Pourquoi l’effet du CO2 sur le climat est exclu par la physique

par J. Van Vliet, article d’opinion
Master in Engineering and Master in Sciences
Retired

Je voudrais remercier le Professeur G. Geuskens pour son remarquable article intitulé:  L’effet de serre et le bilan énergétique de la Terre, paru sur le site web Science, climat et énergie ce 11 décembre 2020.

Cet article aurait pu être intitulé « Les dessous méconnus de l’effet de serre », dans la mesure où il examine de manière détaillée la physique qui détermine cet effet qui a fait couler tellement d’encre: cette physique est totalement absente des volumineux rapports du GIEC, élaborés pourtant par des milliers de scientifiques. 

Comme les médias le répètent sans relâche, le réchauffement climatique observé est attribué par les climatologistes à l’effet de serre causé par le CO2 d’origine anthropique. Nous devrions donc changer de civilisation, au point que l’Echo du 5 décembre dernier a attribué à quelqu’un de respectable et de respecté comme « Monsieur Mestrallet des propos dignes d’un émir des années septante:  » L’électricité verte est en passe de devenir le nouveau pétrole ». De tels propos appellent une réaction et l’article du Professeur Geuskens tombe à point nommé.

Cet article faisant appel à différentes notions de physique qui rendent parfois sa lecture difficile pour un non spécialiste, je souhaiterais le résumer pour un public aussi large que possible en le ramenant à trois points de physique:

  1. Dans un corps solide ou liquide, l’agitation thermique des molécules se traduit principalement par des vibrations, comme le montre d’ailleurs la chaleur spécifique. Les corps solides et liquides sont donc de bons émetteurs et absorbeurs de rayonnement électromagnétique: en d’autres termes, le sol, la banquise et l’océan émettent et absorbent du rayonnement infrarouge.
  2. Par contre, la chaleur spécifique d’un gaz montre que l’agitation moléculaire se traduit par des mouvements de translation et de collisions qui ne produisent aucune émission de rayonnement. Pour qu’un gaz atmosphérique puisse émettre du rayonnement, il faut que ses molécules puissent être excitées, comme celles des gaz à effet de serre. Dans ce cas, une fois qu’une molécule est excitée, l’émission de rayonnement devient possible par désexcitation radiative, on parle de fluorescence. Or, cette désexcitation est relativement lente par comparaison avec la fréquence élevée des collisions inélastiques dans la troposphère: la désexcitation radiative y est donc négligeable. Il faut monter beaucoup plus haut, vers 100 km d’altitude là où il y a beaucoup moins de collisions, pour que le CO2 puisse émettre du rayonnement l’infrarouge. 
  3. Outre la petite quantité de chaleur rayonnée de manière directe par la fenêtre infrarouge atmosphérique, ce qui refroidit la troposphère ne peut donc être que la turbulence et le mélange induits par la convection atmosphérique. Dans la partie supérieure de la troposphère, au voisinage de la tropopause, le rayonnement émis par les gouttes d’eau ou les particules de glace qui y subsistent transforme la chaleur en rayonnement qui s’échappe dans la stratosphère puis dans l’espace. Ce phénomène est visualisé par la face supérieure des nuages d’orage de type cumulonimbus, reconnaissables à leur forme d’enclume. Ce mécanisme est basé sur la seule humidité et exclut donc toute influence du CO2 sur ce refroidissement.

Nous sommes donc conduits à constater que les climatologistes, qui constituent la sous-espèce politisée des climatologues, parient depuis trente ans sur un mauvais cheval en parlant d’effet de serre causé par le CO2 anthropique: les lois de la physique sont sans appel et rendent cet effet impossible. 

Le climat continuera donc sa marche inexorable vers le réchauffement ou le refroidissement sous l’influence du Soleil et des mouvements de notre planète sur son orbite. Même si ces propos paraîtront blasphématoires à certains, notre Planète ne doit pas être sauvée du CO2, quelles que soient les prophéties catastrophistes des augures de l’ONU ou du GIEC ou les mesures de la soi-disant dernière chance de l’Accord de Paris. 

Avec un CO2 sans effet sur le climat, tout comme l’énergie nucléaire dans les années 1950, l’électricité verte n’a en 2020 que l’enthousiasme suscité par sa nouveauté comme  argument pour devenir le nouveau pétrole. 

Dans un monde libre, non subsidié et rationnel cette électricité ne sera qu’une mode que l’avenir ramènera à sa juste proportion, comme cela s’est déjà passé pour l’électricité nucléaire[1].


[1] Les firmes pétrolières « majors » investissent aujourd’hui massivement dans les énergies renouvelables. Mais il faut rappeler que, dans les années 1970, les firmes pétrolières Gulf et Exxon ont investi massivement dans le nucléaire. Ne subsiste aujourd’hui que l’usine Exxon Nuclear Fuel de Richland (USA) intégrée aujourd’hui dans le groupe français Framatome. L’histoire est un perpétuel recommencement.

29 réflexions sur « Pourquoi l’effet du CO2 sur le climat est exclu par la physique »

  1. Vous citez Monsieur Mestrallet. S’il promeut aujourd’hui l’énergie verte, il la fustigeait dans un discours de 2011 à Montréal. Selon lui l’énergie éolienne était intermittente, inefficace, et coûteuse. Il expliquait que cette énergie devait être payée trois fois : une première fois pour la construction de l’éolienne, une deuxième fois pour la construction d’une centrale TGV pour compenser l’intermittence de l’éolienne et finalement une troisième fois pour la subsidiation de cette énergie non rentable.
    Voilà un bel exemple d’opportunisme. Cela s’appelle retourner sa veste. A moins que Monsieur Mestrallet n’ait été touché par la grâce.

