Le rayonnement de l’atmosphère est un sujet de controverse, même parmi un certain nombre de climato-réalistes, car ils y voient avec répugnance un argument en faveur des théories du GIEC. Et en effet, le rayonnement de l’atmosphère est complètement contre-intuitif :
- parce que nous ne le ressentons pas du tout,
- parce c’est du gaz, que tous les gaz sont transparents, et que les corps transparents ne rayonnent pas,
- parce que seuls les gaz à effet de serre sont susceptibles de rayonner, et qu’ils représentent moins de 1% de la composition de l’air,
- parce que les corps rayonnent à partir de leur surface, et que les gaz n’ont pas de surface.
Avant de reprendre tous ces arguments, quelques rappels :
Tous les corps absorbent et rayonnent à partir de leur surface, selon un spectre (Puissance en fonction de la fréquence ou de la longueur d’onde de rayonnement).
Les corps dits « noirs » (théoriques) rayonnent selon un spectre de rayonnement parfait, dit « de corps noir » uniquement fonction de leur température (attention, les échelles sont logarithmiques, ce qui écrase considérablement le graphe dans les deux sens ; les températures de chaque spectre sont données en Kelvin : soustraire 273 pour avoir la température en °C) :
Mais aucun corps n’est vraiment « noir » : les spectres de tous les éléments chimiques présentent des trous, voire même ne comportent que quelques bandes de fréquence, en particulier les gaz mais pas qu’eux : c’est d’ailleurs comme cela qu’on peut les identifier, et qu’on arrive à analyser l’atmosphère de planètes lointaines, par exemple. C’est dans ces bandes de fréquence qu’ils peuvent émettre ou absorber du rayonnement.
La puissance rayonnée est proportionnelle à la surface comprise sous les courbes (ou sous ces bandes).
Maintenant, reprenons ces arguments les uns après les autres :
Argument n°1 : nous ne ressentons pas son rayonnement.
C’est normal :
La puissance de rayonnement dépend fortement de la température ; le corps humain à 37°C (ou 310 K) rayonne de l’ordre de 500 W/m2 ; on parle, pour l’atmosphère, d’un rayonnement de l’ordre de 340 W/m2 en moyenne : il est normal qu’on ne le sente pas, car le transfert radiatif de chaleur va du plus chaud au plus froid, et donc du corps humain vers l’atmosphère, et non l’inverse.
Qui plus est, en admettant même que l’air soit plus chaud, nous ressentirions cette chaleur beaucoup plus par contact que par rayonnement.
Cet argument n’a donc aucune valeur
Argument n°2 : les gaz sont transparents, et les corps transparents ne rayonnent pas.
Il est vrai que pour qu’un corps absorbe ou rayonne, il faut qu’il soit opaque ; mais cet argument n°2 est faux : tous les corps rayonnent, car aucun corps n’est totalement transparent sur l’ensemble du spectre de rayonnement.
Prenons l’exemple du verre : il est parfaitement transparent dans le domaine visible : nous ne pouvons pas « voir » le verre : il ne rayonne pas dans le domaine visible ; mais il est opaque dans l’infra-rouge, et donc il y rayonne (d’où cette analogie GIECiste avec la serre agricole, fausse par ailleurs (1)). C’est vrai aussi pour l’eau liquide, qui laisse bien passer le rayonnement solaire, mais qui absorbe l’infra-rouge en quelques microns d’épaisseur.
Autre exemple : la plupart des corps sont opaques à l’œil ; … mais parfaitement transparents aux rayons X et encore plus aux rayons gamma (qui sont aussi des rayonnements électromagnétiques, mais de fréquence très élevée).
Et c’est naturellement vrai pour les gaz, transparents dans le visible, mais opaques (s’ils sont suffisamment concentrés) dans certaines bandes de fréquences, ultraviolettes pour certains comme l’oxygène ou l’azote, infra-rouges pour d’autres comme la vapeur d’eau ou le CO2 : c’est dans ces bandes opaques que les gaz absorbent et rayonnent.
