Forçage radiatif : à la base du changement climatique

Forcage radiatif COVER

Nous entendons (presque) tous les jours parler du changement climatique, mais qui a déjà entendu parler du forçage radiatif ? C’est une notion peu médiatisée, rarement expliquée, et c’est bien dommage : elle est absolument centrale pour comprendre le changement climatique actuel.

De l’effet de serre au forçage radiatif

Avant d’entrer dans le vif du sujet, permettez-moi un bref rappel de ce qu’est l’effet de serre :

  • Le soleil émet un rayonnement en lumière visible dont une partie est absorbée et réchauffe la Terre.
  • En réaction, elle émet un rayonnement infrarouge (qui s’appelle en physique le rayonnement du corps noir).
  • Ce rayonnement remontant est en grande partie absorbé par des gaz qui ont la propriété d’absorber une partie du spectre infrarouge (les fameux gaz à effet de serre), qui les réémettent ensuite dans toutes les directions : un peu vers l’espace, et beaucoup vers la Terre.

L’effet de serre joue un rôle absolument majeur dans l’équilibre thermique de la Terre. En effet s’il n’existait pas, la température moyenne serait d’environ -20°C, au lieu de 15°C actuellement. La Terre serait une boule de glace, figée pour l’éternité, sur laquelle la vie telle que nous la connaissons n’existerait pas.

Explication de l'effet de serre. Crédit Youmanity
Source : ADEME
Note : ce schéma est à but pédagogique et la taille des flèches ne rend pas correctement compte du bilan radiatif de la terre, voir cette vidéo pour les explications techniques

L’effet de serre est donc naturel : il n’a pas été créé par l’homme. Celui de la Terre est bien dosé pour l’apparition de la vie (contrairement à celui de Vénus ou Mars) car il permet l’eau liquide et évite une trop grande amplitude de températures. Nous avons tous déjà expérimenté cet effet de serre : les nuits claires et dégagées sont plus fraîches que les nuits nuageuses, car la base des nuages (constituée des particules liquides et solides) agit comme la paroi d’une serre sur le rayonnement infrarouge montant du sol, et “retient” ainsi la chaleur terrestre.

Le terme scientifique pour désigner l’effet de serre et plus généralement tous ces rayonnements qui partent et qui arrivent sur la Terre avec les énergies associées est le bilan radiatif. Qui dit bilan, dit équilibre. Les flux d’énergie se compensent : la Terre est dans un état stable.

Arrivent alors les activités humaines qui rejettent dans l’atmosphère des quantités considérables de gaz à effet de serre, ce qui modifie les valeurs du rayonnement : telle une couverture, les gaz à effet de serre empêchent une partie du rayonnement infrarouge de partir dans l’espace. Un déséquilibre se crée alors dans le bilan. C’est le forçage radiatif.

Ce déséquilibre se fait par rapport à un état stable : il est ainsi calculé en relatif, par rapport à l’année 1750 qui est l’aube de l’ère industrielle. Son unité est le Watt par mètre carré (W/m²) (donc un débit d’énergie par surface). Mais on va laisser de côté les valeurs pour l’instant, pour se concentrer sur les explications et on parlera des chiffres à la fin.

De quoi est composé ce forçage radiatif ?

D’abord, une vue globale avec les grandes catégories :

Forçage radiatif par grande catégorie 1750-2011
Source : 5ème rapport du GIEC, résumé technique

“GESMH” ce sont les gaz à effet de serre (dont les principaux sont CO2, CH4, N2O), qui créent un forçage radiatif positif, donc tendance au réchauffement. Et pour la barre verte “Autres forçages anthropiques”, la valeur est négative ce qui est une tendance au… refroidissement !

Cette vue d’ensemble est complétée avec une composante naturelle, quasi sans implication dans le déséquilibre constaté. Le forçage radiatif global est donc quasiment entièrement dû à la somme des deux composantes anthropiques (“humaines”) :

  • L’une qui chauffe (beaucoup)
  • Et l’autre qui refroidit (un peu)
Image

Maintenant que le cadre est posé, voici le tableau complet avec le détail des gaz, les valeurs, intervalles, degrés de confiance etc.. :

Forçage radiatif par composante 1750-2011
Source du graphique : 5ème rapport du GIEC, Groupe I chapitre 8 “Forçage radiatif anthropique”

Pas de panique ! Nous allons détailler les 6 blocs un par un, chacun étant absolument indispensable.