  2. J’ai un souci avec l’approche, fort intéressante, de Georges Geuskens. En effet, fort résumée, sa théorie est de dire que l’entièreté du rayonnement terrestre aux alentours des 15 µm est absorbée par le CO2, puis cette énergie de vibration est entièrement transférée sous forme d’énergie cinétique aux molécules de N2/O2 par chocs inélastiques. Dans ce cas, il est évident que, tout comme à 12µm par exemple, AUCUNE radiation à 15 µm ne devrait être mesurée depuis la surface terrestre, en provenance de l’atmosphère.

    Or, plusieurs mesures effectuées de spectres IR prises à la surface (ex : https://scienceofdoom.com/2010/07/24/the-amazing-case-of-back-radiation-part-two/) démontrent au contraire une belle et large bande d’émission à 15 µm, provenant de l’atmosphère proche… C’est plus que gênant. En résumé, ce fait, mesuré, décrédibilise la théorie de Georges Geuskens… Notez que j’en suis le premier désolé.

    1. Réponse JVV :
      Merci pour votre commentaire.
      Je voudrais tout d’abord signaler que le Prof. Geuskens ne fait que reprendre les principes physiques généraux d’absorption et d’émission de rayonnement électromagnétique par les molécules de gaz: l’émission de rayonnement électromagnétique par les gaz n’est possible qu’à faible pression, que ce soit dans l’atmosphère terrestre, à la surface du Soleil ou plus prosaïquement dans un dispositif d’éclairage (ampoule à filament, tube fluorescent TL ou LED, avec des pressions inférieures à 10-5 Torr). Ce principe élémentaire est tout simplement ignoré par les climatologistes pour défendre un mythique effet de serre à pression ambiante du CO2, colporté depuis plus de trente ans. Par ailleurs, sans aller comme vous jusqu’à exclure toute radiation, je partage votre curiosité quant à la source de l’émission atmosphérique à 15 µm: elle peut provenir de l’eau (sous ses différentes formes), du CO2 (pourquoi pas ?) ou d’autres molécules, mais il est impossible de savoir à quelle altitude cette émission a lieu. Si on veut modéliser cette émission sur 100 km d’épaisseur, il faut coupler un calcul radiatif (cf. HITRANS) avec la théorie cinétique des gaz: la référence que vous mentionnez est muette à ce sujet.

    2. Outre la référence que vous citez, diverses publications dont https://www.ssec.wisc.edu/aeri/ font état d’une « downwelling radiation » ou « downward long wave radiation » détectée au niveau du sol par certains appareils pointés vers le ciel. La nature, l’origine et l’altitude d’émission des spectres enregistrés sont encore mal comprises mais il apparaît (voir réf. ci-dessus) que les nuages ont une grande influence. Il est surprenant 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 des couches inférieures dont l’absorption est saturée sur quelques dizaines de mètres. Il semble, dès lors, que le phénomène observé ne puisse être attribué à un effet de serre radiatif.

  3. Je ne suis pas spécialiste et pas très compréhensible pour un citoyen lambda mais cela m’a tout l’air d’une thèse climato-sceptique ou je me trompe? difficile de savoir le vrai du faux et le faux du vrai… cet article me laisse … sceptique

    1. Réponse JVV :
      Votre scepticisme vous honore: ne croyons pas tout ce que les médias et les experts de tout poil nous racontent. Je ne suis pas climato-sceptique: je considère en effet que le réchauffement global observé depuis 1830 est tout-à-fait réel, la fonte des glaciers alpins suffit à s’en convaincre. Par contre, je réfute la soi-disant théorie de l’effet de serre lié au CO2 d’origine anthropique: en effet, cet effet de serre est physiquement impossible dans les basses couches de l’atmosphère. Il ne devient possible qu’ à des pressions très faibles correspondant à une altitude de 100 km environ. A défaut d’effet de serre, seule les variations séculaires du comportement du Soleil peuvent expliquer la tendance climatique observée.

  4. Un article de SEIM & OLSEN (2020) nuance quelque peu votre raisonnement. En effet ces auteurs ont expérimenté l’absorption et la réémission IR du CO2 en comparant les effets radiatifs IR et thermiques dans une chambre tantôt remplie d’air atmosphérique, tantôt de CO2 à 100%. Leur figure 7 montre bien une absorption supérieure d’IR par le CO2 et leur figure 9 une réémission IR. Il semble qu’ils aient travaillé à la pression atmosphérique. Cependant, les effets thermiques mesurés de cette fluorescence sont insignifiants par rapport à ce que prévoit la loi de Stephan-Boltzman, ce qui remet en cause l’importance de l’effet de serre du CO2.
    Référence:
    SEIME T.O. & OLSEN, B.T., 2020, The Influence of IR Ab-sorption and Backscatter Radiation from CO2 on Air Temperature during Heating in a Simulated Earth/Atmosphere Experiment, Atmospheric and Climate Sciences, 10, 168-185, https://doi.org/10.4236/acs.2020.102009

