Climat : le graphique qui vaut 10000 mots 21


En pondant ce commentaire sur le blog les-crises.fr que j’ai honte de ne découvrir qu’aujourd’hui, une petite recherche sur l’effet de serre m’a conduit à cet excellent graphique, qui remplace au moins 10000 mots :

Ce graphique, oeuvre de Robert A. Rohde de globalwarmingart.com montre des tas de choses fondamentales, et quelques unes de mes interrogations:

  1. le rayonnement « entrant » dans l’atmosphère est la somme de deux « rayonnements du corps noir » : celui du soleil à 5525 K par le haut, et celui de la Terre à 288 K environ actuellement, par le bas.
  2. L’ozone nous protège des ultraviolets solaires, mais aussi la diffusion Rayleigh, qui nous donne ce joli ciel bleu. O3 mérite-t-il d’être considéré comme un méchant gaz à effet de serre à cause de quelques petits pics dans l’infrarouge ?
  3. Le fameux CO2 a deux petites bandes d’absorption des infrarouges solaires, mais il absorbe surtout du rayonnement thermique émis par le sol ! Sa plus large bande d’absorption se trouvant légèrement « à droite » du sommet du spectre terrestre, l’effet du CO2 diminue(ra) lorsque la surface de la Terre se réchauffe(ra), donc si le spectre « bleu » se décale vers la gauche. Serait-ce là un des phénomènes de stabilisation de la température de la planète ?
  4. C’est bel et bien l’eau sous forme de vapeur qui est le principal gaz à effet de serre, non seulement parce qu’il y en a beaucoup dans l’atmosphère (en fait on ne sait même pas combien, tellement ça dépend de la température, de l’altitude et des vents…), mais aussi car ses bandes d’absorption sont nombreuses et larges, entamant le spectre solaire, mais surtout la moitié « froide » du spectre terrestre. Lorsque la Terre connait(ra) une glaciation, l’effet de serre de la vapeur d’eau renforce(ra) celui du CO2 lorsque le spectre bleu se décale(ra) vers la droite.
  5. Le méthane et les oxydes d’azote ont quelques pics d’absorption des infrarouges solaires et terrestres, mais certaines dans des bandes absorbées également par la vapeur d’eau. Le GIEC a-t-il bien pris en compte l’effet de non linéarité qui apparaît lorsque l’augmentation de la concentration de ces gaz n’augmente plus notablement un taux d’absorption et de dispersion proche de 100% à ces longueurs d’onde ?

Allez-y, défoulez-vous dans les commentaires. Avec un peu de chance on y trouvera enfin des références claires aux mécanismes de régulation la température qui refroidiront inévitablement (trop?) cette planète un de ces siècles…

  • Lechat

    En ce jour de COP21, une question (sans doute débile) : étant dans un système clos, la quantité de CO2 présente sur terre a toujours été la même. Avant d’être stocké dans les énergies fossiles, où était tout ce CO2 ? Il y a sans doute une époque (lointaine certe) où ce C02 était dans l’air ?

    • http://drgoulu.com/ Dr. Goulu

      la quantité de carbone (= élément C de la table de Mendeleiev) est toujours la même, mais la quantité de CO2 varie : il est produit quand le carbone brûle (ou est « oxydé » comme dans notre corps) et il est réduit (en quantité) lorsque le CO2 est réduit (terme chimique inverse de l’oxydation) par exemple par la photosynthèse des plantes.

      Il y a eu des périodes avec beaucoup plus de CO2 qu’aujourd’hui. Je croyais que c’était au carbonifère par exemple, mais après vérification c’était plutôt au Crétacé qu’il y avait 4 à 5 fois plus de CO2 qu’aujourd’hui. Et aux origines de la Terre, l’atmosphère ne contenait quasi pas d’oxygène mais environ la proportion équivalente (20%) de CO2…

      Une bonne partie de ce CO2 originel a disparu dans un puits de carbone qu’on oublie souvent : la production de calcaire, ou plutôt de carbonate de calcium par les récifs coralliens.

