Dans les revues de vulgarisation, on apprend l’existence de 2 régions que je trouve problématique.

La première est la thermosphère. Celle-ci entoure la Terre. Elle commence vers 90 150 km et finit « plus loin ».  On y constate une augmentation de température avec l’altitude. On évoque 300 C jusqu’à 1600 C !

Et bien je trouve que l’équilibre thermique de cette thermosphère pose problème. Si l’on applique l’hypothèse du corps noir, elle devrait rayonner beaucoup : perdre beaucoup d’énergie par rayonnement. On n’en voit pas. Pour compenser cette perte, il faudrait un apport énergétique considérable (bien plus que les 1400 W/m2 de la « constante solaire ».  On évoque que cette sphère (l’ozone qu’elle contient) absorbe l’ultraviolet solaire. Soit. Cela ne représente qu’une faible fraction de 1400 W/m2.

En conséquence, cette thermosphère ne se comporte pas comme un corps noir. Le fait que sa densité soit faible ne change rien à l’affaire. Pourquoi sont comportement radiatif est il aussi éloigné de celui du corps noir ?

La deuxième région est la couronne solaire. Celle-ci entoure le soleil. La température y augmente des millions de K. Là encore, le bilan thermique est problématique. Si l’on suppose que l’unique apport d’énergie est la radiation de la surface solaire à 6000 K, pour une surface plus grande, il semble impossible de dépasser 6000 K. Là encore, pourquoi cette couronne n’émet pas « comme un corps noir » ?

Voici 2 cas qui relativisent la prétendue température d’équilibre à -18 C pour la surface terrestre. Je rappelle que « l’effet de serre » est considéré comme celui qui permet une température moyenne de 15 C (on se demande d’où cela sort) et non de -18 C. Du point de vue thermique, le problème est sans doute plus compliqué.

On considère 1 m2 de surface terrestre « face au soleil ». Ceci se produit à midi autour de l’équateur lorsque le soleil est pile à la verticale. (Où sur la Lune face au soleil)

La puissance reçue par unité de surface face au soleil et Cs = Pt/S2 = 1397W/m2 (la fameuse « constante solaire ». On prendra 1340 W/m2

L’albédo terrestre moyen est A = 0,3, on prend cette valeur pour notre m2.

La puissance absorbé par ce « m2 » Ca = Ct(1-A) =938 W

La loi du corps est puissance émise = sygmaT⁴ avec sygma = 5,67 E-8  W/m2/K4

La température théorique de ce m2 selon la loi du corps noir est T = racine4ème(Ca/sygma) = 358 K soit environ 85°C.

On remarque qu’avec un albédo de 0, on trouve 119°C.

Il est assez difficile de mesure la température de la couche superficielle de surface terrestre.

Pour une surface d’albédo 0,3 donc pas noire, il semble que sa température soit sensiblement inférieure à 85°C, on peut l’estimer autour de 60 °C. C’est sans doute parce que cette surface perd son énergie autrement que par rayonnement. Elle perd sont énergie par conduction vers l’intérieur et par conduction de contact avec l’air.

D’autre part cette couche de surface n’est pas strictement en équilibre thermique : il est en train de chauffer à l’instant considéré.

La notion de température moyenne à -18 degré pour la Terre selon la loi du corps s’applique en théorie à ce m2 de surface. Il faudra aussi que toute la surface terrestre soit à la même température.

Ce modèle est donc inadéquat.

Dans la machine thermique du climat, il faut considérer plus que ce bout de surface terrestre. Il faut inclure une certaine profondeur de surface solide, y compris les glaciers, tout ou partie de l’océan, tout ou partie de l’atmosphère, tout ou partie de l’eau circulante.

La première question porte sur ces « tout ou partie ». Par exemple, il est certain que les températures des couches profondes de l’océan ne sont pas affecté quotidiennement. Pourtant, la circulation océanique existe, il semble difficile de les exclure. Idem pour toute la masse des glaciers. On doit aussi prendre toute l’atmosphère terrestre même celle qui est vers -60 °C à 10 km d’altitude.

La notion de température moyenne se comprend alors au sens de la calorimétrie. Il est certain que c’est la masse de l’eau (océan + glacier) qui va primer.

En première approche, la température moyenne de la Terre n’est donc pas de 15°C mais plutôt de 0°C. C’est un glaçon en train de fondre !

On remarque aussi que ce calcul ne correspond pas aux valeurs données pour la température à la surface de la Lune. Bref, les équations de la thermique sont relativement ineficace pour donner des éléments de prédiction.