer à ce sujet ? Merci d’avance, et encore bravo pour votre travail, qui aide les « climato-réalistes » comme moi.

    Répondre

    1. Merci pour votre commentaire.

      Les chiffres que vous mentionnez pour les teneurs en N2, O2 et Ar dans l’atmosphère sont de bonnes approximations mais on ne peut tirer aucune conclusion du déficit de 0,07 % pour atteindre 100 %. Vous trouverez des valeurs plus précises sur le site fr.wikipedia.org/wiki/Atmosphère_terrestre. Elles font apparaître un déficit de 0,033 % seulement qui pourrait être attribué au CO2 en tenant compte d’une marge d’erreur. On remarque aussi que certains gaz inertes (appelés jadis gaz « rares ») autres que l’argon comme le néon et l’hélium sont plus abondants que le méthane CH4 considéré par certains climatologues comme « gaz à effet de serre ». Finalement le total dépasserait 100 %.

      Dans les bases couches atmosphériques les deux gaz susceptibles d’absorber une fraction du rayonnement thermique de la Terre et d’avoir une influence sur le climat sont la vapeur d’eau en teneur très variable de 0,5 à 5 % (2 % en moyenne) et le CO2 en teneur légèrement supérieure à 0,04 %. L’importance relative de ces deux gaz dans le bilan énergétique de la Terre est discutée dans l’article auquel vous vous référez.

      Répondre

  60. Bonjour Professeur

    Concernant la loi de conservation de l’énergie, des gens me disent que l’on peut l’appliquer à d’autres système que isolé. Genre un feu de camp.

    J’ai l’impression, et je me trompe peut-être, qu’il y aurait possibilité, d’ADAPTATION de la loi à d’autres systèmes.

    Est-il possible d’adapter la loi, en changeant les équations ?

    Et si c’est le cas, il me semble qu’il ne soit pas possible d’obtenir un résultat proche de ce qu’il se passe dans la réalité physique, car trop de facteur en jeux.

    Je suis tombé sur cette phrase sur le site Hyperphycics.phy

    « In particular, the conservation laws can be presumed to be exact when referring to an isolated system:  »

    Ici : Conservation of Energy as a Fundamental Principle / http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/conser.html#coneng

    Et cette phrase m’a fait beaucoup réfléchir.

    Car elle sous entend bien, que que l’on pourrait l’appliquer à un autre système, mais que les résultats ne seraient pas exact.

    Encore une fois, tout ceci me fait me poser beaucoup de questions. Et je ne trouve pas de réponses. Comment peut-on appliquer la loi à un feu de camp ?

    Merci Professeur

    Nicolas Carras

    Répondre

    1. La thermodynamique traite des propriétés macroscopiques observables de la matière. Son application très générale et très sûre est basée sur trois principes dont deux sont directement applicables à l’expérience. Ces principes n’ont pas été démontrés mais leur généralité a été vérifiée à maintes reprises. Le premier principe précise que dans un système isolé et seulement dans ce cas l’énergie se conserve, éventuellement sous différentes formes, au cours des différentes transformations physiques ou chimiques qui peuvent s’y produire. Il faut toutefois remarquer que dans la nature, hors des systèmes conçus par l’homme, les systèmes isolés sont assez rares.

      Répondre

        1. Professeur Geuskens, juste un tout dernier point : le Théorème de Noether ne remet en rien en question ce principe ? J’ai écrit ceci, en espérant ne pas trop vous embêter avec tout ça :

          Et concernant le Théorème de Noether et ce qui est nommé l’invariant par translation dans le temps, c’est bien pour un système isolé, dont les transformations restent constante durant ses transformations.

          Le Théorème de Noether ne remet pas en question le fait que le premier principe de la thermodynamique précise bien que dans un système isolé et uniquement dans ce cas, l’énergie se conserve.

          – Propriété du système physique : système indépendant du temps

          – Symétrie : invariance par translation dans le temps (les lois sont les même tout le temps)

          – Invariant : conservation de l’énergie.

          — Démonstration : https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_de_Noether_(physique)#D%C3%A9monstrations

          — Détail : https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_de_Noether_(physique)#%C3%89nergie

          « Indépendant du temps »,

          j’ai du mal à saisir cette notion. C’est ce qui signifie que c’est isolé ? Du temps ? Comment un système peut-il être indépendant du temps ?

