Nous avons vu, dans un précédent article, qu’on peut assimiler l’atmosphère à un corps opaque qui rayonne :
- vers le bas depuis quelques dizaines de mètres d’altitude (traité dans cet article),
- vers l’espace depuis le haut des nuages, et le haut du CO2 (dans la stratosphère).(traité dans cet article)
Nous allons, dans cet article, calculer la sensibilité climatique au CO2, c’est-à-dire l’élévation de température résultant d’un doublement de sa concentration.
C’est là-dessus que repose tout l’alarmisme climatique : nous allons démontrer que cette crainte est infondée.
Quelques explications pour commencer
Pour mémoire, dans les ordres de grandeur qui nous intéressent, un doublement de concentration en vaut un autre : l’effet en W/m2 est logarithmique.
Un doublement de la concentration de CO2 a deux effets sur sa bande d’absorption :
- d’une part une expansion de sa bande d’absorption en altitude:
- vers le haut : le CO2 rayonne vers l’espace depuis plus haut, donc plus froid, donc moins fort,
- et vers le sol : l’opacité intervient plus bas, donc plus chaud, et empêche donc encore plus le sol de se refroidir
- d’autre part un élargissement de cette bande, qui empiète un peu plus sur la Fenêtre atmosphérique vers 22 THz, et la rétrécit, ce qui diminue d’autant le rayonnement du sol qui la traverse
La Physique du Climat détaille cette explication et fournit une évaluation des impacts en matière de flux de rayonnement, dans son chapitre 10 : toutes choses égales par ailleurs (dont la température et le Gradient thermique), le réchauffement qui en résulte est de :
- 3,1 W/m2 à l’interface avec l’espace,
- 1 W/m2 à l’interface avec le sol.
A l’interface avec l’espace
Dans le haut de la troposphère, le système s’auto-régule, grâce, en grande partie, aux nuages : la concentration de vapeur d’eau ne dépend que de la température (selon la Formule de Clausius-Clapeyron) ; or, c’est la concentration de vapeur d’eau qui détermine l’épaisseur optique de la vapeur d’eau.
Si la température du haut de l’atmosphère s’élève, la surface opaque de la vapeur d’eau (le haut des nuages s’il y en a) va également s’élever de façon à rayonner toujours à la même température, et donc toujours avec la même puissance, de façon que le système Terre équilibre toujours son bilan radiatif, et donc rayonne toujours 240 W/m2.
A l’interface avec le sol
C’est cela qui nous intéresse, car c’est là que nous vivons.
Plusieurs simulations MODTRAN nous permettent de confirmer statistiquement la valeur de 1 W/m2 à résorber :
(Pour mémoire, 1 W/m2 est également la valeur retenue par James Hansen, le père de l’alarmisme climatique)
La chaleur du sol (160 W/m2 : énergie reçue du Soleil) s’évacue de 3 façons différentes : rayonnement (30%), évaporation (50%), convection (20%).
Les 3 façons sont des fonctions croissantes de la température, mais, de ces 3 façons, l’évaporation (80 W/m2) est sans doute la plus efficace : faisons l’exercice avec elle seule :
L’évaporation augmente de 7% par °C ; autrement dit, une élévation de température de 1°C permet d’évacuer 80 x 0,07 = 5,6 W/m2.
Pour évacuer simplement 1 W/m2 par évaporation, il suffit donc d’une augmentation de température de 1/5,6 = 0,18°C.
Bien entendu, un peu plus d’évaporation produit un peu plus de « forçage radiatif » de la vapeur d’eau (le GIEC ne pense même qu’à ça), en particulier sur un bord de la Fenêtre Atmosphérique, mais c’est au second ordre, d’autant qu’on n’a pas tenu compte des autres processus régulateurs (rayonnement et convection).
Au total, on peut considérer que la Sensiblité Climatique au CO2 (impact d’un doublement) est, au maximum, d’environ 0,2 à 0,25°C.
Pour mémoire, jusqu’à présent, la concentration n’a augmenté que de 50% : elle encore loin de doubler.
Et donc, si la température a augmenté de plus de 1°C en un siècle, le CO2 n’en est sûrement pas la cause principale, loin s’en faut, et rien ne justifie qu’on s’acharne contre lui.
23 réponses
« Et donc, si la température a augmenté de plus de 1°C en un siècle, le CO2 n’en est sûrement pas la cause principale, loin s’en faut, et rien ne justifie qu’on s’acharne contre lui. »
Voilà une parole sage.