      Le problème du réchauffement climatique est, à mon humble avis, qu’il est très rapide à notre échelle, donc que ses conséquences sur notre espèce sont difficiles à anticiper. Mais au niveau des autres espèces c’est juste une extinction de masse comme il y en a eu d’autres cf http://kidiscience.cafe-sciences.org/articles/la-disparition-de-la-vie-sur-terre/

      • jmdesp

        Ne pas oublier aussi que sur le long terme, la luminosité du soleil augmente (environ 7% par milliard d’année), donc que la quantité de CO2 pour atteindre le même équilibre de température diminue. Bon ça n’est significatif qu’à échelle de centaines de millions d’année, voir milliard d’année, mais c’est à prendre en compte quand même pour les comparaisons sur de très grandes périodes.

        Et de fait, les estimations c’est que quoi qu’il se passe pour l’atmosphère, à cause de cette augmentation de la luminosité du soleil, d’ici un délai suivant les estimations entre 400 millions et 1 milliard d’année, l’intégralité de l’eau sur terre entrera en ébullition, il n’y aura donc plus d’eau sous forme liquide, donc de vie telle que nous la connaissons, cf http://www.notre-planete.info/actualites/3895-Soleil-evaporation-oceans-Terre

  • espritdeserre

    la loi de Planck indique la longueur d’onde du maximum du spectre émis = 3000/T(K) ou pour une longueur d’onde de 15 µm, l’émetteur est à une température de 200 K, c’est pas courant sur la planète, cela ajouté au fait que les gaz (au moins élémentaires) ne rayonnent pas… pas de risque que l’augmentation du CO2 réchauffe la planète.
    par contre, La France, avec 10 fois plus de centrales nucléaires que les US au km2… http://www.agoravox.fr/tribune-libre/article/conference-sur-le-climat-la-france-161586

    • Dr. Goulu

      selon https://fr.wikipedia.org/wiki/Bilan_radiatif_de_la_Terre#Temp.C3.A9rature_moyenne_de_la_Terre : « Le rayonnement infra-rouge émis vers l’espace est de 235 W/m2 et correspond une température théorique de -19 °C. La différence entre la puissance émise par la surface terrestre et la puissance émise vers l’espace, à savoir 155 W/m2, correspond à ce qui est appelé communément effet de serre »

      Comme je les comprends les courbes en cloche représentées sur le graphique et labellisées « 210K – 310K » correspondent aux valeurs extrêmes, mais je vous laisse consulter les références indiquées dan le lien http://www.globalwarmingart.com/wiki/File:Atmospheric_Transmission.png si vous souhaitez des précisions.

      L’article sur agoravox est l’un des plus absurdes que j’aie vus. Ce doit être un canular dans le genre des http://www.tylervigen.com/spurious-correlations . Une corrélation même excellente ne démontre pas l’existence d’une relation de cause à effet, encore moins du sens de l’éventuelle causalité. Avec les mêmes données je pourrais faire un article très convaincant pour prouver que les autorités françaises, constatant un réchauffement climatique important, ont anticipé le problème en développant la filière nucléaire peu génératrice de gaz à effet de serre…

  • http://drgoulu.com/ Dr. Goulu

    Suite à une question de Paul sur le spectre d’absorption de l’eau, j’ai trouvé cette page très intéressante : http://www1.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html

    En fait le spectre d’absorption de la vapeur représenté sur ce graphique est très différent de celui de l’eau liquide :

    http://www1.lsbu.ac.uk/water/images/water_vibration_spectrum.gif

  • http://twitter.com/rmdepreneuf René de Préneuf (@rmdepreneuf)

    Pourquoi, si l’atmosphère est déjà complètement opaque aux IR dans les deux bandes de fréquence correspondant aux fréquences vibratoires du CO2 produisant des moments dipolaires, (seules capables d’absorber les photons) pourquoi donc l’augmentation de concentration du CO2 peut-elle encore augmenter l’effet de serre? Je n’ai jamais lu une explication claire??
    (Pour le CH4 ou H2O on voit bien qu’il n’y a pas encore saturation et que l’augmentation de concentration doit augmenter l’ES.)

