Nous avons vu, dans le précédent article, qu’on peut assimiler l’atmosphère à un corps opaque (sauf dans la Fenêtre), qui rayonne :
- vers le bas depuis quelques dizaines de mètres d’altitude,
- vers l’espace depuis le haut des nuages, et le haut du CO2 (dans la stratosphère).
Nous allons, dans cet article, nous focaliser sur le rayonnement de l’atmosphère vers le sol.
A partir du graphe en tête d’article, qui fournit les épaisseurs optiques des différents gaz opaques de l’atmosphère en fonction de la fréquence de rayonnement, on peut déduire le graphe suivant qui matérialise l’altitude de la surface de rayonnement de l’atmosphère vers le sol (épaisseur optique vue du sol = 1) (vapeur d’eau en bleu, CO2 en orange) :
(ordonnées en mètres, abscisses en THz (20 THz = 667 cm-1))
On y voit que, sauf dans la Fenêtre (24 à 35 THz ou 800 à 1200 cm-1), la vapeur d’eau rayonne depuis quelques mètres d’altitude, voire quelques dizaines ou centaines (à une température très proche de celle du sol).
Observation par les AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer)
L’appareil qui permet de tracer le spectre d’un rayonnement IR reçu s’appelle un AERI :
« L’Interféromètre à rayonnement émis par voie atmosphérique (AERI) est un instrument au sol qui mesure le rayonnement infrarouge descendant (énergie rayonnante) de l’atmosphère terrestre. Les observations ont un large contenu spectral et une résolution spectrale suffisante pour discriminer les émetteurs gazeux (par exemple, dioxyde de carbone, vapeur d’eau) et la matière en suspension (par exemple, aérosols, gouttelettes d’eau, cristaux de glace). Ces observations de surface de télédétection peuvent être utilisées pour obtenir des profils verticaux de température troposphérique et de vapeur d’eau, ainsi que des mesures de gaz traces (par exemple, ozone, monoxyde de carbone, méthane) et de signatures spectrales infrarouges descendantes de nuages et d’aérosols. »
Vue frontale de l’instrument AERI, avec boîtier de protection enlevé; en cours d’essai à UW SSEC.
Les sites dotés d’un AERI sont très nombreux dans le monde.
Lorsqu’on pointe un AERI vers le haut, on obtient des graphes de ce type, qui représentent les spectres du rayonnement atmosphérique reçu par le sol dans différentes conditions :
(L’ordonnée, exprimée par stéradian, doit être multipliée par pi (3,14) pour obtenir le flux hémisphérique effectivement reçu par le sol) ; l’abscisse est graduée en cm-1, comme le graphe des épaisseurs optiques en tête d’article, par rapport auquel il faut le positionner.
Chacun de ces graphes est enveloppé en son haut par la courbe (en trait gris fin) de spectre de corps noir du sol d’où est faite la mesure.
- En air quasiment sec (et froid) (graphe bleu), on voit que le CO2 (bande centrée sur 667 cm-1) rayonne puissamment, à la même température que le sol (donc tout proche du sol), et que rayonnement reçu au sol par la Fenêtre (800 à 1200 cm-1) est quasiment nul, à part de rayonnement de l’ozone stratosphérique (à 1050 cm-1), reçu au sol par cette Fenêtre transparente.
- En air humide mais sans nuages (graphe vert), on voit toujours le rayonnement puissant du CO2, ainsi que celui de la vapeur d’eau (en dessous de 600 cm-1 et au-dessus de 1250 cm-1), quasiment à la même température que le sol. Dans la Fenêtre (entre 800 et 1200 cm-1), on constate un rayonnement beaucoup plus faible (la transparence de la Fenêtre n’étant pas totale), et toujours le rayonnement de l’ozone stratosphérique, visible par transparence.
- En atmosphère très nuageuse (graphe rouge), les nuages bas occultent complètement la Fenêtre atmosphérique, et on ne voit plus l’ozone stratosphérique : c’est dans cette situation que le rayonnement de l’atmosphère vers le sol est le plus puissant (et le plus proche d’un rayonnement de corps noir à la température du sol).
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Mais cet appareil, l’AERI, présente l’inconvénient de ne pas recouvrir l’ensemble du spectre IR terrestre : il est en effet borné en bas à 400 cm-1, ce qui occulte une partie importante du spectre IR terrestre (0 à 400 cm-1).
Simulation par MODTRAN
Heureusement, ces spectres sont parfaitement simulables grâce au simulateur MODTRAN qui s’appuie sur les données HITRAN des gaz, et donne des spectres complets (0 à 2200 cm-1), dont la partie commune se superpose parfaitement avec les spectres AERI.
Le simulateur MODTRAN est un superbe outil dont l’utilisation est à la portée de n’importe qui. Il fonctionne aussi bien pour le rayonnement atmosphérique émis vers le sol que pour le rayonnement émis vers l’espace (qu’on verra dans le prochain article). Il permet de paramétrer de nombreuses configuration et compositions de l’atmosphère, et fournit beaucoup d’informations.
Voici un exemple de simulation du rayonnement de l’atmosphère vers le sol, dans des conditions quasiment conformes à celles de la courbe verte AERI ci-avant :
Un des intérêts du simulateur MODTRAN, c’est qu’il positionne le spectre reçu par le sol, par rapport à des courbes de spectres de corps noirs à différentes températures : il est ainsi facile de situer la température, et donc l’altitude d’émission (via le Gradiant Thermique : -6,5°C/km) du rayonnement reçu au sol en fonction de la fréquence de rayonnement, et donc du spectre de chacun des gaz.
Ainsi :
- Entre 0 et 500 cm-1, la vapeur d’eau émet à une température de plus de 290K (17°C / été à la latitude de la France), et donc depuis une altitude toute proche du sol ;
- Entre 500 et 800 cm-1, c’est le CO2 qui émet à une température de plus de 290K, et donc également depuis une altitude toute proche du sol ;
- Entre 800 et 1200 cm-1, on tombe dans la Fenêtre atmosphérique, qui rayonne très peu (c’est ce qu’on appelle le continuum de la vapeur d’eau, quasiment transparent ;
- Au milieu de cette Fenêtre, vers 1050 cm-1, on voit le rayonnement de l’ozone stratosphérique, aux alentours de 250 K (-20°C), et donc depuis le haut de la stratosphère ;
- Puis au-delà de 1200 cm-1, on retrouve l’émission de la vapeur d’eau, à une température proche de celle du sol, et donc depuis une altitude toute proche du sol.
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MODTRAN fournit également la valeur du rayonnement total reçu (surface comprise sous le spectre) : en l’occurrence 326,56 W/m2 sur ce spectre. Cette valeur augmente énormément en situation nuageuse, où tout le spectre suit de très près le spectre de corps noir à la température du sol (la Fenêtre atmosphérique est alors totalement occultée par les nuages bas).
Observation par les pyrgéomètres
Les Pyrgéomètres sont des instruments qui permettent de mesurer le rayonnement IR émis par l’atmosphère vers le sol :
« Le pyrgéomètre MS-21 représente le haut de gamme des radiomètres infrarouges les plus précis et les plus robustes pour les applications de recherche scientifique. Le capteur analogique peut mesurer le rayonnement descendant à ondes longues et le rayonnement net à ondes longues dans une large bande spectrale. »
Le SIRTA, une émanation de l’école Polytehcnique et de l’IPSL située à Saclay, dispose de plusieurs Pyrgéomètres, et son site internet en fournit les relevés en temps réel.
En voici un exemple le 19/2/26 à 18h (ordonnée graduée en W/m2) :
On notera que le flux varie très peu entre le jour et la nuit, … comme la température du sol et donc aussi la basse atmosphère ; par contre, il est très sensible à l’ennuagement.
Il est généralement admis (en accord avec ces mesures et simulations) que le rayonnement IR moyen de l’atmosphère vers le sol est de l’ordre de 340 W/m2, à rapprocher d’un rayonnement du sol de l’ordre de 390 W/m2).
Il en résulte que l’énergie radiative émise (renvoyée) par le sol est de l’ordre de 390 – 340 = 50 W/m2, alors qu’il en reçoit 160 du Soleil (sa seule source d’énergie) : c’est ce déséquilibre radiatif important qui réchauffe le sol.
Il en résulte également que c’est le sol qui réchauffe l’atmosphère par le bas (et non le contraire), ce qui entraîne la convection.