Bloc n°1 : les gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont dits “homogènes”, car ils sont suffisamment mélangés et persistants dans l’atmosphère pour que leur concentration puisse se mesurer depuis un petit nombre de sites et être pertinente et utilisable au niveau global, malgré des sources (émissions) et des puits (absorption) forcément locaux.

Que voit-on ?

  • Le CO2 est le principal gaz à effet de serre.
  • Certains gaz se décomposent en d’autres (exemple le méthane se décompose en : CO2 + vapeur d’eau stratosphérique + ozone).
  • Le degré de confiance est élevé ou très élevé : on connaît très bien leurs propriétés et leurs effets.
  • Les hydrocarbures halogénés (HFC, CFC) détruisent l’ozone O3, ce qui a un effet négatif (car l’ozone troposphérique est un gaz à effet de serre), mais qui est largement contrebalancé par leur propre effet de serre positif.

Notes :

  • Il y a en fait 7 gaz à effet de serre qui sont comptabilisés : le CO2 bien sûr, mais aussi le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), les deux familles Hydrofluorocarbures (HFC) et Hydrocarbures perfluorés (PFC), et deux gaz mineurs mais au fort pouvoir réchauffant (NF3 et SF6), qui ne sont pas montrés dans ce graphique.
  • Il faut distinguer le bon ozone, celui dans la stratosphère qui nous protège des UV ; et le mauvais ozone, celui dans la troposphère qui participe à l’effet de serre et en plus est un polluant.

Bloc n°2 : les gaz à courte durée de vie

Forçage radiatif par composante 1750-2011 : bloc 2

Ces gaz à courte durée de vie sont considérés comme des polluants. Ce sont par exemple le monoxyde de carbone (CO), les Oxydes d’Azote (NOx) et les Composés Organiques Volatiles (COVNM), qui sont issus de la combustion d’énergies fossiles (moteur de voitures, chaudières, centrales électriques, …) ou de certains procédés industriels (fabrication d’engrais, raffinage de pétrole, …). Ils ne sont pas eux-mêmes des gaz à effet de serre, mais ils réagissent plus ou moins rapidement dans l’atmosphère pour former ou détruire d’autres composés qui eux le sont.

Exemple avec le monoxyde de carbone (CO) émis par les feux de forêt et la combustion d’énergies fossiles :

  • 1er effet : le CO réagit avec l’oxygène pour donner du CO2
  • Et 2ème effet : il réagit aussi avec d’autres composés chimiques qui auraient autrement détruit du méthane et de l’ozone, ce qui empêche la concentration de ces deux derniers de diminuer

Ce double effet Kiss Cool détruit les composés en question, mais les réactions chimiques impliquées produisent des gaz à effet de serre, ou ralentissent leur épuration dans l’atmosphère, ce qui augmente le forçage radiatif.

Bloc n°3 : les aérosols

Forçage radiatif par composante 1750-2011 : bloc 3

Contrairement à ce que certains ont pu penser à tort (par exemple Didier Raoult dans ses tribunes), les aérosols ne sont pas des gaz, mais des fines particules de toutes sortes en suspension dans l’atmosphère.

Vous voyez sur cette magnifique image 3 types d’aérosols : les embruns marins (typhons, ouragans), le carbone sous forme de suie (principalement issu des feux de forêts, ici en Amérique du Nord et en Afrique équatoriale), et le sable et poussières soulevés par le vent dans les déserts.

Visualisation satellite de différents types d'aérosols
Crédit NASA
Crédit : NASA/Joshua Stevens/Adam Voiland

Ces aérosols ont plusieurs effets : ceux de la partie gauche négative du graphique (poussière minérale, sulfate, nitrate, carbone organique) vont réfléchir le rayonnement solaire et donc avoir une tendance à refroidir (forçage radiatif négatif). Émettre ce genre de particules dans l’atmosphère est d’ailleurs une piste de géo-ingénierie climatique pour réduire le rayonnement solaire atteignant la Terre et ainsi limiter le réchauffement climatique.

Aérosols avec tendance au refroidissement
Source : 5ème rapport du GIEC, résumé technique

La partie droite du graphique, positive, correspond à du carbone suie, issu de combustions incomplètes (des imbrûlés), qui va absorber le rayonnement solaire et donc réchauffer l’atmosphère (forçage radiatif positif).

Aérosols avec tendance au réchauffement
Source : 5ème rapport du GIEC, résumé technique

Il y a aussi un effet réchauffant supplémentaire lorsque cette suie se dépose sur de la neige ou de la glace et la noircit, diminuant ainsi la réflexion de la surface (changement d’albédo) ce qui renforce l’absorption solaire et provoque donc une accélération de la fonte.