Certains disent que sur le 1°C, 0,3°C sont imputables au CO2 quand celui-ci était à un faible taux.
Mais ça c’était avant, l’influence du CO2 est désormais « saturée ». Le réchauffement depuis 50 ans n’a rien à voir avec ça.
Et après ?
Jacques-Marie Moranne,
Vous allez dans la bonne direction générale mais vous vous enfoncez ici dans une impasse.
Quand vous calculez la différence d’irradiance entre une atmosphère à 400 ppm de CO2 et une autre à 800 ppm, vous acceptez l’hypothèse escamotée des pataphysiciens du climat. Voyons où cela nous mène.
Prenons le cas tropical sans nuages pour lequel vous obtenez une augmentation d’irradiance à la surface de 1.88 W/m2.
Cette valeur correspond à un état de déséquilibre radiatif du système, l’irradiance de la planète est alors trop faible de 3.33 W/m2. Vous atteignez l’équilibre par une élévation de la température de surface de 0.76 °C et alors, vous obtenez une irradiance de l’atmosphère de 373.94 W/m2. La différence est donc de +4.68 W/m2 et pas de 1,88 W/m2. Le facteur est de 2.49.
Pour le cas des moyennes latitudes estivales avec nuages pareillement calculée, nous avons une différence d’irradiance de la surface de 4.46 W/m2 pour une élévation de la température de 0.57 °C.
Facteur de 14 par rapport à vos 0.32 W/m2!
Quand vous mentionnez un maximum de 0.2 à 0.25 °C de sensibilité climatique, quel facteur doit-il être appliqué ? 2.49 pour arriver à une sensibilité de 0.5 à 0.6 °C ou 14 pour une sensibilité de 2.8 à 3.5 °C ? La seconde proposition est plus proche de celle des pataphysiciens.
En fait, rien de tout cela n’a de sens. Nous ne connaissons pas la différence des profils thermique entre une atmosphère à 400 ppm de CO2 et une autre à 800 ppm et donc nous ignorons tout de l’irradiance d’une atmosphère à 800 ppm.
On ne peut pas traiter indépendamment la physique radiative et la thermodynamique. Nous ne savons pas calculer le flux convectif et par conséquent nous ne pouvons pas estimer la sensibilité climatique par la théorie. Le CO2 ne peut ni être inculpé ni innocenté par la théorie et par la modélisation.
Ce qui se cache derrière la pataphysique de climat : https://www.zupimages.net/up/24/41/yx5r.png
C’est cette conception physique ahurissante qui permet de traiter indépendamment physique radiative et thermodynamique.
Elle affecte à la boucle de convection l’unique rôle de fixation du gradient thermique de la troposphère et à la boucle de l’effet de serre, la fonction d’un calorifère.
Je ne suis pas sûr de bien comprendre votre observation (vous ne donnez pas le détail de vos calculs), mais j’ai le sentiment que vous voulez faire dépendre ce qui se passe en haut de l’atmosphère de ce qui se passe en bas, et il faudrait alors que le bas assume le « forçage » radiatif du haut.
Je ne suis pas de cet avis : rien ne relie le rayonnement du bas de l’atmosphère et celui du haut, sauf, peut-être 25 W/m2 par la Fenêtre.
Il se passe des tas de choses entre le bas et le haut, qui les rendent indépendants l’un de l’autre ; par exemple l’albédo, le Gradient thermique, la dilatation, mais surtout les nuages, qui sont des machines à remonter de la chaleur de leur base vers leur haut.
Le haut de l’atmosphère, et plus particulièrement des nuages peut assumer de rayonner plus, si besoin est, pour maintenir le bilan des 240 W/m2 (ou même 340) : il suffit qu’il remonte de quelques dizaines de mètres.
Ce qui nous intéresse, nous, habitants de la Terre, c’est ce qui se passe au sol.
Jacques-Marie Moranne,
Bien sûr, et justement, il se passe énormément de choses entre la surface et le haut de l’atmosphère.
C’est la raison pour laquelle la pataphysique de l’atmosphère ne calcule pas son forçage radiatif au niveau de la surface mais au sommet de l’atmosphère ou à la tropopause selon les définitions erratiques de la notion de forçage radiatif. Ce point de vue permet de contourner toute cette complexité. Un déséquilibre radiatif instantané est calculé au sommet puis résorbé par translation du profil thermique.
Bien entendu, cela n’a pas de sens parce que tout ce qui se passe dans la troposphère agit sur les flux thermiques et donc sur le gradient thermique car les deux sont intimement liés par les lois de la thermodynamique.