77 réponses
Ceux qui n’ont pas les moyens de s’offrir un pyrgéomètre, peuvent toujours investir 6,79 € – hors transport – mais transport gratuit si vous en achetez 2 (je ne perçois pas de commission !) dans un thermomètre IR (https://fr.aliexpress.com/item/1005009023861887.html). Bien entendu, les températures indiquées n’ont aucune valeur (elles résultent en gros d’une moyenne de 0°C pour la fenêtre atmosphérique et près de l’ambiance pour le reste, à la puissance 0,25). Par ciel clair, on mesure 25 à 30°C sous l’ambiance, et en cas de nuages à peine quelques degrés au-dessous de l’ambiance.
Mieux vaut se corriger tard que jamais … c’est « 0°K pour la fenêtre atmosphérique » qu’il fallait lire au lieu de « 0°C … » !
Bonjour Mr Morane,
Je vous remercie pour vos articles récent concernant le rayonnement de l’atmosphère qui à mon sens est un des points clé pour expliquer la physique du système complexe terre-atmosphère.
J’ai récemment beaucoup utilisé Modtran (merci pour le lien envoyé) et je confirme que les résultats donnés par le simulateur permet une comparaison cohérente avec les résultats expérimentaux fournis par AERI (en tout cas au niveau des ordres de grandeur des intensités infrarouges descendantes reçues par la surface terrestre).
J’ai par contre un petit souci de compréhension avec votre phrase suivante:
‘Il en résulte que l’énergie radiative émise (renvoyée) par le sol est de l’ordre de 390 – 340 = 50 W/m2, alors qu’il en reçoit 160 du Soleil (sa seule source d’énergie) : c’est ce déséquilibre radiatif important qui réchauffe le sol’.
Pour moi, l’énergie renvoyée par la surface terrestre est bien en moyenne de l’ordre de 390Wm-2, ce qui correspond à la valeur donnée par la formule de Stefan avec un température de surface moyenne de l’ordre de 16°C et en prenant une émissivité moyenne de l’ordre de 0,97. Je ne vois pas quelle est la justification de la différence que vous faites entre cette valeur émise vers le haut et la valeur moyenne de l’intensité infrarouge descendante moyenne de 340Wm-2, et donc de ces 50Wm-2.
Pour moi il y a bien de l’ordre de 390Wm-2 envoyée par la surface de la terre (en supposant l’application possible de Stefan qui est loin d’être évidente dans ce cas de figure où la formule de Planck n’est pas strictement applicable mais bon, c’est un autre problème!) mais il n’y a aucune raison de soustraire les flux descendants 340Wm-2 aux 390Wm-2 montants!
Par contre, je pense que l’on peut additionner les 340Wm-2 infrarouges aux 160Wm-2 courtes longueurs d’ondes reçues (soit en moyenne 500Wm-2)
pour expliquer les 390Wm-2 radiatifs réémis par la surface plus l’énergie dépensée de manière non radiative (évaporation, chaleur sensible…).
C’est la seule manière de comprendre le niveau élevé d’émission radiative émis par la surface terrestre.
Par contre le fait même que toute l’énergie émise par la surface terrestre ne l’est pas de manière radiative montre (390 ne font pas 500) que l’utilisation même de Planck et donc de Stefan-Boltzmann doit être considérée avec beaucoup de prudence.
Si la Terre reçoit du soleil, seule source de chaleur si on néglige les volcans, une moyenne de 340W/m² au sommet de l’atmosphère et directement 160W/m² au sol, comment ce dernier peut-il renvoyer 390W/m² ?
Je ne prétend pas parler chiffres, mais on peut penser que la Terre retient plus qu’elle ne réémet, sinon comment expliquer qu’elle se réchauffe depuis 60 ans ?
Quelque chose cloche si on ne raisonne qu’en termes d’atmosphère et si on néglige les océans par exemple. Ce faisant on fait le jeu du GIEC, alors que la vérité est ailleurs.
C’est le déséquilibre radiatif reçu – renvoyé (soit 160 – 50) qui réchauffe le sol et fait qu’il peut atteindre 16°C.
Sur la Lune où il n’y a pas ce déséquilibre, la température est beaucoup plus basse.
La science qui permet d’aborder cette question est la thermodynamique et elle traite de flux de chaleur. Ni ces 390 ni ces 340 ne sont des flux de chaleur. Ils ne sont donc pas non plus des flux d’énergie mais de l’irradiance qui n’est pas un flux.
Le seul transfert d’énergie radiative qui ait un sens ici est de 50 W/m2 et il est obtenu par calcul de la différence d’irradiance.
J’ajoute à propos de cette phrase :
« je pense que l’on peut additionner les 340Wm-2 infrarouges aux 160Wm-2 courtes longueurs d’ondes reçues (soit en moyenne 500Wm-2) »
Eh bien non, pas du tout! Si on doit faire une soustraction d’irradiance pour obtenir un flux de chaleur, on ne peut pas additionner l’irradiance solaire à l’irradiance de l’atmosphère, on ne peut qu’additionner des flux de chaleur. La surface est chauffée par 160 W/m2 de solaire et par rien d’autre. L’irradiance de l’atmosphère ne fait que diminuer le refroidissement radiatif de la surface. Ces nuances sont tout à fait capitales dans la compréhension du système climatique. L’ignorer, c’est singer les climatologues, qui, en s’affranchissant des lois liées à l’entropie font croire qu’il savent calculer l’effet de serre.
100% d’accord !
J’avoue que je ne vous suis pas. La terre reçoit bien de l’énergie en moyenne sous forme radiative respectivement de 160Wm-2 (en courtes longueurs d’ondes principalement) et 340Wm-2 (en infrarouges) : ce ne sont en aucun cas des flux de chaleur.
Un rayonnement ne peut se transformer éventuellement en chaleur qu’en rencontrant un milieu qui l’absorbe.
Si la surface n’était chauffée que par l’absorption des 160Wm-2 solaire, elle ne pourrait se trouver porter à la température moyenne de 16°C et générer de l’ordre de 390Wm-2 de rayonnement infrarouge.
Je ne vois pas ce que signifie physiquement une soustraction de flux radiatifs en plus de direction opposée! désolé!
Par contre, si je suis d’accord sur le fait que la thermodynamique est une façon élégante et globale d’apporter des réponses, elle n’est qu’une façon particulière d’aborder un problème physique complexe; la solution réelle à ce problème physique ne peut être différente suivant la manière dont on l’aborde.
La nature ne fait pas de la thermodynamique, de l’optique ou du transfert thermique, elle fait, point ! ce n’est que notre incapacité à avoir une compréhension globale de ce qui nous entoure qui nous oblige à cloisonner notre approche.
100% pas d’accord!
Tous les corps rayonnent
Si je mets 2 corps A et B face à face, le transfert radiatif (énergie transmise par voie radiative) entre A et B est égal à la différence entre le rayonnement de A vers B et celui de B vers A.
Si A est le sol, et B l’atmosphère, le transfert radiatif entre le sol et l’atmosphère est la différence entre 390 et 340.
On ne peut, bien entendu pas additionner les 340 et 160 : ils se situent dans deux processes différents :
Les 160 et les 50 sont de l’énergie ; les 390 et 340 ne sont que le reflet de températures : ce sont en quelque sorte des thermomètres. Et des thermomètres n’ont aucune action sur la température.
La vraie question, c’est pourquoi le sol est à 16°C alors qu’il ne reçoit que 160 W/m2
Et la réponse à cette question, c’est parce qu’il ne peut en renvoyer que 50, … donc 110 W/m2 que le sol n’évacue pas (jusqu’à ce que la température soit suffisamment haute pour qu’ils soient eux-mêmes compensés par l’évaporation et la convection).
C’est exactement la raison de mon commentaire.
Les 390Wm-2 moyens émis sous forme radiative par la surface de la terre ne deviennent cohérents que si on considère que la terre reçoit effectivement beaucoup plus (au moins environ 160Wm-2 via l’ensoleillement moyen et environ 340wm-2 via les infrarouges descendants soit de l’ordre de 500Wm-2 au total).
On peut discuter avec raison sur la manière de raisonner à partir des moyennes mais la terre ne peut dissiper plus d’énergie qu’elle en reçoit.
A défaut d’être parfaitement rigoureux du point de vue strictement qualitatif, il semble logique et cohérent et, au moins à la louche, coller avec les données expérimentales.
phi vous apporte la réponse un peu plus haut
Désolé, mais je ne suis pas d’accord avec ce raisonnement.
En terme d’énergie, le sol reçoit 160 W/m2 du Soleil (c’est sa seule source d’énergie)
Il les renvoie :
– 50 W/m2 radiativement, dont la moitié directement au cosmos
– 80 W/m2 sous forme de chaleur sensible d’évaporation
– 30 W/m2 par conduction/convection
Boltzmann n’intervient pas.
