Y a-t-il, vraiment, deux flux de rayonnement parvenant au sol dea Terre ?
Le « bilan thermique de la terre » est déjà présenté ailleurs sur ce site et rappelé ici (source : https://actugeologique.fr/2022/07/le-bilan-radiatif-de-la-terre/)
Ces bilans montrent que l’on égale l’énergie entrante au sol avec l’énergie sortante du sol.
Comme le sol est en équilibre thermique, au sens où sa température moyenne au cours des siècles reste aux alentours de 15°C, l’égalité entre l’énergie entrante et l’énergie sortante est donc logique et nous ne contestons pas ce point.
Par contre les totaux obtenus sont quand à eux tout à fait contestables pour deux raisons au
moins, que nous détaillons ici. Nous prenons les chiffres du troisième schéma, intitulé Earth’s energy global budget, K. Trenberth et al., American Meteorological Society, 2009. et utilisés par le GIEC.
– La première raison est que les deux totaux valent 492 W/m². Or, un corps qui recevrait 492 W/m² serait à une température égale à la racine quatrième de 492.10⁸/5.67 soit environ 32°C. Pourtant le sol est à 15°C de moyenne. Comment explique-t-on ceci ?
En fait le total de l’énergie sortante s’obtient en faisant une somme de trois énergies :
a) 390 W/m², puissance d’un rayonnement infrarouge correspondant à un corps noir à la température de 15°C. Cela signifie bien que le sol est assimilé à un corps noir, puisque l’émissivité a été prise égale à 1.
b) 78 W/m² correspondant à l’évapo-transpiration du sol.
c) 24 W/m² correspondant à la convection (notée thermique sur le schéma)
On en déduit ensuite que le total de l’énergie entrante doit être « en moyenne » calculée en ajoutant deux types de rayonnement entrant :
1) Le rayonnement en provenance du soleil, évalué au sol à 168 W/m², après la division par 4 qui est faite de la constante solaire, après déduction de l’albédo (107 sur le schéma) et après déduction de l’énergie absorbée par l’atmosphère (67 sur le schéma).
2) Le rayonnement en provenance des gaz à effet de serre, calculé par différence. La valeur obtenue par cette méthode est de 324 W/m² sur le schéma. Elle est considérée comme exacte parce que les instruments de mesure perçoivent un rayonnement venant du haut ayant à peu près cette valeur. Personne ne se demande si ce rayonnement vient d’autre chose que des gaz à effet de serre. Nous pensons, nous, qu’affirmer qu’il y a d’un côté un rayonnement solaire à 340 W/m² et de l’autre un rayonnement IR quasiment égal (en W/m²) à celui du soleil venant des gaz à effet de serre et valant 324 W/m² est de l’ordre du déraisonnable et donc en dehors de la science.
On obtient ainsi la « belle » égalité 390 + 78 + 24 = 168 + 324 = 490
Cette « belle » égalité prouverait l’existence d’un effet de serre…
Nous affirmons ici que ce n’est pas vrai. Cette égalité est tout simplement fausse et nous allons expliquer pourquoi ci-dessous. Auparavant, il convient de lire la définition et les propriétés d’un corps noir.
En voici une : « Un corps noir en équilibre thermique (qui est à une température constante) émet un rayonnement électromagnétique appelé rayonnement du corps noir. Le rayonnement est émis selon la loi de Planck, ce qui signifie qu’il a un spectre qui est déterminé par la température seule, et non par la forme ou la composition du corps. »
Les irradiances sortantes ont donc été additionnées, sans tenir compte qu’un corps noir idéal, qui rayonne bien à sa température, donc considéré ici comme étant à 15°C, ne perd en aucun cas d’énergie en plus par évapotranspiration ou par convection. Un corps noir ne peut avoir d’échange de chaleur avec son environnement que par rayonnement. Ici, il en a par d’autres formes d’échanges de chaleur. Ceci est une première contradiction.
La seconde raison achève de démolir ce schéma. Le sol est à 15°C et pas à 32°C. L’irradiance qu’il reçoit doit donc être de 390 W/m² environ, au maximum, et non pas de 490 W/m². Par ailleurs, a-t-on le droit d’ajouter des irradiances pour trouver une température ? En additionnant les irradiances, on empile (plutôt qu’on ajoute) aussi les températures qui vont avec, même si la formule reliant les températures à la puissance n’est pas linéaire . De plus, un rayonnement qui atteint une surface qui est déjà à une température supérieure à celle qui est associée au rayonnement incident ne chauffera pas cette surface. Ce schéma suggère le contraire. Prenons la Terre à un endroit donné, le matin avant le lever du soleil. La température au sol est déjà en moyenne de plus de 15°C. Admettons qu’en fin de nuit, elle ait baissé. Toutes les mesures montrent que la baisse des températures à la surface de l’océan n’est que de 1°C environ et sur les terres immergées de 10°C à 20°C.
Supposons donc cette surface à 0°C pour simplifier. Cet endroit reçoit selon ce schéma 168 W/m² « en moyenne », une puissance de rayonnement qui est associée à la température de -31°C environ, donc bien plus « froide » que la température au sol. Comment un tel rayonnement pourrait-il faire s’évaporer de l’eau ?… et tout simplement comment pourrait-il chauffer tout court une terre à 0°C ? Cela n’a pas de sens.
