par Thierry Piou président de l’association d’astronomie ‘’Pêcheurs d’étoiles‘’ La Baule.
Résumé
L’étude de l’ombre portée par un bâton sur le sol horizontal est riche d’enseignements. L’observation montre que la longueur de l’ombre et sa direction varie selon l’heure de la journée et même, pour une heure donnée, selon le jour ; peut-être aussi selon le lieu ? Que nous apprennent ces différentes longueurs, de quoi dépendent-elles ?
De même, qu’observerions-nous si, disposant dans notre jardin d’un thermomètre à l’abri du Soleil et du vent, nous notions la température chaque jour lors du passage du Soleil au méridien ? Qu’observerions-nous si nous notions la température pendant un jour solaire vrai toutes les heures puis dans des intervalles de temps de plus en plus réduits ?
Ce document essaie d’apporter quelques éléments de réponses à ces questions. Il s’appuie sur les données de l’observatoire météorologique de Saillé en Guérande, celui-ci est en effet doté d’un pyranomètre, dispositif permettant de mesurer l’ensoleillement global du lieu. Pour illustrer notre propos, les données du 6 avril 2017 a été choisie, pourquoi ? simplement parce ce que ce jour-là, la nébulosité était très faible et en conséquence l’éclairement mesuré par le pyranomètre était proche de la valeur correspondant à l’éclairement direct.
Coucher de Soleil sur les marais salants de Batz sur Mer. Soleil et vent sont les principaux acteurs du phénomène d’évaporation.
La première partie de l’article a exploré l’équilibre 1980/2020 pour les flux énergétiques [1] ainsi que le flux solaire entrant, la deuxième partie a décrit les flux énergétiques sortants. Dans cette troisième partie, on tentera d’estimer quelques puissances en jeu à l’intérieur du système Terre/atmosphère. Un schéma récapitulatif pour les puissances moyennes globales est proposé ainsi qu’une discussion sur les influences anthropiques et solaires.
La première partie de l’article (ici) a exploré le bilan énergétique entre flux entrants et flux sortants, ainsi que les caractéristiques du flux solaire entrant. Cette deuxième partie présente les ordres de grandeur pour les rayonnements qui sortent de l’atmosphère : à savoir le flux infrarouge émis par le système Terre/atmosphère et la partie réfléchie du flux solaire. Ces 2 flux ont-ils varié depuis 1980?
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.
Le 22 janvier 2020 paraissait dans Scientific Reports, une revue du groupe Nature, un article en libre accès concernant le climat (Delgado-Bonal et al. 2020)[1]. Cet article vaut le détour et le but est de vous le présenter brièvement ici. Les 4 auteurs de l’article travaillent aux USA pour la NASA (NASA Goddard Space Flight Center). En employant des méthodes d’analyses assez sophistiquées, et sans faire intervenir le taux de CO2 atmosphérique, les auteurs démontrent que sur les 40 dernières années la quantité de radiations de courte longueur d’onde (SW) arrivant sur le sol de notre planète (donc en provenance du soleil) aurait varié de manière conséquente en raison d’un changement significatif de la quantité de nuages. Les résultats obtenus suggèrent donc que le léger réchauffement global observé depuis 40 ans (pour rappel, moins de 0,5°C) ne serait pas causé par une variation du taux de CO2 mais simplement par l’évolution de la couverture nuageuse! Comme nous vous l’avions montré à plusieurs reprises sur SCE (par exemple ici, ici, ici et ici) le CO2 n’a probablement aucun rôle dans le réchauffement global constaté actuellement. Les résultats de Delgado-Bonal et al. 2020 soutiennent donc nos conclusions.
Les prévisions du climat sont générées par des modèles informatiques. Leurs concepteurs pensent pouvoir décrire l’état moyen de l’atmosphère en 2100, en prenant comme principale donnée d’entrée, le taux futur de CO2 qui constituerait donc le ‘bouton de commande’ du climat.
Il y a deux étages de modélisation : on commence par prévoir le taux de CO2 en 2100 avec des modèles sélectionnés par le GIEC (ces modèles « IRF » du GIEC sont l’objet de l’article).
Cette prévision constitue ensuite l’entrée du second étage, à savoir les modèles types « échanges radiatifs » ou « effet de serre » qui ne sont pas traités ici (mais on peut consulter ceci).