En terme de rayonnement :
– le sol rayonne 390 W/m2 vers le haut
– il reçoit 340 W/m2 de l’atmosphère
– il ne perd donc que 50 W/m2 d’énergie radiativement (les mêmes 50 que ci-avant)
Il me semble que vous faites exactement le même calcul que moi mais avec une présentation légèrement différente.
– énergie reçue à la surface : 160 ( solaire) + 340 (IR renvoyés par l’atmosphère) = 500Wm-2
– énergie dissipée : 390 (par rayonnement) + 80 (chaleur sensible et évaporation) + 30 (convection/ convection) = 500Wm-2
Pas exactement.
Il est clair que si vous additionnez deux bilans équilibrés, le résultat sera équilibré, même s’ils n’ont rien à voir l’un avec l’autre.
Le seul bilan qui compte, c’est le bilan énergétique.
L’autre n’en est que le résultat.
Pardon de me répéter.
C’est dans les océans et dans une faible mesure dans les sols que la Terre s’est réchauffée depuis 60 ans (93 % par les océans, 3 % les sols, 1 % l’atmosphère). L’atmosphère ne réchauffe quasiment pas les océans et très peu les sols. La cause du réchauffement n’est semble-t-il pas à rechercher dans la physique de l’atmosphère, quelle que soit le sérieux des interminables discussions qu’elle suscite. Il faudrait que l’atmosphère puisse emmagasiner de la chaleur et la restituer aux océans, à l’inverse de tout ce qu’on a pu lire. La capacité thermique des océans est 1000 fois celle de l’atmosphère. L’atmosphère n’est pas une source de chaleur suffisante. Les IR des GES ne pénètrent pas la surface de l’eau des océans.
100% d’accord : ce n’est pas l’atmosphère (statistiquement plus froide) qui réchauffe le sol (statistiquement plus chaud).
C’est le contraire : c’est le sol qui réchauffe l’atmosphère.
La preuve, c’est que le sol rayonne 390 W/m2 vers le haut, alors que l’atmosphère ne rayonne que 340 W/m2 vers le sol.
Bien, une fois qu’on a dit ça, on ne sait toujours pas quelle est la cause du réchauffement, lent et régulier, que nous observons depuis 60 ans. Si on veut contrer la religion giecienne il faut proposer une autre cause sérieuse que la cause entropique officielle. Il faut tourner le dos au culte du CO2 et même abandonner l’idée que « l’effet de serre »» ait un quelconque rôle dans le réchauffement. La vérité est à rechercher ailleurs dans les causes naturelles. Après plusieurs approches différentes (on a le droit de changer d’avis) j’en suis arrivé à l’albédo global de la Terre qui a diminué dans la période récente de 5 cycles à cause du vent solaire plus élevé (le vent solaire diminue la formation nuageuse), qui a entraîné une accumulation progressive de chaleur solaire par la Terre, aggravé au moins localement par d’autres facteurs plus anthropiques tels la déforestation et le bétonnage. Des esprits illustres tel John Clauser, prix Nobel de physique, ont déjà appuyé cette hypothèse.
Illustration:
https://www.climate4you.com/images/SunspotsMonthlySIDC%20and%20HadSST3%20GlobalSeaSurfaceMonthlyTemp%20and%20300mbSpecificHumidity%20Since1960.gif
Nous ne manquons pas d’hypothèses, mais nous n’avons pas non plus les moyens du GIEC pour les creuser.
Il faudrait déjà que le GIEC nous explique à quoi il attribue des Optima climatiques Médiéval, Romain, et Minoen qu’on ne peut pas attribuer au CO2. … ni nier.
La baisse de l’albédo terrestre due, semble-t-il, principalement à la diminution globale de la couverture nuageuse permet à la surface terrestre de gagner entre 2 et 3Wm-2 du fait de l’augmentation de l’irradiation solaire qui parvient jusqu’au sol depuis environ la fin des années 1990 (voire avant mais il semble manquer de données fiables!)
Comme Zagros le fait remarquer, les infrarouges ne pénètrent pas dans l’eau; par contre les courtes longueurs d’ondes (bleues et UV) peuvent pénétrer assez profondément, et cette augmentation d’irradiation solaire pourrait donc aussi expliquer le réchauffement des eaux océaniques en profondeur constaté par la NASA (je suis à la recherche de la publication originale sur le sujet!)
La question est donc: le réchauffement climatique observé actuellement (dérèglement si vous préférez) ne peut-il être entièrement imputé à cette baisse d’albédo?
Mais alors, à quoi serait due la baisse de l’albédo ?
Plusieurs hypothèses liées entre autres à la diminution du nombre de germes nécessaires à la formation des nuages ont été émises.
La théorie de Svensmark rentre dans cette catégorie. Il semble donc que l’activité solaire et la force des vents solaire soient des paramètres importants dans cette fameuse baisse de l’albédo. D’autant plus qu’elle semble très marquée depuis 2020. Or l’observation d’aurores boréales à des latitudes très basses montre que nous sommes dans une période de forte activité solaire.
Ceci dit, ce n’est certainement pas la seule influence et une meilleure connaissance des phénomènes associés est certainement nécessaire.
Par ailleurs, je rappelle que si le GIEC oublie délibérément les périodes chaudes, il n’explique pas non plus les périodes froides comme le petit âge glaciaire. La seule véritable corrélation à caractère scientifique qui caractérise cette période est le nombre très faible de tâches solaires pendant une période anormalement longue. Cela démontre une activité solaire inhabituelle qui associée à la théorie de Svensmark donne un début d’explication à cette période particulièrement froide. Ce n’est peut-être pas la seule explication mais au moins ça en est une plutôt cohérente et c’est toujours mieux que rien.
Je rappelle aussi que la corrélation marquée entre l’activité solaire et la formation des nuages de Neptunes donne de l’eau au moulin de cette théorie même si tout n’est pas compris.
Pour faire plaisir à Zagros …
Un article de Andy May sur le réchauffement des océans (https://andymaypetrophysicist.com/2026/02/23/efficacy-of-downwelling-ir/). Même si pour lui (et pour nous) celui-ci ne peut s’expliquer que par une variation de l’ensoleillement, il semble que les preuves irréfutables manquent encore !
Le réchauffement des océans par le rayonnement solaire est la clé. On va finir par y arriver. La baisse de l’albédo devrait être le facteur naturel prépondérant, même si les puristes peuvent évoquer la baisse des aérosols, la déforestation, le bétonnage… comme facteurs entropiques additionnels. Au total, la solution est probablement plus complexe que la vision simpliste GEScentrée du GIEC.
Deux éléments dans cette discussion illustrent l’impasse dans laquelle s’enferment les contradicteurs du RCA.
Première impasse. La reprise de la pataphysique de l’atmosphère qui ignore l’entropie. Non, l’atmosphère n’émet pas un flux de 340 W/m2 de radiatif thermique en direction de la surface. Thermique fait référence à chaleur qui est une notion obéissant à des lois éprouvées. Dans ce monde agaçant régi par la thermodynamique, les flux doivent impérativement en respecter les principes. Bien sûr, la pataphysique offre un bilan comptable correct, malheureusement, on ne calcul pas l’effet de serre comme un caissier clôt son bilan annuel.
Seconde impasse. Croire que l’on va expliquer les indices de températures de surface en trouvant la ou les causes au réchauffement climatique récent. On ne capture pas un fantôme avec un filet à papillons.
Attention, l’objet de ces articles est simplement de tordre le cou à une théorie selon laquelle le GIEC aurait tort, puisqu’il n’y a pas de rayonnement de l’atmosphère vers le sol : c’est un argument foireux mis en avant par beaucoup de climato-sceptiques, et pas des moindres.
Si on veut combattre le GIEC, on ne peut pas le faire avec des arguments faux : il y a bien un rayonnement significatif de l’atmosphère vers le sol, et il faut faire avec.
Le bon argument se situe dans le fait que ce rayonnement ne peut pas réchauffer le sol, puisque c’est le sol qui le provoque indirectement en réchauffant l’atmosphère.
Vous avez raison; la négation de faits et d’observations expérimentales avérés n’est pas acceptable et s’apparente à ce que l’on reproche trop souvent au GIEC.
Le plus éclatant fait que chacun puisse obeserver est que le sens d’un flux chaleur spontanné va toujours du chaud vers le froid et non l’inverse. Chacun est donc bien forcé de reconnaître qu’il n’y a pas de flux spontanné d’énergie du froid vers le chaud qui soit observable. On peut bien sûr faire tous les modèles imaginables avec des flux divers du froid vers le chaud mais on ne pourra jamais les oberver ni les isoler ni les utiliser.
