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28 novembre 2013 4 28 /11 /novembre /2013 13:54

Réchauffement de l’atmosphère, une affaire entre albédo et émissivité.

28 Novembre 2013

Cette affaire de réchauffement climatique est décidément bien compliquée.

Les milliers de pages des rapports officiels sont à ce point absconses qu’il a fallu en extraire la quintessence pour exposer aux décideurs un tableau qui ne soit pas totalement inintelligible.

C’est le fameux « Résumé à l’usage des décideurs ».

Certes compréhensible du « décideur » moyen, mais peut-être un peu réducteur.

Aussi, afin de prendre du recul, ais-je demandé son avis à un mien cousin émigré dans le système de Sirius.

Comment voit-on le problème de là-bas ?

Son avis, bien que peu nuancé, m’a paru intéressant surtout pour sa simplicité, je vais tâcher de vous l’exposer en essayant de ne pas déformer sa pensée.

Pour notre ami lointain la Terre n’est qu’un petit système thermodynamique qui reçoit toute son énergie de son étoile.

( je lui ai fait remarquer que la Terre elle-même n’est pas totalement dépourvue d’énergie interne, mais il m’a tout de suite arrêté en me citant les chiffres de ce que nous appelons pompeusement le flux géothermique: seulement 0,065 W/m2, moins qu’un pet de lapin comparé à la puissance reçue de notre étoile).

Notre Soleil est vu de Sirius comme une sorte de chandelle qui nous envoie bon an mal an un flux énergétique d’environ 1 368 W/m2 relativement constant, c’est d’ailleurs pourquoi nous l’appelons « constante solaire ».

Arrivé sur le globe ce flux se réparti pour donner un « arrosage » moyen de 342 W/m2.

Ayant constaté que la température de surface du globe reste constante en moyenne, les savants de Sirius en ont déduit que le flux d’énergie qui vient de l’espace y retourne intégralement sous une forme ou sous une autre. Nous ne les contredirons pas.

La Terre étant visible dans leurs instruments, ils ont conclu qu’une partie du flux reçu est réfléchi et repart vers l’espace.

Le reste est donc absorbé.

Et c’est là qu’intervient un certain Stefan Boltzmann, qui nous a tout expliqué au sujet du rayonnement infrarouge des corps chauffés.

Bon sang mais c’est bien sûr, l’énergie du Soleil absorbée chauffe la Terre, qui à son tour rayonne vers l’espace, mais dans l’infrarouge.

La température s’établit à une valeur telle que l’énergie totale renvoyée vers l’espace est exactement égale à l’énergie reçue, ce qui garantit une température constante, c’est l’équilibre thermique.

Notre ami de Sirius nous a alors félicités pour notre chance d’avoir trouvé un « Deus ex machina » assez aimable pour faire en sorte que cet équilibre se soit établi à +15°C.

Cinq degrés de plus ou cinq degrés de moins et c’en était fait de nous !

Tout au moins sous la forme actuelle.

Quand on connaît le nombre et la variété des processus qui interfèrent pour fixer la température d’équilibre, on ne peut qu’être convaincus de l’intervention d’un mécanicien de l’espace assez habile pour ajuster tout cela pour notre plus grand confort.

Et en plus, cela dure depuis des millions d’années, certes avec quelques soubresauts, mais sans incidence fatale pour les espèces vivantes sinon la disparition de certaines d’entre elles, vite remplacées par d’autres plus dégourdies.

Pour faire court, nous dirons que ce délicat équilibre tient à deux caractéristiques thermodynamiques qui sont l’albédo et l’émissivité.

L’albédo caractérise la portion du flux solaire qui est renvoyée vers l’espace par réflexion.

Cette réflexion se produit sur les nuages, sur l’eau, sur la neige et la glace, sur la terre, avec bien sûr des valeurs qui dépendent directement d’un grand nombre de facteurs.

L’émissivité caractérise la faculté d’un corps d’émettre plus ou moins de puissance rayonnante pour une température donnée.

Stefan Boltzmann a donné la formule, remarquable par sa simplicité, qui lie la puissance rayonnée et la température du corps:

P = E . S . T exp(4)

P est la puissance rayonnée.

E est l’émissivité du corps considéré.

S est la constante de Stefan Boltzmann: 5,67 . 10 exp(-8)

T est la température en Kelvin ( T en °C + 273,15)

Une simple calculette permet de constater les conséquences d’une petite variation d’un des deux facteurs sur la température à partir de la petite formule ci-dessus.