    • arob

      Désolé de répondre 2 ans après, mais j’ai vu que d’autres personnes se posaient des questions semblables et je pense que donner une piste peut-être intéressant. Si l’augmentation du CO2 continue à renforcer l’effet de serre c’est à cause d’un effet de couches (une couche est de taille à pouvoir absorber tous les IR qui la traverse). En gros l’air (qui est chaud) émet également au même titre que la terre un rayonnement IR qui va être capté par la couche juste au dessus ce qui va faire chauffer l’air qui va encore ré-émettre un rayonnement IR dans la couche du dessus/dessous etc… Ainsi plus il y a de CO2 plus les couches sont de longueur caractéristique petite, et plus il pourra y avoir de photons piégés.

  • Laodu

    Je tombe enfin sur un site qui semble aborder sans passion la question de la relation CO2/augmentation de température.
    Je cherche honnêtement à comprendre comment, si l’atmosphère est déjà, compte tenu de concentration actuelle en C02, complètement opaque au rayonnement IR de la terre dans les deux bandes de fréquence correspondant aux deux modes vibratoires du C02 créant des moments bipolaires (les modes vibratoires ne créant pas de moment bipolaires ne pouvant pas absorber de photons), comment donc l’addition de C02 peut augmenter encore l’effet de serre.
    Je comprends bien que l’augmentation de CH4 ou H2O puisse encore accroître l’ES (car l’atmosphère n’est pas encore complètement opaque aux IR dans leurs bandes d’absorption) mais pour le CO2 j’ai du mal. Si quelqu’un a bien compris, merci de répondre.

  • http://vent-de-folie.aminus3.com/ Vent de Folie

    Bonjour!

    Autant que j’aie pu comprendre…votre billet m’inspire des réflexions d’un autre genre…(désolée de ne pouvoir répondre à votre questions, j’en serai bien incapable… :-) )

    Question suivante: à qui profite le crime de continuer de faire croire(?) que le CO2 doit être réduit coute que coute…Aux vendeurs de nucléaire?…(mince, il y a eu Fukushima, ça devient cornélien…).

    Deux choses:

    -si le CO2 explose, ce qui devrait nous effrayer ce n’est pas sa concentration, mais le fait que sa présence exponentielle témoigne de la vitesse à laquelle nous détruisons les ressources fossiles…(à moins que je ne me trompe).

    – si le CO2 nous fait si peur….Reboisons…!!! et laissons bosser la chlorophylle…!!!
    (Une publication récente dans Sciences, j’ai perdu la référence, sorry, montrait que 30% des émissions de CO2 étaient recyclées par les forêts des zones tempérées, boréales et septentrionales…)
    Est-ce que l’homme n’aurait pas l’art et la manière de rendre les choses encore plus compliquées qu’elles ne le sont?

  • sissa

    Quelques remarques.
    1) Pourquoi poser la question sur un blog et ne pas aller interroger des spécialistes?(en posant la question sur futura-sciences, par exemple).
    2) On peut aussi aller lire directement ce que répondent ces spécialistes à cette question de l’effet de la vapeur d’eau, par exemple: http://www.realclimate.org/index.php/archives/2005/04/water-vapour-feedback-or-forcing/ ou à la question de la saturation de l’effet de serre.
    3) Au delà, il convient peut-être aussi d’aller se renseigner par soi-même (par exemple en allant lire les rapports du GIEC): c’est un fait largement connu que l’augmentation de l’effet de serre est, en en première approximation proportionnel au logarithme de la concentration en CO2.

    Pour le reste, il est également connu que le doublement du CO2 sans rétroactions du système climatique conduit comme l’a calculé Tom Roud à une élévation des températures d’environ 1°C et que ce sont les rétroactions(en particulier celles dues à la vapeur d’eau et à l’albédo) qui pense-t-on amplifient le phénomène. C’est d’ailleurs sur cette question des rétroactions que les quelques climato-sceptiques compétents, comptent(ils espèrent, par exemple, que des phénomènes mal compris aujourd’hui liés aux nuages contrecarrent le réchauffement).
    Pour comprendre un peu plus sur le mécanisme de l’effet de serre, en partant de la base, la série d’articles sur ce blog: http://scienceofdoom.com/roadmap/atmospheric-radiation-and-the-greenhouse-effect/

    • http://drgoulu.com Dr. Goulu

      1) pour attirer des réponses de qualité telles que la votre sur mon blog, puisque c’est ma question :-) Et accessoirement parce que le niveau des réponses sur les sites généralistes est rarement satisfaisant. Je ne pense pas qu’un « spécialiste » se fatiguera à me répondre sur futura-sciences, ou alors une réponde bateau fourre-tout, alors que je recherche juste des mots clés pour faire ma recherche moi même.