Tout ceci montre à l’évidence qu’il n’est tout simplement pas pertinent de raisonner sur des moyennes d’irradiances et encore moins pertinent d’additionner des moyennes d’irradiances. La raison en est que la formule de Stefan-Boltzmann s’applique de façon ponctuelle et instantanée. L’appliquer à des moyennes sur des surfaces ou à des moyennes sur la journée est dépourvu de sens physique. Comme le dénoncent déjà Gerlich et Tscheuschner en 2009, tout ces calculs sont dénués de sens physique et en conséquence sont en dehors de la science.
Reprenons le problème plus simplement :
Y a-t-il, vraiment, deux flux de rayonnement parvenant au sol de la Terre ?
Y a-t-il vraiment DEUX flux d’énergie radiative parvenant au sol ?
Le bilan radiatif proposé par le GIEC comporte deux flux, l’un en provenance du soleil et l’autre en provenance de l’Atmosphère, soit, compte tenu des propriétés des gaz contenus dans l’Atmosphère, en provenance des gaz à effet de serre.
Le second flux en effet ne peut pas provenir de gaz inertes aux rayonnements, comme le sont l’azote et l’oxygène. Il ne peut que provenir de gaz dits à effet de serre, c’est-à-dire ayant la capacité d’absorber des rayonnements.
Il s’agit là d’un point crucial, puisque c’est l’un des fondements de l’introduction par les scientifiques d’un effet de serre.
Nous analysons ici ce qu’il en est, à notre point de vue.
a) Remarque préalable n°1 :
Le bilan radiatif proposé contrevient à une règle pratique physique concernant les bilans radiatifs, qui est la suivante : afin de montrer qu’un objet donné est en équilibre radiatif, il convient de faire un bilan radiatif qui soit instantané. Le bilan radiatif qui est fait est une « sorte de bilan » peu orthodoxe en ce qu’il porte sur une durée de 24 h. Un bilan radiatif illustrant l’équilibre doit montrer au contraire qu’à chaque instant l’objet étudié perd autant d’énergie qu’il en reçoit.
Selon nous le système Terre-Atmosphère est en équilibre radiatif parce qu’à chaque instant effectivement, ce système reçoit autant d’énergie qu’il en perd. Il y a un côté nuit qui équilibre à chaque instant ce qui entre du côté jour, diminué de ce qui sort côté jour. Cet équilibre se traduit par une température moyenne, à peu près constante, du système depuis des siècles, située autour de
-18°C.
Au sol, la température moyenne de l’hémisphère qui est éclairé reste constante quand la Terre tourne, bien que ce ne soit pas toujours le même hémisphère qui soit éclairé. De même la température de l’hémisphère qui est dans la nuit reste constante quand la Terre tourne. L’intérêt de faire un bilan radiatif sur 24 h non seulement nous échappe, mais conduit à notre avis à des conclusions erronées.
Le sol n’est pas pour sa part en équilibre radiatif. Il est en équilibre thermique, ce qui n’est pas la même chose. En plus des radiations, plusieurs phénomènes non radiatifs sont à prendre en compte pour expliquer cet équilibre thermique, sans en oublier aucun.
Or, deux phénomènes très importants sont passés sous silence : l’inertie thermique des océans et le gradient thermique dû au poids de l’Atmosphère.
b) Remarque préalable n°2 :
Une étrangeté scientifique figure à notre avis dans le bilan radiatif qui est présenté. Il est illustré par la phrase souvent employée suivante :
« Tout se passe (sur Terre) comme si chaque point de la surface Terrestre recevait au sol un rayonnement en provenance du soleil de 163,3 W/m² ».
Vous pouvez voir le chiffre de 163,3 W/m² sur le schéma de la NASA en PJ.
Vous pouvez voir aussi ce que nous appelons une étrangeté scientifique, à savoir le chiffre avancé de 340,4 W/m² figurant quand à lui comme étant la puissance du rayonnement solaire arrivant en haut de l’Atmosphère.
Il est considéré par conséquent que le soleil agit comme si nous étions entouré dans toutes les directions par un feu céleste de 340,4 W/m² venant de tous les points de la sphère céleste.
Cette approximation vient de deux éléments qui sont à notre avis mal interprétés.
– Le premier élément est que la Terre tourne. Il en résulterait cette uniformité du rayonnement solaire entrant.
– Le second élément est que l’objet qui réceptionne ce rayonnement est entouré de fluides, à savoir des océans et de l’Atmosphère. Cet élément, qui est inexact sur la Lune, confirmerait l’uniformité du rayonnement solaire entrant.
Nous affirmons que l’approximation qui est ainsi faite n’est pas acceptable sur le plan scientifique.
Pourquoi ?
La première raison résulte des mesures réelles des températures au sol : elles varient certes de façon moins considérable que sur la Lune, mais sont extrêmement éloignées d’une situation où elles seraient uniformes : elles varient de -70°C environ à 50°C environ soit une amplitude de 120°C.
La seconde raison est que les calculs sont alors faits comme si la Terre n’était pas ronde, alors que la rotondité de la Terre conduit à l’existence de rayonnements rasants vers les pôles, n’ayant rien à voir avec les rayonnements vers l’équateur, lesquels parviennent perpendiculairement au sol.
La troisième raison est une confusion entre le rayonnement et la chaleur.
En effet les rayonnements en provenance du soleil ne sont nullement répartis sur toute la surface de la Terre, mais ne parviennent que sur un hémisphère éclairé, soit la moitié de la surface Terrestre.
