Pour commencer, qu’est-ce que c’est que l’effet de serre ?

Je me suis déjà fait l’écho (20/09/07) de l’étrangeté de l’existence de 14 formulations. Il n’est pas facile de réfuter quelquechose d’aussi fluctuant.

Pour fixer les choses, je me réfère au mécanisme descriptif le plus courant. Je prends celle de http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_de_serre. « C’est le rayonnement qui retourne vers la Terre (depuis l’atmosphère) qui constitue l’effet de serre, il est provoqué par l’absorption IR de l’atmosphère ». C’est l’idée courante de tout ce qui est publié.

Et pour ce faire, je vais modéliser une expérience (que je ne peux malheureusement pas mener).

Supposons une surface complètement noire (albédo 0) de grande dimension flottant de la le « vide » de l’espace et faisant face au soleil. On va considérer 1 m2 de cette surface (au milieu).

Le flux solaire arrivant Fs est grossièrement constant (si l’on veut faire le calcul, on pourra prendre la valeur au niveau de l’orbite terrestre : 1340 W/m2).

La surface étant noire, tout Fs est absorbé. Cela échauffe le corps à une température que l’on peut considérer comme homogène T1.

A cette température le corps émet un flux F1 et F2 dans les deux directions (vers le soleil et opposé au soleil). Il est en effet relative impossible d’imaginer une isolation qui empêchera ce deuxième flux. En valeur F1 = F2 = = Fs/2

En supposant que cette surface est un corps noir parfait, T1 est donné par la loi de Stefan Boltzmann (racine quatrième de (Fs/2*sygma)).

On va maintenant placer « juste devant » ce corps noir un « verre » aux propriétés optiques parfaites : il laisse passer toutes les radiations (visibles) de Fs et bloquer toutes les radiations (IR) de F1. Il s’agit là d’une idéalisation extrême. En effet, le flux Fs est aussi un spectre thermique qui comporte des infra rouges.

De même que la surface noire, ce verre va s’échauffer (T’1 supposé homogène) et émettre F’1 et F’2= F1/2 = Fs/4

Ceci se traduit par l’arrivée sur la surface noire d’un flux en surplus F’2 = Fs/4

Le raisonnement se réitère.

Le flux incident sur la surface noire est donc Fs* somme (1/4 ^n) = 4/3 Fs.

Le flux sortant de la surface noire dans les 2 directions est 2/3 Fs

Le flux sortant du verre dans les 2 directions est 1/3 Fs.

On remarque au passage qu’il y a bien conservation d’énergie : le système se comporte comme un diviseur d’énergie : 2/3 en direction opposé du soleil et 1/3 en direction du soleil.

La température de la surface noire est donnée par racine4 (Fs/symga * 2/3).

La température du verre est donnée par racine4 (Fs/ sygma * 1/3)

Le rapport entre les 2 est racine4(2) (la surface noire a une température 19% plus élevé que celle du verre).

La présence du verre a multiplié la température par racine4(4/3) = 1,074.