Bien sûr que l’irradiance de l’atmosphère a un effet sur les températures de surface, je ne le nie absolument pas.
Mais cette irradiance n’est pas un flux thermique. Si elle l’était, elle serait utilisable pour produire du travail!
Cette confusion entre irradiance et flux thermique découle de la notion de forçage radiatif issue elle-même de la non différenciation des déséquilibres radiatifs en fonction de leur origine.
Tant que les contradicteurs du GIEC resteront prisonniers de cette pataphysique, ils feront le jeu des climatologues parce qu’ils resteront incapable à démontrer que la sensibilité climatique puisse s’écarter notablement de 3 °C. Ces 3 °C découlent directement de son application pour un taux fixe d’humidité relative. Les autres effets sont marginaux.
Un rayonnement dirigé vers le sol qui ne réchauffe pas le sol, mérite une explication. Quelle est sa source de chaleur ?
La chaleur va toujours du plus chaud au plus froid
Le sol est plus chaud que l’atmosphère ; donc l’atmosphère ne réchauffe pas le sol
Tous les corps rayonnent, même les plus froids
Bonjour phi,
Votre définition du rayonnement thermique me parait pour le moins folklorique.
Un corps porté à une température T émet un rayonnement thermique mais ce sont des photons comme les autres.
Le rayonnement du soleil est un rayonnement thermique qui se situe dans le domaine du visible et les photons émis suivent sans rechigner les lois de l’optique.
Les 340Wm-2 d’infrarouges descendants qui atteignent la surface terrestre sont bien un flux de photons qui n’a rien à voir avec un flux de chaleur. Que ces photons interagissent ensuite avec la matière rencontrée pour générer de la chaleur et que le phénomène soit délicat à modéliser dans des milieux gazeux complexes comme l’atmosphère est une autre histoire.
Quel que soit la méthode que vous employez, votre démarche sera bonne si elle vous permet de faire des prédictions qui pourront être vérifier de manière précise par l’expérience. Que ces prédictions puissent être obtenues par le biais de la thermodynamique seule ou par l’utilisation des lois de l’optique ou autres, peu importe.
Quelles sont les conclusions formelles auxquelles peuvent conduire votre dernier commentaire? parce c’est bien cela qui nous intéresse, le reste n’est que de la littérature et pour l’instant je n’ai rien vu de concret; aucune de vos interventions ventant les mérites de la thermodynamique (ce que j’approuve par ailleurs) ne ma permis d’y voir plus clair et de sortir de l’impasse dans laquelle s’enferme les contradicteurs du RCA.
Serge Valette,
Quand vous dites que l’atmosphère émet un flux de photons vers la surface, vous utilisez un modèle parmi d’autres. Et justement, on ne peut pas vérifier ce modèle au niveau macroscopique qui nous intéresse c’est à dire celui des échanges thermiques. Ce flux de photons ne peut pas être observé, il est calculé sur la base d’un modèle thermodynamique. La perte de chaleur d’un capteur est mesurée, et, tenant compte de sa température, on en déduit l’irradiance de l’atmosphère par calcul.
Vous ne pouvez pas additionner des irradiances parce que, si l’argent du comptable n’a pas d’odeur, l’irradiance, est, elle, associée à une température. L’effet d’une irradiance sur l’entropie dépend de cette température. Quand vous additionnez l’irradiance solaire à celle de l’atmosphère, vous additionnez des pommes et des poires. Sans surprise, vous obtenez des résultats complètement faux. Dans le cas particulier, cela revient à confondre chauffage et isolation. Le forçage radiatif, ou l’addition d’irradiances, est une invention des climatologue et une aberration thermodynamique.
L’irradiance est un flux de photons de différentes longueurs d’ondes et elle ne pose en général pas de problème pour être mesurée.
Je peux tout à fait additionner des irradiances car j’additionne tout simplement des photons d’énergie différente et non des pommes et des poires. Ces photons vont interagir avec la matière rencontrée et vont être réfléchis, transmis ou absorbés suivant les propriétés de cette matière.
Si je considère par exemple un système multicouches composé de matériaux d’indices de réfraction et d’épaisseurs différentes et si j’envoie un faisceau lumineux sur ce système, je sais parfaitement calculer les caractéristiques de transmission, de réflexion ou d’absorption via les équations de Maxwell, il n’y a rien d’extraordinaire à cela et les résultats expérimentaux sont parfaitement en accord avec la théorie.
J’avoue ne plus trop comprendre ce que vous chercher à prouver
L’effet de serre n’est pas un problème d’optique mais de transfert de chaleur.
La chaleur s’écoule spontanément d’un corps chaud à un corps froid et non l’inverse. Pourquoi ? Parce que l’entropie globale ne diminue jamais. C’est une propriété fondamentale de l’Univers.
Vous pouvez bien utiliser le modèle de photons descendant de l’atmosphère et absorbés à la surface, et après ? Vous allez réinventer le Bidulator, le dispositif capable de créer un travail grâce à tous ces photons gratuits qui tombent du ciel ? L’humanité avide d’énergie bon marché vous en sera infiniment redevable.
Si vous souhaitez sérieusement vous intéresser à la physique de l’atmosphère, vous devriez commencer par lire un traité de thermodynamique. Je ne pense pas que vous puissiez vous en sortir autrement.
L’effet de serre est à la base un phénomène d’optique (irradiation solaire au départ puis irradiation d’origine thermique émise par la terre et par l’atmosphère du fait de l’existence de gaz absorbants dans le spectre d’émission thermique de la terre; irradiations auxquelles viennent s’ajouter les réflexions optiques sur les nuages et sur tout obstacle créant un interface optique discontinu).
La création de chaleur qui se traduit par des élévations de température et les phénomènes de transfert thermique associés viennent ensuite.
Supprimez l’irradiation solaire et le problème du mal nommé ‘effet de serre’ n’existe plus!
Je vais vous donner un exemple :
Vous faites bouillir de l’eau dans une casserole avec un couvercle
Le couvercle va rayonner vers l’eau
Vous viendrait-il à l’esprit de rajouter ce rayonnement à la chaleur produite par le gaz qui chauffe votre eau ?
En termes d’énergie c’est bien ce que fait l’eau.
Elle ajoute l’énergie que le gaz lui fournit à l’énergie que la présence du couvercle évite de perdre en confinant la vapeur d’eau au-dessus du liquide.
Je ne pense pas que le rayonnement émis par le couvercle intervienne beaucoup ici mais s’il existait, il apporterait une énergie supplémentaire que je serais en droit d’ajouter à l’énergie apporter par le gaz: que cette énergie soit sous forme de rayonnement absorbé (donc énergie photonique convertit en chaleur) ou sous forme d’énergie thermique via les phénomènes de convection-conduction, elle permet de favoriser l’ébullition de l’eau.
Dans le cas qui nous occupe, les 50Wm-2 sont une simple différence mathématique que vous ne mesurerez pas. Ce que vous mesurez ce sont bien les 390Wm-2 montants et les 340Wm-2 descendants. Alors vous pouvez effectivement dire que la surface terrestre ne perd par rayonnement que 50Wm-2 mais vous ne mesurerez jamais cette différence directement.
Votre inversion est étrange. En réalité, il est parfaitement impossible d’oberver les 390 W/m2 et les 340 W/m2, on ne peut que mesurer les 50 W/m2 parce qu’ils sont un flux de chaleur. Les 390 et 340 en sont dérivés par calcul sur la base de la température du capteur.
Vraiment, je pense que profiteriez d’une bonne lecture dans le domaine de la thermodynamique.
Au cas où vous n’auriez pas compris, l’atmosphère est un isolant. Elle empêche la sortie des infrarouges, à l’exception de 50 W/m2 dans la fenêtre de transparence et de 10 W/m2 en dehors de cette fenêtre, en raison du léger refroidissement de l’air par rapport à la température du sol.
Comment le sol peut-il émettre 390 W/m2 alors qu’il n’en reçoit même pas la moitié ? L’atmosphère transmet chichement 160 W/m2 d’énergie solaire au niveau du sol sous forme de lumière bleue et d’ultraviolets absorbés par l’eau.
Les 100 W/m2 qui ne sont pas rayonnés par le sol sont émis dans l’atmosphère par l’évaporation et convection.
Nous sommes face au concept de l’isolant. Ce dernier élève la température à proximité de la source, mais ne modifie pas l’intensité du rayonnement vers l’extérieur.
