DRAFT - Le puzzle climatique reconstitué
Il y a deux types de rétro-radiation. La première est de nature thermique. Elle a une influence importante sur la température. La deuxième est un rayonnement de fluorescence qui n’en a aucune.
1 Résumé
Dans un document précédent, il a été montré que la rétro-radiation par les gaz à effet de serre (GES) n’avait aucune influence sur la température de surface de la Terre. Ce document a été complété par la suite par une vidéo didactique placée sur YouTube.
A ma grande déception, cet article a eu très peu d’impact. Il a vraisemblablement été jugé trop simpliste. On ne voyait pas explicitement l’atmosphère dans le modèle de la baignoire. J’ai réfléchi à un modèle plus complet montrant différents réservoirs d’énergie au sein du système Terre-atmosphère (sysTA). Voir Section 2.
Le GIEC prétend que les GES créent un déficit radiatif qui provoquerait une augmentation de la température. Cette approche est erronée parce qu’elle confond des flux d’énergie interne et externe. Voir Section 3.1 . Elle est fondée sur une théorie de transfert radiatif qui est incomplète et qui contient une erreur peu évidente, mais très importante. La Section 3.2 explique pourquoi le déficit radiatif prétendument observé n’est qu’une illusion.
Il reste à expliquer pourquoi une Terre sans atmosphère serait environ 33 °C plus froide que la Terre actuelle. J’ai fait des tas d’hypothèses et de calculs pour justifier la température actuelle, pour me trouver dans un cul de sac. Il fallait que la Terre absorbe environ deux fois plus d’énergie que ce qu’elle reçoit. Cela semblait paradoxal.
J’ai alors réévalué le modèle à une couche que j’avais toujours considéré comme faux. Après mûre réflexion, j’ai compris que mon approche était fautive. Il y a plus qu’un fond de vérité dans ce modèle qui est correct. Il suffit d’y introduire un paramètre complémentaire (la transparence de l’atmosphère) pour qu’il justifie parfaitement la température actuelle. L’interprétation de ce modèle est cependant tout à fait incorrecte: l’effet est basé sur un rayonnement de type Stefan-Bolzmann (SB) qui n’a rien à voir avec le rayonnement de fluorescence caractéristique des GES. Voir Section 3.3.
La rétro-radiation que l’on observe a donc deux natures. La première est un rayonnement thermique qui ne peut provenir que de l’eau sous forme liquide ou solide présente dans l’atmosphère, et la seconde est un rayonnement de fluorescence émis par les GES.
Dans le reste du document, j’utiliserai le terme RRT pour désigner la rétro-radiation thermique, et RRF pour la rétro-radiation de fluorescence. Dans les vidéos précédemment mentionnées, le terme de rétro-radiation utilisé ne concerne que la RRF.
D’une manière analogue, il faut faire la différence entre un effet de serre thermique (EST) et un effet de serre de fluorescence (ESF). L’EST est important, et l’ESF est nul.
La Section 4 décrit un modèle complet combinant l’EST et l’ESF, ainsi que l’évaporation/condensation et la convection. D’une manière assez surprenante, ce modèle est celui de Trenberth si on y fait apparaître explicitement les flux descendants de chaleur latente et de convection abusivement déguisés et cumulés dans une RRF.
La Section 6 montre que notre cerveau n’est pas forcément un guide objectif quand il est confronté à des analyses complexes.
2 Schéma modifié pour une atmosphère sans nuages
La surface terrestre est assimilée à un corps noir qui émet un rayonnement thermique suivant la loi de Stefan-Boltzmann (SB)
Les rectangles représentent des réservoirs contenant de l’énergie. Les flèches représentent des flux d’énergie entre les réservoirs. L’atmosphère est considérée transparente au rayonnement en provenance du Soleil.
Le rectangle jaune représente le Soleil dont une partie du rayonnement est absorbé par la surface terrestre. Le rectangle gris représente le Cosmos.
Le rectangle Surface Planète représente la chaleur accumulée sous la surface terrestre. T1 est la température à cette surface.
