Sommaire :
3.1. Lois physiques du rayonnement thermique
3.2. Emissivité, absorptivité
3.3. Echanges d’énergie (chaleur) par rayonnement dans le vide
3.4. Echanges d’énergie (chaleur) par rayonnement dans un milieu
3.4.1. Transparence, Absorption, Opacité
3.4.2. Réflexion
3.4.3. Diffusion, rétrodiffusion
3.5. Rayonnement dans les gaz (et dans l’air)
3.6. Mesure de l’opacité : l’Epaisseur optique
3.7. Approche corpusculaire
Il ne fait guère de doute que la terre se refroidit par rayonnement IR et que l’émission provient pour l’essentiel de l’atmosphère. Je m’interroge l’origine de ce rayonnement.
Dans le livre, vous semblez sous-entendre que l’atmosphère se comporte quasiment comme un corps noir en produisant un rayonnement thermique.
Il me semble que les gaz, du moins aux températures rencontrées dans l’atmosphère, ne peuvent pas produire de rayonnement thermique comme le fait la matière condensée car une molécule n’y passe qu’une infime partie de son temps en contact avec d’autres.
Certes les molécules d’eau et de CO2 peuvent être excitées à l’occasion des chocs et pourraient par conséquent rayonner en se désexcitant spontanément mais la fréquence des chocs est encore telle dans une atmosphère raréfié et froide qu’elle n’en ont probablement pas le temps.
Comme il faut bien trouver une origine à ce rayonnement, dont l’existence est incontestable, ne faut-il pas envisager de faire jouer le rôle d’émetteur à la matière condensée : le sommet des nuages ou des cristaux de glace métastables?
Qu’en pensez-vous ?
S’il en était ainsi, l’importante indentation dans le spectre OLR de la terre autour de 700 cm-1 (15 µm) serait due à l’absorption par CO2 au dessus de la troposphère et ne traduirait pas l’émission par CO2 à -55 °C. En fait, finalement, CO2 n’émettrait rien du tout !
Ma position est que, lorsque l’atmosphère est suffisamment raréfiée (ce qui est le cas pour la vapeur d’eau au dessus des nuages, par exemple), les molécules de « gaz à effet de serre » ont le temps de se désexciter par rayonnement avant de taper une autre molécule. C’est cette raréfaction qui fixe l’altitude d’émission de l’atmosphère.
Mais il est vrai que les nuages, eux-mêmes, rayonnent vers le cosmos.
Dans les deux cas, c’est le haut des nuages qui détermine l’altitude de l’essentiel du rayonnement (les fameux -18°C), sachant qu’une autre partie rayonne directement du sol (fenêtre atmosphérique), et encore une autre de l’intérieur de la stratosphère (CO2).
à -18 °C, 0,5 atm la fréquence des chocs reste de l’ordre du milliard par seconde . La molécule dispose donc de quelques picosecondes pour se désactiver . C’est 1000 fois moins que nécessaire…
Il y a effectivement sans doute une faille dans mon raisonnement.
Néanmoins, il est clair que dans la bande du CO2, l’émission se fait à partir de la stratosphère :
Je ne crois pas que l’émission provienne de particules en suspension (même s’il y a des tenants de cette thèse) : l’OLR n’aurait pas la même tête.
Jacques-Marie Moranne,
Bonjour et juste deux points.
1. Le CO2 émet vers l’espace depuis toutes les altitudes. On le voit bien sur votre schéma, les traits d’ailes du creux CO2 signent également des émissions par le CO2; cela sur toute la gamme des températures, donc sur toute la gamme des altitudes.
2. Si les chocs d’une particule sont beaucoup plus fréquents que les émissions de photons, cela signifie simplement que le CO2 est constamment thermalisé par son environnement. Cela ne l’empêche nullement de radier de l’énergie vers l’espace, bien au contraire.
L’émission semble provenir de la stratosphère…sur un spectre calculé…à partir d’hypothèses qui induisent peut-être cette conclusion.
Je voudrais donc plutôt me fier à des observations. Or je n’ai trouvé que Nimbus 4 et c’est très vieux (1979). On y lit plutôt 215 K et ça c’est à 70 km dans la mésosphère. Pourtant je ne doute pas qu’on a multiplié les observations depuis Nimbus 4…
https://www.researchgate.net/figure/Infrared-emission-spectrum-escaping-to-space-as-observed-by-the-Nimbus-4-satellite_fig3_268744256
@ Phi,
1) Ayez à l’esprit qu’il s’agit d’une courbe calculée…
2) A 10 – 15 km, -55 °C, les molécules ont assez d’énergie cinétique pour exciter CO2 mais les chocs sont si fréquent que la molécule excitée n’a pas le temps, en théorie, de libérer son photon. Et même si un photon était émis, il ne parviendrait probablement pas à quitter l’atmosphère. Pour ce faire, il faudrait qu’il soit émis depuis une altitude supérieure à 60 km (Mon estimation à partir du coef. d’absorption fourni par:
http//raw.githubusercontent.com/radis/radis-examples/master/hitran_spectra/out/1 – CO2 infrared spectrum.png)