C’est alors que vous comprenez les limites d’une simulation par le « tout radiatif », dont le flux instantané ne tient pas compte des effets accumulés par le temps, ceux-ci étant contenus dans la notion de température, un stock d’énergie exprimée en joules, et non en watts.
Pour qu’une source situéee dans le ciel émette une énergie de rayonnement de 300 W/m2 l vers le sol à 15 °C, elle doit avoir une température nettement supérieure, soit 85 °C. Quelle source pourrait fournir cette chaleur dans notre atmosphère ? Si la source dans le ciel est à une température plus faible, elle reçoit plus d’énergie qu’elle n’en émet…
Pour envoyer une énergie de 390 W/m2 du sol vers une atmosphère à 15 °C, il faut que la température du sol soit de 100 °C !
Même dans le vide, un sol à 15 °C ne rayonne que 217 W/m2 au maximum.
Nous sommes donc très loin des 390 W/m2 nécessaires.
La Terre n’est pas un corps noir : elle n’est pas immergée dans le vide. Elle est constituée d’une multiplicité de corps à la palette infrarouge affirmée, au contact d’une atmosphère à une température très proche d’eux.
Le rayonnement descendant de 300 W/m2 n’a jamais existé, à moins de considérer des modèles mathématiques qui ne tiennent pas compte de la réalité, et dont les auteurs s’efforcent de faire correspondre la réalité à leurs modèles.
Je ne comprends pas comment tu calcules :
L’émissivité du sol est supérieure à 0,95
Le sol à 15°C renvoie donc largement plus de 300 W/m2
Je ne vois pas d’où sortent tes 100°C et tes 217 W/m2
Le rayonnement descendant de 300 W/m2 existe : la preuve, c’est qu’on l’observe : c’est une réalité et non un modèle.
J’admets que MODTRAN est un modèle, mais je n’imagine pas qu’on puisse le mettre en cause, d’autant qu’il est cohérent avec les observations AERI entre autres.
Bonjour Mr Vieillefosse
Plusieurs points sont incompréhensibles pour moi dans votre commentaire !
‘Le rayonnement descendant de 300 W/m2 n’a jamais existé’ !
Je veux bien, mais alors que signifie les mesures AERI : sont-elles fausses voire entièrement truquées ? sont-elles le résultat d’une expérimentation biaisée ? mesurent-t-elle un autre rayonnement que celui descendant ? elles semblent par ailleurs relativement bien être en accord avec les résultats du simulateur Modtran.
Je n’arrive pas à connaître l’approche physique détaillée de Modtran et visiblement personne ici ne semble être mieux informé : c’est bien regrettable mais je ne peux que constater que les résultats obtenus semblent plutôt logiques et cohérents.
‘Pour envoyer une énergie de 390 W/m2 du sol vers une atmosphère à 15 °C, il faut que la température du sol soit de 100 °C ‘ !
Les 390Wm-2 ne sont que la puissance radiative émise par un corps noir idéal à 16°C. Certes l’application des lois de Planck et des formules de Stefan -Boltzmann qui en découlent est dans le cas de la terre parfaitement critiquable pour plusieurs raisons (ce n’est pas un corps noir idéal, les échanges d’énergie ne sont pas essentiellement radiatifs, l’émissivité n’est certainement pas constante…) mais il n’en reste pas moins que dire que la terre émet un spectre radiatif qui s’apparente sur de nombreux aspects à celui d’un corps noir parait assez cohérent avec les mesures expérimentales.
Pourquoi dites -vous qu’un sol à 15°C ne rayonnement que 217Wm-2 au maximum : cela résulte-t-il de mesures non contestables ? si cela est vrai par quelle théorie expliquez-vous ce résultat.
Il existe aujourd’hui suffisamment de points critiquables dans la science climatique, sans tomber dans des contestations difficiles à justifier ou contraire au simple bon sens. Ou alors il faut les justifier de manière rigoureuse et argumentée.
Vous commencez votre commentaire par la phrase ‘Comment le sol peut-il émettre 390 W/m2 alors qu’il n’en reçoit même pas la moitié’ et je suis bien d’accord avec vous. Dans les premiers schémas de bilan radiatif que j’ai pu voir, le rayonnement descendant n’existait pas et la question était tout à fait pertinente.
Ce rayonnement a été introduit récemment et permet au moins de répondre sur le plan de la logique à votre question : son existence ne me semble pas aujourd’hui faire de doute sinon on tombe rapidement sur un ensemble de contradictions et d’incohérences.
Par contre, le calcul de son intensité me parait extrêmement délicat et c’est pour cela que je souhaitais en connaitre plus sur le fonctionnement du simulateur Modtran et sur les hypothèses mises en place pour sa réalisation
Ce qui est incontestable :
1 – La surface terrestre émet env. 390 W/m2 parce que c’est un corps noir qui est à 15°C, d’émissivité ε = 0,96, et qui respecte bien évidemment les lois de Planck et de Stefan-Boltzmann.
2 – La DLR (Downwelling Longwave Radiation) ou Back Radiation, ou Irradiance Descendante est mesurée dans le monde entier par des dizaines de stations scientifiques y compris au SIRTA (X, Palaiseau). Ces mesures ont commencé depuis plus de 25 ans. La moyenne globale terrestre est de 344 W/m2, établie par les mesures entre 2001 et 2020.
( https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-022-06366-2 )
— De ces valeurs moyennes parfaitement établies on peut déduire d’autres propriétés de l’environnement terrestre et atmosphérique. A contrario : toute hypothèse niant ou mettant en doute ces deux faits quantifiés est fausse ou fantaisiste.
L’irradiance vers le sol est très variable, et dépend notamment des deux facteurs que sont le taux d’humidité dans l’air et la couverture nuageuse qui agit comme un corps noir. Ça peut aller du simple au double en fonction des conditions météo. Ça agit sur la température au sol et fluctue sur quelques heures, c’est de la météo. Citer des valeurs de flux n’a pas grand sens mais surtout ça n’a aucun rapport avec le climat qui évolue sur des décennies et des siècles.
« L’irradiance vers le sol est très variable, et dépend notamment des deux facteurs que sont le taux d’humidité dans l’air et la couverture nuageuse »
Je ne vois pas les choses de cette manière … pour moi, les GES sont très efficaces … ce qui en pratique veut dire que les échanges radiatifs sol / atmosphère sont très faibles. S’ils étaient égaux à zéro (ce n’est pas tout à fait vrai, mais pas loin) alors l’irradiance de l’atmosphère serait égale à l’irradiance du sol (très variable, notamment en fonction de la température de +50°C au soleil au Sahara à -70°C en hiver en Antarctique, soit un facteur > 6 en T^4) diminuée de la « perte » via la fenêtre atmosphérique. Quand la fenêtre est « fermée » (présence de nuages), alors les 2 irradiances sont égales, et donc les températures d’émission sont égales.
Dans la réalité, mon thermomètre IR « à 3 sous » tourné vers le ciel me donnera 2 à 5°C au-dessous de la température du sol en présence de nuages et de l’ordre de 25° au-dessous du sol en l’absence de nuages.
Votre manière de présenter les choses me plait assez et correspond à ce que je pense intuitivement, à savoir que la clé du problème est détenue par les nuages.
Mais l’intuition ne suffit pas en science, il faut la traduire en preuve formelle par des hypothèses crédibles et des calculs associés non discutables qui traduisent les hypothèses en termes mathématique et permettent de faire des prédictions vérifiables expérimentalement.
C’est la malheureusement où les choses se compliquent dans un domaine aussi complexe que la modélisation du climat.
Heureusement, il n’y a pas que l’intuition : il y a aussi des données physiques (HITRAN par exemple), les observations, le bon sens, quelques lois physiques bien solides, et quelques outils largement éprouvés comme MODTRAN.
On peut déjà aller assez loin avec ça, au moins pour disculper largement le CO2 (on le verra plus tard).
Avant de modéliser le climat il faut savoir quoi modéliser, et donc observer, mesurer et définir les facteurs naturels ou non qui paraissent prépondérants. Avec l’effet de serre on a commencé par modéliser car c’était facile. Erreur 404 ! Et on s’est bien gardé de confronter les résultats des modèles aux mesures réelles. Deuxième erreur 404 ! Il va falloir que les scientifiques remettent l’église au milieu du village. Sauf à vouloir se complaire dans un régressisme timoré et funeste.