Le rectangle Photons représente l’énergie de photons en transit dans l’atmosphère en provenance de la surface de la Planète et des gaz à effet de serre.
Le rectangle Rot/Vibr GES représente la variation de l’énergie de rotation/vibration des molécules de gaz à effet de serre (GES) par rapport à leur état de base non excité.
Le rectangle Cinétique représente l’énergie cinétique de translation (chaleur) des molécules de l’atmosphère. T2 est la température au pied de l’atmosphère.
Le flux a représente la part du flux solaire absorbée par la surface de la Planète.
Le flux b représente le flux émis par l’atmosphère en direction du Cosmos.
Le flux c correspond au rayonnement thermique émis par la surface de la Planète. Il ne dépend que de la température T1.
Rappelons les mécanismes d’action des GES. Leurs molécules peuvent:
augmenter leur énergie de rotation/vibration en absorbant un photon de l’atmosphère ( flux d1 ).
diminuer leur énergie de rotation/vibration en émettant un photon dans l’atmosphère ( flux d2 ).
augmenter leur énergie de rotation/vibration en empruntant de l’énergie cinétique de translation d’une molécule voisine à l’occasion d’un choc inélastique avec cette dernière ( flux e2 ).
diminuer leur énergie de rotation/vibration en augmentant l’énergie cinétique de translation d’une molécule voisine à l’occasion d’un choc inélastique avec cette dernière ( flux e1 ).
Le bilan énergétique de chaque mécanisme d’action est nul. Il en va de même pour l’atmosphère, tant que les photons concernés ne la quittent pas.
L’émission de photons par les GES peut se faire dans n’importe quelle direction: elle est isotrope. Il est inévitable que certains de ces photons soient renvoyés en direction de la surface terrestre ( flux r1 ).
Le flux r2 représente un flux complémentaire émis par la surface de la Planète en réponse au flux r1.
Le flux f représente le flux de chaleur échangé par conduction entre la surface de la Planète et l’atmosphère. Il n’existe que lorsque les températures T1 et T2 sont différentes et va dans le sens du corps le plus chaud vers le plus froid.
Lorsque la Planète absorbe une part constante du rayonnement solaire, une situation d’équilibre finit par s’établir.
La quantité d’énergie contenue dans chacun des réservoirs de la surface de la Planète et de l’atmosphère (les rectangles bleus) se stabilise à une valeur constante. Les températures T1 et T2 sont égales, et le flux f est nul. Pour chacun de ces réservoirs, la somme des flux entrants est égale à la somme des flux sortants. Si ce n’était pas le cas, il y aurait une augmentation ou une diminution continuelle de l’énergie contenue dans certains réservoirs.
Supposons en première phase que les molécules de GES présentes dans l’atmosphère soient toutes à leur état de base non excité et que les mécanismes d’action des GES soient inhibés.
Dans ce cas les flux r1, r2, d1, d2, e1, e2 sont tous nuls.
L’équilibre du réservoir Surface Planète implique que c = a.
L’équilibre du réservoir Photons implique b = c = a.
Sous l’action du rayonnement solaire absorbé, de la chaleur s’accumule sous la Surface Planète dont la température augmente jusqu’à ce que le flux c soit égal au flux a. En parallèle, la Surface Planète réchauffe l’atmosphère par conduction, et de l’énergie s’accumule dans le réservoir Cinétique jusqu’à ce que les températures T1 et T2 s’égalisent. La température T1 est déterminée par la loi de SB, et le flux f est nul.
Désinhibons maintenant les mécanismes d’action des GES.
Supposons que les températures T1 et T2 passent à de nouvelles valeurs T’1 et T’2 et que T’1 = T’2 et f = 0. C’est la situation que nous observons aujourd’hui avec une teneur atmosphérique actuelle de CO2 de plus de 400 ppm.
L’équilibre du réservoir Surface Planète + Atmosphère implique que b = a. Ceci est toujours vrai, qu’il y ait un effet de serre ou pas.
L’équilibre du réservoir Surface Planète implique que a + r1 = c + r2 = a + r2, puisque c = a.