Le présent article ( qui est la suite de deux autres ici et ici) compare la réponse impulsionnelle théorique de ces modèles « IRF » avec la réponse impulsionnelle observée du 14CO2 (effet Bombe).
Comme tout le monde le sait, pour expliquer la légère hausse des températures de l’atmosphère observée au 20e siècle, le GIEC invoque un seul responsable : le taux de CO2 atmosphérique, et donc l’activité humaine. Les médias, bien entendu, suivent le GIEC et le monde entier diabolise le CO2. Cependant, n’existe-t-il pas d’autres hypothèses? Les lecteurs attentifs de ce site (SCE) savent que l’hypothèse du GIEC est mise à mal par toute une série d’observations (voir par exemple ici, ici et ici) et que certains problèmes théoriques existent dans la théorie même de l’effet de serre (voir ici et ici). Quelle est donc l’explication pour le réchauffement si ce n’est pas le taux de CO2? Bien qu’il y ait probablement des causes multiples, nous allons voir qu’une équipe de chercheurs du CERN propose une hypothèse alternative en se basant sur les résultats du projet CLOUD. Une vidéo récente (octobre 2018) présentant les résultats de cette expérience sera d’ailleurs présentée en fin d’article. Avant de regarder cette vidéo, faisons d’abord le point.
1. La grande importance des nuages et aérosols
Les nuages sont des masses visibles constituées d’une grande quantité de gouttelettes d’eau ou de cristaux de glace en suspension dans l’atmosphère au-dessus de la surface d’une planète. Ils sont souvent associés à de microscopiques particules minérales ou organiques responsables de leur formation (voir point 2 ci-dessous). Les nuages font partie des aérosols, c’est-à-dire des particules solides ou liquides en suspension dans une atmosphère.
Les nuages et aérosols ont une importance capitale pour le climat de notre Terre. Pour s’en rendre compte il suffit de prendre un bain de soleil : lorsqu’un nuage arrive, la personne en train de bronzer se rhabille, car il fait subitement beaucoup plus froid. La couverture nuageuse et les aérosols jouent un rôlemajeur sur la quantité de rayons solaires arrivant au sol et donc sur la température moyenne de la basse atmosphère. Les nuages sont en effet en grande partie responsables de ce que l’on appelle l’albédo de la Terre.
L’albédo de la Terre est la quantité de rayonnement solaire directement réfléchie par la Terre vers l’espace. Les rayons réfléchis vers l’espace ne sont pas capables de réchauffer la planète. L’albédo est un chiffre sans dimensions allant de 0 (le corps noir parfait qui absorbe tous les rayonnements) à 1 (un corps parfaitement réfléchissant et n’absorbant rien). L’albédo moyen de la Terre est de 0.3[1]. Ceci veut dire que 30% des radiations solaires sont réfléchies vers l’espace sans être absorbées. Les principaux responsables de cet albédo sont les surfaces réfléchissantes comme la glace, l’eau, les nuages et les aérosols. Concernant les aérosols, au plus il y en a dans l’atmosphère, au moins il y aura de rayonnements solaires réchauffant le sol, entraînant un refroidissement des basses couches atmosphériques. Deux observations démontrent que les aérosols influencent la température de la basse atmosphère :
(1) Lors de l’occupation du Koweït par l’Irak de nombreux puits de pétrole furent incendiés ce qui produisit d’énormes nuages de particules de suie dans la région. Ces aérosols ont perduré pendant des mois. Un étude a ensuite démontré que la température sous les aérosols avait chuté de 10°C par rapport aux zones de ciel dégagé[2]. L’effet des aérosols est ici clairement démontré.
(2) Un autre exemple est l’éruption du volcan Tambora qui a eu lieu en Indonésie en avril 1815. Cette éruption est considérée comme l’éruption la plus violente des temps historiques et est responsable de “l’année sans été” de 1816. En effet, la quantité de particules émises dans l’atmosphère était tellement importante qu’un refroidissement climatique général a été constaté : en 1816, les moyennes des températures dans l’hémisphère nord descendirent de 0,5°C à plus de 1°C[3].
En plus de leur effet réfléchissant (pour les radiations venant directement du soleil) il est évident que les nuages retiennent également la chaleur en provenance du sol. Il y a moins de pertes de chaleur par convection lorsqu’il y a des nuages. C’est pour cela qu’il fait plus chaud la nuit lorsque le ciel est nuageux que lorsque le ciel est dégagé. Nous voyons donc que les nuages ont un double rôle.