      2) je connais RealClimate, merci. Il est cité directement dans ma FAQ du réchauffement global. Je reconnais la compétence des gens et le très haut niveau de ce site. Pourtant il y a très peu d’infos sur les feedback négatifs, et ce sont souvent des destructions en règle d’articles climato-sceptiques plutôt que des points concernant réellement la dynamique du système climatique Mais j’ai quand même trouvé http://www.realclimate.org/index.php/archives/2010/01/the-wisdom-of-solomon/ où, dans les commentaires, on trouve une allusion au fait que la vapeur stratosphérique pourrait diminuer lorsque la température augmente, d’où un petit feedback négatif.

      3) justement, les rétroactions positives sont amplement connues et médiatisées. La fonction logarithmique entre la concentration de CO2 et l’augmentation de température l’est peut être des spécialistes, mais pas du public à qui on vend une relation linéaire, par exemple avec les courbes corrélant le CO2 et la température.

      Merci pour le lien vers scienceofdoom, en voilà un qui a l’air sérieux, je vais y chercher mes feedback négatifs, les demander s’ils n’y sont pas, et s’il n’y en a vraiment pas, souhaiter un supervolcan.

  • http://tomroud.owni.fr/ Tom Roud

    « Le GIEC a-t-il bien pris en compte l’effet de non linéarité qui apparaît lorsque l’augmentation de la concentration de ces gaz n’augmente plus notablement un taux d’absorption et de dispersion proche de 100% à ces longueurs d’onde ? »

    Bien sûr que non ! Le GIEC ne compte aucun physicien du climat, c’est bien connu 😛

    PS : ce qui manque pour interprêter ton graphe, c’est le feedback de l’absorption sur la température du globe. Et n’oublions pas non plus que l’effet de l’augmentation du CO2 sur la température est bien sûr un effet « perturbatif », ce qui ne le rend pas moins dangereux.

  • http://activart.com jcm

    Peut-être voir ceci : Quelles sont les propriétés communes des gaz à effet de serre ? ?

    …Ainsi, à masse égale relâchée aujourd’hui dans l’atmosphère, le méthane a un pouvoir de piégeage du rayonnement 56 fois supérieur à celui du CO2, l’ozone 1 200 fois et les CFC entre 4 000 et 8 000 fois.

    • http://drgoulu.com Dr. Goulu

      Merci, j’avais vu cette page, mais ne l’avais pas lue. Grave erreur, car on y trouve une info fondamentale :

      Compte tenu des concentrations actuelles de ces gaz dans l’atmosphère, aux longueurs d’onde considérées, l’absorption du rayonnement est totale. Une augmentation de concentration de ces gaz ne conduit pas alors à une augmentation proportionnelle de l’absorption (la relation n’est pas linéaire). Ceci explique que le doublement du gaz carbonique de 350 ppmv (parties par million en volume) à 700 ppmv ne conduise qu’à un apport d’énergie supplémentaire de 4 W/m2 alors que l’effet actuel (qui correspond à un passage de 0 ppmv à 350 ppmv) est d’environ 50 W/m2.

      Donc ok, Tom, ils ont tenu compte de ça. Mais alors… Pourquoi vouloir limiter les émissions de CO2 si elles ne jouent quasi plus aucun rôle ???

      Le méthane, l’ozone et les CFC (qui ne figurent pas dans le graphique) ne sont comparativement générateurs d’effet de serre que parce que le CO2 ne peut pas l’être (beaucoup) plus ! Les hydrates de méthane du fond des mers ont dégazé plusieurs fois dans la longue histoire de la planète, créant donc un emballement de l’effet de serre catastrophique que l’on craint aujourd’hui. Quel est le phénomène qui a stoppé ceci et renversé la vapeur (expression qui trouve ici tout son sens) pour plonger la planète dans les glaces ? Messieurs-dames les physiciens du GIEC ? Quelqu’un ?

      • http://tomroud.cafe-sciences.com Tom Roud

        « Messieurs-dames les physiciens du GIEC ? Quelqu’un ? »

        Tu es sérieux, là ?