Il en découle que r2 = r1: la surface réémet intégralement le flux r1.
L’équilibre du réservoir Photons implique c + r2 + d2 = b + r1 + d1, et donc d2 = d1, puisque c = b = a et r2 = r1.
L’équilibre du réservoir Rot/Vibr GES implique d1 + e2 = d2 + e1, et donc e2 = e1, puisque d2 = d1.
L’équilibre du réservoir Cinétique implique e1 = e2.
Par conséquent tous les réservoirs contiennent la même énergie, que les GES soient actifs ou non. Donc, les températures n’ont pas bougé: T’1 = T1 et T’2 = T2.
La Fig. 1 représente un système de vases communicants connectés 2 par 2. Les flux a, b et c étant égaux, ils ne peuvent changer l’énergie totale interne du système, pas plus que les GES qui ne produisent aucune énergie et ne peuvent que transférer de l’énergie entre les réservoirs. Ces transferts n’ont pas d’impact sur les contenus individuels des réservoirs parce qu’ils communiquent entre eux.
Les GES n’influencent donc ni la température de surface T1, ni la température au pied de l’atmosphère T2, ni l’énergie accumulée sous la surface terrestre et dans l’atmosphère. Mais le profil de température en fonction de la profondeur (océans et terres émergées) ou de l’altitude (atmosphère) peut-il être affecté ?
Pour ce qui se passe sous la surface, la réponse est non. Les GES sont absorbés dans une couche superficielle d’à peine une dizaine de µm dont la température ne change pas. C’est également le cas pour l’atmosphère. Cela requiert quelques considérations complémentaires exposées dans la Section 3.2.
3 Quelques théories de l’effet de serre
3.1 L’approche du GIEC
En se basant sur des analyses de transfert radiatif et des programmes de simulation qui seraient confirmées par des observations par satellites, le GIEC considère que l’augmentation des GES depuis 1750 a causé un forçage radiatif total de quelques W/M2. Voir Fig. 2
Le GIEC affirme que ces forçages radiatifs ont provoqué une augmentation de la température de la surface terrestre d’environ 1 °C depuis 1750. Voir Fig. 3.
Quasiment toute l’augmentation de température observée depuis 1750 devrait donc être imputée aux forçages radiatifs causés par l’augmentation des GES dans l’atmosphère, en particulier celle du CO2.
Le GIEC a établi les chiffres des Fig. 2 et Fig. 3 en se basant sur des études et des programmes de simulation.
Revenons un instant sur ce qui se passe lorsque des photons de RRF reviennent à la surface terrestre.
Le rayonnement des GES est un rayonnement de fluorescence. Sa nature est différente du rayonnement thermique de type SB. Ces photons ne seront absorbés par la surface que si celle-ci présente des bandes d’absorption communes aux bandes d’émission des GES.
L’eau est omniprésente à la surface terrestre. Elle possède des bandes d’absorption autour de 3 µm , 6 µm et autour de 12 µm dans une large région qui s’étend sur une grande partie du rayonnement compris entre 10 et 100 µm. L’absorption dans ces bandes sera suivie d’une thermalisation quasiment complète. Dans ce qui suit, on supposera que la RRF est intégralement absorbée par la surface terrestre, même si ce n’est pas le cas. Ceci n’a cependant aucune incidence sur la température de surface parce que le flux de RRF n’est pas externe, mais a prélablement été émis par la surface terrestre. La Fig. 4 permet de comprendre la différence.
Ceux qui pensent que la RRF réchauffe la surface terrestre commettent une grossière erreur de conception. Ils considèrent que le point de coordonnées T2, P2 est le nouveau point d’équilibre parce qu’ils supposent que la RRF vient se cumuler au rayonnement solaire. Ils confondent un flux entrant interne avec un flux externe, en ignorant que le flux entrant interne est équilibré par un flux sortant interne de même valeur. Cette invention d’un flux externe complémentaire est une violation flagrante du principe de conservation de l’énergie. Un corps à l’équilibre thermique auquel on ajoute et retire le même flux énergétique, ne changera pas de température si le flux externe qu’il absorbe reste constant.