Au risque de déranger les adeptes de l’effet de serre dans leur zone de confort, ces discussions infinies et stériles sur la physique de l’atmosphère discréditent le camp des anti-GIEC et surtout elles sont hors sujet quant à la recherche de la ou des vraies causes, naturelles et/ou entropiques, du réchauffement que nous observons depuis 60 ans. A quoi bon s’échiner à croire que l’atmosphère réchauffe le sol alors qu’elle ne fait que freiner son refroidissement. L’atmosphère, « l’effet de serre », les GES, et encore moins le CO2, n’ont aucun rôle dans le réchauffement. Il faut avoir le courage de se recadrer si l’on cherche vraiment à percer les arcanes du climat.
Une grande majorité croit que ce réchauffement est dû au CO2 ; vous ne ferez croire à personne qu’il y a une autre cause si vous n’êtes pas capable de prouver que c’est faux (ce qui est l’objet de cette série d’articles).
… d’autant plus que nous n’avons ni les moyens d’investigation, ni la réputation scientifique, du GIEC.
Et essayons déjà de ne pas être aussi malhonnêtes que lui en niant le rayonnement de l’atmosphère.
Ce n’est qu’une différence de stratégie, il est aussi possible de suivre toutes les pistes. Je crois qu’on y arrive bientôt à montrer que la théorie CO2 centrée est fausse, grâce aux articles de climat et vérité et d’autres études qui montrent qu’une augmentation du CO2 est sans conséquence mesurable sur la température. Mais parallèlement il n’est pas interdit de rechercher les vraies causes du réchauffement, probablement naturelles, voire entachées de contributions anthropiques. Des pistes existent, les nuages, l’albédo…déjà citées ici. A cet égard j’attends avec curiosité ce qui sera proposé par les USA. Pardon pour mon impatience à découvrir la solution.
les GES, et encore moins le CO2, n’ont aucun rôle dans le réchauffement
C’est vrai … mais il faut aussi expliquer pourquoi, puisque pour beaucoup c’est « la science » qui le dit !
En l’occurrence, les premiers ppm de CO2 ont une énorme influence … tout comme un rideau sur une vitre a une grosse influence sur la lumière reçue. Par contre, quand vous ajoutez un 421ème rideau aux 420 déjà installés … l’effet sera à peu près nul !
Et pour une démonstration plus scientifique: https://wvanwijngaarden.info.yorku.ca/files/2020/12/WThermal-Radiationf.pdf (voir figure 4 les différences entre 0 ppm, 400 ppm et 800 ppm de CO2)
Il faut arrêter d’employer à tort et à travers la loi de Stefan Boltzmann. Cette loi n’a jamais permis d’évaluer le rayonnement émis par le stock d’énergie d’un corps solide à une température T. Elle définit le rayonnement «maximum » que pourrait émettre ce corps sous cinq conditions :
• Le corps est immergé dans le vide.
• Il est à l’équilibre thermique.
• Il n’y a pas d’autres corps rayonnant en face de lui.
• La surface du corps émet dans la totalité du spectre infrarouge.
• Sa surface est rugueuse
Nous sommes très loin de remplir ces cinq conditions pour les corps qui sont à la surface du sol. Encore moins pour les corps gazeux. Il suffit qu’une des cinq conditions ne soit pas remplie, pour que le corps émette beaucoup moins de radiations. Sensiblement moins.
En présence d’air, le sol ne peut pas émettre beaucoup de rayonnement dans un canal aussi étroit que 10-12 µm. Il n’émet que 50 W/m2. Et certainement pas 390 W/m2. Il faudrait monter à plus de 100 °C pour obtenir cette valeur dans un spectre aussi étroit.
Les 390 W/m2, que mentionne MODTRAN pour un flux de rayonnement vers le haut, correspondent à une application de la loi de Stefan Boltzmann à un rayonnement dans le vide à 0K, à partir d’un corps à 15 °C. C’est-à-dire un objet situé sur la surface lunaire sans atmosphère au-dessus. Nous sommes très loin des conditions terrestres où un tel corps n’émet que 50 W/m2 (une émissivité entre 0,9 et 0,96, une émission face à l’atmosphère qui émet un contre rayonnement. Seule la partie 10-12μm transmet un flux, car le reste du spectre est bloqué par la vapeur d’eau…).
Les échanges entre l’atmosphère et le sol sont très rapides, ce qui explique que la température de l’atmosphère soit très peu différente de celle du sol. L’atmosphère organise un contre flux à hauteur du flux reçu. Nous observons 50 W/m2 de différence entre les deux, (40 W /m2s ont liés à l’atmosphère qui n’émet pas dans la fenêtre atmosphérique, 10 – 12 µm, et 10 W /m2 liés à la différence de température.)
On mesure facilement les 40 W/m2 au sommet de l’atmosphère par satellite.
Pour résumer la réalité de notre Terre, celle-ci absorbe 160 W/m2 de l’énergie solaire, émet 50 W/m2 du sol vers l’atmosphère principalement dans la fenêtre de transparence infrarouge et transmet la différence par l’évaporation et convection. Elle ne reçoit aucune énergie de l’atmosphère. Dès les premiers mètres, l’atmosphère thermalise les infrarouges.
MODTRAN invente le flux descendant infrarouge virtuel, les 340 W/m2, pour corriger sa préférence à calculer ses émissions de flux dans le vide à zéro K, sans contre flux du sol !
Nous sommes très loin des conditions terrestres où l’atmosphère émet vers un sol qui a une température supérieure à la sienne ; elle reçoit alors plus d’énergie qu’elle n’en émet.
Une interprétation erronée des modèles de MODTRAN explique la confusion de ce débat. MODTRAN calcule les flux de rayonnement en laboratoire pour des corps isolés émettant vers le vide à zéro K. La compréhension en devient très difficile pour les non spécialistes. MODTRAN remplace l’évaporation et la thermalisation des molécules d’eau par ce flux instantané virtuel de 340 W/m2, contre-flux à un rayonnement direct complètement surévalué, car émis dans le vide.
Cette simulation est non seulement loin de la réalité, mais vouée à l’échec, car elle ignore le temps de réaction de sept jours de l’évaporation et de 90 jours pour la thermalisation. La thermalisation permet d’expliquer le stock d’énergie de l’atmosphère et, par le fait même, sa température ; ce que l’instantanéité des flux ne permettra jamais. Il faut donc se tourner vers la thermodynamique pour comprendre le comportement de l’atmosphère. L’avantage est que nous savons facilement mesurer la température de l’air, de l’eau, l’évaporation au niveau du sol, l’émission infrarouge au sommet de l’atmosphère. Nous n’avons alors plus besoin de modèles compliqués, pour mesurer l’augmentation de la température due aux gaz triatomiques et pour prouver que celle due au CO2 est limitée à 0,3°C depuis 60 ans.
En conclusion, personne n’a jamais mesuré un flux net descendant significatif de rayonnement dans l’atmosphère terrestre, par ciel dégagé (sauf en Arctique). Le flux virtuel des modèles Modtran et SITRA n’est qu’un artefact mathématique, un facteur correctif à un choix de référentiel des flux immergés dans le zéro K. Il apporte plutôt de la confusion qu’une simulation utile.
Les gouttelettes des nuages, bien sûr, renvoient un rayonnement vers le sol à une température plus faible.
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Vous faites une confusion entre rayonnement et transfert radiatif : les deux ne sont égaux que lorsque le rayonnement va au cosmos ; sinon, un transfert d’énergie radiative est la différence entre le rayonnement de la source et celui de la cible : mes deux mains en vis-à-vis n’échangent aucune énergie, bien qu’elles rayonnent chacune 500 W/m2. Dire qu’un corps ne rayonnerait pas parce que sa cible est plus chaude que lui n’a pas de sens : comment ce corps qui rayonne pourrait-il connaître la température de sa cible et s’y adapter ?
Un corps qui rayonne se fiche de sa ou ses cibles ; il rayonne toujours en application de la Loi de Stefan Boltzmann. Et il n’existe aucune condition à l’utilisation de la Loi de SB pour les corps noirs : voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Stefan-Boltzmann
Pour les corps non noirs, l’émissivité tient compte de l’état de surface ; elle est supérieure à 95%, voire même 97%, pour la surface terrestre dans son spectre IR.
On n’utilise pas la Loi de SB pour les gaz parce que l’émissivité est trop dépendante de la fréquence (certains le font quand même, mais c’est une façon de noyer le poisson).
La surface du sol, qui rayonne 390 W/m2 (en application de la Loi de SB), ne peut pas renvoyer plus de 50 W/m2 d’énergie radiative vers le haut parce qu’elle reçoit un rayonnement de 340 W/m2 de l’atmosphère.