    1. Les travaux de Seim et Olsen constituent une tentative parmi d’autres (voir notamment http://www.biocab.org/Experiment_on_Greenhouses_Effect.pdf ) pour vérifier expérimentalement l’existence d’un éventuel effet de serre radiatif. Malheureusement, comme dans d’autres cas, les conditions expérimentales sont tellement différentes de la réalité que les résultats sont tout sauf concluants. En particulier le rayonnement thermique de la Terre (à la température « globale moyenne » de 15° C) est assimilé à celui d’une plaque métallique chauffée à 100° C. Dans ce dernier cas le flux radiatif est d’environ 1000 W/m2 alors que dans le cas de la Terre il n’est que de 68 W /m2. Les spectres des rayonnements émis sont également différents. De plus, l’expérience étant conduite dans un dispositif placé horizontalement la convection du compartiment avant rempli d’air vers le compartiment arrière rempli de CO2 est moins importante que dans l’atmosphère. Enfin la vapeur d’eau principal gaz dit à effet de serre est absente dans l’expérience de Seim et Olsen. Finalement on peut apprécier leur conclusion «These findings might question the fundament of the forcing laws used by the IPCC » sans que leurs résultats ne renforcent notre conviction à ce sujet.

    2. On va rajouter aussi que la proportion de CO2 dans l’atmosphère est de 500 millionièmes, soit 0.05%, là où la vapeur d’eau peut friser 1%.
      Ce sont des conditions bien éloignées de 100% de CO2 à la pression atmosphérique…

  5. La physique la plus élémentaire montre clairement que le CO2 ne peut avoir d’effet sur le climat par le mécanisme d’un prétendu effet de serre : votre article le résume bien et les explications et calculs du professeur Geuskens aussi.
    Ceci étant acquis, comment se fait-il qu’autant de scientifiques, qui doivent normalement maîtriser ces notions de physique relativement basiques en théorie pour eux (on en voyait en France – et j’en ai vu – l’essentiel en classes préparatoires scientifiques il y a une vingtaine d’années, et je présume que c’est toujours le cas.), comment donc ces scientifiques peuvent persister dans une telle erreur et publier toujours autant d’articles qui vont dans le sens du vent du changement climatique lié au CO2 anthropique? Sont-ils aveugles, dans le déni, ou bien complaisants face à une thèse qui leur assure des subsides et la considération de quelques puissants (un peu à l’image de ceux qui défendaient les thèses astronomiques promues par l’Eglise au XVIè siècle???

  6. La réponse à la question que vous posez n’a rien de scientifique, elle est de nature comportementale ou sociologique. Un de mes anciens patrons m’a dit en 1990: « il est bien plus difficile d’avoir raison seul que de se tromper à plusieurs ». Un professeur émérite de l’UCL m’a aussi indiqué que « les poules vont toujours là où le fermier sème les graines ». A partir du moment où la part de l’Etat dans l’économie augmente rapidement, les scientifiques sont condamnés pour vivre à exercer les plus vieux métiers du monde: la prostitution et la politique. Les seuls scientifiques encore réellement indépendants dans notre société sont les retraités actifs: ils ont un rôle à jouer.

  7. Votre article est excellent ! Au & 3, vous présentez la thèse du professeur Geuskens (1) lorsqu’il explique comment l’atmosphère finit par se débarrasser de ce qui lui reste de la chaleur reçue par le sol (ou absorbée par l’air) par rayonnement vers l’espace.
    Le modèle du professeur Geuskens dans son chapitre 4 présente un mécanisme un peu différent du vôtre. L’atmosphère ne peut commencer à rayonner qu’à haute altitude, selon lui. Il sous-entend qu’elle ne rayonne pas du tout en-dessous.
    Au contraire, votre explication, que je partage à 100 %, est que c’est la vapeur d’eau – un gaz – lorsqu’elle est condensée en gouttes, ou solidifiée, qui rayonne et le fait à tous les niveaux de l’atmosphère où la condensation a lieu.
    Prenez un thermomètre infrarouge (il sert à déceler les défauts d’isolation et coûte 15€) et vous mesurez – au zénith, en particulier – jour et nuit, de l’ordre de 300 watts/m² (ou 270K environ).
    Je serai très heureux de votre réaction ! Claude Brasseur, mathématicien, astronome
    (1) L’effet de serre et le bilan énergétique de la terre

    1. Merci pour votre commentaire qui me donne une occasion de plus pour essayer de reformuler les idées de la manière la plus didactique possible.

      1) La clé de l’émission de rayonnement électromagnétique par l’atmosphère ce sont les molécules qui vibrent. Les molécules en translation uniforme sont incapables d’émettre du rayonnement.
      2) Une première source potentielle de vibrations de molécules est constituée par les gaz à effet de serre dont surtout la vapeur d’eau: pour que cette émission puisse avoir lieu, il faut que le temps séparant 2 collisions inélastiques soit grand par rapport à la durée de vie du niveau de vibration, ce qui n’est pas le cas pour le CO2 dans la troposphère.
      3) Une deuxième source de vibrations de molécules est la présence de phases séparées que sont les particules liquides (gouttelettes d’eau) et solides (aérosols, cristaux de glace) en suspension dans la phase gazeuse: les modèles de chaleur spécifique de ces phases font d’ailleurs appel aux vibrations (modèles de Debye et d’Einstein pour les solides notamment).

      Donc, au sommet des cumulo-nimbus et dans la haute troposphère, les vibrations des cristaux de glace convertissent en rayonnement une partie de la chaleur qui peut s’échapper à travers la stratosphère vers l’espace.