Si la RRF créait effectivement une augmentation de la température, on aurait un effet d’emballement parce que chaque augmentation de température provoquerait une augmentation de la RRF qui à son tour induirait une nouvelle augmentation de température, et ainsi de suite. Pour empêcher que la température ne diverge vers l’infini, il faudrait qu’il n’y ait plus d’augmentation de la RRF au-delà d’une certaine température, contrairement à ce que montre le calculateur en ligne MODTRAN de l’Université de Chicago.
La confusion entre flux externe et flux interne n’est pas anodine, mais ce qui est encore plus grave, c’est que les forçages radiatifs des GES ne sont qu’une illusion. C’est expliqué dans la Section 3.2.
3.2 Théories basées sur l’équilibre radiatif (Equation de Schwarzschild)
Dans les basses couches atmosphériques, la probabilité qu’une molécule de GES réémette un photon qu’elle a absorbé est très faible, parce que la fréquence des chocs inélastiques est très élevée. A cet endroit, si le flux e1 est supérieur au flux e2 (voir Fig. 1), il y a une accumulation d’énergie cinétique, et augmentation de la température. L’air réchauffé et devenu plus léger des basses couches atmosphériques va être emporté vers de plus hautes altitudes qui ramèneront de l’air plus frais vers les basses altitudes. Une circulation de convection s’établit. A plus haute altitude, l’air est moins dense et la probabilité de réémission par les GES augmente. La thermalisation des basses couches atmosphériques est un mécanisme qui permet de transporter plus haut dans l’atmosphère de l’énergie qui autrement serait piégée dans les basses couches.
Quantifier ces mécanismes est horriblement complexe. Certains auteurs utilisent l’équation de Schwarzschild pour y parvenir. Cette équation a été décrite dans Schwarzschild (1906) au début du siècle précédent pour calculer la diffusion et l’absorption dans l’atmosphère solaire. Dans Van Wijngaarden et Happer (2020), les auteurs expliquent la technique de calcul qu’ils utilisent. Le document est très bien rédigé, et même si les calculs sont compliqués, la démarche suivie est claire.
La surface terrestre est considérée comme un corps noir à la température moyenne de 15 °C. Au départ la température au pied de l’atmosphère est considérée égale à la température de surface.
Les calculs s’appuient sur un profil standard de température dans l’atmosphère sensé représenter l’atmosphère d’aujourd’hui avec ses teneurs actuelles en GES et déterminent l’impact d’un doublement du CO2 sur ce profil standard.
Le calcul se fait en deux étapes.
Dans un premier temps, l’équation de Schwarzschild est utilisée pour calculer la distribution de l’énergie radiative dans l’atmosphère sous l’effet des mécanismes d’action des GES modélisés dans la database HITRAN). Au terme de cette phase, un déficit de radiation est constaté au sommet de l’atmosphère.
Dans une deuxième phase, le profil des températures est adapté pour restaurer l’équilibre radiatif. La température de la troposphère est augmentée en conservant le gradient adiabatique initial, aux dépens d’une diminution plus importante des températures des couches atmosphériques plus élevées. Voir la Fig. 5
En fonction d’hypothèses relatives au traitement de l’humidité dans les calculs, les auteurs obtiennent un réchauffement de la température au pied de l’atmosphère compris entre 1.4 et 2.2 °C pour un doublement du CO2. Ils considèrent qu’il y a un effet de saturation et que des doublements complémentaires auront beaucoup moins d’impact sur la température atmosphérique.
Les calculs ne vont pas plus loin. Aucun bilan thermique n’est pris en compte pour la surface terrestre.
Le problème, c’est qu’on se trouve maintenant dans une situation où la température au pied de l’atmosphère est supérieure à la température de la surface terrestre. Or, on ne constate aucune différence de température aujourd’hui, il n’est dès lors pas logique qu’il y en ait une après un doublement du CO2.
