papijo - L'effet de serre expliqué

Qui suis-je

Effet de Serre 1

Effet de serre 2

Voici l'introduction que me propose l'IA:"Découvrez l'impact du changement climatique à travers le regard d'un ingénieur passionné. Comprenez les mécanismes du réchauffement global et les solutions techniques possibles. Engagez-vous pour un avenir durable."Si c'est cela que vous êtes venus chercher ici ... un conseil allez voir ailleurs !

L'effet de serre expliqué (et l'énergie aussi si j'ai le temps !)

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L'effet de serre vu par un ingénieur : Comprendre et agir avec Papijo

Je suis ingénieur retraité, diplômé comme il se doit d'une "grande école de la république", et j'ai passé la presque totalité de ma carrière (à part les 2 ou 3 ans où je me suis occupé de nucléaire) à brûler des combustibles divers et donc à exploiter les propriétés des gaz à effet de serre !Après mon diplôme d'ingénieur, j'ai obtenu une spécialisation dans la section "Moteurs" de l'"Ecole Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs" (rebaptisée aujourd'hui: "IFP School" pour faire moderne) et dont la devise actuelle est: "L'école de l'innovation énergétique et de la mobilité durable". Inutile de dire qu'à l'époque, l'école installée dans les locaux de l'IFP (Institut Français du Pétrole) ne s'intéressait qu'aux combustibles pétroliers !Contrairement à ce que pourraient penser certains, la plupart des gens qui connaissent les "gaz à effet de serre" sont comme moi des ingénieurs s'occupant de fours, de chaudières, de moteurs et non des climatologues. Inutile de dire que si ces ingénieurs maitrisent mal les gaz à effet de serre, le résultat sera connu bien avant 2100.Pourquoi j'ai lancé ce site ... par hasard ! J'ai vu une publicité sur la page d'accueil de Firefox, et je me suis dit ... ça doit pas être compliqué, je vais essayer !L'IA de Firefox me propose des textes (que je vous épargne) et des photos que je trouve jolies et que j'ai gardées. En voyant celle-ci, on se dit que certains ont bien de la chance d'avoir des "bassines" pour fournir de l'eau pour arroser ces plantes, de l'énergie disponible même les nuits sans vent pour pomper l'eau, des camions pour emmener toutes ces plantes au compostage en fin de saison, et surtout beaucoup d'argent pour entretenir ces plantes "qui ne servent à rien" alors qu'on aurait très bien pu, pour pas plus cher, faire par exemple pousser des tomates ! Il est vrai que pour avoir de belles tomates, il aurait fallu utiliser des anti-fongiques, et ... çà ne fait pas très écolo ! En plus, si elles ne sont pas ramassées à temps, les tomates pourries risquent de tomber sur le crâne des bobos qui passent dessous et ce serait une calamité bien pire que des ours ou des loups qui dévorent les troupeaux de nos éleveurs !

Qui suis-je ?

Ce diagramme représente de manière schématique les échanges de chaleur entre le soleil, la terre et l'espace.En jaune, on voit la chaleur émise par le soleil dont une partie est réfléchie ou absorbée par les nuages et les gaz de l'atmosphère et une autre partie par la surface du globe elle-même (océans et continents). La chaleur reçue au niveau du sol représente 163,3 W/m² (soyons précis !) en moyenne.Cette chaleur doit maintenant être évacuée vers l'espace sous peine d'une élévation rapide de la température. Cette évacuation est schématisée au moyen de 3 flèches, 2 petites flèches à droite qui représentent les échanges par convection sèche et humide et une grosse flèche au centre qui représente l'énergie rayonnée depuis la surface du globe.L'effet de serre égal à 340,3 W/m² est représentée par une grosse flèche descendante orange.On peut se poser des questions à propos de cette flèche:<ul><li>si elle transporte autant d'énergie (2 fois plus que le soleil et même un peu plus), pourquoi les ingénieurs n'ont ils pas inventé des capteurs à effet de serre comme il y a des panneaux qui captent la "petite" énergie solaire pour alimenter un chauffe-eau par exemple ?</li><li>si je passe sous un arbre (ou si je porte une ombrelle), je ressens tout de suite l'absence de réchauffement du soleil. Mais si je fais la même chose quand le soleil est derrière un nuage, je ne ressens rien ... comment expliquer que l'ombrelle arrête le rayonnement du soleil, et pas le rayonnement de l'effet de serre ?</li></ul>Bon, pas la peine de chercher, ce diagramme est juste destiné à effaroucher les couillons et ne représente pas les échanges réels de chaleur. En réalité, l'échange par rayonnement existe bien, mais sa valeur est égale à la différence entre les 2 grosses flèches oranges montante et descendante, soit ici: 398,2 - 340,3 = 57,9 W/m², ils ne chauffent pas le sol, mais le refroidissent, et en plus, ces 57,9 W/m² n'ont pas grand chose à voir avec les gaz à effet de serre !