Quand vous calculez l’irradiance avec 800 ppm de CO2 avec MODTRAN, vous acceptez l’hypothèse escamotée de la pataphysique qui prévoit que le gradient thermique de la troposphère n’est pas affecté par la modification des échanges radiatifs.
Pour ce qui est du calcul lui-même, prenons l’exemple des moyennes latitudes estivales avec nuages.
Avec 400 ppm, situation de départ supposée sans déséquilibre, c’est à dire avec un profil thermique réaliste :
– irradiance de l’atmosphère vue de la surface 416.36 W/m2.
– irradiance de la planète 260.31 W/m2.
260.31 W/m2 est donc supposé être la valeur de l’énergie entrant dans le système.
Avec 800 ppm
– irradiance de l’atmosphère vue de la surface 416.68 W/m2
– irradiance de la planète 258.08 W/m2
Il y a donc déséquilibre du système avec 800 ppm de 258.08 – 260.31 = -2.23 W/m2. Le système n’évacue pas assez de chaleur et donc la température doit monter par translation du profil thermique.
Pour retrouver l’équilibre, il faut jouer sur Tempertaure offset. Une hausse de température (qui correspond à une translation du profil thermique) de +0.57 °C permet de retrouver un flux sortant identique au flux entrant (260.31 W/m2).
Ce système équilibré correspond à une irradiance de l’atmosphère vue de la surface de 419.82 W/m2. Donc, une augmentation d’irradiance de 419.82 – 416.36 = 3.46 W/m2 (et pas 4.46 comme je l’avais reporté par erreur dans mon précédent message).
C’est à peu près onze fois la valeur sans réajustement.
En fait, une fois acceptée l’hypothèse escamotée des pataphysiciens de l’atmosphère, personne ne met sérieusement en doute la valeur de 3.7 W/m2 pour cette horreur de notion de forçage radiatif.
C’est la raison pour laquelle, j’ai bien précisé « toutes choses égales par ailleurs », pour n’avoir que le facteur radiatif du CO2 avant corrections par la nature (et j’ai de bonnes raisons de penser que c’est ainsi que MODTRAN raisonne).
MODTRAN ne raisonne pas. C’est un programme performant de calcul d’irradiance en fonction d’un champ de températures donné en entrée.
L’interface relative à la question climatique est une interface de pataphysique de l’atmosphère qui suggère la possibilité d’obtenir des irradiances en fonction des taux de GES.
Cela n’a strictement aucun sens physique. Le « toutes choses égales par ailleurs » n’a de validité que quand il est possible d’isoler des phénomènes indépendants les uns des autres et additifs. Ce n’est bien évidemment pas le cas pour l’irradiance qui est une fonction du profil thermique, profil thermique qui dépend à la fois de la convection et de l’irradiance, convection elle-même générée par les phénomènes radiatifs. Difficile de trouver des situations où le toutes choses égales par ailleurs est moins applicable.
Ce que je pense, c’est que les critiques du RCA commettent une erreur monumentale en prétendant démontrer par la théorie le peu d’effet du CO2. C’est impossible et ils singent alors nécessairement les pataphysiciens de l’atmosphère dont ils utilisent les prémisses pourries.
Pourquoi ne pas très simplement s’en tenir strictement aux lois de la thermodynamique qui suffisent largement à démontrer assez simplement que la théorie de l’effet de serre mise en application dans le GCM n’est qu’une infâme monstruosité?
Je ne comprend pas bien votre dernière phrase : j’ai l’impression justement de m’en tenir aux lois de la thermodynamique, qui disent en particulier qu’il doit y avoir un équilibre énergétique à la fois :
– au sol
– à l’interface avec l’espace (uniquement radiatif là)
Quand vous calulez l’augmentation d’irradiance (0.9 W/m2) d’une atmosphère à 400 ppm de CO2 à une autre à 800 ppm en utilisant le même profil thermique, vous ne respectez ni le premier principe ni le second.
Vous ne respectez pas le premier principe parce que vous passez d’une atmosphère au bilan équilibré à une autre au bilan déséquilibré.
Vous ne respectez pas le second principe parce qu’un profil réaliste à 400 ppm produit assurément de l’entropie positive à 800 ppm.
Oups, il faut lire : Vous ne respectez pas le second principe parce qu’un profil réaliste à 400 ppm produit assurément de l’entropie négative à 800 ppm.
Parce que ce système pataphysique est expliqué par le forçage radiatif, donc par un flux thermique allant de l’atmosphère froide à la surface chaude.