Carbone sous forme de suie sur la neige qui accélère la fonte
Crédit : Dark Snow Project

Bloc n°4 : les ajustements des nuages dûs aux aérosols

Forçage radiatif par composante 1750-2011 : bloc 4

Tous les aérosols en suspension dans l’atmosphère ont une multitude d’interactions chimiques et physiques avec les nuages : formation de cristaux glace, déclenchement de précipitations, condensation, changement de la durée de vie, de l’albédo, …

Interactions aérosols-nuages
Les aérosols interagissent de multiples façons avec les nuages
Source : 5ème rapport sur GIEC, groupe I, chapitre 7

La quantification et modélisation précises de ces nombreux processus de microphysique sont plus compliquées que pour les autres effets, d’où une grande incertitude résultante de cette partie là, malgré un forçage radiatif global très probablement négatif (donc tendance au refroidissement).

Tant qu’on parle des nuages : il faut aussi aborder les traînées de condensation de l’aviation, même si elles n’apparaissent pas sur le graphique. Car l’aviation a de multiples impacts sur le climat, en plus des émissions de CO2. Les effets les plus notables sont les traînées de condensation résultant de l’humidité rejetée par les réacteurs, et également la formation de nuages de haute altitude appelés cirrus, résultant des particules fines émises lors de la combustion du kérosène (imbrulés, NOx, …). Ces deux effets augmentent l’effet de serre et créent au global un léger forçage positif, malgré leur réflexion de la lumière solaire.

Trainées de condensation aviation

Bloc n°5 : le changement d’utilisation des sols

Forçage radiatif par composante 1750-2011 : bloc 5

Cette catégorie est principalement de la déforestation, qui a augmenté l’albédo (le pouvoir réfléchissant) des surfaces. Vous voyez clairement sur cette photo la différence de “clarté” entre les deux côtés. La forêt sombre absorbe beaucoup plus de rayonnement que les prairies ou les cultures.

Changement d'albédo suite à déforestation
Illustration de la différence d’albédo (pouvoir réfléchissant) entre une surface boisée et une surface en herbe

Ce changement de la surface réfléchissante des terres a donc induit un léger forçage négatif depuis l’ère pré-industrielle (car éclaircissement de la surface => renvoi d’une partie du rayonnement solaire => refroidissement). Ces changements ont eu lieu principalement dans les zones peuplées, ce qui est logique (déforestation pour la construction de villes, d’infrastructures, pour des cultures agricoles, des zones d’élevage, …).

Changement d'albédo des sols 1750-1992
Évolution depuis 1750 du forçage radiatif dû à la modification de l’albédo des sols.
Source : 5ème rapport du GIEC, groupe I, chapitre 8

Bloc n°6 : les causes naturelles

Forçage radiatif par composante 1750-2011 : bloc 6

Il y a deux principales causes naturelles qui influent sur le climat, aux échelles de temps du siècle : d’abord le changement de l’irradiance solaire (= énergie qui nous arrive du soleil). Les cycles solaires sont de 11 ans et sont mesurés par satellite depuis la fin des années 80. Dans ces cycles l’irradiance varie très peu : environ 0,07% entre le haut et le bas d’un cycle.

Irradiance solaire mesurée par satellite
Irradiance solaire mesurée par satellite depuis 1979
Source : 5ème rapport du GIEC, groupe I, chapitre 8

Les reconstitutions de l’irradiance solaire depuis 1750 ont pu être faites en se basant sur la modélisation des flux magnétiques et les relations avec les taches solaires. Selon les estimations il n’y a soit aucune augmentation du forçage radiatif, soit très faible.

Reconstructions historiques de l'irradiance solaire
Reconstruction de l’irradiance solaire historique depuis 1750, avec superposition à partir de 1979 des mesures par satellite
Source : 5ème rapport du GIEC, groupe I, chapitre 8

2ème cause naturelle : les volcans. Les volcans émettent du CO2 lors des éruptions, et si ces émissions sont un enjeu majeur aux échelles de temps géologiques (de l’ordre du million d’années), elles ont un impact mineur à l’échelle du siècle. Sur ces temps-là, la principale contribution des volcans au climat n’est pas le CO2 ni même les cendres, mais le dioxyde de soufre (SO2). Ce dernier va former dans l’atmosphère des gouttelettes d’acide sulfurique, avec une durée de vie de quelques années si l’éruption est assez forte pour l’envoyer dans la stratosphère (entre ~10 et ~50 km) et si le volcan se situe à proximité de l’équateur. Ces gouttelettes sont en fait des aérosols qui vont réfléchir le rayonnement solaire et donc induire un refroidissement de la basse atmosphère (inférieure à ~10 km).