Par contre la chaleur est répartie un peu partout en raison des phénomènes de circulation océanique et atmosphérique.
Mais ce n’est parce que la chaleur est ainsi répartie que nous sommes en droit d’admettre qu’il en est de même du rayonnement solaire. Ceci est à notre avis une faute scientifique grave. A notre connaissance, les propriétés des fluides que sont l’océan et l’Atmosphère ne se téléportent pas en haut de l’Atmosphère comme le suggère la prise en compte de cette étrangeté scientifique que constitue le chiffre indiqué de 340,4 W/m² à l’entrée dans l’Atmosphère.
Il en résulte que cette approximation n’est pas acceptable. Dans la réalité, le jour, l’irradiance entrante en haut de l’Atmosphère est variable en fonction de θ et vaut 1361 cosθ. La nuit l’irradiance est nulle. Cela n’a rien à voir avec un rayonnement entrant uniforme.
c) Analyse de l’existence supposée de deux flux :<
L’erreur faite ci-dessus conduit à inventer qu’il y aurait deux flux influençant la température au sol, l’un en provenance du soleil, d’intensité 163,3 W/m² et l’autre en provenance de l’Atmosphère et donc des gaz à effet de serre, d’une intensité évaluée à 340,3 W/m² .
On peut noter au passage que selon ce schéma, le flux solaire seul conduirait à une température de 231 K = – 41°C si l’on considérait vraiment cet éclairage comme égal en tout point.
Le flux venant des gaz à effet de serre donnerait seul une température de 278 K = 5°C.
Ces chiffres sont tout aussi extravagants à notre avis que le chiffre erroné de -129°C obtenu par Gerlich et Tscheuschner qui ont négligé les influences sur la température des phénomènes non radiatifs, et pour la même raison. Ces chiffres ne prennent en compte que les phénomènes radiatifs et ne sont donc pas plus crédibles que celui de Gerlich et Tscheuschner.
Ces deux flux sont ensuite additionnés.
Il y a derrière cette addition une très grosse question. La température est une quantité intensive, ce qui veut dire que les températures ne s’additionnent pas. Pour l’illustrer simplement, faisons l’expérience suivante : nous mélangeons dans un verre plus grand le contenu en eau de deux verres contenant la même quantité d’eau.
L’un contient de l’eau à la température de 15°C. L’autre également. Après le mélange, la quantité d’eau a doublé. Par contre la température est restée de 15°C. La quantité d’eau est une grandeur extensive que l’on peut et doit additionner. La température est une grandeur intensive que l’on ne peut pas et ne doit pas additionner. Or, additionner des irradiances cumule des températures. Si nous additionnons 163 ,3 W/m² et 340,3 W/m² , nous obtenons 503,6 W/m² qui donnerait une température de 307 K = 34°C.
Un tel calcul est-il légitime ?
Nous ne le croyons pas.
Pourquoi ?
Pour le voir il convient comme toujours de ne pas se référer à des moyennes globales mais à séparer ce qui se passe le jour de ce qui se passe la nuit. Les deux situations sont très différentes et à notre avis, ne pas les séparer ne peut que conduire à des impasses scientifiques.
La nuit il est clair qu’il n’existe pas deux flux. Le flux solaire est absent. Il ne reste que le flux de l’Atmosphère vers le sol, grâce effectivement à la présence de gaz à effet de serre. Grâce à eux, l’Atmosphère a pu emmagasiner de jour de la chaleur en provenance du rayonnement solaire et est en mesure de le restituer la nuit. Mais, la nuit, le sol refroidit et ne se réchauffe pas. Donc les gaz à effet de serre doivent avoir un rayonnement dont la puissance, la nuit, n’est pas suffisante pour pouvoir réchauffer le sol, puisqu’au contraire celui-ci refroidit.
Ceci est confirmé par la mesure des instruments AERI qui donnent la nuit, selon les sources, un rayonnement en provenance des gaz à effet de serre d’au plus 315 W/m² correspondant au plus à une température de 0°C environ. Un tel rayonnement ne peut pas chauffer le sol qui est déjà assez nettement au dessus de 0°C en moyenne. Bien entendu les chiffres varient selon la position des surfaces considérées. Mais par exemple aux pôles, les gaz à effet de serre n’émettent pas, loin de là, de rayonnement d’une puissance suffisante pour chauffer les pôles. C’est même l’inverse puisque plusieurs articles scientifiques font mention d’un « forçage négatif » du côté des pôles.
Qu’en est-il le jour ?
Il faut savoir qu’environ 50 % du rayonnement solaire se situe dans les petites longueurs d’onde, allant des rayons gamma et ultraviolet aux rayonnements de l’IR proche (non compris) en passant par le rayonnement visible. Ce rayonnement apparemment traverse l’Atmosphère sans encombre, déduction faite cependant de l’albédo.
Les autres 50 % représentent le rayonnement infrarouge proche venant du soleil, d’une puissance par conséquent de 1361/2 W/m² = 680,5 W/m².
Ce rayonnement, dans le bilan radiatif du GIEC, malgré sa puissance très notable (680W/m² , ce n’est pas rien) est soit inclus dans les 163,3, W/m² , soit absent des considérations qui sont faites.