C’est assez édifiant.

Les climatologues de Sirius sont cependant perplexes. Ils connaissent bien sûr Stefan Boltzmann et sa formule magique; ils l’ont donc mise à l’épreuve pour calculer la température terrestre de surface.

Il leur a suffit de mesurer l’albédo, qui est de 0,3, et d’évaluer l’émissivité, proche de 0,95 . Le résultat les a contrariés: - 19°C, alors que nos thermomètres indiquent une moyenne de + 15°C.

J’ai alors rappelé à mon correspondant lointain qu’il existe des procédés, appelés traitements de surface, qui permettent de modifier l’émissivité d’un corps.

Par exemple, l’Aluminium poli présente une émissivité de 0,04 alors que s’il est anodisé elle est de 0,8.

Pour ce qui concerne la Terre, le procédé en question a consisté à la recouvrir d’une couche gazeuse appelée Atmosphère.

Ce traitement de surface un peu particulier a permis de modifier son émissivité apparente, qui est ainsi passée de 0,9 à 0,6.

La petite formule magique vérifie que la température est alors montée à +15°C, confirmant s’il en était besoin le rôle essentiel de l’émissivité.

Ce tour de passe-passe est rendu possible par un réglage précis de la composition de la couche atmosphérique, afin de lui donner les caractéristiques recherchées ( On parlerait

aujourd’hui de matériaux intelligents).

Le dosage porte sur l’Oxygène, la vapeur d’eau, le dioxyde de Carbone, le Méthane, et quelques autres, par l’intermédiaire de deux mécanismes principaux qui sont l’effet de serre, et la boucle évaporation-précipitations, rendue possible par la présence d’eau.

L’eau joue en effet un rôle majeur dans ce processus de régulation, par le passage permanent entre les trois états solide-liquide-gazeux qui met en jeu la chaleur latente.

On a pu constaté que ce procédé de régulation fonctionne au moins depuis 400 000 ans, avec une précision de +/- 1,8% , ce qui est fort honorable pour un servomécanisme soumis à de grandes perturbations cosmiques.

Le Deus ex machina est vraiment très habile….

Albédo et Emissivité sont donc les deux leviers qui règlent la valeur de la température de notre environnement.

Mais qui manœuvre ces leviers, et comment ?

Tout ce qui compose notre environnement influence l’un ou l’autre de ces deux leviers, voire même les deux à la fois:

- La composition de l’atmosphère et son volume.

- L’importance des couches nuageuses et les types de nuages.

- La pollution atmosphérique, les aérosols.

- Les courants marins.

- La composition des couches supérieures des océans.

- La faune maritime.

- La couverture neigeuse.

- La couverture glaciaire.

- La couverture forestière.

- Les émissions d’aérosols.

- la nature des procédés agricoles.

- Les émissions volcaniques.

- Les émissions de CO2 anthropiques.

- L’urbanisation.

- La chaleur de combustion des fossiles.

- Les rayons cosmiques.

- Etc, etc…

Le rôle des climatologues est d’analyser et de quantifier l’influence des différents facteurs sur le positionnement des deux leviers de commande, et surtout de faire la chasse aux éléments susceptibles de perturber l’équilibre délicat qui permet notre existence.

Le grand nombre des facteurs, leurs variabilités régionales et saisonnières ainsi que leurs interactions rend nécessaire l’utilisation de modèles informatiques pour tâcher de déterminer les grandes tendances.

Les mécanismes ne sont pas encore tous bien connus ni même tous identifiés. Une certaine modestie est donc nécessaire pour l’interprétation des résultats des modèles.

Ce délicat mécanisme a donc fonctionné convenablement depuis des temps immémoriaux.

Les choses ont commencé à se gâter à partir du moment où les Hommes ont acquis les moyens de tripoter les leviers de réglage que sont l’albédo et l’émissivité, sans vraiment en connaître le mode d’emploi:

Emissions inconsidérées de gaz à effet de serre, d’aérosols, de Méthane, de nombreux composés organiques volatils, modifications sensibles de l’environnement émissif-réflectif par la déforestation, la désertification, l’urbanisation envahissante, la destruction des zones humides, la pollution des océans, etc, toutes actions qui sont autant de manœuvres irresponsables des deux leviers qui contrôlent notre environnement.

Le CO2 n’est qu’un des agents perturbateurs de notre équilibre, mais il est loin d’être le seul, et peut-être n’est-il pas le plus important.

Mais ceci est une autre histoire…

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