L’éruption du Mont Pinatubo aux Philippines en 1991 est une des plus importantes éruptions du 20ème siècle, et a envoyé près de 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre jusqu’à 35 km d’altitude.

Eruption du mont Pinatubo
Éruption du Mont Pinatubo au Philippines en 1991

Ces aérosols se sont propagés sur la quasi totalité de la planète en quelques mois, et ont provoqué une baisse d’environ 0,5°C de la température moyenne planétaire pendant 2 ans.

Dispersion des aérosols du mont Pinatubo
Propagation sur la planète des aérosols liés à l’éruption du Pinatubo.
En haut à gauche avant l’éruption, en haut à droite le mois qui suit l’éruption de juin, en bas à gauche 2 mois après, et en bas à droite 6 mois après.

Regardez ces clichés pris depuis la navette spatiale. A gauche une photo quelques années avant l’éruption. Et à droite une autre deux mois après l’éruption : on voit clairement les couches des aérosols rejetés par le volcan (traits noirs épais au dessus des nuages).

Visualisation dans l'atmosphère des aérosols du mont Pinatubo
Crédit NASA

Un refroidissement généralisé et durable causé par des aérosols libérés par des éruptions volcaniques considérables est d’ailleurs une des causes probables de l’extinction des dinosaures il y a 65 millions d’années.

Image

Résumé du forçage radiatif

Récapitulons les différentes composantes du forçage radiatif, dans l’ordre :

1 – Les gaz à effet de serre
2 – Les polluants à courte durée de vie
3 – Les aérosols
4 – Et leurs interactions avec les nuages
5 – Le changement d’albédo causé par la modification des sols
6 – Les causes naturelles : variations solaires et éruptions volcaniques

Lorsque l’on met tout ça ensemble, voici l’évolution des composantes du forçage radiatif depuis l’ère pré-industrielle jusqu’à 2011 :

Evolution des composantes du forçage radiatif entre 1750 et 2001
Source : 5ème rapport du GIEC, groupe I, chapitre 8

Du côté négatif de l’axe (tendance au refroidissement) :

  • Les pics sont les éruptions volcaniques : puissant effet refroidissant mais très court et n’influe pas sur la tendance
  • Le changement d’albédo et les aérosols sont plus constants, avec une légère stabilisation sur la fin

Du côté positif de l’axe (tendance au réchauffement) :

  • Les gaz à effet de serre (gris pour le CO2, vert clair pour les autres), qui présentent de loin la plus grande influence
  • Le carbone sous forme de suie (BC, pour Black Carbon)
  • Les traînées de condensation des avions
  • Les variations solaires

La résultante de toutes ces composantes (courbe noire) est largement positive, et la valeur correspond à celle de la barre rouge de ce schéma qu’on a vu tout au début : 2,3 Watts par m².

Forçage radiatif par grande catégorie 1750-2011

2,3 Watts par m².

C’est tout ?

Dit comme ça, ça ne semble pas énorme et ça n’impressionne personne. Et pourtant… regardez les ordres de grandeurs qui suivent. Si l’on applique ce forçage radiatif sur un carré de 25m x 25m (soit 650 m²), on obtient 1500 W de forçage. 1500 W, c’est la puissance de ce genre d’appareil qu’on utilise (de manière absurde d’ailleurs) pour chauffer les terrasses l’hiver.

Exemple de chauffage de 1500 W

Donc ce petit 2,3 W/m² qui n’a l’air de rien revient finalement à poser ce genre de chauffage tous les 25m, sur toute la surface du globe, et de le faire fonctionner 7j/7, 24h/24, 365j/an. 1,2 millions de milliards de Watts en tout.

Si l’on raisonne en énergie, les chiffres sont encore plus fous. Sur une année, le forçage radiatif induit par ce supplément d’effet de serre renvoie vers la surface 37 mille milliards de milliards de joules. C’est absolument colossal, et complètement impossible à se représenter avec nos sens.