        Sur le quantitatif, tu fais deux fois la même erreur : dans le billet en disant que la contribution du CO2 est négligeable par rapport à la vapeur, et dans ton commentaire en disant que 4W/m^2 est négligeable par rapport à 350 W/m^2. Car l’effet net des gaz à effet de serre est énorme : sans eux, on a un caillou gelé à -20 C. Donc tu peux avoir une fluctuation du bilan radiatif faible qui donne un écart de température faible relativement à l’effet de serre global, mais cet effet (quelques degrés) peut tout de même être suffisant pour perturber le climat global – sachant qu’évidemment, tu n’es pas dans savoir qu’il se passe pas mal de choses quand des régions à température moyenne négative contenant de l’eau sous forme gelée passent dans le positif.
        Sinon, pour faire un ordre de grandeur sale à la physicienne, si tu considères la Terre comme un corps noir à 290 K (à la louche), 4W/m^2, ça représente une variation de température (à la louche) 3 sigma T^3 Delta T=4 W/m^2 => Delta T de l’ordre de 1 C. Le calcul a toutes les raisons d’être faux et naif, mais ça te donne une petite idée des ordres de grandeur impliqués quand même, qui sont ici tout à fait compatibles avec les modèles plus sophistiqués développés par le GIEC.

        • http://drgoulu.com Dr. Goulu

          Je n’ai pas dit que le CO2 était « négligeable » par rapport à la vapeur d’eau. On voit sur le graphique que sa contribution est plus faible, et en suivant le lien sur la wikipédia on arrive aux contributions selon le GIEC : vapeur d’eau : 60 %, dioxyde de carbone : 26 %. De même, l’augmentation de 4 W/m2 qui résulte d’un doublement de la concentration de CO2 n’est pas « négligeable » par rapport aux 50 W/m2 actuels dus au CO2, mais il est plus faible et montre clairement cet effet de la saturation et du décalage du spectre peu connu du public : l’effet sur le climat n’est pas proportionnel à la concentration de CO2.

          Je ne veux pas polémiquer sur le bien fondé d’une politique axée sur la réduction du CO2, c’est parfaitement inutile car nous ne réduirons pas les émissions de sitôt.

          On nous promet donc une série de contre réactions positives du type dégazage des hydrates de méthane qui emballeront le réchauffement. Je demande juste quels sont les contre-réaction négatives qui ont déjà plusieurs fois efficacement refroidi la planète, dans l’idée que l’on pourrait peut-être accélérer ces phénomènes plutôt que de réduire les émissions de CO2.

          Selon Berruyer, ce ne sont « que » les cycles de Milankovitch qui causent le refroidissement, ce qui nous contraindrait à attendre quelques dizaines de milliers d’années que le Soleil veuille bien nous éclairer un peu (10%) moins fort. Mais 10% des 235 W/m2 que nous recevons actuellement, ça me semble peu par rapport à un effet de serre de 450 W/m2 actuellement, amplifié par une catastrophe méthanique…

          • Boris Drojne

            @ Goulu : « il est plus faible et montre clairement cet effet de la saturation et du décalage du spectre peu connu du public : l’effet sur le climat n’est pas proportionnel à la concentration de CO2. »

            @ René de Préneuf  » Pourquoi, si l’atmosphère est déjà complètement opaque aux IR dans les deux bandes de fréquence correspondant aux fréquences vibratoires du CO2
            … pourquoi donc l’augmentation de concentration du CO2 peut-elle encore augmenter l’effet de serre? Je n’ai jamais lu une explication claire?? »

            Et bien l’explication (assez claire), on peut la voir sur http://23dd.fr/climat/histoire-rechauffement-climatique/99-histoire-de-la-decouverte-du-rechauffement-climatique-i . En fait, les bandes d’absorption ne coïncident pas. Et l’énergie est transmise dans les couches hautes moins dense, où il n’y a pas saturation. Pour infos, cette idée souvent reprise par les climato-sceptiques date d’il y a un siècle … et elle a été réfutée il y a plus d’un demi-siècle. Faudrait vous mettre au courant ! Quant à ce que dit Goulu, c’est de la désinformation : dès le départ, Arrhénius avait dit que le réchauffement ne serait pas proportionnel. Heureusement !