Tous les appareils de mesure utilisés, ainsi que MODTRAN fournissent des valeurs de rayonnement, mais aucunement des valeurs de transfert radiatif (sauf éventuellement vers le cosmos à 0K) : aucun appareil ne fournit de valeur de transfert radiatif : celui-ci ne peut que se calculer, par différence : c’est le cas des 50 W/m2.
Le rayonnement de l’atmosphère vers le sol est incontestable : les AERI et les Pyrgéomètres sont des instruments réputés fiables, ainsi que MODTRAN ; et les flux et spectres qu’ils fournissent sont conformes aux spectres IR de la vapeur d’eau et du CO2 (et donc de leur rayonnement).
En atmosphère sèche et froide, on obtient des résultats beaucoup plus faibles, mais le ciel est nuageux sur 70% de la surface terrestre, et l’atmosphère humide sur encore plus.
Jacques-Marie Moranne,
Je ne comprends pas votre affirmation : « …aucun appareil ne fournit de valeur de transfert radiatif : celui-ci ne peut que se calculer, par différence : c’est le cas des 50 W/m2. »
C’est exactement le contraire. Un transfert radiatif étant un flux de chaleur, il se mesure directement par perte ou gain d’énergie par un capteur. L’irradiance est par contre une grandeur virtuelle qui ne peut pas être mesurée parce les irradiances de la source et de la cible sont physiquement indissociables et ne peuvent donc qu’être calculées sur la base du flux de chaleur et de la tempérture d’un des corps concerné par l’échange.
Je voulais dire avec un appareil à mesurer le rayonnement.
Je ne saisis pas bien le sens de votre réponse. Pensez-vous qu’il existe des appareils qui mesurent directement l’irradiance?
Les cellules peuvent être refroidie mais pas jusqu’à 0K.
C’est bien le but des Pyrgéomètres par exemple (?)
Mesurer l’irradiance directement impliquerait un capteur refroidi à 0K ce qui est bien sûr impossible. Les pyrgéomètres mesurent un flux de chaleur et ajoutent au résultat l’irradiance du capteur. Un pyrgéométre non refroidi dirigé vers l’atmosphère mesure une perte d’énergie et pas un gain.
Les AERI sont, eux, refroidis à 77K ce qui donne une correction relativement faible de 2 W/m2. Ce n’est donc pas non plus une mesure directe.
Je n’ai malheureusement pas mieux à vous proposer.
Et ces appareils ont la réputation d’être fiables (dans leur plage de validité, et pour l’usage qui en est fait (et pour lequel ils sont étalonnés, je suppose)).
Ces appareils sont sans doute fiables. Ma question portait sur votre affirmation : « …aucun appareil ne fournit de valeur de transfert radiatif : celui-ci ne peut que se calculer, par différence : c’est le cas des 50 W/m2. »
Ces discussions sans fins portent sur la confusion entre irradiance et flux thermique; la notion de forçage radiatif ne représente rien d’autre que cette confusion. La théorie soutenue par le GIEC est donc basée sur une confusion.
L’irradiance est une propriété virtuelle liée à un corps et à sa température, elle n’a pas d’action physique qui puisse être détectée indépendamment de son effet sur les flux thermiques. Seuls les flux thermiques peuvent être mesurés par des instruments et de ces flux thermiques, on peut déduire par calcul l’irradiance d’un corps. Votre affirmation suggérait le contraire, d’où mon étonnement. Comme cela touche à la confusion cruciale qui permet de comprendre la théorie officielle de l’effet de serre, je me permets sans remord d’être un tantinet lourdeaud sur le sujet.
Les plaques ondulées des zones industrielles ont une émissivité de 0,5, tandis que celle des pistes d’aéroport est de 0,6 et celle du sable de 0,75. C’est pourquoi ces surfaces se réchauffent de 10 °C de plus que leur environnement, tout en émettant moins d’infrarouges.
J’ai réalisé, pendant six ans, des mesures de radiométrie infrarouge par avion, par satellite et en simultané au sol. Ce type de surface est intéressante parce qu’elle réfléchit le rayonnement descendant. Nous pourrions ainsi le mesurer directement.
Si le rayonnement descendant existait, j’aurais mesuré sur ces surfaces ce renvoi de 20 à 50 % du rayonnement descendant. Or, je n’ai jamais observé et mesuré un tel rayonnement réfléchi. La surface à faible émissivité plus chaude que son environnement ne rayonnait pas dans la fenêtre de transparence infrarouge, et restait obstinément sombre.
Si vous trouvez une mesure qui montre le contraire. Merci de me présenter la référence de l’article !
… La surface à faible émissivité plus chaude que son environnement … restait obstinément sombre.
Au dessous de quelle température maximale votre appareil donnait-il une « couleur sombre » ?
Il ne peut pas y avoir un tel rayonnement réfléchi dans la Fenêtre, puisque la Fenêtre ne rayonne pas (sauf en cas de nuages, mais dans ce cas-là, on ne voit pas le sol depuis le satellite ou l’avion).
Donc, ça n’a rien d’étonnant.
L’atmosphère rayonne vers le sol uniquement à l’extérieur de la Fenêtre : c’est bien ce que dit l’article.
@MV – Suite à mon commentaire précédent …
L’appareil que vous utilisiez pour vos relevés depuis un avion travaillait uniquement dans la fenêtre atmosphérique, sinon, il n’aurait mesuré que la température de l’air à quelques dizaines de mètres de l’avion. Si vous aviez dirigé votre appareil vers le ciel, il aurait enregistré environ -270°C … la température de l’espace. Si depuis un avion, vous visez une toiture d’émissivité 0,5, votre appareil n’absorbera que la moitié du flux émis par un corps noir à la même température. Si la température du toit était par exemple de 27°C (300 K), ce flux correspondrait à une température de corps noir de -21°C … et l’affichage correspondant sera donc « très sombre » !
Les appareils de mesure professionnels sont conçus pour ne travailler que sur une bande étroite de fréquence (exemple: https://fr.gvda-instrument.com/info/introduction-to-the-wavelength-range-of-infrar-17594459836752896.html), la plus adaptée au but recherché … dans votre cas une fréquence insensible à l’absorption par les GES dans le but de « voir loin » !
Le radiomètre utilisé possédait 4 canaux, de longueurs d’onde centrées sur 4,7 μm, 7,95 μm, 9,1 μm, 10,5 μm. Tous les quatre sont effectivement situés à l’intérieur des fenêtres de transparence de l’atmosphère. L’appareil était calibré en mW.cm2.sr. Une grandeur indépendante de l’instrument. La calibration était faite en utilisant deux bacs à eau de températures différentes. La température de l’atmosphère devait être proche de celle des bacs à eau.
Lorsque l’appareil vise un corps d’émissivité 0,5, il enregistre effectivement que la moitié de la luminance du corps voisin à émissivité 1, mais il enregistre aussi la réflexion de la moitié de la luminance descendante de l’atmosphère à la même température. Dans la fenêtre de transparence, cette luminance est faible ; néanmoins, la vapeur d’eau est toujours présente et modifie la luminance du corps visé. Nous arrivions à nous en affranchir en regardant simultanément les deux canaux 9,1 μm, 10,5 μm.
Hors de la fenêtre atmosphérique, si le retour radiatif de 340 W /m2 existait, un corps à émissivité de 0,5 compenserait quasiment le déficit d’énergie absorbée par la réflexion émise. Et donc nous n’observerions aucun contraste. Or celui-ci est marqué avec une émission plus faible et simultanément une température plus forte (l’utilisation simultanée des deux canaux 9,1 μm, 10,5 μm permet de séparer l’effet émissivité de l’effet température ).
Quant aux AERI, ils fournissent des valeurs nulles par ciel dégagé, de l’ordre de 50 W/m2 au pôle par ciel dégagé, et ne dépassent pas les 100 à 200 W /m2 par ciel nuageux.
Revenons à la réalité. Hors de la fenêtre de transparence, l’émission infrarouge est immédiatement absorbée par la vapeur d’eau et transformée en énergie cinétique des molécules d’air (oxygène et azote compris). Cette énergie décroît avec l’altitude. Il n’y a plus de rayonnement ni vers le haut ni vers le bas. Il y a juste un refroidissement de la température de l’air décroissant avec l’altitude. L’air ne sait céder cette énergie qu’au sommet de l’atmosphère par l’intermédiaire des gaz triatomiques.
@MV
Lorsque l’appareil vise un corps d’émissivité 0,5, il enregistre effectivement que la moitié de la luminance du corps voisin à émissivité 1, mais il enregistre aussi la réflexion de la moitié de la luminance descendante de l’atmosphère à la même température.
