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16 novembre 2008 7 16 /11 /novembre /2008 14:11

Si l’on a admis ma « démonstration », l’effet de serre est un modèle largement erroné et donc inapproprié. D’ailleurs, il est douteux qu’il soit réellement utilisé dans un cadre scientifique. Pourtant, tout le monde peut constater que ce modèle à un succès médiatique important. Alors quelle qualité peut on lui attribuer ?

Je vais ici examiner l’aspect « pédagogique ». Est-ce que ce modèle serait un bon moyen de « présenter les choses ». (« les choses » étant ici le problème de la dynamique de l’atmosphère, les climats). Il est vrai que le modèle est simple, je rappelle ces « fondamentaux » :

-          De l’énergie solaire incidente (visible)

-          Une émission par le sol (infrarouge)

-          Une atmosphère transparente dans el visible mais pas dans l’infrarouge

-          Une émission par l’atmosphère en direction du sol.

Ce modèle comporte donc  éléments ; le sol, l’atmosphère et le milieu extérieur (dont le soleil).

 

D’emblée, on peut nier le caractère pédagogique de l’affaire si l’on considère la définition des éléments du modèle. En effet, on prend rarement le temps de définir ces éléments.

On remarque tout d’abord qu’il manque « l’intérieur » de la Terre. Il va être question d’échanges énergétiques et il existe réellement des échanges énergétiques entre l’intérieur et le sol ou l’atmosphère.

La définition du sol n’est pas non plus un mince affaire. En effet, la surface terrestre étant surtout de l’océan, qu’est-ce que le sol ?  Il faut aussi préciser s’il s’agit du sol réel (avec l’altitude moyen des continents à 860 m) ou d’un sol fictif à 0 m. Enfin, le sol a-t-il une épaisseur dans ce modèle ? Il semble que non. Je remarque que nous sommes relativement incapable de mesurer la température du sol et que les relevés de température « au sol » mesurent la température de l’air à 1 m : c’est loin d’être la même chose.

La définition de l’atmosphère est peut être la moins problématique. Elle est relativement bien limitée par le sol d’un coté. De l’autre , sa limite est plus flou. Cela a sans doute peu d’importance. Il importe aussi de noter l’importante variation spatio temporelle de la température (en latitude et en altitude) et de la pression. Par contre, la composition est relativement homogène.

Le milieu extérieur est un fourre-tout pratique. De là vient le rayonnement solaire, et là bas part le rayonnement émis. Mais ce ne sont pas les seuls échanges.

 

Avec les éléments précédents, le modèle de l’effet de serre utilise un premier principe : celui de la conservation de l’énergie.

Energie incident du soleil = énergie émise par le sol et l’atmosphère.

Mais il ne l’utilise pas comme cela, il prend surtout le « point de vue du sol » (pour montrer le « surcroit d’énergie »).

Energie reçue par le sol = énergie émis par le sol.

En toute rigueur, il faudrait considérer les 4 éléments précités et les 12 échanges d’énergies possibles avec leurs types. Cela commence à nuire à la simplicité.

On peut le décrire comme suit :

Le milieu extérieur fournit de l’énergie solaire mais aussi des l’énergie cinétique (chute de météorites), de l’énergie gravitationnel (marée de la lune et du soleil), des rayonnements et particules « cosmiques ». Que les 3 derniers soient négligeables par rapport au premier type est exact : encore faut il le souligner. L’énergie solaire n’est pas uniquement dans le visible et ne concerne pas uniquement le sol : il est absorbé par l’atmosphère et une fraction de l’océan (on retrouve ici l’un des problèmes dans la définition du sol).

Le milieu externe reçoit de l’énergie essentiellement sous forme de radiation (en provenance du sol, des océans, et de l’atmosphère) plus de l’énergie liée à de « l’échappement de matière (tout à fait négligeable). La radiation c’est de la réflexion (par le sol et l’atmosphère) + une radiation « thermique ».

Le « milieu » interne fournit aussi de l’énergie : énergie géothermique et ajustement thermiques (surtout pour l’océan). 

Les échanges sol atmosphère ne se réduisent pas à des échanges radiatifs. Il y a des échange conductifs, de changement de phase (le sol n’étant pas gazeux, il n’y a pas d’échange convectifs). Là il est complètement illégitime de négliger ceux-là.

 

Dans le modèle de l’effet de serre, il vient alors la formule de Stefan qui régit l’émission du corps noir : sigma T^4. L’utilisation brute de cette formule est loin d’être pédagogique. En effet, les caractéristiques d’un corps noir sont assez spécifiques. Il faut notamment un température homogène : ce qui n’est pas le cas. On peut tout au plus supposer une homogénéité locale. Surtout, le corps noir est un idéal et en réalité il y a un coefficient d’émissivité. Supposer une émissivité de 1 devrait être justifiée. Bref, en faisant cela, on ne cultive pas les « interlocuteurs », on les trompe.

 

Au final, on passe aussi a coté d’une connaissance importante : le profil moyen de température et de pression de l’atmosphère (terrestre) est régit pas des équations thermodynamiques.

 

L’effet de serre n’est même pas un bon discours de vulgarisation.

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