Sans vouloir dramatiser, un optimisme reposant sur des erreurs d’évaluations n’est pas meilleur. En effet, plus d’évaporation en surface refroidit le sol mais ne refroidit pas l’atmosphère globale car l’évaporation reste dans le système fermé terrestre et n’évacue pas d’énergie vers l’espace qui ne se fait que par radiation. Le « bas » n’est pas indépendant du « haut » car c’est le gradient thermique adiabatique qui règle la température de l’atmosphère aux différentes altitudes. Ainsi +3,7 W/m2 d’émission vers l’espace « en haut » a une forte incidence « en bas ». En 2023 James HANSEN et al. (18 chercheurs du monde entier) écrit : Le forçage climatique induit par une augmentation de 2 fois du CO₂ -la perturbation imposée à l’équilibre énergétique de la Terre- est alors de 4 W/m². (NDLR : valeur robuste mondialement admise). En l’absence de rétroactions climatiques, et si la Terre rayonnait de l’énergie vers l’espace comme une surface parfaitement noire, sa température devrait augmenter de 1,2 °C pour accroître le rayonnement vers l’espace de 4 W/m² et rétablir l’équilibre énergétique. Cependant, des rétroactions se produisent dans la réalité et dans les modèles climatiques globaux (MCG). Dans notre MCG, la réponse à l’équilibre à une augmentation de 2 fois du CO₂ a été un réchauffement de 4 °C de la surface terrestre ».
Que tu le veuilles ou non, quoi qu’il arrive, le système Terre équilibrera toujours son bilan radiatif global (et heureusement !) : s’il absorbe 240 W/m2, il renverra toujours 240 W/m2 (sauf éventuellement en transitoire), et heureusement !
Retrouver un équilibre perdu à l’interface avec l’espace (3 ou 4 W/m2) ne peut pas se faire au prix d’un déséquilibre énergétique au niveau du sol.
Si le sol reçoit 160 W/m2 et en renvoie 49 sous forme radiative au lieu de 50, c’est à lui d’en faire son affaire, en jouant sur ses 3 façons possibles (rayonnement, évaporation, convection) (le rayonnement étant le moins efficace des 3).
… à moins de penser qu’il y a une relation directe entre ce qui se passe au sol, et ce qui se passe en haut de l’atmosphère.
Mais le Gradient n’est pas cette relation : le Gradient s’adaptera, et aussi les nuages.
Le gradient thermique adiabatique est une propriété fondamentale de l’atmosphère. On ne peut pas lui tordre le cou. Si l’atmosphère s’échauffe en haut pour évacuer l’excès, elle DOIT s’échauffer aussi en bas. Le minimum spectroscopique d’un doublement du CO2 est 3,7 W/m2 « en haut » ce qui conduit à +1,1°C près de la surface et ceci sans même de rétroactions. On peut dénoncer les abus des institutions et des médias mais il n’est pas nécessaire d’écarter certains effets physiques bien établis. Un peu de chaleur dans l’hémisphère Nord… c’est bien !
Le Gradient Thermique gravitationnel n’est pas une constante universelle : il peut varier de -9,8°C/km (en air O2 + N2 sec) à -5°C/km, en particulier en fonction de l’humidité de l’air et des nuages (mais probablement pas que).
Il a été normalisé à -6,5°C/km par l’aviation civile, de façon conservatoire, pour gérer les risques de givrage en altitude.
Oui, mais ce n’est pas 400 ppm de CO2 en plus qui modifiera le gradient. Au contraire d’un peu plus de vapeur d’eau qui le fera (très très peu) diminuer, donc dans le bon sens pour amoindrir (très très peu) l’effet rétroactif défavorable de plus de vapeur d’eau.
Il serait plus intéressant d’avoir une justification, une démonstration, un calcul ? pour admettre qu’il faut : « considérer que la Sensiblité Climatique au CO2 (impact d’un doublement) est, au maximum, d’environ 0,2% » … alors que la spectroscopie et bien d’autres sources donnent au grand minimum +1°C (sans les rétroactions). …Et la démonstration que d’autres phénomènes interviennent alors ?
La question n’est pas là :
Le Gradient Thermique part du sol ; ça ne peut pas être le haut de l’atmosphère qui fixe la température du bas.
C’est le sol qui chauffe l’atmosphère, et non le contraire.
Et quand tu dis « alors que la spectroscopie et bien d’autres sources donnent au grand minimum +1°C », d’une part, c’est bien la spectroscopie qui donne 1 W/m2 au sol, et d’autre part, il n’y a aucun consensus sur ce « grand minimum de 1°C » : le consensus converge de plus en plus autour de 1/4°C.