Or, si l’on raisonne comme nous proposons de le faire, en séparant le jour et la nuit, nous avons en première approximation :
– 680W/m² de lumière à petite longueur d’onde qui parviennent en haut de l’Atmosphère côté jour.
– 680 W/m² de lumière dans l’infrarouge proche qui parviennent en haut de l’Atmosphère côté jour.
De ces chiffres, il faut déduite l’albédo de 30 % , de façon semble-t-il différente entre les types de lumière. Les nuages, la glace, la neige réfléchiraient 80 % de la lumière aux petites longueurs d’onde. Compte-tenu que ces trois éléments représentent 25 % de l’albédo, cela nous donne au total un peu moins que (1-0,25) x 680 = 510 W/m² , disons 490 W/m² de lumière à petite longueur d’onde parvenant en haut de l’Atmosphère et pénétrant dans celui-ci, le jour.
– Par contre, les 5 % restants sont de la lumière réfléchie se situant dans l’infrarouge proche, ce qui nous donne 0,7×1361 – 490= 463 W/m² de lumière dans l’infrarouge proche qui pénètrent aussi dans l’Atmosphère, le jour.
Il faut ensuite déduire l’absorption due à la traversée de cet Atmosphère. Il est admis que les rayonnements de petite longueur d’onde ne sont pas absorbés : l’Atmosphère est transparente à ce type de lumière. Les 25 % de ce qui pénètre dans l’Atmosphère et qui sont absorbés par lui représentent donc 115 W/m², situés dans l’infrarouge. Il reste 348 W/m² de lumière dans l’infrarouge qui parvient au sol et qui provient du soleil, toujours le jour.
Les chiffres indiqués seraient à vérifier par des mesures plus précises mais leur ordre de grandeur est significatif.
Le rayonnement infrarouge en particulier serait de l’ordre de 348 W/m² . Or le bilan du GIEC indique un rayonnement de l’Atmosphère vers le sol de 340 W/m² . Ces chiffres sont très comparables.
A notre avis, il s’agit donc de la partie du rayonnement solaire située dans l’infrarouge lointain qui, après avoir traversé l’Atmosphère et donc après avoir changé de longueur d’onde puisque réémis par l’eau liquide ou solide contenue dans l’Atmosphère ou encore par les gaz à effet de serre eux-mêmes, parvient jusqu’au sol.
Admettre qu’un rayonnement en plus, qu’un second flux venant de l’Atmosphère puisse s’ajouter à ce rayonnement solaire, c’est admettre que l’Atmosphère est par elle-même une source de chaleur et non un intermédiaire transmettant et transformant le rayonnement qu’elle reçoit.
C’est donc créer de l’énergie à partir de rien, ce qui est contraire aux lois de la physique.
Nous concluons pour notre part qu’il est erroné de considérer qu’il existe deux flux bien distincts parvenant au sol. C’est tout à fait clair la nuit et plus que très probable le jour.
Voici une réponse apportée sur Facebook par l’ami d’un de mes correspondants, considéré par lui comme un « connaisseur » en physique.
Je cite :
« En effet les auteurs de cette daube n’ont aucun respect pour leur crédibilité, ils exposent délibérément leur incompétence totale en physique ».
Voir ma page « Quelle intolérance » au sujet de ce préambule.
Cette phrase introduit ensuite l’argumentaire suivant :
Mise au point sur les “492 W/m²” et la température de 32 °C :
L’argument “492 W/m² ⇒ 32 °C” confond flux reçu et flux émis. La loi de Stefan–Boltzmann donne la température d’un émetteur si le flux qu’il ÉMET est F= εσ T⁴. Poser T=(F/εσ)^{1/4} avec F=492 W/m² suppose que 492 W/m² est le flux émis net à l’équilibre radiatif pur d’un corps noir (ε =1). Ce n’est pas le cas ici: les 492 W/m² dans les schémas de bilan terrestre additionnent des canaux de DISSIPATION (IR de surface, chaleur latente, chaleur sensible) contre des canaux d’APPORT (solaire absorbé, IR atmosphérique descendant). Ce sont des flux d’énergie, pas une “irradiance unique” à transformer en température.
Ce que représentent les 390 + 78 + 24 et 168 + 324
• Sorties du sol (390 + 78 + 24):
◦ IR de surface (≈398–400 W/m² selon AR6, souvent 390–396 dans d’anciens schémas): émission thermique liée à la température de surface.
◦ Chaleur latente (~80 W/m²): énergie emportée par évaporation/condensation.
◦ Chaleur sensible (~20–25 W/m²): convection thermique de l’air. Ces termes sont des modalités physiques différentes par lesquelles la surface perd de l’énergie; on les additionne car l’énergie se conserve et toutes ces pertes doivent compenser les apports à l’équilibre
◦ Entrées au sol (168 + 324):
• Solaire absorbé à la surface (~160–168 W/m²): moyenne globale après facteur géométrique 1/4, albédo et absorption atmosphérique.