Regardez cette vidéo. C’est un essai nucléaire soviétique fait en 1955. Et bien l’énergie du forçage radiatif sur Terre, c’est cette explosion 80 fois par seconde, en permanence. Soit une en France toutes les 10 secondes : la durée de la vidéo…

Pour continuer sur cette lancée, depuis 1945 il y a eu dans le monde environ 2500 essais nucléaires, pour une énergie libérée totale de 540 millions de tonnes de TNT. Et bien toute cette énergie correspond juste à 32 minutes de forçage radiatif…

Image

Les armes nucléaires vous inquiètent ? C’est légitime. Le changement climatique devrait vous inquiéter tout autant.

Retrouvez Laydgeur sur Youtube en interview !

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Commentaires

19 Comments

  1. Dom 22 février 2021

    Salut Bon pote, merci pour ton article !
    Question naïve : que répondre à un climato sceptique qui affirme que la vapeur d’eau a un effet bien plus important que le CO2 en effet de serre et donc que ce dernier est négligeable.

    Répondre
    1. Bon Pote 22 février 2021

      Bonjour, nous allons traiter le sujet en article, mais en attendant, voici un thread très instructif sur le sujet : https://twitter.com/fmbreon/status/1189639242999316488?s=20

      Répondre
    2. bdd13 22 février 2021

      Je me permets un petit grain de sel : pour répondre à la question sur le rapport de masse H2O/CO2 largement en faveur de l’eau, il faut bien comprendre que le bilan à l’origine est à l’équilibre. La masse énorme de vapeur d’eau assure aux 3/4 cet état d’équilibre. Un peu comme un funambule et sa barre d’équilibre. La barre elle-même, c’est la masse de vapeur d’eau.
      Un peu plus de vapeur d’eau est régulé dans les quelques heures par les précipitations (le système s’auto-régule).
      Le CO2 intervient dans l’équilibre fin du bilan radiatif (au bout de la barre du funambule, on ajoute quelques grammes et il bascule). Mais la grande différence est qu’un surplus de CO2 dans l’atmosphère y reste ! Le système Terre-Atmosphère n’est pas capable de le vidanger, et il s’accumule. Ce n’est donc pas linéaire, et la barre bascule de plus en plus vite.
      En clair, La grande masse de vapeur d’eau est l’équilibre naturel, et notre problème de CO2 vient rompre l’équilibre (au final des émissions de GES,anthropique, l’effet de chauffage, aujourd’hui, n’est que de 2,5 W/m², alors que l’effet de serre naturel est de l’ordre de 340 W/m²).
      Cette histoire change la donne, par l’effet de rétroactivité expliqué dans le lien de Bon Pote (augmentation de la température globale de l’atmosphère => capacité plus forte à contenir de la vapeur d’eau, et là, c’est la masse globale de vapeur d’eau qui va augmenter, de façon pérenne, ce qu’on va commencer à voir, avec d’autres effets, dans les années à venir).
      Merci à Bon Pote pour cette intrusion.
      La compréhension des phénomènes est indispensable à leur acceptation, et toute idée ou image pour la comprenette est souvent bonne à prendre.

      Répondre
      1. Dom 22 février 2021

        Merci pour votre réponse, c’est très clair !

        Répondre
  2. Ravix 19 janvier 2021

    Merci et bravo pour la qualité et le travail de votre indispensable vulgarisation scientifique. J’ose cependant un commentaire : parmi les GES, ne faudrait-il pas approfondir le cas de la vapeur d’eau, le premier d’entre eux. Et là, l’incertitude est encore plus grande. Je propose cette ressource qui à mon avis « plante bien le décors : https://planeteviable.org/vapeur-eau-role-rechauffement-planetaire/