Le graphe ci-dessous illustre les bandes de fréquences dans lesquelles certains gaz de l’atmosphère sont opaques, en les positionnant.
- par rapport au spectre solaire (en jaune)
- par rapport au spectre terrestre (en rouge)
On y voit par exemple qu’aucun gaz n’a de bande de rayonnement dans le domaine visible, où ils sont tous transparents, alors que tous ceux mentionnés ont des bandes dans l’Infra-rouge terrestre : par exemple, le CO2 (carbon dioxide) atmosphérique est totalement opaque (absorption = 100%) aux alentours de 15 microns de longueur d’onde, alors que la vapeur d’eau l’est sur tout le spectre terrestre, sauf entre 8 et 14 microns (ce qui fait dire avec raison que la vapeur d’eau est de loin le principal « gaz à effet de serre »).
En fait, ce graphe figure les bandes d’absorption de rayonnement, mais ces bandes sont aussi les bandes d’émission : en effet, un corps émet comme il absorbe, dans les mêmes bandes de fréquence.
Argument n°3 : les gaz à effet de serre (GES) représentent moins de 1% de l’air.
On pourrait donc considérer que
- les molécules de GES sont trop dispersées pour rayonner significativement,
- les GES ne représentent quasiment rien en terme de capacité calorifique susceptible d’être rayonnée, et que donc leur rayonnement devrait s’éteindre au bout d’un temps très court.
.
Mais ce raisonnement est faux :
D’une part, même une très faible proportion de substance opaque peut permettre d’opacifier totalement un milieu, dès lors que le parcours est suffisamment long : il en est de même, dans l’autre sens, pour le rayonnement : avec une substance éclairante au lieu d’être opaque, c’est tout le milieu, s’il est suffisamment profond, qui apparaîtra comme éclairant.
D’autre part, le fait que les GES rayonnent ne fait pas globalement baisser leur température, qui reste, par contact, celle de l’atmosphère environnante : en fait, les GES ne servent que d’intermédiaire pour transmettre l’intégralité de la capacité calorifique globale de l’air environnant, par rayonnement.
… et la capacité calorifique de l’atmosphère se renouvelle en permanence, du fait de son réchauffage par le sol et par absorption du rayonnement solaire.
Argument n°4 : les corps rayonnent à partir de leur surface, et les gaz n’ont pas de surface.
Cet argument est également faux : prenons le cas d’un corps solide translucide, suffisamment épais pour être opaque : un tel corps absorbera un rayonnement sur une certaine épaisseur, et non pas à sa surface physique ; eh bien de même, quantitativement, vu d’une certaine distance, il rayonnera comme un corps opaque, mais pas à partir de sa surface, mais à partir d’une certaine épaisseur de surface, sous laquelle il apparaît opaque.
Il existe une grandeur physique qui caractérise l’opacité : l’épaisseur optique :
- une épaisseur optique égale à 1 (opacité 80%) correspond, en gros, à l’opacité d’une feuille de papier
- une épaisseur optique égale à 50 correspond, en gros, à l’opacité d’un cahier de 100 pages (50 feuilles)
.
L’image de présentation de l’article figure les épaisseurs optiques des différents GES de l’atmosphère : les épaisseurs optiques de certains GES peuvent atteindre plusieurs centaines : ils sont vraiment opaques dans leurs bandes de fréquences d’absorption.
Compte tenu de la progressivité dans les deux sens, on peut considérer que l’opacité intervient quantitativement à partir d’une épaisseur optique égale à 1 (où l’opacité bloque 80% du rayonnement).