• IR atmosphérique descendant (~340 W/m² dans AR6, ~324 W/m² dans Trenberth 2009): rayonnement réémis par nuages et gaz à effet de serre vers la surface. On additionne ces apports car la surface reçoit simultanément des photons solaires et des photons IR atmosphériques; l’énergie totale disponible est la somme des canaux
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Pourquoi la déduction “492 W/m² ⇒ 32 °C” est physiquement trompeuse
◦ Émission vs absorption:
• La formule sigma T⁴ relie la TEMPÉRATURE d’un émetteur à son FLUX ÉMIS, pas à la somme des flux reçus par des canaux hétérogènes. La surface n’émet pas 492 W/m² en IR; elle en émet ~398–400 W/m², cohérents avec une température moyenne ~15–16°C. Les 78 + 24 W/m² restants sortent par des processus non radiatifs (latente, sensible) et ne doivent pas être insérés dans sigma T⁴
◦ Un “corps noir” ne décrit pas un océan/sol réel:
• Un corps noir idéal n’échange que par rayonnement. Le sol réel échange aussi par convection et évaporation; c’est précisément pourquoi les bilans ajoutent ces termes. Dire “contradiction” parce qu’un corps noir ne perd pas par évaporation revient à utiliser un modèle inadapté au système physique étudié
◦ Spectre et émissivité/absorptivité:
• La surface et l’atmosphère ont des émissivités et absorptivités spectrales différentes en solaire (visible/NIR) et en IR thermique. La conversion “flux ⇒ température” sans distinguer spectres et émissivités n’a pas de sens pour la somme des flux reçus
▪ Sur l’addition d’irradiances et l’usage des moyennes
• Additionner des flux est exactement ce que prescrit la conservation de l’énergie:
◦ À un instant et un lieu donnés, le bilan local s’écrit:
flux solaire descendant vers la surface + flux infrarouge descendant de l’atmosphère à la surface = flux infrarouge montant de la surface + flux de chaleur latente + flux de chaleur sensible + dE/dt (stockage).
En moyenne climatologique, dE/dt ~ 0 et les termes se compensent. Additionner des flux entrants et sortants n’empile pas des “températures”; on additionne des puissances, ce qui est physiquement nécessaire.
• Les moyennes ne sont pas “dépourvues de sens”:
◦ Les schémas affichent des moyennes globales annuelles (climat), pas des instants locaux. Localement, le solaire au midi clair peut dépasser 800–1000 W/m² sur surface horizontale; la nuit, il est nul. Les moyennes servent à caractériser l’état moyen du système, et les lois radiatives sont appliquées aux flux moyens ou aux champs résolus dans les modèles; c’est standard en climatologie et validé par mesures satellitaires et spectrales
•
“Un rayonnement plus froid ne peut pas chauffer” : clarification
• Radiation bidirectionnelle et flux net:
◦ Tout corps émet; tout corps absorbe selon son émissivité/absorptivité. Un rayonnement provenant d’une source plus “froide” peut réduire les pertes radiatives d’une surface plus “chaude”, ce qui élève sa température d’équilibre si les autres apports sont constants. Ce n’est pas “chauffer” au sens de vaincre le deuxième principe; c’est modifier le FLUX NET (Flux descendant – Flux montant) et donc la température d’équilibre.
• Le “324 W/m² quasi égal au Soleil” est une mauvaise analogie:
◦ Le 324 W/m² n’est pas une “copie du Soleil”; c’est de l’IR thermique réémis par l’atmosphère qui a préalablement ABSORBÉ le rayonnement de surface et une partie du solaire. C’est de l’énergie recyclée au sein du système, avec un spectre et une origine différents du flux solaire au sommet de l’atmosphère
▪ Ce que disent les observations et bilans de référence
• Constante solaire et facteur 1/4: flux moyen au sommet de l’atmosphère ≈340 W/m²; flux solaire absorbé par le système Terre-atmosphère ≈240 W/m², et par la surface ≈160–168 W/m² selon nuages et albédo
◦ Émission de la surface et effet de serre: surface ≈398–400 W/m²; sortie vers l’espace ≈239 W/m²; l’écart (≈155–159 W/m²) est l’effet de serre radiatif d’origine nuages + GES, avec un IR descendant vers la surface ≈342 W/m² dans AR6 (≈324 W/m² dans Trenberth 2009). Ces chiffres proviennent de mesures satellitaires (CERES, ERBE, etc.) et de bilans établis par la communauté scientifique.
▪ Verdict
• Les bilans ajoutent correctement des flux d’énergie parce que l’énergie se conserve et que la surface dissipe par rayonnement, latente et sensible.
• La conversion “492 W/m² ⇒ 32 °C” est inapplicable ici: elle détourne sigma T⁴ (flux émis d’un émetteur) pour une somme de flux reçus hétérogènes.
• L’IR atmosphérique descendant n’est pas “absurde” ni “hors science”: il est observé et quantifié; il module le flux net et la température d’équilibre sans violer la thermodynamique.
Ce texte est longuement analysé ci-dessous.
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1° point : Mise au point sur les “492 W/m²” et la température de 32 °C :
Selon mon interlocuteur, il y a confusion entre le flux reçu et le flux émis. La loi de Stefan-Boltzmann donne la température d’un émetteur si le flux qu’il émet est F = εσ T⁴.
Cette dernière phrase est exacte, mais suppose connu le flux en question ou inversement suppose connue la température correspondante en question. Si le flux d’émission est connu il explique la température. Inversement si la température est connue, le flux est expliqué.
Que redire à cela dans la théorie du GIEC ? Et bien qu’il y manque, à l’évidence, une explication.