      De manière semblable, les gouttelettes d’eau présentes dans nuages situés plus bas émettent (et absorbent) du rayonnement qui est rapidement absorbé dans la phase gazeuse environnante: cette émission est fixée par la température des gouttelettes d’eau et elle a lieu dans toutes les directions. Cette émission n’est aucunement influencée par la teneur en CO2.

      Enfin, n’oublions pas que toute la discussion scientifico-politico-médiatique sur le « radiative forcing » des différentes molécules de gaz à effet de serre s’inscrit dans une troposphère où le mode de transfert de chaleur dominant de très loin est la convection, infiniment plus efficace que les autres modes de transfert.

    1. L’existence ou non d’un effet de serre significatif impliquant l’émission d’ondes électromagnétiques dépend du rapport de deux durées : la première est d’origine quantique, c’est la durée de transition spontanée du niveau excité vers le niveau fondamental de la molécule de GES par émission d’un photon infrarouge; la deuxième est d’origine mécanique, c’est le temps séparant deux collisions inélastiques dans le gaz.

      La probabilité de transition par unité de temps (qui est l’inverse de la durée de transition) dépend beaucoup de la différence d’énergie entre le niveau excité et le niveau fondamental : plus cet écart est important, plus la probabilité de transition est élevée et la durée de transition courte : c’est notamment le cas des transitions électroniques comme par exemple les raies de Lyman de l’hydrogène. L’émission électromagnétique est donc très puissante à la surface du Soleil, nous en bénéficions tous les jours.

      Dans le cas des vibrations moléculaires des GES comme le CO2, le CH4 et l’eau, l’énergie potentielle d’interaction est nettement plus faible et la durée de transition beaucoup plus longue. Pour que l’émission d’ondes électromagnétiques dans l’atmosphère devienne significative, il faut donc monter bien au-dessus de la troposphère, là où les chocs inélastiques sont suffisamment espacés.

      La réponse à votre question est donc qu’une émission significative d’ondes électromagnétiques par le CO2, le CH4 ou l’eau n’est pas possible dans la troposphère.

      La troposphère étant la zone convective de l’atmosphère, le paramètre qui y pilote le transfert thermique est la chaleur spécifique du gaz atmosphérique. Cette dernière grandeur est influencée de manière significative par sa teneur en eau, les influences du CO2 et du CH4 étant quant à elles insignifiantes.

    2. Si on considère la Terre comme un corps noir à 15°C l’équation de Planck permet de calculer que 95 % du spectre d’émission sera compris entre 5 et 40 µm. Les principaux constituants atmosphériques susceptibles d’absorber une fraction de ce rayonnement thermique sont la vapeur d’eau qui présente un large spectre d’absorption s’étendant de 1 à 100 µm, le CO2 avec une absorption centrée à 15 µm et le CH4 avec une absorption centrée à 7,5 µm. Cette dernière est noyée dans l’absorption très importante de la vapeur d’eau entre 5 et 8 µm (voir fig. 7 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/ ).

      La teneur en CO2 est actuellement de l’ordre de 400 ppmv, la vapeur d’eau dans les basses couches atmosphériques est environ 5 fois plus abondante et le méthane CH4 environ 230 fois moins abondant que le CO2. Tant la faible teneur en CH4 que son pouvoir d’absorption masqué par la présence de la vapeur d’eau rendent insignifiante l’influence que ce constituant atmosphérique pourrait avoir sur le climat. Au total, on peut estimer (réf. citée ci-dessus) que 60 % du rayonnement thermique de la Terre sont absorbés par la vapeur d’eau, 10 % par le CO2 et qu’il existe une fenêtre optique de 8 à 13 µm environ permettant le passage des 30 % restants (voir aussi fig.2 de http://www.science-climat-energie.be/2018/04/02/le-co2-dans-les-basses-couches-atmospheriques-2/ ).

      Comme le signale, dans sa réponse à votre commentaire, l’auteur de l’article auquel vous vous référez : dans les basses couches atmosphériques aucun des trois constituants cités ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre ne peut se désactiver avec émission d’un rayonnement de fluorescence car la désactivation par collisions avec les molécules environnantes (principalement N2 et O2) est largement prépondérante.

  8. Monsieur Van Vliet , je crois comprendre que le co2 a ses raies d’absorption qui fonctionnent dans l’infrarouge mais ces mêmes raies ne peuvent émettre si l’on suit Georges Geuskens. L’expérience de H. Harde et M. Schnell mesure indirectement le rayonnement émis par le co2 . Comment résoudre cette totale contradiction ?

    1. Je me permets de répondre à votre commentaire bien que je ne sois pas l’auteur de l’article auquel vous vous référez.

      Il n’y a aucune contradiction entre le fait que le CO2 ayant absorbé une fraction du rayonnement thermique de la Terre se désactive par collisions avec les molécules environnantes et une éventuelle augmentation de température des basses couches atmosphériques, au contraire. En effet, le transfert d’énergie du CO2 excité aux molécules environnantes augmente leur énergie cinétique de translation et donc la température de la phase qui les contient puisque la température est une mesure de l’agitation thermique des molécules. Quelle est l’importance de cet effet ?

      J’ai fait le calcul au paragraphe 3 de http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique/ et je montre que l’énergie cinétique moyenne des molécules N2 et O2 n’augmenterait en une seconde que d’environ 0,001 % . 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 mesurablement par la présence de CO2.