S’agissant du gaz carbonique (CO2) de l’atmosphère, dans la bande des 15 microns, cette épaisseur est de l’ordre de quelques dizaines de mètres à partir du sol : dans cette bande de fréquence, au-delà de quelques dizaines de mètres, vue du sol, l’atmosphère est opaque, et c’est à partir de là que le CO2 atmosphérique rayonne vers le sol. De même, depuis l’espace, la vue dans cette bande de fréquence s’arrête au niveau de la stratosphère, et c’est à partir de là que le CO2 rayonne vers l’espace.
S’agissant de la vapeur d’eau les bandes de fréquences sont beaucoup plus larges que celle du CO2, mais l’opacité est moindre (elle est fonction de la concentration, très variable) : elle intervient, vue du sol, à quelques centaines de mètres d’altitude (d’où elle rayonne vers le sol), et, vue de l’espace, en haut des nuages où la concentration baisse brusquement, et d’où elle rayonne vers l’espace.
Dans un prochain chapitre :
Nous montrerons, sur la base d’observations et de simulations, le rayonnement de l’atmosphère, d’une part vers le sol (DLR : Downwelling Longwave Radiation), et d’autre part vers l’espave (OLR : Outside Longwave Radiation)
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(1) Une serre agricole fonctionne par blocage de la convection et de l’évaporation, et non pas par rayonnement du verre : en effet, le verre ne rayonne pas plus que les GES ne le font depuis quelques dizaines de mètres d’altitude.
18 réponses
Peut-on parler d’albedo gazeux ? qui s’ajoute à l’albedo lié au sols et roches …. d’autant que la densité du CO2 est plus élevée que celle de l’air et émis dans les basses couches, alors l’effet à haute altitude reste à préciser…
L’essentiel de l’albédo provient des nuages.
A ma connaissance, les gaz de l’atmosphère ne réfléchissent pas le rayonnement : ils n’interviennent donc pas dans l’albédo.
Très bon article …
Une petite remarque: les gaz de l’atmosphère réfléchissent bien vers l’espace. Les photons peuvent être diffusés dans toutes les directions, y compris vers l’espace, surtout pour les courtes longueurs d’onde, donc préférentiellement le bleu. Depuis le sol, cette propriété nous permet de voir un ciel bleu, depuis l’espace, ou aussi depuis un avion à haute altitude, on voit une « planète bleue » (Lien: https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/bilan-radiatif-terre2.xml).
Tout cela est parfaitement clair mais à ma connaissance peu de critiques des climatorealistes portent sur les arguments 1, 2 et 4.
En ce qui concerne le point 3 on peut se demander si
– passer de 300 à 400 ppm de CO2 augmente réellement la température moyenne terrestre de 1°
– retirer les 400 ppm de CO2 ferait il chuter cette température à -18 ° C comme on l’entend dire, même par des gens présumés compétents ?
C’est surtout là qu’est le problème : pas d’expérience ni d’observations montrant que la variation du taux de CO2 induit une variation de T…
Un effet minimal de CO2 sur la température de l’atmosphère est parfaitement établi. C’est son effet maximal qui est mal maîtrisé
Cela fera l’objet de prochains chapitres.
Il faut bien admettre les certitudes scientifiques parfaitement établies et les distinguer de ce qui est encore incertain ; Il est déplorable que de nombreux individus continuent à nier des réalités, ou abusent à l’inverse de croyances idéologiques (en général car ces individus ne comprennent pas grand chose à la science ou pas suffisamment)
Merci mille fois. Ces notions m’ont été inculquées à la hussarde : on se plante face à un des quelques contradicteurs avisés et bing : la meute vient parachever le travail à coup de terreplatiste… la théorie de Dufresne et la saturation sont également 2 sujets sensibles qui mériteraient éclaircissements. Habituellement, je concède que les propriétés du CO2 sont validées. Les rares réchauffistes avisés maîtrisent ce pan précis du raisonnement mais cela ne signifie pas que la cascade d’âneries et de prévisions qui y fait suite est exacte. Et souvent, je me réjouis du réchauffement comme du verdissement : voilà un progrès que l’on attendait depuis l’âge des cavernes ! L’effet radiatif de cette évidence est indéniable : l’illuminé de base vire au rouge…
Je reviendrai sur la saturation dans un prochain chapitre.