Non, votre appareil n’enregistre pas la réflexion de l’atmosphère. La surface d’émissivité 0,5 renvoie bien 50% de la luminance descendante, mais ne change pas sa longueur d’onde (un miroir ne change pas la couleur de votre belle cravate quand vous vous regardez dedans). Ces 50% aux fréquences GES ne sont tout simplement pas vus par votre appareil.
En dehors de la Fenêtre atmosphèrique, l’AERI ne peut pas voir le sol : l’atmosphère, opaque (sauf en atmosphère totalement sèche) l’en empêche.
Cette mesure par réflexion n’est possible que dans la Fenêtre, et n’y signifie donc rien, puisque la Fenêtre ne rayonne pas vers le sol (par définition).
1 – Mr Vieillefosse a l’air de prétendre remettre en cause les lois de Planck et de Stefan-Boltzmann qui imposent qu’un corps noir (la Terre) avec une émissivité ε de 0,96 mesurée, émette environ 390 W/m2 à +15°C. C’est osé !…
2 – Puisque la surface ne reçoit directement que 165 W/m2 solaire et que convections et évaporation en extraient une bonne partie, c’est bien qu’il existe un effet de retour radiatif de l’atmosphère vers la surface (env. 344 W/m2) pour équilibrer ce bilan énergétique. L’atmosphère joue ainsi un rôle de tampon accumulateur transitoire.
3 – En effet ; si des molécules assymétriques de l’atmosphère (CO2, H2O, N2O, O3, ..) absorbent des infrarouges (IR) et évidemment en réémettent, c’est donc bien globalement l’atmosphère qui absorbe et réémet, en débordant les collisions réversibles (et cette émission de façon isotrope, –vers le haut, les côtés ou le bas– avec émission spontanée très majoritaire par rapport à l’émission induite, ainsi que les calculs numériques des coefficients d’Einstein, en tenant compte de la densité spectroscopique le démontrent, notamment pour les IR dans le domaine de longueur d’onde 15 µm du CO2 (quasi saturé) et de ses ailes de raie non saturées).
🔹 Ceci implique que depuis 100 ans, l’augmentation de CO2 de +50% entraine une augmentation minimale de température en surface de +0,4°C, augmentation incompressible du seul fait spectroscopique (et très certainement plus du fait de rétroactions de forçage, plus délicates à déterminer)..
Avant de discuter de ce que mesure le pyrgéomètre, il n’est pas idiot de lire les notices des fabricants. Ces notices sont consultables sur Internet. Cet appareil est incapable de mesurer le moindre rayonnement avec des détecteurs. Il n’en possède pas ! Il mesure la différence entre deux températures (effet seebeck).
Le pyrgéomètre est un instrument conçu pour mesurer la pluie et qui est principalement utilisé par les agriculteurs. Il se compose d’une coupelle protégée de la pluie et d’une sonde enfoncée dans le sol. La coupelle protégée permet de mesurer l’équilibre thermique entre le sol et l’atmosphère, tandis que la sonde mesure la température du sol.
En comparant les deux températures, on peut calculer l’énergie dissipée par évaporation. La coupelle à l’abri de la pluie ne vaporise pas de vapeur d’eau. Cette invention a été détournée de son utilisation initiale par les climatologues qui créent des simulations pour le GIEC.
C’est là que vient le 390 W/m2. Il s’agit de l’émission par un corps noir dans le vide à la température du sol. Ce chiffre est très loin de la réalité de la mesure. Quant aux 340 W/m2, c’est l’exitance d’un corps noir rayonnant dans le vide équivalent à la coupole où l’on a supprimé l’évaporation et la convection.
Les climatologues calculent la différence entre la valeur obtenue et la vaporisation de l’eau pour définir un rayonnement virtuel, descendant vers le bas. Ils transforment ainsi la réalité pour la rendre conforme à leurs modèles de rayonnement sans vaporisation. Mais en aucun cas, ces appareils ne mesurent un rayonnement descendant qui, par ailleurs, n’existe que lorsqu’il y a des nuages et se révèle très faible par ciel découvert.
Les 390 W/m2 ne sont pas des relevés, mais une simple application de la Loi de Stefan Boltzmann.
Et on connaît l’émissivité du sol terrestre de façon assez précise pour l’appliquer sans se tromper beaucoup.
Il est normal de faire abstraction de l’évaporation et de la convection pour mesurer un rayonnement.
Et je pense que ces appareils sont étalonnés pour fournir des mesures correctes, et non pas des résultats conformes à des simulations : je pense que ce sont au contraire les observations qui permettent de valider les simulations.
Si on met en doute les observations et les appareils qui les font au sein de laboratoires officiels, plus rien n’est possible en science. Ou alors, il faut des preuves solides.
Enfin, même par ciel clair, les observations du SIRTA montrent un rayonnement descendant significatif (plus de 250 W/m2)
Vous affirmez dans votre commentaire « Mais en aucun cas, ces appareils ne mesurent un rayonnement descendant qui, par ailleurs, n’existe que lorsqu’il y a des nuages et se révèle très faible par ciel découvert ».
Pourtant, un papier de l’INRA (https://hal.inrae.fr/hal-04703251v1/document) nous donne quelques mesures effectuées en ciel clair (figure 3) et en présence de nuages (figure 5) .
Par ciel clair, le rayonnement infrarouge (LW) en provenance de l’atmosphère Ra mesuré oscille autour de 300 W/m² (fig. 3, courbe rouge).
Par ciel nuageux , le rayonnement infrarouge (LW) en provenance de l’atmosphère Ra mesuré oscille autour de 400 W/m² (fig. 5, courbe rouge).
Cela est en complète contradiction avec ce que vous affirmez.
Vous semblez avoir utilisé autrefois des appareils obsolètes aujourd’hui : Les pyrgéomètres actuellement utilisés dans le monde et au SIRTA (spectre Downwelling IR en illustration dans l’article) ont les caractéristiques suivantes : https://www.kippzonen.com/Product/362/SGR4-Pyrgeometer
Conception et fonctionnement : Cet instrument est un radiomètre conçu pour mesurer l’irradiance de grandes longueurs d’onde sur une surface plane (flux radiatif, W/m²) résultant du rayonnement incident provenant de l’hémisphère situé au-dessus de l’instrument. (note : sa gamme de capture d’infrarouges est de 4,4 à 50 µm, ce qui couvre les spectres des gaz atmosphériques à effet de serre)
Le dôme ménisque offre un champ de vision de 180° avec une erreur de réponse directionnelle négligeable. Un revêtement en carbone dur sur l’extérieur du dôme lisse la réponse spectrale et offre une protection supplémentaire à la surface en silicium.
L’excellente stabilité thermique de la construction du dôme et de son couplage au corps de l’instrument élimine le besoin de mesurer la température du dôme ou de le protéger du soleil.
La question posée est : que mesure le pyrgéomètre ? Le cœur de l’instrument, une thermopile, mesure la différence de deux températures, exprimée en volts.
Ce type d’instruments ne possède pas de capteur pour détecter directement un rayonnement.
Ensuite, vous avez la possibilité de métamorphoser ces températures : les transformer en pressions, en énergie, ou en toute autre forme qui vous convient. Cependant, il est crucial de spécifier le modèle théorique utilisé, car il peut ne pas correspondre à la réalité que nous cherchons à atteindre, surtout si l’évaporation est ignorée.
Pour satisfaire la demande du GIEC, le boitier numérique des nouveaux SGR4 convertit effectivement les mesures de température en un rayonnement équivalent émis par un corps noir dans le vide, à la même température. Il s’agit d’un rayonnement virtuel du sol vers le vide (390 W/m2) et d’un rayonnement virtuel du vide vers l’altitude d’émission de l’atmosphère (340 W/m2). Toutefois, la véritable émission de l’atmosphère vers le sol est obtenue par soustraction des deux valeurs, ce qui donne un flux montant net modéré de rayonnement de 50 W/m².
Personnellement, je pense que la thermodynamique est plus adaptée pour expliquer les phénomènes qui nous intéressent. C’est mon opinion. Cela amène irrévocablement une autre interrogation : quel est le modèle adéquat ? Comment conceptualisons-nous ces phénomènes ?
« Ensuite, vous avez la possibilité de métamorphoser ces températures : les transformer en pressions, en énergie, ou en toute autre forme qui vous convient »
Quel autre type d’énergie que le rayonnement ce capteur peut-il mesurer, de la façon dont on l’utilise ?