          Merci Professeur

          Répondre

          1. Merci pour votre commentaire qui m’a fait découvrir le Théorème de Noether dont Einstein aurait dit qu’il était « un monument de la pensée mathématique ». Ce théorème concerne, en effet, la structure et la cohérence des équations utilisées en physique théorique. Je n’en avais jamais entendu parler au cours de nombreuses années de recherche en chimie physique expérimentale.

            Le climat est un système suffisamment complexe pour ne pas se compliquer davantage la vie si on s’intéresse principalement à l’effet de serre et au bilan énergétique de la Terre. Un peu de bon sens suffit, me semble-t-il pour comprendre que le principe de conservation de l’énergie ne peut s’appliquer qu’a un système qui n’échange PAS d’énergie avec le milieu extérieur. Il est très important car il permet aussi de comprendre que :
            – la quantité d’énergie absorbée ou libérée pour passer d’un état A à un état B est indépendante du chemin (c’est-à-dire du mécanisme) suivi sans préciser quel chemin est possible.
            – la quantité d’énergie libérée par exemple par la transformation de CH4 + 2 O2 en CO2 + 2 H2O devra être fournie pour que la transformation inverse puisse se produire sans préciser si elle est possible.

          2. Bonjour professeur, j’ai découvert Noether il y a quelques jours… Je trouve qu’il y a quelque chose de fascinant dans ses théorèmes.

            Indépendant du temps… Tout un poème.

            🙂

            Bien à vous Professeur et encore une fois, merci pour tout, c’est vous qui m’avez donné envie de me plonger dans la physique/chimie.

            Ça m’apporte beaucoup dans ma manière d’appréhender le monde.

            Aussi, pensez-vous qu’il est possible d’inventer une caméra, un système, qui pourrait filmer le quantique ?

            Mon idée est qu’il faut inventer cette machine, puis ralentir totalement le film, afin de voir visuellement ce qu’il se passe.

            Je vous pose la question, car si c’est possible, nous pourrions monter une équipe et travailler à cela. Contacter Elon Musk pour l’argent.

            A++ Professeur

          3. Merci pour votre commentaire. Qui sait ce que les progrès de la science rendront possibles dans le futur ?

      2. Bon, j’ai compris l’invariant par translation dans le temps… Merci à Gérard SERRA : Union des professeurs de physique et de chimie… Et son Les théorèmes de Noether. Et oui c’est pour un système isolé.
        « Le temps y est uniforme : un processus se déroule de la même façon si on l’observe, toutes choses égales par ailleurs, à une autre époque. Une translation dans le temps montre qu’il n’y a pas d’origine absolue pour le temps. »

        Les théorèmes de Noether – Gérard SERRA – Union des professeurs de physique et de chimie

        — LES THÉORÈMES DE NOETHER / Gérard SERRA : Union des professeurs de physuique et de chimie – Extrait

        “…

        Les lois de la physique, pour rester invariantes, doivent s’exprimer dans des référentiels galiléens qui sont caractérisés par les propriétés suivantes :

        ♦ Le temps y est uniforme : un processus se déroule de la même façon si on l’observe, toutes choses égales par ailleurs, à une autre époque. Une translation dans le temps montre qu’il n’y a pas d’origine absolue pour le temps.

        ♦ L’espace est homogène : un processus se déroule de la même façon si on l’observe, toutes choses égales par ailleurs, en un autre lieu. Une translation dans l’espace montre qu’il n’y a pas d’origine absolue de l’espace.

        ♦ L’espace est isotrope : un processus se déroule de la même façon si on l’observe, toutes choses égales par ailleurs, en l’orientant dans une autre direction. Une rotation dans l’espace montre qu’il n’y a pas de direction privilégiée dans l’espace.

        Les conséquences de ces trois propriétés sont respectivement :

        ♦ Conservation de l’énergie : les différentes parties d’un SYSTÈME ISOLÉ peuvent échanger entre elles de l’énergie, mais l’énergie de tout ce système est constante.

        ♦ Conservation de la quantité de mouvement : les différentes parties d’un SYSTÈME ISOLÉ peuvent modifier leurs quantités de mouvement respectives, mais la quantité de mouvement de tout ce système est constante.

        ♦ Conservation du moment cinétique : les différentes parties d’un SYSTÈME ISOLÉ peuvent modifier leurs moments cinétiques respectifs, mais le moment cinétique de tout ce système est constant.

        …”

        Merci beaucoup Professeur Geuskens.

        Répondre

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