Prenons l’exemple du soleil pour bien le comprendre. Dans le cas du soleil, la température de surface de celui-ci est connue (environ 5772°C) et on en tire le flux émis par le soleil. MAIS, pourquoi la température du soleil est-elle de 5772°C ? Ou encore quelle est la source d’énergie qui explique que le soleil soit à la température de 5772°C ? Il ne viendra à l’idée d’aucun physicien de répondre en disant que c’est parce que le flux sortant du soleil est précisément un flux associé à la température de 5772°C. Ce serait une absence de réponse ou un raisonnement circulaire.
Dans le cas du soleil, la réponse est claire : si la surface est à 5772°C, cela tient au fait que des réactions nucléaires ont lieu au cœur de l’astre, conduisant à cette température de surface.
Dans le cas de la terre, il est observé qu’elle se trouve à une température moyenne de 15°C. MAIS aucune explication n’est donnée sur le pourquoi de cette température. Quelle est la source d’énergie responsable de cette température ? La réponse fournie par le GIEC est copiée sur le rayonnement circulaire expliqué plus haut. D’après la réponse de cet interlocuteur, ce n’est pas le rayonnement solaire qui explique cette température. Le rayonnement solaire dans la théorie du GIEC se contente de fournir l’énergie nécessaire à l’évaporation, à la chaleur sensible (convection) et à une partie du rayonnement émis par la surface, dont le rayonnement passant par la fenêtre atmosphérique.
Si je calcule bien, en additionnant les trois flux que sont la chaleur latente, la chaleur sensible et le rayonnement passant par la fenêtre atmosphérique, j’obtiens 78 + 24 +40 = 142 W/m² déjà utilisés de sorte qu’il resterait seulement 168-142 = 26 W/m² servant à expliquer en partie l’origine de l’énergie responsable de la température au sol. Tout le reste viendrait du flux descendant dû à la présence de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Comme expliqué ci-dessus, ceci est un raisonnement circulaire. Ce flux descendant ne trouve son origine que dans le flux émis par le sol, lequel serait « renvoyé » vers le sol. Or, le flux émis par le sol n’a pour origine possible que le malheureux solde de 26 W/m² venant du soleil. Et ce solde est bien incapable de chauffer le sol terrestre à 15°C de moyenne. Il manque environ 300 W/m² dans cette théorie. Il ne peut être sa propre origine !
Si donc j’ai additionné le flux solaire et le soi-disant flux IR en provenance des gaz à effet de serre, c’est que je croyais naïvement que les physiciens ne tiendraient en aucun cas un raisonnement aussi absurde que celui que je viens d’exposer. Je cherchai donc quelque chose d’un peu plus logique consistant à penser que le rayonnement IR venait peut-être « épauler » en quelque sorte le rayonnement solaire, qui est effectivement insuffisant pour expliquer à lui tout seul la température observée au sol. J’avais donc tort.
Mon interlocuteur a donc bien fait de me rappeler à l’ordre. Il se satisfait d’une terre capable de se chauffer elle-même, sans l’aide du soleil, grâce à un effet de serre alimenté par un flux dû à sa température qui elle-même est due à l’effet de serre en question.
Mon problème est que ce raisonnement est absurde et que je n’avais jamais imaginé que l’on puisse le tenir. J’en cherchai donc un autre…
2ème point Ce que représentent les 390 + 78 + 24 et 168 + 324
• Sorties du sol (390 + 78 + 24):
◦ IR de surface (≈398–400 W/m² selon AR6, souvent 390–396 dans d’anciens schémas): émission thermique liée à la température de surface.
◦ Chaleur latente (~80 W/m²): énergie emportée par évaporation/condensation.
◦ Chaleur sensible (~20–25 W/m²): convection thermique de l’air. Ces termes sont des modalités physiques différentes par lesquelles la surface perd de l’énergie; on les additionne car l’énergie se conserve et toutes ces pertes doivent compenser les apports à l’équilibre
◦ Entrées au sol (168 + 324):
• Solaire absorbé à la surface (~160–168 W/m²): moyenne globale après facteur géométrique 1/4, albédo et absorption atmosphérique.
• IR atmosphérique descendant (~340 W/m² dans AR6, ~324 W/m² dans Trenberth 2009): rayonnement réémis par nuages et gaz à effet de serre vers la surface. On additionne ces apports car la surface reçoit simultanément des photons solaires et des photons IR atmosphériques; l’énergie totale disponible est la somme des canaux.
Ce point n’appelle pas de commentaire supplémentaire. Il suit la logique interne d’une théorie fausse, mais ce n’est pas là que le bât blesse. Il faut simplement remarquer qu’une forme d’apport d’énergie y est absente, à savoir celle due à la gravitation. Celle-ci joue un rôle très important en ce qui concerne l’atmosphère. Pour commencer, la gravitation doit être suffisante pour que la planète conserve tout simplement une atmosphère autour d’elle. C’est très probablement parce que la planète Mars est trop légère que ses forces de gravitation n’ont pas suffi à retenir son atmosphère, aujourd’hui extrêmement ténue. En outre, la gravitation, qui sur le soleil est en dernière analyse la responsable du déclenchement des réactions nucléaires en son centre, a aussi sur la terre une influence que l’on peut quantifier sur la température. Cette source d’énergie est ignorée dans les schémas du GIEC.
