Le CO2 ne peut émettre un rayonnement que s’il a préalablement été excité, soit par absorption du rayonnement thermique de la Terre (dans une dizaine de mètres d’épaisseur atmosphérique au voisinage de la surface terrestre), soit par collision avec des atomes d’oxygène à des altitudes de l’ordre de 100 km. Pour les altitudes intermédiaires, par exemple dans la stratosphère (10 à 50 km d’altitude) il n’y a pas d’émission, seulement de l’absorption par des molécules de CO2 non excitées.

Au niveau de la surface terrestre, l’énergie absorbée à partir du rayonnement solaire est dissipée à raison de 40 % par rayonnement thermique et à raison de 60 % par convexion humide impliquant molécules d’air et de vapeur d’eau. Ce dernier mécanisme est donc dominant

Dans la troposphère, en absence d’échange avec l’environnement :

T – To = – (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. Avec g = 9,8 m s-2 et une valeur moyenne de Cp = 1030 J kg-1 K-1 pour la capacité thermique de l’air humide on trouve pour le gradient adiabatique une valeur « environnementale moyenne » de 6,5 K/km (valeur prise en compte par l’International Civil Aviation Organization). Cette formule indique que la température diminue linéairement lorsque l’altitude augmente et qu’un profil vertical stable s’établit.

Bonsoir. Il y a un certain manque de raisonnement dans tout ça :

Le fait qu’il faut atteindre environ 100 km d’altitude pour que la désexcitation du CO2 par émission IR devienne supérieure à la désexcitation par collisions inélastiques est tout à fait vrai, MAIS ceci ne veut pas dire que le CO2 est incapable d’émettre des photons directement vers l’espace depuis les étages inférieurs.

L’altitude d’émission est l’altitude à partir de laquelle le CO2 émet le plus de photons vers l’espace sans réabsorption. Dans la bande centrale à 15 µm elle se situe dans la basse stratosphère, et entre cette bande centrale et les ailes elle se situe dans la haute troposphère. Il ne faut pas tenir compte QUE de la rapidité de désexcitation, il faut avant tout tenir compte de la CONCENTRATION en molécules de CO2.

Sous l’altitude d’émission, la concentration de molécules de CO2 est encore trop importante. Si quelques photons émis sont capables d’atteindre l’espace sans réabsorption, ils restent moins nombreux qu’à l’altitude d’émission.

Au-dessus de l’altitude l’émission (et jusqu’à 100 km si on veut) la concentration de molécules de CO2 diminue. Plus de photons peuvent passer sans être réabsorbés. Comme il y a moins de molécules de CO2 il y a moins de photons (ré)émis.

Le maximum de photons émis directement vers l’espace dans la bande à 15 µm est donc dans l’interface de ces 2 zones et est directement lié à la concentration de CO2. C’est pour cela que l’ajout de CO2 élève l’altitude d’émission.

Ensuite, vous semblez placer la convection comme dominante dans le transfert thermique. Or dans un profil vertical stable c’est tout bonnement impossible. La thermalisation par collisions inélastiques n’est pas suffisante pour déstabiliser à elle-seule la masse d’air. Dans ces conditions, le transfert est en très grande majorité par rayonnement thermique (et un tout petit peu par conduction).

L’augmentation de température n’est pas soudaine mais lente, depuis 40 ans environ soit bien après le début de l’ère industrielle, ça ne coïncide pas.
Il faudra bien se passer des fossiles, mais il n’y a pas d’urgence, il y a des réserves pour un ou deux siècles. Et ça se fera tout seul sans mesure coercitive.

Même s’il n’y avait pas de cause anthropique, le seul fait que ces sources d’énergies soient épuisables à l’échelle humaine impose leur remplacement par des énergies non nuisibles.

Si les gaz sédimentaient, vous ne seriez pas là pour en parler.
Il n’y aurait pas de vie terrestre, vu que l’atmosphère contient 1% d’argon (N
= 40.
La diffusion qui finit par homogénéiser tout mélange gazeux est un phénomène faible et donc lent, ce qui explique votre observation.

Bien que je ne sois pas l’auteur de l’article auquel vous vous référez je me permets de répondre à quelques points de votre commentaire.