Dans la deuxième phase de calcul correspondant au réajustement des températures et des flux, il faudrait prendre en compte une contrainte supplémentaire d’égalité des températures à la surface terrestre et au pied de l’atmosphère. Comme la RRF n’a pas d’impact sur la température de surface, dans la figure de gauche, la courbe rouge devrait démarrer au même point que la courbe bleue. En considérant que le gradient adiabatique dans la troposphère n’est pas affecté par les GES, le premier segment de la courbe rouge devrait être identique à celui de la courbe bleue, et l’ajustement des températures ne pourrait se faire que sur les 4 points situés au dessus de la troposphère, en s’assurant que l’équilibre énergétique soit conservé. Ceci ne laisse qu’une faible marge de manoeuvre. Il y a tout lieu de croire que le reste de la courbe rouge serait inchangé. En 1917 Einstein a montré que l’émission et l’absorption de rayonnement par les molécules ne modifiait pas la distribution de leurs vitesses. Voir Einstein (1917). On peut dès lors raisonnablement penser que les GES n’affectent nulle part l’équilibre thermique local, dont le principe est détaillé dans cet article.
Dans tous les cas, un observateur placé dans la troposhère ne ressentira aucune différence de température après un doublement du CO2.
Si on ne fait pas ces réajustements, on peut estimer comment une atmosphère plus chaude va réchauffer la surface terrestre. Comme la capacité thermique des océans est significativement plus grande que celle de l’atmosphère, après échange de sa chaleur excédentaire, la température de l’atmosphère sera égale à celle de l’océan, qui elle, ne changera quasiment pas. La température finale d’équilibre d’un système fermé où toute l’atmosphère est à 21 °C est en contact avec une couche océanique d’à peine 50 m à 20 °C, est égale à 20.05 °C ( Rappelons que la profondeur moyenne des océans est d’environ 3800 m). Voir la note de calcul atmosphere-ocean. Ce réchauffement final est imperceptible.
Il y a une autre forte incohérence dans le modèle de Van Wijngaarden et Happer (2020). On la retrouve également dans le calculateur MODTRAN. Elle concerne les spectres d’émission à haute altitude. Voir la Fig. 6.
La courbe bleue dans cette figure représente le rayonnement de SB émis par la surface à une température de 288.7 °K . Pour une atmosphère transparente, sans GES, on retrouverait la même courbe au sommet de l’atmosphère estimé à une altitude de 86 km.
La courbe noire représente le rayonnement théorique découlant de l’équilibre de Schwarzschild pour les concentrations actuelles des GES. Ceci ne peut que correspondre à la première phase de calcul évoquée plus haut, avant la restauration des flux. Après celle-ci, les surfaces situées en-dessous de la courbe bleue et de la courbe noire devraient être identiques. La courbe noire devrait présenter des pics et des creux par rapport à la courbe bleue. La Terre et l’atmosphère ont eu suffisamment de temps pour s’adapter aux concentrations actuelles de GES.
Ces considérations sont également valables pour les courbes verte et rouge.
Dans Van Wijngaarden et Happer (2020), à la section 8, les auteurs comparent les intensités de rayonnement modélisées avec les observations par satellites. Voir Fig. 7.
La correspondance est excellente, mais ici aussi on ne peut comprendre pourquoi les surfaces situées sous les courbes rouges et noires dans le volet de gauche ne sont pas égales. La seule explication, c’est que les “observations” du volet de droite sont basées sur les mêmes algorithmes fautifs que ceux utilisés dans le volet de gauche.
La réémission de la RRF se fait à température constante dans toute la gamme des longeurs d’ondes. Elle peut se faire plusieurs fois. Ceci permet de contourner les bandes plus absorbantes en passant par des bandes qui le sont moins. C’est expliqué dans ce court mais très important document. Ce traitement itératif devrait être utilisé dans la première phase de calcul de Van Wijngaarden et Happer (2020). La deuxième phase est alors superflue puisque les flux sont déjà corrects et qu’il n’y a par conséquent aucun ajustement de température à faire.