    Répondre
    1. bdd13 19 janvier 2021

      Comme discuté dans mon post du 5 janvier (j’en profite pour corriger ce pauvre Clapeyron que j’ai malencontreusement estropié), la prise en compte de l’augmentation de vapeur d’eau est bien effective dans les modèles (en suivant le lien dans la réponse de Bon Pote).
      Je ne voulais pas repolémiquer, mais, compte-tenu de la difficulté des modèles à gérer correctement la masse nuageuse résultante (quantitativement et qualitativement), il est vraisemblable que la modélisation revête encore une haute valeur d’incertitude sur ce point.
      Et de fait, il est vraisemblable que l’avenir nous réserve quelques surprises.
      Les effets radiatifs des nuages sont très différents suivant leur genre. Un cirrus, qui a un albédo assez faible et une émission d’IR faible, aurait au final un effet plutôt réchauffant (ce qui explique que les trainées de condensation des avions ont un effet radiatif bien supérieur au seul impact d’injection de GES supplémentaires, en générant une nébulosité significative de ce type de nuage).
      Les nuages moyens et bas ont plutôt un effet refroidissant par forte occultation du soleil (de jour évidemment, la nuit étant plutôt générateur de réchauffement). Enfin, les nuages convectifs, appartiennent plutôt à la catégorie cirrus en termes de bilan radiatif (d’autant qu’ils ont un fort échauffement interne lié à la chaleur latente, et leur diabatisme reste fort, notamment dans les cyclones).
      Cette dernière catégorie devrait être en augmentation, du fait de l’augmentation de l’instabilité de la troposphère (les couches basses, fortement imprégnées d’H2O et de CO2 se réchauffent, alors que la tropopause se refroidit, augmentant ainsi le gradient moyen de température de la troposphère et son instabilité.
      Dernier paramètre : les aérosols. Grande inconnue, puisqu’à l’origine du déclenchement de la condensation. Ils sont bien pris en compte dans les modèles, qui nous montrent que la dépollution globale entraîne plutôt un réchauffement d’un point de vue brut radiatif (moins d’occultation et moins d’absorption), mais pourrait aussi modifier globalement l’ensemencement propice à la condensation).
      En conclusion, cette rétroaction d’H2O au sein de la troposphère est assez mal maîtrisée au plan de la rétroaction nuageuse et de son impact thermique.

      Répondre
  3. PEDOT 7 janvier 2021

    Bonjour,
    tout d’abord bonne année.
    J’apprécie beaucoup le ton et les publications de votre site. Cependant, j’ai vu dans cette article une mauvaise explication du forçage radiatif. Mauvaise illustration principalement provenant de … l’ADEME !

    Je trouve dommage car cela rend faux l’explication. La Terre est à l’équilibre radiatif… avoir des flêches de taille différente est donc très… approximative voir fausse.

    Je vous renvoie à la carte de la fresque du climat et à la vidéo associé qui explique très bien le soucis…
    https://www.youtube.com/watch?v=q1xZHWJy8GI

    Vous avez une grosse audience tant mieux ! J’espère que vous publiera un petit errata 🙂
    https://fresqueduclimat.org/wiki/index.php?title=Discussion:Fr-fr_adulte_carte_15_for%C3%A7age_radiatif

    Merci encore pour vos efforts

    Répondre
    1. Bon Pote 7 janvier 2021

      Merci et vous faites bien de le spécifier. L’auteur est au courant, nous avons voulu vulgarisé et donc faire au plus simple mais plusieurs personnes ont rebondi dessus (à juste titre) donc nous allons mettre à jour.

      Répondre
    2. laydgeur 7 janvier 2021

      Bonjour et merci pour votre commentaire.
      L’explication textuelle est correcte malgré sa simplification, le schéma n’est là que pour illustrer de manière simple l’effet de serre en guise d’introduction à l’article, et n’a pas pour but d’expliquer de manière complète le bilan radiatif.
      Nous avons ajouté une note avec une explication et un vers la vidéo que vous avez donné, pour que ceux qui veulent creuser ce sujet complexe puissent le faire.

      Répondre
  4. Deux Milles 6 janvier 2021

    Bravo pour avoir abordé de front et en détails les notions de bilan et de forçage radiatifs. Quand je pense qu’en aout dernier, vous ne souhaitiez pas entrer dans des sujets trop techniques sur le changement climatique… vous faites très fort et très bien !

    Mais, en tant qu’ancien météorologue (avant d’être climatologue et réciproquement!), j’ai trouvé une erreur dans la partie introductive “De l’effet de serre au forçage radiatif”. Il s’agit du deuxième paragraphe sous les 3 schémas ADEME de l’effet de serre, lorsque vous comparez des nuits claires et nuageuses. Il a bien un “effet de serre” à l’oeuvre mais il s’agit essentiellement de la “paroi” qui est constituée des particules liquides et solides de la base des nuages. Le fait que ces particules se soient formées à partir d’un gaz (la vapeur d’eau) qui est effectivement un “gaz à effet de serre” est un élément mineur.

    A la réflexion, je ne suis pas certain que l’on puisse expérimenter facilement l’effet de serre en version gazeuse. Il faudrait prendre le temps de fabriquer une enceinte transparente qu’on puisse doper au CO2 (avec des cartouches de gonflage de bicyclette par exemple) et constater que la température s’élève plus vite en version dopée lorsqu’on braque une lampe médicale infra-rouge dessus.

