Le système Terre-atmosphère est-il à l’équilibre énergétique ?

par Prof. Dr. Jean N., Faculté des Sciences, Université Européenne

Sur la base de son interprétation des données d’observation et de sa modélisation informatique, le GIEC affirme avec une grande confiance qu’il y a un déséquilibre énergétique sur notre planète : il y aurait plus d’énergie entrante (IN) que d’énergie sortante (OUT) et donc, en conséquence, la Terre se réchaufferait.

Le prix Nobel de physique 2022, John F. Clauser, s’est penché sur le problème et ses conclusions sont sans appel : il serait statistiquement impossible de conclure quoi que ce soit! Bien entendu, certains diront que la climatologie n’est pas le domaine d’expertise de John Clauser. Cependant, la climatologie est une science basée sur de la physique et les mathématiques. Et si un physicien soulève un problème, c’est qu’il y en a probablement un, d’autant plus s’il s’agit d’un prix Nobel!

Dans l’article qui suit nous allons vous présenter l’argument de John Clauser. Pour cela, les chiffres bruts donnés par le GIEC seront présentés et nous calculerons le bilan énergétique. Nous pourrons ainsi voir que dans certaines conditions un réchauffement peut être déduit du calcul, alors que dans d’autres conditions aucun réchauffement ne peut être conclu. Nous vous montrerons également que les incertitudes sont très grandes, et parfois bien plus grandes que les mesures elles-mêmes. De nombreux biais méthodologiques sont présents. En d’autres termes, si l’on veut rester prudent, il est impossible de conclure quoi que ce soit!

1. Le bilan énergétique de la Terre calculé au sommet de l’atmosphère

Nous vous avions déjà présenté le bilan énergétique de la Terre dans un article précédent (voir ici) et nous n’y reviendrons donc pas en détail. Vous pourrez également relire les trois articles détaillés du physicien J.C. Maurin parus sur SCE en 2021 (ici, ici et ici) qui nous montrent qu’aucun déséquilibre énergétique n’est prouvé.

Revenons à John Clauser. Il commence par nous faire remarquer que l’énergie qui arrive sur Terre provient entièrement du Soleil et que cette énergie entrante vaut, selon le GIEC, 340,5 ± 0,5 W m^–2. Vous pourrez le constater par vous-même en consultant la Figure 1 ci-dessous (flèche jaune « incoming » de gauche); il s’agit d’une figure extraite du rapport AR6 du GIEC en 2021. Les chiffres entre parenthèses sur cette flèche jaune (340, 341) correspondent à l’incertitude (l’intervalle de confiance à 95%). Il y a donc une incertitude valant 1 W m^–2 . En d’autres mots, on est certain à 95% que la valeur réelle se trouve entre 340 et 341 W m^–2, ce que John Clauser propose d’écrire 340,5 ± 0,5 W m^–2 (les valeurs calculées dans le présent article sont légèrement différentes de celles calculées par John Clauser, mais le principe de calcul est le même ainsi que la conclusion).

Les radiations solaires entrantes sont des radiations de courte longueur d’onde. Une partie de ce rayonnement qui arrive sur Terre est immédiatement réfléchie vers l’espace, soit environ 100 W m^–2 (flèche jaune « reflected » dans la Figure 1), avec l’intervalle de confiance entre 97 et 100 W m^–2. Nous pouvons donc écrire 98.5 ± 1.5 W m^–2 pour ce flux sortant. Ce rayonnement réfléchi ne peut évidemment pas réchauffer la planète.

L’énergie restante est facile à calculer et vaut exactement 242 W m^–2 (340,5–98,5 = 242). Il s’agit de l’énergie entrante (IN) capable de réchauffer la planète.

Le GIEC nous donne ensuite un chiffre pour l’énergie sortante (OUT). Ce chiffre vaut exactement 239.5 ± 2.5 W m^–2 (en orange sur la Figure 1, avec l’intervalle de confiance 237, 242).

Puisque nous disposons de l’énergie entrante (IN) et l’énergie sortante (OUT) nous pouvons maintenant calculer la différence : 242 – 239,5 = 2,5 W m^–2. Il y aurait donc plus d’énergie entrante que d’énergie sortante, et la différence vaut exactement 2,5 W m^–2. Tout ceci expliquerait le léger réchauffement global selon le GIEC.

