Une fois déduits l’albédo et les prélèvements aux différents niveaux de l’atmosphère, la Terre reçoit du soleil un rayonnement très insuffisant (en application de la Loi de Stefan Boltzmann) pour justifier sa température moyenne de 15°C. (La Lune, à la même distance du soleil que la Terre, a une température moyenne de l’ordre de – 80°C).

Cette température moyenne de 15°C est due au Gradient Thermique Gravitationnel qui, du fait de la compression de l’air par la gravité (sous son propre poids), augmente la température depuis la tropopause jusqu’au niveau du sol, au fur et à mesure que la pression augmente lorsque l’altitude diminue (en application de la Loi de Laplace : PVγ = Cte) : 6,5 °C / km en moyenne, à partir de la tropopause.

Dans l’autre sens, pour maintenir son équilibre énergétique et thermique, la Terre doit restituer au cosmos l’énergie qu’elle reçoit en permanence du Soleil ; et elle ne peut échanger avec le cosmos que par rayonnement.

La surface du sol terrestre rayonne dans une gamme d’ondes (les infra-rouges dits « lointains » ou « thermiques ») où l’air, jusqu’à plusieurs milliers de mètres d’altitude, est presque totalement opacifié par les bandes d’absorption du CO2 et surtout de la vapeur d’eau ; l’évacuation de cette chaleur emprunte alors plusieurs voies :

    • une fenêtre étroite entre ces bandes d’absorption, appelée « Fenêtre Atmosphérique » permet quand même d’en évacuer une petite partie par rayonnement direct de la surface du sol au cosmos.
    • une partie importante de l’air chaud terrestre est remontée par la convection naturelle, jusqu’à un niveau où la vapeur d’eau est suffisamment raréfiée pour ne plus faire obstacle à ce que sa chaleur puisse s’évacuer par rayonnement.
    • l’essentiel est emporté par l’évaporation des océans et l’évapo-transpiration des plantes et des sols, qui, comme au moyen d’un caloduc qui by-passerait les bandes d’absorption de la vapeur d’eau, transfère, par convection, une énergie considérable (chaleur latente de vaporisation/condensation) de la surface du sol au sommet des nuages où elle est récupérée par condensation, et s’évacue alors par rayonnement (la vapeur d’eau, raréfiée, n’y faisant plus obstacle). Plus il fait chaud, plus ce caloduc débite : c’est le principal régulateur du climat.
    • le solde du rayonnement, dans la bande d’absorption du CO2, n’est libéré pour l’essentiel que dans la stratosphère, où le CO2 est suffisamment raréfié pour ne plus y faire obstacle.

Les facteurs d’équilibre avec les océans et la végétation rendent peu probable un doublement de la concentration atmosphérique en CO2 ; mais si un tel doublement devait néanmoins intervenir, il aurait un impact mineur sur la bande d’absorption du CO2, et sur l’élévation de température qu’il pourrait causer ; et cet impact serait largement contrebalancé par une augmentation de débit du caloduc de la vapeur d’eau : au total, l’élévation de température ne dépasserait pas 0,5°C.

Il faut donc chercher ailleurs les causes du réchauffement climatique actuel, d’autant que les dernières observations semblent plutôt incriminer l’insolation, via, sans doute, une diminution de l’albédo, dont on ne connaît pas les raisons de façon sûre.

Par ailleurs, le climat suit des cycles, qui sont eux-mêmes assez mal connus, mais dont l’amplitude peut être plus importante que l’augmentation que nous subissons.

Enfin, il ne faut pas oublier que le climat est chaotique, et que faire des simulations précises du climat à tel endroit dans 50 ans ou plus relève du doigt mouillé.


 

Once the albedo and withdrawings at different levels of the atmosphere have been deducted, the Earth receives very little radiation from the sun (in accordance with Stefan Boltzmann’s Law) to justify its average temperature of 15°C. (The Moon, at the same distance from the sun as the Earth, has an average temperature of about – 80°C).

This average temperature of 15°C is due to the Lapse Rate which, due to the compression of air by gravity (under its own weight), increases the temperature from the tropopause to the ground level as the pressure increases as the altitude decreases (according to Laplace’s Law : PVγ = Cte) : 6.5°C / km on average, from the tropopause.

In the other direction, to maintain its energy and thermal balance, the Earth must return to the cosmos the energy it permanently receives from the Sun ; and it can only exchange with the cosmos by radiation.

The surface of the earth’s ground radiates in a range of waves (infra-red known as « distant » or « thermal ») where the air, up to several thousand meters above sea level, is almost completely opaque through the absorption bands of CO2 and especially water vapour ; the evacuation of this heat then takes several paths :

  • a narrow window between these absorption bands, called the « Atmospheric Window », still allows a small part of them to be evacuated by direct radiation from the surface of the earth and the oceans to the cosmos.
  • a significant portion of the earth’s warm air is moved up by natural convection to a level where water vapour is sufficiently rare to no longer prevent its heat from being dissipated by radiation.
  • most of it is carried away by the evaporation of the oceans and the evapo-transpiration of plants and soils, which, as by means of a heat pipe that would bypass the water vapour absorption bands, transfers, by convection, considerable energy (latent heat of vaporization/condensation) from the ground surface to the top of the clouds where it is recovered by condensation, and then evacuated by radiation (water vapour, rarefied, no longer impeding it). The warmer the weather, the more this heat pipe flows : it is the main regulator of the climate.
  • the balance of the radiation in the CO2 absorption band is released mainly into the stratosphere, where CO2 is rare enough to no longer impede it.

Equilibrium factors with oceans and vegetation make it unlikely that the atmospheric CO2 concentration will double ; but if such a doubling were to occur, it would have a minor impact on the CO2 absorption band, and on the temperature increase it could cause ; and this impact would be largely offset by an increase in the flow rate of the water vapour heat pipe : in total, the temperature increase would not exceed 0.5°C.

We must therefore look elsewhere for the causes of the current global warming, especially since the latest observations seem to blame sunstroke, probably through a decrease in albedo, the reasons for which are not known with certainty.

In addition, the climate follows cycles, which are themselves quite poorly known, but whose amplitude may be greater than the increase we are experiencing.

Finally, it should not be forgotten that the climate is chaotic, and that accurate climate simulations at a particular location in 50 years or more are a matter of wet finger.

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