      Il faut remarquer que l’article de Harde et Schnell auquel vous vous référez n’apporte aucune vérification expérimentale directe de l’effet de serre radiatif car les auteurs ne mesurent aucune « back radiation » qui en serait la manifestation. Ils utilisent un dispositif expérimental très particulier impliquant une plaque métallique chauffée à 30° C, censée modéliser la surface terrestre dont la température « moyenne globale » est de 15° C et un atmosphère contenant de 1,25 à 20 % de CO2 au lieu d’environ 0,04 % actuellement. Ils observent effectivement une augmentation de température mais je ne souhaite pas discuter ici l’interprétation de leurs résultats.

  9. Je souhaiterais compléter votre argumentation que je partage et corriger cependant un point très important qui concerne l’émission radiative du CO2 à haute altitude.

    C’est dommage que votre article ainsi que ceux de G. Geuskens (qui m’ont été très utiles dans ma démarche pour comprendre pourquoi l’Effet de Serre RADIATIF du CO2 n’existe pas) ne citent pas les travaux de H. C. Hottel publiés en 1954 qui démontrent également que le CO2 atmosphérique est un gaz opacifiant d’émissivité nulle.

    Mais contrairement à votre énoncé, le CO2 atmosphérique reste un gaz non émissif même à altitude élevée en dépit de la réduction du nombre de collisions qu’il subit: son émissivité (à température donnée) ne dépend que du produit [P. L] qui ne varie pas avec l’altitude du fait que la concentration du CO2 dans l’atmosphère reste constante. La réduction de la pression partielle [P] du CO2 liée à la diminution de la pression atmosphérique avec l’altitude est compensée par l’augmentation de la distance de propagation [L] du rayonnement IR.L terrestre émis dans la bande 12-14 µm.
    L’indentation du spectre OLR enregistré par les satellites dans la bande 13-17 µm constitue la preuve expérimentale la plus directe que l’émissivité du CO2 reste nulle à haute altitude et que le Surcroît d’Effet de serre RADIATIF du CO2 n’existe pas.
    La notion de « l’altitude d’émission » ne constitue qu’une falsification supplémentaire du GIEC pour invoquer l’existence d’un Surcroît d’Effet de Serre RADIATIF dû au CO2 dont le mécanisme contredit lui-même l’existence de l’Effet de Serre RADIATIF Naturel.

    1. Je me permets de répondre à votre commentaire bien que je ne sois pas l’auteur de l’article auquel vous vous référez. Votre commentaire n’est pas clair car vous utilisez certains termes de manière inappropriée.

      1° La concentration du CO2 (nombre de molécules par unité de volume) ne reste PAS constante dans l’atmosphère en fonction de l’altitude mais bien sa fraction volumique, du moins jusqu’à une altitude de 100 km environ.

      2° L’émissivité correspond au flux de rayonnement thermique émis par unité de surface d’un corps à une température donnée rapporté au flux qui serait émis par une corps « noir » à la même température. Ce terme n’est PAS d’application dans le cas d’un rayonnement de fluorescence.

      3° 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 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.

      4° 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 http://www.science-climat-energie.be/2019/02/14/le-rechauffement-climatique-dorigine-anthropique).

      5° 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. Dans les basses couches atmosphériques le RQF du CO2 vaut k(o) / k(o) + k(c) = 3,6 10^-5 et la durée de vie radiative du CO2 excité sera réduite à 1/k(o) + k(c) = 0,000014 s. 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. Le RQF qui vaut toujours k(o) / k(o) + k(c) sera égal à 0,996 et la durée de vie radiative de l’état excité 1/k(o) + k(c) = 0,398 s. Dans ces conditions les molécules de CO2 excitées se désactiveront exclusivement par fluorescence (en l’absence d’autres mécanismes que ceux discutés ici)

  10. Merci pour vos remarques. Voici quelques explications complémentaires :

    1- L’article original de G. P. Anderson et al de 1986 « AGFL Atmospheric Profiles (0.120km) » qui est la source des données relatives au profil de la teneur en CO2 de l’atmosphère utilise le terme de « Mixing ratio PPMV ». Mais j’ai tiré mes informations de l’article de van Wijngaarden et Happer (arXiv:2006.03098v1) de 2020 qui utilise le terme de « Concentration » qui peut effectivement prêter à confusion.

    2- Désolé, mais l’émissivité d’un gaz ne se définit pas comme la fraction du flux radiatif émis par unité de surface comme c’est la cas pour un solide, mais par la fraction du flux émis par un volume gazeux donné ou, si on raisonne par unité de surface (1 m²), par une épaisseur donnée de gaz ou de mélange gazeux.

    3. 4. 5. – La théorie cinétique des gaz apporte une confirmation très intéressante du fait que l’émissivité du CO2 atmosphérique est nulle comme on le sait depuis déjà près de 70 ans. Mais il ne s’agit pas d’une caractéristique intrinsèque du CO2 lui même car l’émissivité d’un gaz est une grandeur qui n’a pas de sens physique si on ne précise pas sa pression partielle et l’épaisseur du volume concerné : pour s’en convaincre il suffit de consulter les diagrammes de H. C. Hottel issus de mesures publiées en 1954 (et qui ont été confirmées plus récemment) qu’on trouve par exemple sur le site commercial http://fchart.com/ees/gas%20emittance.pdf

    Ce site propose un « solver » dont on n’a pas besoin pour évaluer l’émissivité du CO2 atmosphérique si on connait sa pression partielle [Pg] et l’épaisseur [L] de la couche gazeuse atmosphérique qui permet d’éteindre à 99% un rayonnement IR.L . La valeur de [L] qu’on peut calculer au niveau de la basse atmosphère est d’environ 20 m. Mais le fait que le produit [Pg. L] du CO2 atmosphérique ne varie pas avec l’altitude (sauf en ce qui concerne l’effet de la température qui n’est pas décrit en dessous de l’ambiante dans les mesures de H. C. Hottel) permet d’affirmer qu’au niveau de la tropopause l’émissivité du CO2 atmosphérique est toujours proche de 0.