2. Le calcul d’incertitude pour le déséquilibre énergétique au sommet de l’atmosphère

Le chiffre de 2,5 W m^–2 obtenu au point précédent devrait également comporter une incertitude. John Clauser nous dit que cette incertitude, non donnée par le GIEC, peut être facilement calculée en employant la formule donnée à la Figure 2 ci-dessous.

John Clauser a évidemment raison. Ce genre de calcul d’incertitude est à la base de tout raisonnement scientifique et est donc enseigné aux étudiants de première année dans toutes les universités. Vous pourrez vérifier tout ceci par vous-mêmes en consultant n’importe quel livre de probabilités et statistiques, ou cette page Wikipédia. Calculons donc l’erreur de mesure avec la formule de la Figure 2, en prenant les écarts-types mentionnés ci-dessus (et résumés dans la Table 1 ci-dessous). Voici le calcul :

0,5² + 1,5² + 2,5² = 8,75

Racine carrée de 8,75 = 2,9

Nous obtenons donc une incertitude de 2,9 W m^–2. Comme indiqué en Table 1 ci-dessous, le bilan final doit donc s’écrire 2,5 ± 2,9 W m^–2. L’erreur de mesure sur le déséquilibre (2,9) est plus grande que le déséquilibre lui-même (2,5) et nous ne pouvons donc pas conclure qu’il y ait un déséquilibre et en être virtuellement certain… L’incertitude est trop grande et la valeur de déséquilibre obtenue (2,5) n’est pas significativement différente de zéro…

3. Calcul du déséquilibre énergétique au niveau des océans

Selon John Clauser, les chercheurs dont les travaux sont cités par le GIEC dans l’AR6 se sont bien rendus compte du problème mentionné au point précédent. Les incertitudes des mesures effectuées par satellites au sommet de l’atmosphère sont bien trop importantes pour détecter un éventuel déséquilibre énergétique… Pour expliquer un réchauffement global il faut donc trouver autre-chose.

C’est pourquoi le GIEC se base essentiellement sur la quantité d’énergie contenue dans les océans avec des valeurs exprimées en zettajoules (ZJ). En océanographie et en climatologie, le contenu thermique des océans (en anglais Ocean Heat Content, OHC), est l’énergie absorbée par l’océan, où elle est stockée pendant des périodes de temps indéfinies sous forme d’énergie interne ou d’enthalpie. Cette énergie des océans est calculée en utilisant les données de température et salinité fournies par les balises ARGO. Ces bouées sont lâchées depuis peu dans les océans et mesurent la température des masses océaniques à différentes profondeur entre 2000 m de profondeur et la surface.

Dans son rapport AR6, le GIEC nous présente donc une table (Table 7.1, page 938) qui reprend la quantité d’énergie en ZJ contenue dans les océans, mais également dans les terres émergées, la cryosphère et l’atmosphère, et ce pour différentes périodes (voir ci-dessous). La quantité d’énergie en ZJ est ensuite exprimée en W m^–2 par un calcul qui ne nous est pas présenté, sans parler du calcul d’incertitude…  Passons ces « détails » et focalisons-nous sur la dernière période (2006–2018).

Comme nous pouvons le voir en regardant la ligne « TOTAL » de cette table 7.1 (période 2006–2018), le GIEC arrive à un déséquilibre énergétique plus petit que celui calculé au sommet de l’atmosphère : 0,79 W m^–2. Cependant, l’incertitude est ici plus petite que la valeur du déséquilibre et vaut 1,06–0,52 = 0,54 W m^–2. En résumé, le déséquilibre énergétique calculé en mesurant les quantités d’énergie en ZJ peut s’écrire :

0,79 ± 0,54 W m^–2

Cette valeur de 0,79 est plus petite que celle calculée précédemment au sommet de l’atmosphère (2,0) mais comme son incertitude est plus petite que le déséquilibre (0,54 < 0,79) ceci semble indiquer qu’il y ait bel et bien un réchauffement significatif. Enfin! Le GIEC semble avoir trouvé une bonne mesure « prouvant » le réchauffement global. Il suffisait d’utiliser le contenu énergétique des océans (combiné à celui de la cryosphère, des terres et de l’atmosphère). Le calcul ne concerne cependant pas le sommet de l’atmosphère… John Clauser nous fait remarquer que ceci est problématique car on ne sait pas exactement ce qui se passe avec le flux énergétique entre les océans et le sommet de l’atmosphère.