La description traditionnelle

En fait, si les gaz à effet de serre ont une influence très réduite sur les échanges entre sol et atmosphère, ils sont par contre les seuls responsables du refroidissement de la haute atmosphère.Tout corps chauffé émet un rayonnement, visible dans le cas d'un solide à partir de températures de l'ordre de 600°C , par exemple le charbon de bois incandescent du barbecue appelé ("braises") ou un métal chauffé au rouge. Plus la température est élevée, plus la couleur de l'émission se déplace vers le bleu (arc électrique d'un soudeur à l'arc par exemple au delà de 10 000°C), en passant pour le soleil vers 6000°C au blanc (qui n'est que la somme des rayonnements allant du rouge au bleu).Au-dessous de 5 à 600°C, nos yeux ne captent plus le rayonnement émis, dénommé "infra-rouge", mais nous pouvons ressentir néanmoins son influence sur notre peau&nbsp; s'il est émis à&nbsp; des températures de l'ordre de 100°C et au-delà. Et même nous pouvons ressentir son "absence" face à des objets à&nbsp; moins de -20°C ( en réalité, nous recevons bien un peu de "chaleur" émise par ce corps froid, mais notre peau plus chaude étant plus chaude en émet davantage, d'où la sensation de froid).Pour définir ces rayonnements, on peut utiliser la longueur d'onde (0,4 microns pour le violet, 0,8 microns pour le rouge, autour de 10 microns pour les émissions à la température&nbsp; ambiante), ou bien d'autres unités comme le nombre d'ondes par centimètre (10 microns = 1000 -/cm), ou bien la fréquence.Les solides et liquides émettent en général dans à peu près toutes les longueurs d'ondes correspondant à leur température. Au contraire, les gaz n'émettent (et ne captent) que certaines longueurs d'ondes, par exemple autour de 15 microns pour le CO2, 9 à 10 microns pour l'ozone (O3), et pratiquement rien pour l'oxygène et l'azote, constituants principaux de l'atmosphère. La vapeur d'eau, principal gaz à effet de serre a une action sur presque tout le spectre,à l'exception de la zone autour de 10 microns.La puissance émise à chacune de ces longueurs d'onde nous renseigne sur la température régnant dans la zone d'émission. Ainsi, sur le graphique en tête de page, enregistré depuis un satellite au-dessus du Sahara nous pouvons voir que dans la zone où le CO2 est actif, la température d'émission est de 215K environ (-58°C), c'est à dire que nous ne captons que le rayonnement émis par le CO2 dans la stratosphère. Celui émis au niveau du sol a été complètement absorbé. Par contre, de 10 à 13 microns, la température d'émission est de 320K (+47°C) preuve que le rayonnement a été émis au niveau du sol sans aucune absorption par les gaz à effet de serre (on appelle cette zone ainsi que celle voisine entre 8 et 9 microns la "fenêtre atmosphérique", domaine dans lequel les gaz à effet de serre sont inactifs). Si nous revenons au CO2, nous voyons la puissance émise vers l'espace n'est que de 25% (50 vs 200 mW...) de ce qu'elle serait en son absence ... le CO2 empêche donc la terre de se refroidir. De même la température d'émission de la vapeur d'eau H2O est entre 260 et 270K (-13 à -3°C) correspondant à des altitudes de 6 à 8000 m seulement, sa concentration au-delà étant trop faible du fait de la condensation pour avoir un effet significatif.On remarquera la bonne concordance entre les valeurs mesurées (en noir) et celle calculées (en rouge), la difficulté est de deviner quelles étaient les concentrations en H2O à chaque altitude lors de la mesure, le CO2 pour sa part a une concentration à peu près constante. (Autre remarque: le graphique date de la lointaine époque où la concentration de CO2 était de 325 ppm contre 100 ppm de plus en 2025).