    Le CO2 n’intervient donc pas dans l’émission radiative de l’atmosphère au moment où le flux thermique non radiatif qu’elle transporte grâce au gradient thermique gravitationnel se transforme en flux 100 % radiatif qui s’évacue vers l’espace pour constituer le flux OLR dont l’intensité et la répartition spectrale sont analysées par les satellites. Noter que près de 25 % du flux OLR global (environ 60 W/m² sur 240 W/m²) provient de l’absorption du rayonnement solaire par les nuages et n’a rien à voir avec le refroidissement de la surface.

    Cette analyse est validée par l’indentation du spectre OLR observée dans la bande 13-17 µm qui confirme que le CO2 ne participe pas à l’émission radiative de l’atmosphère.

    Cette donnée expérimentale démontre une fois de plus que le CO2 ne répond pas à la définition du GIEC d’un gaz à effet de serre et que l’Effet de Serre Radiatif de l’atmosphère gazeuse dû au CO2 n’existe pas.

    Cordialement.

    1. @ FE de Serre

      Bonjour,

      Désolé pour notre réponse tardive. Nous avons pris bonne note de votre avis, et laissons le choix aux lecteurs de juger par eux-mêmes.

      Veuillez noter que les publications de HC Hottel concernent essentiellement des transferts radiatifs dans des chambres à combustion comme des fours et des réacteurs. Une liste de ses publications est donnée ici :
      https://www.researchgate.net/scientific-contributions/HC-Hottel-72993078
      Nous sommes donc à haute température et haute pression, dans des environnements fort différents que ce que l’on rencontre généralement dans l’atmosphère de la Terre.

      Merci à l’avenir de vous référer à des publications bien précises (et si possible accessibles en PDF), et non à des diagrammes dont on ne connaît pas bien l’origine, cela facilitera le débat!

  11. Voici 4 explications qui amènent à rejeter la notion d’Effet de Serre Radiatif:

    1- Le REFROIDISSEMENT de l’ENSEMBLE TERRE/ATMOSPHERE (T/A) : un PROCESSUS 100% NON RADIATIF

    On dispose aujourd’hui d’une analyse détaillée des flux thermiques au sein de l’ensemble T/A grâce aux diagrammes K&T (Kiehl & Trenberth) publiés depuis 1979 qui intègrent un nombre croissant de mesures effectuées au sol ou depuis l’espace. Celui de G. Stephens et al. publié en 2012 https://researchgate.net/publication/260208782 précise les marges d’erreur qui affectent ces différents flux. Il permet de constater que le flux radiatif IR.L NET émis par la Surface (de la Terre) représente seulement 53 +/- 14 W/m² sur les 239,7 +/- 3 W/m² du flux total de refroidissement de l’ensemble T/A dont 165 W/m² proviennent directement de la Surface et 75 +/- 10 W/m² de l’absorption par les nuages d’une partie du flux solaire incident.
    Une analyse plus fine qui n’apparaît pas dans ce diagramme montre que ces 53 W/m² de flux radiatif sont intégralement transformés en flux thermique non radiatif lors de leur cheminement au sein de la troposphère. Une partie de cette conversion provient d’un déficit d’émissivité des gaz opacifiants de l’atmosphère (voir le point 3). La source principale de l’extinction de ce rayonnement provient des nuages. Les gouttelettes d’eau et les particules de glace absorbent la totalité du flux IR.L résiduel en le transformant en chaleur. Aucun flux radiatif NET ne parvient à traverser le troposphère. Le restant du flux radiatif ascendant émis par la Surface qui équilibre le flux thermique descendant ne doit pas être pris en compte dans ce calcul. Il s’agit d’une composante de l’échange radiatif équilibré qui se produit entre l’Atmosphère et la Surface et dont la somme est nulle. Le refroidissement de la Surface est donc 100 % NON RADIATIF !

    2- Le CONCEPT FALSIFIE d’EFFET de SERRE RADIATIF « NATUREL »

    L’Atmosphère gazeuse et non gazeuse qui absorbe l’intégralité des 240 W/m² de flux de refroidissement non radiatif de l’ensemble T/A constitue l’unique vecteur du refroidissement de la Surface qui se développe jusqu’à l’altitude de la tropopause grâce au gradient thermique gravitationnel. Une contribution éventuelle d’un Effet de Serre Radiatif est donc totalement exclue. Le flux radiatif descendant mesuré par les pyrgéomètres ne provient pas d’un quelconque Effet de Serre, mais de l’échange radiatif entre l’Atmosphère et la Surface.
    Le diagramme K&T de G. Stephens confirme qu’il n’existe aucun déficit d’apport thermique dans le fonctionnement de l’ensemble T/A qui empêcherait la Surface de se maintenir à la température de + 15 °C ou 288 °K. Les 390 W/m² de flux de refroidissement radiatif qui seraient émis par la Surface n’apparaissent évidemment pas dans les enregistrements des satellites. L’Effet de Serre « Naturel » inventé par le GIEC pour justifier un réchauffement bénéfique de + 33°C de la Surface dû au blocage et à la rétro-émission du flux radiatif terrestre par les gaz opacifiants de l’Atmosphère relève de la pure falsification. Aucun corps solide ou gazeux ne peut se réchauffer sous l’effet de son propre rayonnement : le bilan du flux thermique qu’il émet et qu’il reçoit est toujours nul.
    Le débat sur l’existence d’un Effet de Serre Radiatif au sein d’une serre horticole est clos depuis longtemps. Les partisans des thèses du GIEC comme J-L. Dufresne (LMD) ont reconnu en 2020 que « dans une serre horticole, le réchauffement provient essentiellement de la diminution de la convection. Les parois de la serre, qu’elles soient en verre ou en plastique, limitent les déplacement d’air et donc les échanges par convection et évaporation ».
    https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/principes-effet-serre.xml
    On trouve le même constat dans Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Serre . Si le vitrage d’une serre horticole qui est opaque au rayonnement IR.L qu’il reçoit du sol ne permet pas de bloquer ce rayonnement, comment l’Atmosphère gazeuse qui produit le même effet pourrait-elle y parvenir ?