Pourquoi la déduction “492 W/m² ⇒ 32 °C” est physiquement trompeuse
◦ Émission vs absorption:
• La formule sigma T⁴ relie la TEMPÉRATURE d’un émetteur à son FLUX ÉMIS, pas à la somme des flux reçus par des canaux hétérogènes. La surface n’émet pas 492 W/m² en IR; elle en émet ~398–400 W/m², cohérents avec une température moyenne ~15–16°C. Les 78 + 24 W/m² restants sortent par des processus non radiatifs (latente, sensible) et ne doivent pas être insérés dans sigma T⁴.
Pas de commentaire, sinon celui de constater que la phrase « elle en émet ~398–400 W/m², cohérents avec une température moyenne ~15–16°C » signifie que le sol a une émissivité de 1 puisqu’il émet exactement comme un corps noir de température 15-16°C. Poursuivons :
◦ Un “corps noir” ne décrit pas un océan/sol réel:
• Un corps noir idéal n’échange que par rayonnement. Le sol réel échange aussi par convection et évaporation; c’est précisément pourquoi les bilans ajoutent ces termes. Dire “contradiction” parce qu’un corps noir ne perd pas par évaporation revient à utiliser un modèle inadapté au système physique étudié
Cette remarque signifie que le sol est à la fois un corps noir, puisqu’il possède, on vient de le dire, une émissivité égale à celle d’un corps noir, et que d’autre part, ce n’en est pas un, puisqu’il perd de l’énergie par convection et évaporation.
Ainsi, selon cet interlocuteur, le modèle du corps noir ne convient pas puisqu’il y a évaporation et convection.
Mais il convient pourtant puisque l’émissivité du sol est celle d’un corps noir.
Ceci est évidemment absurde.
◦ Spectre et émissivité/absorptivité:
• La surface et l’atmosphère ont des émissivités et absorptivités spectrales différentes en solaire (visible/NIR) et en IR thermique. La conversion “flux ⇒ température” sans distinguer spectres et émissivités n’a pas de sens pour la somme des flux reçus.
Sans commentaire. Pour ma part je raisonne en disant que les sources d’énergie entrantes à considérer sont d’une part le flux solaire, qui a un spectre très étendu, qui est un flux unique et non séparable pour les besoins d’un raisonnement absurde en rayonnement visible et en rayonnement thermique et d’autre part la gravitation. Ce qui n’a pas de sens, c’est de séparer les deux flux venant du soleil et non pas de faire une « conversion “flux ⇒ température” sans distinguer spectres et émissivités qui n’a pas de sens pour la somme des flux reçus ». Le rayonnement infrarouge mesuré au sol venant du haut ne peut pas provenir des gaz à effet de serre. Pourquoi ? Voici : il faudra expliquer un jour clairement comment le rayonnement IR émis par le sol peut être absorbé par les gaz à effet de serre dans le sens de la montée, mais ne serait pas absorbé par les gaz à effet de serre dans le sens de la descente. La seule explication possible pourrait être dans une différence entre les intensités de ces rayonnements montant et descendant. Or, le rayonnement descendant ne peut être, s’il vient par « back-radiation » (en retour) des gaz à effet de serre que d’une intensité inférieure à celle du rayonnement montant. Il ne peut par conséquent, à plus forte raison, qu’être absorbé dans le sens de la descente, exactement de la même façon qu’il est absorbé dans le sens de la montée.
Ma conclusion personnelle est que ce rayonnement IR descendant mesuré vient du soleil et réussit à traverser l’atmosphère en raison de son intensité bien supérieure à celle du rayonnement infrarouge émis par le sol.
>3eme point : Sur l’addition d’irradiances et l’usage des moyennes
• Additionner des flux est exactement ce que prescrit la conservation de l’énergie:
◦ À un instant et un lieu donnés, le bilan local écrit:
flux solaire descendant vers la surface+ flux infrarouge descendant de l’atmophère à la surface=flux infrarouge montant de la surface+ flux de chaleur latente + flux de chaleur sensible+dE/dt (stockage)..
En moyenne climatologique, dE/dt ~ 0 et les termes se compensent. Additionner des flux entrants et sortants n’empile pas des “températures”; on additionne des puissances, ce qui est physiquement nécessaire.
C’est exact, mais hors de propos. Pourquoi ? Pour trois raisons :
1- On ne doit pas introduire d’énergie inventée dans l’équation destinée à traduire la conservation de l’énergie.
2- On ne doit pas en sens inverse omettre de source d’énergie ( ici la gravitation ).
3- Le but final de la théorie du GIEC n’est pas d’équilibrer les entrées et sorties, mais d’expliquer les températures observées notamment au sol. Cette explication n’est pas obtenue dans le schéma du GIEC. Le schéma ne fait que constater des égalités de flux sans nous renseigner sur les températures qui en résultent. Ce phénomène est analogue à celui de la moyenne d’une classe. Le total des notes distribuées par le professeur doit être égal au total des notes enregistrées par exemple sur un ordinateur. Ainsi, la moyenne de la classe entrée (flux descendant) sera égale à la moyenne de la classe enregistrée (flux montant). Le bilan sera équilibré mais ne nous renseignera en rien sur les notes réelles des élèves.
• Les moyennes ne sont pas “dépourvues de sens”:
◦ Les schémas affichent des moyennes globales annuelles (climat), pas des instants locaux. Localement, le solaire au midi clair peut dépasser 800–1000 W/m² sur surface horizontale; la nuit, il est nul. Les moyennes servent à caractériser l’état moyen du système, et les lois radiatives sont appliquées aux flux moyens ou aux champs résolus dans les modèles; c’est standard en climatologie et validé par mesures satellitaires et spectrales.