2. Les nuages se forment en présence de noyaux de condensation
Pour qu’un nuage se forme il faut des noyaux de condensation. Les anglophones parlent de CCN, pour Cloud Condensation Nuclei. Ces noyaux de condensation sont de petites particules solides de composition très variable, de diamètre voisin de 0,2 microns. Lorsque l’air est chargé d’humidité, les molécules d’eau se rassemblent sur les CCN et finissent par former des gouttelettes d’eau en suspension dans l’air et donc un nuage (Figure 1). Sans ces petites particules solides, les nuages ne se formeraient pas aussi facilement. La quantité de particules solides dans l’atmosphère est donc un facteur très important qui détermine la quantité de nuages et donc l’albédo de la Terre, et finalement le climat et son évolution.
Figure 1. Formation de nuages en présence de noyaux de condensation (CCN : Cloud Condensation Nuclei).
3. Les noyaux de condensation de l’atmosphère peuvent se former en présence de radiations cosmiques et de molécules d’origine biologique
Nous allons voir maintenant que les radiations cosmiques sont d’une grande importance dans le processus de formation des noyaux de nucléation. Que sont les radiations cosmiques? Il s’agit essentiellement de rayonnements de haute énergie qui proviennent pour la plupart de l’extérieur du système solaire, par exemple de galaxies lointaines[4]. Ce rayonnement comporte pour sa partie chargée principalement des protons (88%), des noyaux d’hélium (9%), le reste étant constitué d’électrons et de différents nucléons ainsi que de quantités infimes d’antimatière légère (antiprotons et positrons). La partie neutre du rayonnement est quant à elle constituée de rayons gamma ainsi que de neutrinos. Sur Terre, il est impossible d’y échapper, et nous sommes chaque jours traversés de part-en-part par ces particules de très haute énergie. En impactant l’atmosphère terrestre, les rayons cosmiques produisent des pluies de particules secondaires qui peuvent également atteindre la surface de la Terre.
Par quels processus ces radiations cosmiques peuvent-elles donc produire des noyaux de condensation pour la vapeur d’eau? Simplement, en présence de molécules organiques volatiles d’origine biologique (en anglais on parle de VOC pour Volatile Organic Compounds). C’est ce que nous démontre une publication récente de Jasper Kirkby publiée dans Nature[5]. Les VOC seraient donc d’une importance capitale car elles produisent des particules pouvant former des nuages. Ces résultats ont été obtenus au CERN lors d’une série d’expériences du projet CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets), entre Octobre 2012 et Novembre 2013.
De nombreuses sources naturelles de VOC existent et la végétation en est l’une des principales sources. Les VOCs sont essentiellement de l’isoprène (C5H8) et ses formes polymères : des monoterpènes (C10H16), sesquiterpènes (C15H24) et diterpènes (C20H32). Dans l’expérience du CERN citée ci-dessus c’est de l’α-pinène (Figure 2) qui a été utilisé par les chercheurs car c’est le monoterpène d’origine biologique le plus abondant dans l’atmosphère, dépassant souvent 50 pptv (1 pptv se lit en anglais “1 part-per-trillion by volume” et signifie 1 molécule pour 1 000 000 000 000 de molécules, soit 10–12)[6]. Pour l’expérience du CERN, l’α-pinène a été placé dans des cuves en acier de 3 m de diamètre et a d’abord été oxydé par exposition à de l’ozone mais aussi par exposition à des radicaux hydroxyles (OH•) produits par photolyse de l’ozone. Cette oxydation aurait également lieu dans la nature et produit toute une série de molécules fortement oxygénées (les HOM, pour “highly oxygenated molecules”) qui furent identifiées et dosées par l’équipe de chercheurs. Nous n’entrerons pas dans ces détails ici.
Figure 2. L’α-pinène (C10H16), un monoterpène bicyclique produit par de nombreuses plantes.
