Pour Venus, l’explication de la température au sol découle pour toutes les lattitudes du gradient de température (modèle thermodynamique) et de la température en altitude.

Plus précisément c’est la valeur des températures

http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/news/t/astronomie/d/en-video-les-decouvertes-de-venus-express_13757/

Vers 70 km d’altitude, la température est de l’ordre de 230 K.

Les caractéristiques de cette couche limite sont plus complexe. Il s’agit d’une zone de « température plateau ». L’altitude basse et l’altitude haute dépende du caractère jour/nuit et de la latitude.

C’est cette valeur « moyenne » de 230K qu’il faut expliquer.

En reprenant le calcul du corps noir (la « constante solaire pour venus est 2700 W/m2, l’albédo est  0,65, on a une puissance absorbé de 236 W/m2 et une température de « corps noir est 256 K ».

L’écart n’est pas très grand. La température mesurée est plus froide que celle fournit par le calcul.

La température de 256 K correspond plutôt à l’altitude 55 km.

Les nuages s’étendent entre 50 et 80 km.

Le modèle suggère que l’altitude d’équilibre absorption –émission est de  55 km. C’est compatible avec la réalité.

Dans le détail, il faudrait modéliser les couches.

Mais la température de Vénus s’explique bien en première grandeur.

Pour expliquer l’écart de gradient de température entre la moyenne mesurée et le modèle thermodynamique d’atmosphère de la Terre, on va modéliser le cycle de l’eau.

Le cycle de l’eau

Chaque année une masse d’eau M s’évapore du sol, se condense. Dans un premier temps, on va supposer qu’il s’agit seulement un transfert liquide ->gaz -> liquide : coefficient K.

http://www.meteofrance.com/FR/glossaire/designation/1213_curieux_view.jsp

K = 2,5 E+6 J/kg (que l’on suppose constant malgré les variations de pression et température).

Mon calcul du 21/09/06 donnait M = 3,5 E+17 kg. (A noter que malgré mes recherches je n’ai pas trouvé des indictions de ce chiffre nulle part).

Ceci correspond à une quantité de chaleur Q transférée en altitude.

Q = K M = 8,75 E+23 J

Puisque  t = 1 an = 31 536 000 s, la puissance est P =Q/ t = 2,8 E+16 W

S = surface de la terre = 5,1 E+14 m2. La puissance par unité de surface est P/S = 54 W/m2.

C’est la source d’énergie du phénomène qui maintien l’écart de température.

L’énergie de l’écart de température.

On va supposer que cela correspond à un altération linéaire de la température. La moitié se réchauffe et l’autre moitié (le bas) se refroidit. L’écart à expliquer sur le gradient de température est x = 3,4 K/km.

La masse d’air c’est grosso modo la masse de l’atmosphère m = S * 10 000 kg/m2. Le flux d’énergie échauffe ou refroidit la moitié de m.

Calcul du 21/08/06 : m = 5,1 E+18 kg.

L’échauffement moyen est dT = x * H/2. On prend H = 10 km. D’où dT = 17 K.

La quantité d’énergie correspondante. est Q’ = m/2 * Cair * dT/2 .

http://gilbert.cabasse.free.fr/bricolage/calculs_thermiques.htm

Cair = = 1 KJ/kg/K (que l’on suppose constant malgré les différences de pression et température).

Q’ = 2,2 E+22 *J

Q’/S = 4,25 E+7 J/m2

Bouclage.

Si le premier phénomène (cycle de l’eau) est la cause du second (écart de gradient de température), alors il manque un paramètre pour le confirmer : un constante de temps t’ tel que P/S = Q’/S/t’ ?

Avec ces valeurs, on obtient t’ = 9 j.

Cette valeur correspond grossièrement au temps nécessairement pour que l’atmosphère retrouve son profil de température « d’équilibre thermodynamique » si on supprimait le cycle de l’eau. En pratique, il serait plus élevé car ce genre de phénomène va de « moins en moins vite au fur et à mesure que l’on ‘approche de l’équilibre. La relation P-Q’ n’est pas vraiment linéaire. Pour P2 >P, on a t’2 <t’ et Q’2 <Q’. la valeur de t’ correspond à la valeur tangente pour la situation réelle de P).

L’ennui c’est que je n’ai aucun moyen de vérifier le résultat

Cette valeur de t’ ne semble pas aberrante, même si elle parait élevée. On remarque toutefois que cette valeur de 9j est l’ordre de grandeur de la durée des phénomènes météorologiques majeurs.

Rappel du calcul précédent : dT/dh = mg(1-K)/RK

Dans le cas de Vénus

Po = 90atm = 9 E6 Pa

L’atmosphère est du CO2 triatomique(presque exclusivement). K = 1,3 ; m = 44 g/mol = 0,044 kg/mol

g = 8,87 m/s2

D’autre part R = 8,314 J/K/mol

Donc (K-1)/K= 0,23

Z = 18,53

mg(1-K)/RZK = -5,8 E-4

Popuissance((K-1)/K) = 39,7

P = (-0,00058 h + 39,7) puissance(4,3)

Et dT/dh = mg(1-K)/RK = - 0,044 * 8,87 * 0,3/ (1,3 * 8,314) = - 0,0108 K /m  =  -10 K/km

Dans http://www.nature.com/nature/focus/venusexpress/

« the structure of venus middle atmosphère and ionosphère , la décroissance mesurée est de 10K/km pour la « troposphère vénusienne ».

On voit donc que gradient de température de la couche inférieur de l’atmosphère vénusienne est parfaitement décrite par le modèle thermodynamique.

