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19 mai 2008 1 19 /05 /mai /2008 14:39

Tout le monde constate qu’en général la température a l’intérieur d’une serre est plus élevé que celle à l’extérieur.

La théorie de l’effet de serre s’appelle ainsi parce qu’elle dit que c’est « l’effet de serre » (les phénomènes radiatifs) qui sont la cause principale de cette température élevée.

 

Examinons le modèle d’une serre idéale.

On suppose le sol de la serre bien noire et ses cotés « sans importance ».

Il y a 2 différences par rapport au modèle plan vu précédemment.

-          Ce qui se passe de « l’autre coté du sol ».

-          L’existence de l’air dans la serre.

 

Le fait qu’il y ait de l’air fait que l’on doit prendre en compte d’un phénomène jusqu’ici ignoré : la convection thermique (on négligera la conduction). De plus on supposera l’air sec et on négligera les phénomènes de changement de phase.

L’air s’échauffe au contact du sol (phénomène dont la description est délicate : on suppose que les température s’ajustent) et monte pour être remplacé par de l’air froid. L’air chaud qui a monté échauffe le verre (qui lui même se refroidit au contact de l’air extérieur).

 

L’examen du sol de la serre pose un problème encore plus ardu. En effet, il n’y a plus de rayonnement thermique de « l’autre coté » du sol. On va supposer que le régime thermique est à l’équilibre, que la capacité calorifique de ce sol est sans importance et que la conduction thermique dans le sol est aussi négligeable. Ces hypothèses simplifient grandement les modèles et consiste à supposer qu’il « n’y a pas d’autre coté ».

 

Le modèle radiatif.

 

Du point de vue « effet de serre », ces hypothèses amènent au modèle plan avec des verres des 2 cotés et un doublement de l’énergie incidente.

 

Le modèle « convection-conduction »

Il se traduit par le profil de température suivant.

Tsol

Tair à 0 m = Tsol

Un gradient de température dans la serre.

T haut serre = Tverre bas

Un gradient de température dans le verre (conduction)

T verre haut = T extérieur (paramètre externe).

On peut considérer que T extérieur est la température « sans la serre » (la hauteur entraine une différence marginale).

Le brassage de l’air dans la serre par convection entraine une assez grande homogénéité de température. Le gradient est de quelques degrés . Tsol = Tverre base + x.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Conduction_thermique

Le flux d’énergie est lambda * (Text – T verre bas)/e ou lambda est  le coefficient de conductivité thermique.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivit%C3%A9_thermique

Pour le verre lambda = 1,2 W/m/K. C’est un isolant médiocre.

Pour un verre d’épaisseur 1 cm,

Le flux est  120 * (Text – T verre bas) W /m2

En définitive la différence de température entre le sol et l’extérieur est Tsol-Text = Fts/120 + x

Fts est le flux thermique émis par le sol (non radiatif).

 

On va chercher un cas pratique :

On néglige la position du soleil, on considère que l’environnement fournit le flux d’énergie incident Fi. Ceci permet la température extérieure à 15 C. On suppose la différence de température est de l’ordre de 11 K (et x=1) .

Avec le modèle « convection-conduction », Fts = 1200 W/m2.

Le sol à 299 K émet aussi un flux radiatif Frs = 453 W/m2

Le verre (émissivité de 0,89) à 288 K émet un flux radiatif dans les 2 directions de 346/2 = 173 W/m2

Sans la serre, le sol est à 288K et émet de façon radiative 390 W/m2. Il émet aussi Fts2. Il reçoit donc le flux incident Fi = Fts2 + 390.

Ce flux incident est supposé être le même que celui avec la serre moins ce que renvoie le verre.

Fi = 1200 + 453 – 173 = 1480 W/m2.

D’où Fts2 = 1090 w/m2.

La présence du verre a donc 3 effets :

L’augmentation du flux thermique émis du sol + 110 W/m2.

L’envoi d’énergie par le verre vers le sol +173 W/m2.

Un surplus d’énergie radiative depuis le sol  63 W/m2.

 

L’effet de serre augmente le flux incident de 173/1480 = 11%. En terme de température c’est 2,8% (8 K).

 

Examinons le problème de l’isolation

Si l’isolation du verre était parfaite, Fts serait égal à 0. Frs = 1480 +  173 =  1653. La température du sol serait de 413K.

Si l’isolation du verre était nulle, le modèle de profil de température ramène à Tsol = Text +x. Il n’y a pratiquement pas d’élévation de température. Tout le surplus d’énergie reçu est perdu par convection.

 

Qu’en déduire ?

On remarque que l’émission radiative du verre est dû à sa température. Celle-ci est en équilibre avec l’air extérieur. Le caractère absorbant du verre est complètement négligé.

Ce qui joue ici ce n’est donc pas cette faculté d’absorption mais l’émissivité du verre. Contrairement à l’air dont l’émissivité est très faible, son émissivité de 0,89 n’est pas négligeable.

D’autre part, ces calculent indiquent aussi que le critère premier qui fixe la valeur de la température de la serre est l’isolation de celle-ci.

Enfin si l’air n’était pas confiné, il n’y aurait pas surchauffe.

 

Au final, dire que la température de la serre est plus élevée à cause du phénomène de réémission IR du verre est exagéré. Il n’y a pas que cela

Surtout, l’autre pilier de la théorie l’effet de serre (l‘absorption du verre) ne joue aucun rôle particulier.

 

UNE SERRE N’EST PAS CHAUFFEE GRACE A « L’EFFET DE SERRE ».

 

Considération sur la véracité de l’article.

Cela se veut être une modélisation de ce qui se passe dans une serre.

Ce n’est qu’un modèle. Il est établit sur des phénomènes physiques « solides ».

Par contre, c’est un modèle simplifié.

Les valeurs d’expérience ne sont qu’estimées.

Toutefois ce modèle est assez solide pour prouver 2 choses.

-          La réémission thermique du verre en direction du sol existe mais n’a qu’une importance relative.

-          Surtout, l’absorption radiatif par le verre n’a aucune importance. Ce qui laisse penser que l’expérience de Robert Wiliam cité précédemment est exacte.

 

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Published by thidgr - dans Effet de serre
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