Le point important est qu’après avoir obtenu ces HOM issus de l’α-pinène, l’équipe de Kirkby irradia la cuve avec des rayonnements semblables aux radiations cosmiques. Ils détectèrent alors une formation de particules solides capables d’agir comme noyaux de condensation pouvant former des nuages. Ils virent que les rayons cosmiques augmentaient la vitesse de nucléation de un à deux ordres de grandeur par rapport aux contrôles ou la nucléation se produisait en l’absence de radiations cosmiques (Figure 3). Les chercheurs montrèrent également que l’acide sulfurique atmosphérique, pouvant être produit par les activités humaines lors par exemple de la combustion du charbon, peut influencer le phénomène et réduire le nombre de noyaux de condensation, et donc in fine la quantité de nuages. L’équipe de Kirkby a donc mis le doigt sur un mécanisme par lequel la végétation peut influencer le climat de la terre, et ce sans faire intervenir le CO2!
Figure 3. Vitesse de nucléation des particules biologiques en fonction de la concentration de molécules hautement oxygénées (HOMs, highly oxygenated molecules) provenant de la réaction de l’a-pinène avec l’ozone (O3) et les radicaux hydroxyles (OH•) de l’atmosphère. La courbe avec les triangles correspond à la présence de radiations cosmiques, la courbe avec les cercles sont les contrôles sans radiations cosmiques. Les couleurs indiquent la concentration en H2SO4. Source : Kirkby et al. 2016.
4. Conclusion
En conclusion, la végétation est donc capable de produire des particules atmosphériques pouvant mener à la formation de nuages en présence de rayons cosmiques. Ces nuages régulent ensuite le climat, comme chacun peut le constater en prenant un bain de soleil. Dans la vidéo explicative du CERN donnée ci-dessous, il est expliqué que les nuages étaient probablement plus abondants avant l’ère industrielle (ca. 1850) par rapport à aujourd’hui, et ce en raison d’une moindre présence d’acide sulfurique atmosphérique. Il en résulte que la température de l’atmosphère était plus basse avant l’ère industrielle, et ceci est bien visible sur les séries thermométriques comme par exemple la série HadCrut4 : la différence est d’environ 0.7–0.8°C entre 1880 et 2018 (voir ici).
Le CERN vient donc de proposer un mécanisme capable de refroidir ou de réchauffer les basses couches atmosphériques et dans lequel le CO2 n’a plus aucun rôle!! Il existe bien entendu une corrélation entre niveau d’activité industrielle et taux de CO2 atmosphérique, mais ce n’est pas le CO2 qui provoque le réchauffement dans le mécanisme proposé. C’est simplement un peu moins de nuages qui provoque le réchauffement.
Notons que l’équipe de Svensmark (2017) propose d’autres mécanismes basés sur les rayons cosmiques, et tout comme dans le mécanisme proposé par Kirkby, le CO2 ne joue aucun rôle. Les dernières recherches de Svensmark sont publiées dans la revue Nature Communications.
Nous voyons donc que le GIEC devrait sérieusement revoir ses conclusions… Mais va t’il tenir compte de ces recherches dans son prochain rapport? Nous pouvons parier que ces recherches seront oubliées… Décidemment comme nous aimons à la répéter dans SCE, beaucoup de choses sont encore à découvrir en climatologie, et prétendre que la ‘Science est dite’ semble bien hasardeux et présomptueux. Regardons maintenant la vidéo ci-dessous :
[1] Goode, P. R.; et al. (2001). “Earthshine Observations of the Earth’s Reflectance”. Geophysical Research Letters. 28 (9): 1671–1674.
[2] Cahalan RF (1991) The Kuwait oil fires as seen by Landsat. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 97 (D13): 14565.
Aldhous P (1991) Oil-well climate catastrophe. Nature, 349 (6305): 96.
[3] Richard B. Stothers (1984). “The Great Tambora Eruption in 1815 and Its Aftermath”. Science. 224 (4654): 1191–1198.
[4] Ackermann et al. (2013) Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants. Science. 339 (6424): 807–811.
[5] Kirkby et al. (2016) Ion-induced nucleation of pure biogenic particles. Nature 533:521-526.
[6] Guenther, A. B. et al. The Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature version 2.1 (MEGAN2.1): an extended and updated framework for modeling biogenic emissions. Geosci. Model Dev. 5, 1471–1492 (2012).
La présence de CO2 dans les basses couches atmosphériques peut-elle avoir une influence sur le climat en modifiant le bilan énergétique global de la Terre ? Le bilan énergétique doit tenir compte du fait que pour maintenir une température constante la Terre doit dissiper l’énergie reçue du Soleil et que différents mécanismes de dissipation sont possibles. Le modèle le plus complet est celui proposé par la NASA (fig. 1).