    Que pensez-vous de remplacer la fin de votre phrase par “…, car la base des nuages agit comme la paroi d’une serre, sur le rayonnement infra-rouge montant du sol.”?

    Ca n’enlève rien à la qualité du reste

    Répondre
    1. laydgeur 7 janvier 2021

      Bonjour, et merci pour votre commentaire.
      Cette phrase sur les nuits claires provient de cet article du site Climat en Questions : https://www.climat-en-questions.fr/reponse/fonctionnement-climat/effet-serre-par-jean-louis-fellous
      Votre proposition me convient, nous allons faire la modification dans l’article.
      A des fins de curiosité, avez-vous un lien vers une étude ou un article expliquant ce phénomène de parois ?
      Merci d’avance.

      Répondre
      1. Deux Milles 8 janvier 2021

        Bonjour,

        J’ai regardé l’article de Jean-Louis Fellous et il est bien indiqué que “les nuages renvoient le rayonnement infra-rouge vers le sol” dans le paragraphe 2. Par contre les deux dernières phrases ont pu engendrer de la confusion car si les deux constats sont vrais, le raisonnement est incorrect.

        Le refroidissement nocturne se fait au contact du sol, dans des épaisseurs d’atmosphère faibles. Ce qui est en cause est donc essentiellement une question de capacité calorifique (facilité à varier de température). Or cette capacité est sensiblement plus petite pour l’air sec (environ 1000J/kg/K aux températures ordinaires) que pour la vapeur d’eau (environ 1800J/kg/K). Donc, sans parler d’une éventuelle saturation, un air est d’autant plus difficile à refroidir et à réchauffer qu’il est humide et ceci est largement indépendant des propriétés optiques de captation, ou pas, du rayonnement infrarouge par les gaz constitutifs.

        Votre question d’un choix d’articles explicatifs sur le “renvoi” des rayonnements infrarouge par la base des nuages est difficile car la moindre diminution des températures nocturnes en cas de nuit nuageuse est un “classique” de la météorologie enseigné depuis de nombreuses décennies (j’ai testé moi-même, il y a 35 ans de cela…). On en trouve cependant un certain nombre d’allusions, comme dans des cours universitaires sur le transfert radiatif (page 12 de https://www.lmd.jussieu.fr/~fcodron/COURS/notes_radiatif.pdf “…un nuage même peu épais absorbera donc rapidement la quasi-totalité du rayonnement (Infrarouge)…”). Les documents d’origine sont probablement bien antérieurs à l’ère numérique. Désolé.
        Vous pouvez cependant en faire vous-même une constatation en comparant des images satellite simultanées en lumière visible et en IR. Les nuages fins, pour peu qu’ils aient une température différente de celle du sol, à peine détectables en lumière visible sont très nets en IR, preuve qu’ils bloquent le rayonnement issu du sol. Ca vous donne même une idée de l’épaisseur de la “paroi” nuageuse nécessaire pour bloquer une grande partie du rayonnement IR : quelques dizaines de mètres seulement.

        Les articles récents s’intéressent plus généralement au caractère amplificateur ou tampon, vis à vis du Changement Climatique, des nuages considérés dans leur totalité.

        Répondre
  5. Alfred Mac Leod 6 janvier 2021

    Beau travail ! Merci
    Il va falloir décroître…. et vite !
    Le problème est de faire accepter cette idée et ses implications comme la baisse du pouvoir d’achat, la baisse des retraites, la fin de la civilisation des loisirs … Pas facile de se faire élire avec de telles promesses.

    Répondre
  6. bdd13 5 janvier 2021

    Les imbrications sont complexes… Pour ne prendre qu’un seul exemple, dans l’effet radiatif du CO2, qui dépend de sa concentration, est cachée de façon indirecte l’effet positivement radiatif de la déforestation.
    La forêt est un puits de carbone, qui participe à la vidange du CO2 atmosphérique, et le diminuer correspond à une augmentation indirecte de la concentration de notre GES préféré.
    Donc, au final, la déforestation qui augmente l’albédo et la concentration de CO2 est-elle bonne ou mauvaise ? la modélisation semble pencher pour un bilan plutôt en notre défaveur.
    Autre problème caché : la réponse nuageuse à l’augmentation de température de l’atmosphère. La charge en vapeur d’eau a du augmenter (Claperon) puisque l’atmosphère peut maintenant accueillir davantage de vapeur d’eau avant condensation.
    Et donc… plusieurs questions :
    – plus ou moins de nuages ? de quel type ?
    – Quid de l’augmentation d’H20 atmosphérique due au réchauffement (toujours Claperon), qui pourrait bien avoir une rétroaction sur son pouvoir d’absorption des infra-rouge (les fenêtres sont-elles fermées ou saturées, ou bien reste-t-il des bandes de longueur d’ondes encore disponibles ?). Car là, nous ne sommes plus à l’échelle anthropique (qui représente zéro en termes d’ajouts de vapeur d’eau), mais dans un processus d’ordre planétaire.
    Il y a de quoi alimenter quelques billets… !