Ainsi, la température de la limite supérieure de cette troposphère étant fixé, les conditions de températures en dessous sont définis et la température de surface s’explique.

La température élevé au sol pour Venus découle de (m ; g ; K, Po)spécifiques à Vénus et  de T’o la température à 60 km. A aucun moment des phénomènes d’effet de serre ne sont nécessaires pour expliquer cette température.

La théorie de l’effet de serre pour justifier la température au sol de Vénus se traduit par 3 possibilités

-          Une version forte ou la haute troposphère chauffe « unilatéralement » le sol. Ceci se traduirait par un gradient très différent du gradient thermodynamique. Donc cette possibilité est exclue.

-          Une version moyenne où l’ensemble de la troposphère et le sol s’échauffe conjointement. Etant donné que la loi du corps noir est en T4, il est improbable que cela se fasse linéairement. De plus, la température du haut de la troposphère n’est pas énormément plus chaude que prévue mais plutôt plus froide. Cette possibilité est donc elle aussi exclue.

-          En conséquence le seul effet de serre possible sur Vénus ne s’appliquerait éventuellement que pour l’atmosphère de haute altitude (au dessus de la troposphère).

Considérations sur la véracité de l’article.

Sauf erreur de calcul, les chiffres dépendent directement du modèle.

Les chiffres fournis par l’article sur Venus express viennent corroboré cela.

C’est donc une confirmation du modèle.

L’ensemble constitue une explication de « première grandeur » de la température constatée au sol.

La « démonstration » classique de l’effet de serre cité habituellement porte sur les températures moyennes constatées de la Terre et de Vénus.

En fait plutôt qu’une démonstration, il s’agit plutôt d’une illustration. Donc la réfutation de ceci ne vaudra pas comme preuve contre l’effet de serre mais comme élimination de l’illustration.

Rappel :

La température moyenne au sol de la Terre est sensée être de 15 C, étant donné la valeur du rayonnement solaire reçue et la valeur de l’albédo, la loi du corps noir voudrait que la température moyenne soit de -18 C.

Dans cette description il y 5 problèmes (non forcément exhaustifs) que je classe par ordre d’importance :

1 La formule du corps noir étant en T4 c’est la racine quatrième des T4 qui devrait être pris en compte pour la moyenne.

2 On ne tient pas compte du coefficient d’émissivité (la terre n’est pas un corps noir).

3 La valeur exacte de l’albédo est délicate.

4 L’absorption du flux solaire se fait à des altitudes variables et non systématiquement au niveau du sol.

5 La notion de température moyenne à 15 C est délicate.

Ces 5 points sont loin d’être anodins. Ils invalident le calcul effectué.

Pour « revenir au réel » il manque en outre quelque chose : les mesures du flux radiatif en provenance du sol et en provenance de l’atmosphère (hors soleil). A ma connaissance ils n’ont jamais été mesurés.

Venus

Après la Terre considérons Vénus qui est considérée comme le plus « belle exemple de l’effet de serre ».

Si l’on refait le coup pour Vénus, l’albédo change, le puissance solaire reçue change et on trouve une autre température théorique de « corps noir ».

L’albédo moyen selon wikipédia est 0,65

En reprenant le calcul du corps noir (la « constante solaire pour venus est 2700 W/m2), on a une puissance absorbé de 236 W/m2 (contre 224 pour la Terre).

La température de « corps noir est 256 K ».

Et les tenants de l’effet de serre de claironner : « la température moyenne au sol est de 730 K !  vous voyez bien comme cela chauffe !».

Mais tout le monde sait que l’on ne voit pas la surface de Vénus. L’atmosphère est opaque au rayonnement. Ce n’est donc pas au niveau du sol qu’il faut faire le calcul mais au niveau de la couche de nuage. En supposant que cette couche arrête « tous les rayonnements solaires arrivants » (comme le fait le sol de la Terre), on ne fait que transposer le problème : il y a une atmosphère au dessus et un « au dessous » (qui se trouve être aussi un gaz et non un solide ou un liquide). Devinez la température qu’il fait sur Vénus à 60 km (altitude de ces nuages) ? 230 K (chiffre de Venus Explorer).

Bref, Vénus avec son atmosphère gorgée de gaz à effet de serre qui est sensée être le siège d’une élévation de température puissante est au contraire un indice de l’inefficacité de la théorie de l’effet de serre.

Remarque : le calcul présente des incertitudes (l’altitude où le flux solaire est absorbée, la valeur de l’albédo, la température) et des approximations (tout ne se fait pas à une altitude « pile poil »). Il ne faut donc pas lui en faire dire trop. Il n’empêche que ce calcul montre l’absence d’effet de serre massif pour Vénus.

Mais qu’est-ce qui cause la chaleur au sol ?

Cela mérite un article complet (à suivre)

Considération sur la « véracité de l’article ».

Comme indiqué en préalable, il s’agit de réfutation des exemples classique de la théorie de l’effet de serre et non de la théorie elle-même. Encore que dans le cas de Vénus, l’écart est tellement grand que rattraper la théorie semble difficile.

J’ai indiqué les erreurs très importantes (surtout la moyenne en T4) du calcul théorique effectué pour la Terre. Comme ce calcul est théorique, cela suffit pour le récuser.

J’ai ajouté un fait important c’est l’absence de mesure d’un élément clé de la théorie : le flux rayonné atmosphère-> sol. C’est un élément de doute sérieux.

Enfin, j’ai ramené la description pour Vénus à des réalités. Faire le calcul « au sol » du flux solaire reçu est une aberration.

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.