    3- Le « SURCROÎT » d’EFFET de SERRE RADIAITF dû au CO2 : la fuite en avant pour trouver une autre explication au rôle du CO2 dans le changement climatique

    Ce nouveau processus radiatif inventé par le GIEC invoque un réchauffement de la Surface résultant d’un accroissement de la teneur en CO2 de l’Atmosphère qui serait imputable à l’élévation de l’altitude d’émission du rayonnement IR.L de l’ensemble T/A en vertu du principe « plus haut, plus froid ». Le réchauffement de la Surface, qui n’a plus aucun rapport avec un quelconque Effet de Serre, proviendrait alors d’un déficit de refroidissement de la Surface.
    Parmi les nombreux griefs qu’on peut formuler à l’égard de ce concept qui dénigre l’Effet de Serre Radiatif « Naturel » il y a d’abord le fait que le notion d’altitude d’émission n’a aucun sens : l’émission radiative de l’Atmosphère ne prend pas naissance au moment où elle devient visible depuis l’espace. Elle préexiste mais est immédiatement bloquée et retransformée en chaleur aussi longtemps que les constituants de l’Atmosphère comme la Vapeur d’eau, le CO2 et l’eau ou la glace des nuages exercent leur pouvoir opacifiant. C’est pourquoi l’intensité du flux de refroidissement de l’ensemble T/A ne subit aucune déperdition lors de son cheminement au sein de la troposphère ou de la basse stratosphère.
    Si la teneur de l’atmosphère en CO2 ne joue aucun rôle dans l’émission radiative de l’Atmosphère, la présence du CO2 modifie la répartition spectrale du flux radiatif OLR analysé par les satellites. Il existe une plage d’altitude importante (approximativement entre 10 et 20 km) dans laquelle l’émission radiative de l’Atmosphère devient progressivement visible depuis l’espace. Ce processus démarre au voisinage de la tropopause et se poursuit au sein de la basse stratosphère. Le CO2 conserve son pouvoir opacifiant élevé jusqu’à une altitude proche de 20 km si on en juge d’après les courbes décrivant la relation entre la pression (ou l’altitude) et la fréquence pour laquelle l’épaisseur optique du CO2 à concentration standard ou à concentration doublée devient inférieure à 1 qu’on trouve dans le livre « La physique du climat » de J-M Moranne : https://laphysiqueduclimat.fr/wp-content/uploads/2020/03/Physique-du-climat_D4.pdf . Mais à ces altitudes, le CO2 atmosphérique conserve l’émissivité quasiment nulle qu’il a déjà au niveau de la basse atmosphère comme on peut le déduire des travaux effectués par H. C. Hottel il y a près de 70 ans.
    L’émissivité du CO2 atmosphérique a été analysée en détail par N. S. Nahle qui a publié en 2007 et 2011 différents articles à ce sujet en reprenant les travaux de H. C. Hottel révisés par B. Leckner et d’autres auteurs. Ses publications de 2007 ne sont plus accessibles sur le web mais celles de 2011 sont toujours disponibles: https://jennifermarohasy.com/2011/03/total-emissivity-of-the-earth-and-atmospheric-carbon-dioxide/
    https://jennifermarohasy.com/2011/04/determining-the-total-emissivity-of-a-mixture-of-gases-containing-overlapping-absorption-bands/ .
    On y trouve l’information suivante : « Introducing 7700 m as the average altitude of the troposphere and the real partial pressure of the atmospheric carbon dioxide (0,00038 atm-m), the resulting total emissivity of the carbon dioxide is 0,0017 (0,002 rounding up the number) ».
    Le fait que le CO2 continue à jouer le rôle d’un gaz fortement opacifiant mais d’émissivité nulle dans les altitudes de 10 à 20 km fait disparaître du spectre de l’émission radiative de l’Atmosphère l’énergie rayonnée dans la bande spectrale 13-17 µm, cette énergie étant retransformée en chaleur. Cette énergie n’est pas perdue, elle est redistribuée de façon itérative dans l’émission radiative à large spectre de l’Atmosphère ce qui provoque un transfert d’énergie réhaussant l’intensité IR.L passant par le « haut » de la Vapeur d’eau et par la fenêtre de transparence de l’atmosphère comme on le constate sur les spectres OLR enregistrés par les satellites. Ces spectres portent donc une double signature attestant que l’émissivité du CO2 est nulle, la plus évidente étant l’indentation visible dans la bande 13-17 µm. La notion d’altitude d’émission du CO2 utilisée pour justifier le Surcroît d’Effet de Serre Radiatif attribué au CO2 ne constitue qu’une falsification supplémentaire du GIEC. On comprend pourquoi les publications de H. C. Hottel ou N. S. Nahle ne sont jamais cités dans les rapports du GIEC.