1° Les expériences de Knut Angström réalisées au début du 20ème siècle montrent que l’absorption par le CO2 contenu à la pression de 780 Torr dans un cylindre de 30 cm de long est saturée lorsque le dispositif est traversé par le rayonnement d’un corps noir à 100 °C et que le même résultat est obtenu si la pression est réduite à 520 Torr (texte original de la publication accessible sur Internet en allemand). Ce résultat intéressant à l’époque dans le débat qui opposait l’auteur à son compatriote Svante Arrhenius, père de la théorie de l’effet de serre, n’a plus d’intérêt aujourd’hui puisque, connaissant maintenant le spectre et les coefficients d’absorption du CO2, on peut calculer que, dans les conditions expérimentales de Knut Angström, l’absorption serait déjà saturée sur une épaisseur de l’ordre du mm. Dans les basses couches atmosphériques, par contre, l’absorption par le CO2 du rayonnement thermique de la Terre entre 14 et 16 µm est saturée sur une épaisseur atmosphérique de 8 m.

2° Les termes « back radiation » ont été utilisés par le GIEC/IPCC pour caractériser spécifiquement la ré-émission par les molécules de CO2 de la fraction absorbée du rayonnement thermique de la Terre. Cette désactivation radiative dans les basses couches atmosphériques des molécules de CO2 excitées sert de base à la théorie du réchauffement climatique d’origine anthropique. Toute utilisation des termes « back radiation » pour caractériser une quelconque « downward long wave radiation », en particulier celle mesurée par les AERI, est abusive et ne peut prêter qu’à confusion volontaire ou non.

3° Les spectromètres de type AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) pointés vers le ciel mesurent un rayonnement qui n’est PAS inexpliqué comme vous l’écrivez. Il provient essentiellement des nuages et de l’humidité atmosphérique par réflexion, diffusion et/ou émission. Il dépend de leur état physique (gouttelettes liquides, microcristaux ou mélange) et des conditions atmosphériques en général (couverture nuageuse, température, vitesse et direction du vent). Aucun rayonnement provenant de la haute atmosphère, quelle que soit son origine, ne peut atteindre les AERI au niveau du sol dans les domaines d’absorption du CO2 et de la vapeur d’eau car il serait absorbé par ces composés sur une dizaine de mètres d’épaisseur atmosphérique. Les parties de spectre AERI dans ces régions sont donc «récupérées» («retrieved») sur base d’un programme informatique. Ceci apparaît nettement sur la fig.1 de https://arm.gov/publications/tech_reports/arm-tr-066.pdf

4° Je ne sais à quoi vous faites allusion en parlant de ma « théorie ». S’il s’agit de mon interprétation au paragraphe 4.3 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/ des spectres d’émission relevés par satellite je précise bien qu’il s’agit d’une hypothèse que je m’efforce de justifier. Selon cette hypothèse ces spectres résultent de 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 s’étend bien au-delà des 25 µm qui constituent la limite du spectre expérimental. Cela explique pourquoi les 240 W m-2 mesurés par les satellites ERBE n’apparaissent que très partiellement sur la fig. 9 de la référence citée. On comprend aussi qu’une fraction de la fluorescence rotationnelle puisse être absorbée par CO2 entre 14 et 16 µm comme le montre la même figure avec un minuscule pic d’émission au centre de la bande d’absorption dû à la désactivation radiative à des altitudes de l’ordre de 1000 km des molécules de CO2 excitées par absorption directe du rayonnement solaire incident.

Je me permets de répondre à votre commentaire bien que je ne sois pas l’auteur de la note à laquelle vous vous référez.

La variation d’intensité d’un rayonnement avec la température de l’émetteur à la puissance 4 est une caractéristique des rayonnements thermiques. Aucun constituant gazeux de l’atmosphère n’émet de rayonnement thermique, quelle que soit l’altitude, mais ils peuvent émettre, dans certaines conditions, un rayonnement de fluorescence. Pour bien comprendre la différence entre les deux types de rayonnement voir le paragraphe 1 de http://www.science-climat-energie.be/2020/12/11/leffet-de-serre-et-le-bilan-energetique-de-la-terre/.

La formule de Stefan-Boltzmann E (T) = σ T4 à laquelle vous faites allusion lie E(T) l’émittance hémisphérique totale (à 180 °dans toutes les directions) d’un corps à partir d’une surface à la température T à la puissance 4. Elle ne peut s’appliquer aux gaz qui n’ont PAS de surface.

je partage totalement tes interrogations, mais tous les gaz émettent un rayonnement correspondant à leur température puissance 4
… et ce que l’on mesure n’est autre que la température à l’altitude du centre de rayonnement des GES émettant sur une fréquence donnée.
En l’occurrence quelques dizaines de mètres pour une « population » moyenne dans la plage des 15 microns : CO2 + vapeur d’eau … 50 fois plus dense en moyenne