Soit pour la signification des moyennes en ce sens que je suis d’accord qu’elles caractérisent l’état moyen du système. Mais cela n’a aucun intérêt pour reconstituer les températures, y compris les températures moyennes. Pour reprendre encore une fois mon analogie avec le professeur qui distribue des notes aux 30 élèves de sa classe, faisons-le plus précisément de la manière suivante : le professeur organise deux épreuves. A la première épreuve, quinze élèves ont quatorze et quinze élèves ont zéro. A la seconde épreuve, les quinze élèves qui avaient eu zéro ont maintenant quatorze et les quinze qui avaient eu zéro ont maintenant quatorze. Parler de l’état moyen de cette classe consiste à dire que tout le monde a une moyenne de 7 et que la classe a une moyenne de 7. Cela ne signifie en aucune façon que qui que ce soit ait obtenu la note de 7 à aucune des deux épreuves. Donc l’état moyen du système ne reflète en rien la réalité des notes obtenues. Si par exemple la première épreuve était destinée à permettre aux élèves de réussir un examen d’entrée et la seconde destinée à servir de session de rattrapage, alors tous les élèves ont réussi l’examen d’entrée, soit à la première épreuve, soit à la session de rattrapage. L’état moyen du système semble montrer l’inverse : tout le monde ayant une moyenne de 7, tout le monde aurait raté… Les physiciens climatologues se laissent prendre à ce piège.
De plus, et c’est là que les choses deviennent inadmissibles sur le plan scientifique, la relation entre l’irradiance et la température n’étant pas linéaire, appliquer les lois radiatives aux flux moyens est un calcul mathématiquement incorrect qui par exemple ne donne pas du tout, très loin de là, les températures moyennes à partir des moyennes d’irradiance. Il suffit de faire des calculs élémentaires pour s’en rendre compte.
Si donc cette manière de faire des calculs est standard en climatologie, le devoir d’un scientifique est de conclure que ces méthodes dites standard constituent une faute grave. Les résultats ne peuvent pas correspondre aux mesures, sauf par pure coïncidence ou encore dans le cas où les irradiances locales dont on a calculé la moyenne sont toutes égales entre elles ( c’est le cas du rayonnement IR sortant non pas du sol, mais du rayonnement IR émis dans l’espace en haut de l’atmosphère ).
“Un rayonnement plus froid ne peut pas chauffer” : clarification
• Radiation bidirectionnelle et flux net:
◦ Tout corps émet; tout corps absorbe selon son émissivité/absorptivité. Un rayonnement provenant d’une source plus “froide” peut réduire les pertes radiatives d’une surface plus “chaude”, ce qui élève sa température d’équilibre si les autres apports sont constants. Ce n’est pas “chauffer” au sens de vaincre le deuxième principe; c’est modifier le FLUX NET (Flux descendant – Flux montant) et donc la température d’équilibre.
Il y a là un « tour de passe-passe » pour éviter l’écueil de la contradiction avec la seconde loi de la thermodynamique. Dire que le flux du corps froid vers le corps chaud diminue les pertes du corps chaud revient à dire que le flux entrant sur le corps chaud est égal à la somme de deux flux : le flux des autres apports plus le flux du corps froid vers le corps chaud. Mathématiquement et aussi physiquement, « moins par moins » donne « plus ».
On ne peut pas à la fois dire que l’on ne peut pas additionner des flux pour en faire un flux unique et d’autre part additionner quand même ces flux de manière déguisée, en parlant de diminution (moins) de la perte (moins aussi … et moins par moins donne plus).
Cet argument est donc sans valeur.
• Le “324 W/m² quasi égal au Soleil” est une mauvaise analogie:
◦ Le 324 W/m² n’est pas une “copie du Soleil”; c’est de l’IR thermique réémis par l’atmosphère qui a préalablement ABSORBÉ le rayonnement de surface et une partie du solaire. C’est de l’énergie recyclée au sein du système, avec un spectre et une origine différents du flux solaire au sommet de l’atmosphère.
Cette dernière phrase ne fait que souligner une éventuelle différence entre des rayonnements comme celui du soleil et un rayonnement IR. Elle refuse de voir les choses en face, à savoir que dans la théorie du GIEC, ce qui ferait que le sol soit à 15°C ne serait pas le rayonnement solaire mais l’effet de serre. Ceci n’est pas crédible.
Une dernière remarque sur le plan humain. Les climatologues font un mélange assez indigeste de notions physiques variées. Par exemple et entres autres mélanges de ce style, le sol est compris comme un corps noir quand cela arrange (on lui prête une émissivité égale à 1) et n’est pas compris comme un corps noir quand cela arrange (un corps noir ne peut modifier sa température, tandis que le sol, lui, peut augmenter la sienne en diminuant ses pertes, ce qui est impossible pour un corps noir). Dès lors toute critique va à l’encontre de l’une des deux idées, comme quoi le sol est un corps noir et comme quoi ce n’en est pas un.
Il est alors assez dérisoire d’arroser un éventuel contradicteur sur son « incompétence totale » et sur son « manque de respect pour sa propre crédibilité ». Il suffit de lui dire : « et bien, non, ce n’est pas un corps noir, vous êtes incompétent » ou bien : « et bien non, c’est un corps noir, vous êtes incompétent ». On aura toujours raison… Ubuesque…