    4- La QUANTIFICATION du FORCAGE RADIATIF résultant du SURCROÎT d’EFFET de SERRE RADIATIF : l’art de chiffrer un phénomène qui n’existe pas par une grandeur non mesurable

    Comme on peut le déduire des incertitudes qui subsistent aujourd’hui sur les intensités des flux thermiques se développant au sein de l’ensemble T/A (en particulier +/- 10 W/m² sur les 75 W/m² de flux solaire absorbé par les nuages), le diagramme K&T de G. Stephens et al. montre qu’il est impossible actuellement de valider expérimentalement l’existence d’un forçage radiatif de quelques W/m² qui pourrait résulter de l’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère constatée depuis le début de l’ère industrielle. Mais les données des diagrammes K&T sont suffisamment précises pour démontrer que l’Effet de Serre Radiatif Naturel (Chiffré par le GIEC à 150 W/m² ou plus dont 30 W/m² seraient dus au CO2) n’existe pas.
    Les fluctuations du flux OLR mesuré par les satellites au cours des 20 dernières années (2001-2020) rapportées par Z. Phin (qualifiées de Upwelling Longwave Radiations to Space) dans « 20 years of Climate Change » https://phzoe.com/2022/06/10/20-years-of-climate-change/ sont restées très faibles (moyenne 240,3992 W/m², écart type 0,072 W/m²) alors que le Forçage Radiatif calculé par la relation de Myhre sur cette même période pour une élévation de la teneur en CO2 de l’Atmosphère de 2 ppm/an est de 0,58 W/m², soit une augmentation de 4 écarts types, ce qui invalide la pertinence de ce calcul.
    Corréler une grandeur non mesurable avec l’intensité d’un phénomène qui n’existe pas constitue une prouesse indéniable. L’ONU en a rêvé, le GIEC l’a fait !

    1. Après plusieurs échanges avec l’auteur de l’article auquel vous vous référez, SCE a décidé de publier votre commentaire.
      Merci pour votre avis, nous laissons le soin aux lecteurs qui le désirent d’y répondre.
      Notons que le commentaire est beaucoup trop long et comme indiqué dans notre politique de commentaires (voir notre page d’acceuil) nous ne validerons plus de commentaires aussi longs.

  12. Bonjour, je reste abasourdi en lisant, et relisant, cet article et les commentaires associés.

    1 – N’y a-t-il pas au sein du GIEC des physiciens ayant une vraie compétence en chimie et mécanique quantique ? Sinon pourquoi ?

    2 – Pourquoi un vrai débat scientifique contradictoire n’est-il pas organisé sur ce sujet ? C’est trop grave et important.

    3 – Des expériences sont-elles réalisables pour infirmer ou confirmer ces hypothèses ?

  13. Merci et félicitations à vous messieurs de Serre et Geuskens pour cet excellent échange. Je partage l’étonnement et la frustration de mr Lemoine et appelle également à un débat avec de vrais experts du GIEC et/ou de la mouvance climato-alarmiste.

    1. Je me permets de répondre à votre commentaire bien que je ne sois pas l’auteur de l’article auquel vous vous référez.

      J’ai consulté la référence que vous citez. Les expériences mentionnées ont été réalisées aux Etats-Unis en 1856 par un couple de scientifiques amateurs Eunice et Elisha Foote. Elles consistent à mesurer au moyen de thermomètres et à comparer l’élévation de température dans des éprouvettes exposées à la lumière solaire mais contenant des milieux gazeux différents.

      1° éprouvette sous vide / éprouvette contenant de l’air sec : la température s’élève plus rapidement dans le second cas.

      La paroi de l’éprouvette est réchauffée et le transfert de chaleur peut se faire au thermomètre par rayonnement thermique ET convection dans le second cas mais seulement par rayonnement thermique dans le premier cas. L’effet serait donc plus rapide dans le second cas mais quelle seraient les valeurs à l’équilibre ?

      2° éprouvette contenant de l’air sec / éprouvette contenant H2 ou N2 ou O2 ou air humide ou CO2 (à quelles pressions ?) : l’élévation de température serait la même pour les éprouvettes contenant de l’air sec, H2, N2 ou O2 mais plus rapide (mesurée comment ?) dans les éprouvettes contenant CO2 ou de l’air humide (donc avec H2O).

      On peut supposer que les expériences sont conduites en récipients fermés à volume constant ce qui implique donc une augmentation de pression mais à quelle vitesse en relation avec l’élévation de température ? Les capacités calorifiques à volume constant Cv sont de l’ordre de 20,8 J/mol K pour les gaz biatomiques H2, N2, O2 et de l’ordre de 29,7 J/mol K pour le CO2 ou autres gaz triatomiques. Il n’en est pas tenu compte. Quelles seraient les valeurs à l’équilibre ?

      Conclusion : de ces expériences menées dans des conditions mal définies on ne peut tirer AUCUNE information concernant un éventuel effet du CO2, d’autant moins que les éprouvettes étaient en verre ordinaire opaque aux rayons infrarouges solaires dans la zone d’absorption spécifique du CO2 entre 14 et 16 µm.

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