Remarque : ce déséquilibre énergétique de 0,79 W m^–2 calculé grâce aux océans est mentionné dans le coin inférieur gauche de la Figure 1 ci-dessus qui est pourtant réservée à l’atmosphère… Il est en effet écrit : « imbalance = 0,7 (0.5, 0.9)« , ce que l’on peut également écrire 0,7 ± 0,2 W m^–2 (Figure 7.2 du GIEC, AR6). Ceci prête à confusion car on compare des poires et des pommes! En effet, le coin inférieur gauche de la figure devrait mentionner 2,5 ± 2,9 W m^–2 qui est la mesure obtenue au sommet de l’atmosphère… Mais bien évidemment, c’est moins impressionnant car le chiffre est non significativement différent de zéro… Si ce n’est pas une erreur, nous assistons ici (encore une fois) à une certaine malhonnêteté de la part du GIEC.

4. Résumons et présentons quelques biais expérimentaux

Pour résumer l’argument de John Clauser, un déséquilibre énergétique de 0,79 ± 0,54 W m^–2 est calculé à la surface de la Terre en employant essentiellement des mesures de température fournies par des bouées océaniques. Et un déséquilibre énergétique de 2,5 ± 2,9 W m^–2 est calculé au sommet de l’atmosphère en employant des données satellitaires.  Le premier chiffre suggère un léger réchauffement, mais le deuxième chiffre n’est pas significatif… Le GIEC insiste donc sur le premier.

Puisque le GIEC choisit la valeur de 0,79 W m^–2, il est intéressant de constater que cette valeur est très faible et ne correspond qu’à 0,23% de l’énergie entrante (c’est-à-dire 340 W m^–2). Ceci veut dire que le moindre biais expérimental, et la moindre erreur, peut mener à rejeter l’hypothèse d’un déséquilibre énergétique.

Et quels seraient les biais expérimentaux? En voici quelques-uns :

– Il n’y a que ± 4 000 bouées ARGO; que seraient les mesures avec plus de bouées?

– Les bouées ARGO n’opèrent que depuis le début des années 2000; que s’est-il passé avant?

– Les bouées ARGO ne couvrent pas de manière équitable toutes les régions océaniques et il n’y en a que très peu dans les régions arctiques;

– Les bouées ARGO ne couvrent pas les grandes profondeurs; que se passe-t-il dans le fond des océans?

– N’y a-t-il pas également de nombreux biais dans le calcul du contenu énergétique de la cryosphère? En effet, pour connaître la surface et l’épaisseur des glaces on emploie des satellites, et les biais sont également nombreux… (voir par exemple ici et la série d’articles de JC Maurin ici, ici et ici).

D’autres biais sont également présents… Voir ici.

5. Conclusions

• Selon John Clauser, il est risqué de conclure que le déséquilibre énergétique soit significatif : les erreurs de mesures au sommet de l’atmosphère sont trop grandes par rapport au déséquilibre présumé et les méthodes de mesure sont loin d’être parfaites; il en va de même pour les mesures réalisées au niveau de la surface de la planète.

• Les séries thermométriques (e.g., HadCRUT4 ou UAH) indiquent bien un léger réchauffement de l’atmosphère depuis environ 1880 qui pourrait confirmer les calculs du déséquilibre énergétique. Mais comme ce réchauffement est faible (de l’ordre de +1°C) et que ces séries sont également entachées d’erreurs méthodologiques (voir par exemple ici et ici) il n’est pas impossible que nous prenions nos désirs pour des réalités… de plus, une atmosphère à faible capacité thermique peut-elle vraiment réchauffer des océans? N’est-ce pas plutôt l’inverse?

Restons donc prudents lors de l’analyse des données scientifiques concernant le déséquilibre énergétique! Pour plus de détails concernant l’analyse de John F. Clauser vous trouverez sa présentation ici. Vous verrez qu’il montre également que les nuages ont beaucoup plus d’effet qu’on ne le pense (voir aussi ici).

Pour d’autres explications concernant l’approche de John Clauser, voir aussi ici.