Je suis toujours surpris de constater que ce type de discussions ignore la convection pour se focaliser sur des échanges radiatifs. Il suffit pourtant de quitter la Terre et d’aller sur Vénus pour comprendre que la température au sol ne dépend que de la convection dans le champ gravitationnel. Les radiations vers le bas dépendent de cette convection et de la température de la basse atmosphère. Aucun calcul ne peut être complet sans en tenir compte. Zeller et Nikolov ont bien montré que la température au sol des planètes telluriques ne dépendait que de la pression au sol et de l’absorption de l’énergie solaire sans tenir compte de la composition de l’atmosphère. Le CO2 n’y est pour rien!
Plusieurs réponses :
1/ Le sujet de cette série porte sur le rayonnement de l’atmosphère (et donc du CO2 et de son effet) ;
2/ A ma connaissance, la convection n’a jamais été invoquée comme facteur de réchauffement climatique ;
3/ Venus est une planète tellement particulière que je ne m’avancerais pas à la citer comme exemple de quoi que ce soit ;
4/ De ce que je copmprends à leur article, Zeller et Nikolov ne démontrent rien : ils trouvent simplement une courbe f(pesanteur, rotation) sur laquelle ils peuvent placer 4 ou 5 planètes ou satellites dont 2 n’ont quasiment pas d’atmosphère ; mais sans démonstration physique ;
5/ La température au sol n’est pas fixée par le poids de l’atmosphère, ni de sa convection ; le Gradient Thermique détermine la température de l’atmosphère en fonction de celle du sol (et non le contraire). Et la température du sol est déterminée par son point d’équilibre énergétique f(rayonnement, évaporation, conduction/convection).
Pas d’accord avec vous … en fait le gros du transfert de chaleur de la basse atmosphère à la haute atmosphère (j’aurais du écrire troposphère) est effectué par la convection (conséquence du gradient max qu’elle impose). Le rayonnement fait ce qu’il peut mais il peut peu (désolé). Cela n’empêche pas qu’il y a des situations où la convection s’arrête (froid en bas / chaud en haut), notamment la nuit et bien sûr dans ce cas seul le rayonnement agit mais n’évacue que peu de calories.
Quelques chiffres (en partant de ce diagramme: https://actugeologique.fr/wp-content/uploads/2022/07/Bilan-climatique.png)
Le sol évacue par convection 102 W/m² (78 + 24), par rayonnement direct vers l’espace 40 W/m² et par rayonnement vers les GES de l’atmosphère 26 W/m². Les transferts radiatifs dans l’atmosphère (basse) ne concernent donc que 1/5 = 26 / (26+102) du transfert global sol / atmosphère
Je suis d’accord avec votre commentaire.
En fait, je crois que vous m’avez mal compris : je n’ai pas, dit que la convection ne transférait pas cette chaleur de bas en haut, je dis qu’elle n’intervient (probablement) pas dans les causes du réchauffement climatique actuel (1,3°C depuis 1900) (ou alors de façon très indirecte nécessitant une explication que je n’ai pas).
Tout à fait d’accord !
Rayonnement, évapotranspiration (chaleur latente), convection sont les 3 types de transfert de chaleur représentés sur les schémas de type Kiel/Trenberth.
Mais on oublie toujours un 4ème : l’advection (convection horizontale). Pourtant cela est bien connu est représenté par un schéma comme celui-ci : https://image2.slideserve.com/4216301/1-2-bilan-radiatif4-l.jpg
Le bilan radiatif de la terre est excédentaire aux basses latitudes et excédentaires aux hautes latitudes (assez évident). Les courants marins et la circulation atmosphérique transportent des calories des basses latitudes vers les hautes latitudes pour compenser ces déséquilibres radiatifs.
Lorsque le jet-stream (qui marque la limite entre l’air chaud subtropical et l’air froid polaire) ondule de manière limitée, le transport d’air chaud subtropical vers les pôles est réduit et la terre compense mal ces déséquilibres radiatifs. Elle se réchauffe.
Lorsque le jet-stream ondule fortement, les remontées d’air chaud subtropical vers les pôles sont plus marquées et la terre surcompense les déséquilibres radiatifs. Elle se refroidit.
Il me semble que depuis une dizaine d’années, nous sommes dans le deuxième cas. Les remontées d’air chaud en provenance d’Afrique sont assez courantes désormais.
Correction : lire « déficitaire aux hautes latitudes »