Concernant lé théorie de Dufresne, je vous renvoie à cet article : https://climatetverite.net/2021/09/13/le-retro-rayonnement-une-heresie-physique/
Assiste on a une rétroaction par les nuages ? L’OLR ne donne pas satisfaction à la NASA ! https://egusphere.copernicus.org/preprints/2025/egusphere-2025-418/
Bonjour Murps,
Pour moi les fameux -18°C que tout le monde répète ne correspondent à rien! ou plutôt cela correspond à un émission radiative de 240W/m-2 qui,en appliquant la formule de Stefan Boltzmann, proviendrait d’un corps noir idéal à une température de -18°C.
Si l’atmosphère ne contenait aucun gaz à effet de serre (H2O, CO2 …), il n’y aurait pas de nuages, l’albédo du système terre-atmosphère serait bien inférieur à 30% (les nuages étant les principaux responsables de l’albédo de 30%) mais plutôt de l’ordre de 4-5%. Ce ne sont donc pas 240Wm-2 que recevrait la surface terrestre mais plutôt de l’ordre de 320-325Wm-2 ce qui conduirait donc à une température de corps noir idéal comprise entre 1et 2°C déjà très différente de -18°C.
SI on enlevait tout le CO2, je ne saurais vous dire à quelle température, nous serions rendu et je ne suis pas sûr que quelqu’un soit capable de vous le dire; sans prendre de risque je pourrais dire sans trop de risques vraisemblablement entre 16°C et 1-2°C probablement beaucoup plus proche de 16°C.
Bref on en c’est rien!
Si on, enlevait l’atmosphère et les océans, et que la Terre tournait plus lentement, notre terre serait équivalente à la Lune, et la température moyenne (pour autant que cela ait un sens), serait de l’ordre de -85°C (voir La Physique du Climat § 5.3).
Les océans (liquides) et la vitesse de rotation donnent à la Terre une énorme inertie calorifique, qui stabilise la température, et la température moyenne serait alors (mathématiquement) plus élevée, mais quand même très basse.
Après, on peut faire tout un tas d’hypothèses intermédiaires.
Jacques-Marie, tout cela est bel et bon, mais ça ne répond pas à la question : quelle est la cause du réchauffement que nous observons ?
Certains évoquent la déforestation, mais les satellites montrent que la Terre se verdit grâce à l’augmentation régulière du CO2 atmosphérique.
D’autres évoquent l’albédo, tel un certain prix Nobel qui affirme qu’une simple baisse de 5 % de l’albédo suffirait à expliquer le réchauffement.
Le rayonnement de l’atmosphère est certes intéressant à connaître pour le pauvre péquin planté au sol, mais il ne dit rien quant à une évolution globale de 50 ans.
Je suis en admiration devant toutes ces analyses sur la circulation des IR dans l’atmosphère, même si c’est parfois discutable (CO2 est « saturé » par H2O dans la basse atmosphère et un doublement du CO2 n’entraînerait qu’une augmentation non mesurable de la température…), mais ces longues réflexions ne disent pas quel est le facteur naturel ou la combinaison de facteurs qui régissent le réchauffement.
Je n’en sais guère plus que vous.
Ma question de fond personnelle n’est pas de savoir ce qui réchauffe la Terre, mais plutôt de prouver que ce ne peut pas être le CO2 (significativement), et que donc, il faut arrêter de dépenser des fortunes pour se battre contre lui (surtout en France, qui ne représente que 0,7% de ses rejets).
Trouver et prouver un autre facteur que le CO2 est au delà de mes petits moyens, qui n’ont rien de comparable à ceux du GIEC.