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    1. laydgeur 7 janvier 2021

      Bonjour,
      C’est effectivement complexe, d’où la nécessité de vulgariser simplement certains concepts.
      – La modélisation des nuages est une grosse source d’incertitudes et sauf erreur de ma part le débat scientifique n’est pas encore tranché
      – La rétroaction avec la vapeur d’eau est prise en compte, voir par exemple cet article écrit par un climatologue lead author du 5ème rapport du GIEC sur le forçage radiatif : https://www.climat-en-questions.fr/reponse/mecanismes-devolution/vapeur-deau-effet-serre-par-francois-marie-breon

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  7. JEAN-CHARLES PIKETTY 5 janvier 2021

    Merci pour cet article, très bien fait et expliqué. Energétiquement vous donnez des chiffres impressionnants : Forçage radiatif : une puissance de 1,2 millions de TW fonctionnant pendant un an, donc x 8760 heures = une énergie annuelle de 10.512 Millions de TWh.
    Voici une autre idée par rapport à l’énergie consommée dans le monde par les activités humaines : dans le monde, l’énergie finale = 14.000 Mtep. Pour 1 Tep il faut diviser par 86000 pour avoir les TWh. Soit 14000000000/86000 = 162.790 TWh.
    Le rapport 10.512.000.000 TWh de forçage radiatif versus 162.790 TWh d’énergie finale consommée dans le monde = 64.574 ; l’énergie du forçage radiatif provenant principalement du CO2 et du CH4 est donc 64.574 fois plus grande que toute l’énergie finale que nous consommons dans le monde.

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    1. Erwan Pannier 5 janvier 2021

      Bravo aux auteurs pour l’article, très bien expliqué !

      J’ai eu comme @Jean-Charles Piketty en commentaire envie de comparer la chaleur totale de toutes nos activités à l’énergie totale absorbée. Je retrouve bien vos conclusions mais avec seulement un facteur de 60 (et non pas 64 000). Ce qui ne change pas les conclusions : l’énergie retenue annuellement par les gaz à effet de serre issus de la combustion est 100x supérieure à celle libérée par la combustion elle-même. (ou de manière plus approximative, mais imagée : pour se réchauffer vite il vaut mieux mettre un pull plutôt que de faire un feu !)

      Détail des calculs :

      Conversions : 1 Gtep = 11600 TWh = 4.2e19 J
      Consom mondiale primaire [principalement fossile donc qui finit en chaleur] : 14 Gtep (2017) = donc 5.9e20
      Chaleur retenue par les GES : 2.3 W/m2 * surface d’une sphere de 6300 km de rayon * 8760 h / an * 3600 s/h = 3.6e22 J (comme dans l’article)

      Donc 3.6e22 J / 5.9e20 = 61 :

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    2. Olivier Pons Y Moll 7 janvier 2021

      Attention, Erwan a raison ci-dessous : 14000 Mtep, cela fait bien 162 000 TWh et pas 162. Heureusement, parce que par exemple rien que la capacité de production d’électricité nucléaire en France est de 350 TWh.

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      1. JEAN-CHARLES PIKETTY 9 janvier 2021

        Merci Erwan et Olivier, je corrige car j’avais mal calculé l’énergie du forçage radiatif : une puissance de 1,2 millions de milliards de Watts, cela fait 1200 TW fonctionnant pendant un an, donc x 8760 heures = une énergie annuelle de 10.512.000 TWh. (et non pas 10.512.000.000 TWh de mon précédent commentaire).
        Le rapport 10.512.000 TWh de forçage radiatif / 162.790 TWh d’énergie finale consommée dans le monde = 64,57 ; l’énergie du forçage radiatif provenant principalement du CO2 et du CH4 est donc 64,57 fois plus grande que toute l’énergie finale que nous consommons dans le monde. C’est le même ordre de grandeur du calcul en joules d’Erwan qui trouve un rapport de 61.

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