Jacques-Marie, « Trouver et prouver un autre facteur que le CO2 est au delà de mes petits moyens, qui n’ont rien de comparables à ceux du GIEC »
Vous avez tort de dire cela, vous avez au contraire toute la compétence nécessaire, la grande tenue de votre site en témoigne. Je suis d’accord avec l’urgence qui nous est commune : empêcher la France de s’engager dans une politique pro énergies intermittentes totalement stupide pour de multiples raisons déjà largement développées sur ce site.
Maintenant, il reste à gagner la bataille de l’opinion. Rester dans l’entre soi à discuter du CO2 ne mène nulle part vis-à-vis du grand public, sauf à se faire plaisir intellectuellement. Je respecte mes collègues scientifiques et physiciens mais la barre est dans le domaine médiatique et politique, que malheureusement je maîtrise moins bien. J’en appelle donc à toutes les bonnes volontés. Démontrer que le GIEC a tort, c’est bien, proposer une explication alternative au réchauffement c’est mieux.
Et il y a d’autres voies.
https://www.scienceunderattack.com/blog/2024/5/27/shrinking-cloud-cover-cause-or-effect-of-global-warming-156
Bonjour Murps, (quelques corrections pour un commentaires parti trop vite!)
Pour moi les fameux -18°C que tout le monde répète ne correspondent à rien! ou plutôt cela correspond à un émission radiative de 240W/m-2 qui, en appliquant la formule de Stefan Boltzmann, proviendrait d’un corps noir idéal (la surface terrestre qui ne l’est pas) à une température de -18°C.
Si l’atmosphère ne contenait aucun gaz à effet de serre (H2O, CO2 …), il n’y aurait pas d’eau et donc pas de nuages, l’albédo du système terre-atmosphère serait bien inférieur à 30% (les nuages étant les principaux responsables de l’albédo de 30%) mais plutôt de l’ordre de 4-5%. Ce ne sont donc pas 240Wm-2 que recevrait la surface terrestre mais plutôt de l’ordre de 320-325Wm-2, ce qui conduirait donc à une température de corps noir idéal comprise entre 1 à 2°C déjà très différente de -18°C.
Si on enlevait tout le CO2, je ne saurais vous dire à quelle température, nous serions rendus, et je ne suis pas sûr que quelqu’un soit capable de vous le dire; je pourrais avancer sans trop de risques vraisemblablement entre 16°C et 1-2°C, probablement beaucoup plus proche de 16°C.
Mais il y aurait tellement de facteurs nouveaux à prendre en compte que :
Bref on en sait rien!
Il me semble que l’épaisseur optique Eo est égale au Log népérien de I(L)/I(0) (avec un signe négatif), I(L) intensité lumineuse après un parcours de longueur L sur l(0) intensité lumineuse initiale reçue (pour une longueur d’onde donnée).
Le rapport I(L)/I(0) est donc égal à exp(-Eo) et une épaisseur optique de 1, correspond à un rapport I(L)/I(0) de 0,368 environ et donc à une atténuation de 63%.
L’article parle d’une opacité de 80% pour une épaisseur optique de1.
Comme je ne connais pas la définition de l’opacité, je ne sais pas si on parle de la même chose !
Cordialement
Serge Valette
Voir La Physique du Climat § 3.6 :
Pour un rayonnement diffus (partant dans toutes les directions comme c’est le cas dans les gaz), le rapport vaut : 2 E3(t), où E3(t) est une fonction spéciale dite exponentielle-intégrale d’indice trois. 2 E3(t) est approchée par :
M/M0 = e-t / ( 1 + 0,65 t)
L’absorption 1-2 E3(t) vaut 50%, 80%, 94% et 98,2%, respectivement pour t= 0,42, 1,07, 2 et 3. (ou, plus simplement, une épaisseur optique de 1,07 absorbe 80% du rayonnement, une épaisseur de 2 absorbe 94%).