3.3 Le modèle à une couche
Dans ce modèle, l’effet de serre est expliqué par l’interaction de deux plaques qui se comportent comme des corps noirs. Une première plaque représente la surface terrestre dont la face supérieure est parfaitement absorbante, et dont la face inférieure est parfaitement isolée thermiquement. Ce modèle est enseigné dans différentes universités et diffusé par des institutions académiques. C’est le b.a-ba de l’effet de serre. Voir par exemple (Dufresne et Treiner 2011).
La seconde plaque représente l’atmosphère. Elle est placée au-dessus de la première. C’est une vitre totalement transparente au rayonnement solaire qui absorbe complètement le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et le réémet vers le haut et vers le bas. La vitre est considérée isotherme.
En faisant le bilan thermique de chaque plaque, on constate que:
la température de la vitre est égale à la température de surface en l’absence d’atmosphère.
la surface reçoit un rayonnement égal au double de celui en l’absence d’atmosphère, le rayonnement vers le bas de la vitre se cumulant à celui du soleil, et qu’en appliquant la formule de SB, la température de surface vaut environ 1.19 fois la température de la vitre.
En tenant compte de l’albédo, les auteurs obtiennent une température de surface de -15 °C sans atmosphère et de +30 °C avec atmosphère, alors que la température moyenne actuelle vaut plutôt 19 °C.
Ce modèle est basé sur un échange de rayonnement thermique pur (SB). Dans l’atmosphère, seule l’eau sous forme liquide ou solide présente dans les nuages peut émettre un rayonnement thermique de ce type. Ce modèle décrit un “effet d’atmosphère” qui n’a rien à voir avec le rayonnement de fluorescence caractéristique des GES. Je l’ai adapté pour corriger la surestimation de la température de surface (voir ici), mais cela ne change rien au principe. Il n’y a pas de GES dans ce modèle. On ne voit dès lors pas où on pourrait en ajouter.
4 Schéma complet
On l’obtient en combinant l’ESF et l’EST, et y en ajoutant des flux de chaleur latente (cycle de l’eau) et une boucle de convection. Voir Fig. 9.
Flux thermiques
Une partie du rayonnement solaire incident est réfléchie par l’atmosphère et ses nuages, et par la surface terrestre. Le sysTA absorbe un flux a en provenance du Soleil. Un flux de même valeur (pointillé rouge) est émis en direction du Cosmos après avoir traversé l’atmosphère. La composition spectrale de ce flux a été modifiée par les GES, sans changement de son intensité globale. Voir la courbe verte dans cette figure.
Une fraction k.a est absorbée par les terres et les océans, et une fraction (1-k).a est absorbée par les nuages de l’atmosphère.
Les nuages émettent un flux a vers l’espace, et un autre flux a absorbé par la surface terrestre. La surface terrestre émet un flux (1+k).a qui est absorbé par les nuages.
Flux associés aux GES
Les flux r1 et r2 de la Fig. 1 ont été renommés r1a et r2a. Des flux analogues r1b et r2b ont été introduits pour décrire l’interaction des GES avec les nuages. Comme précédemment, les sommes des flux r1a et r2a, r1b et r2b, d1 et d2, e1 et e2, sont nulles.
Autres flux
Le flux de conduction f est nul.
La convection est une boucle interne qui n’affecte pas le bilan global.
Les flux de chaleur latente se compensent: il y a en moyenne autant d’évaporation que de condensation qui revient à la surface par la pluie.
Conclusions de ce schéma
Seuls les flux rouges correspondant à l’EST jouent un rôle dans le bilan énergétique du sysTA qui s’explique par le modèle à 1 couche étendu décrit ici.
Ce bilan énergétique est celui de la figure 1 dans Trenberth, Fasullo, et Kiehl (2009) pour autant qu’on l’interprète correctement. Voir Fig. 10.
Reprenons les valeurs affichées dans le bilan énergétique de Trenberth.
La Surface Radiation de 396 W/m2 est celle d’un corps noir à une température de 16 °C, dont une part de 40 W/m2 s’échappe directement vers l’espace en passant par l’Atmospheric Window.
Un rayonnement de 239 W/m2 est absorbé par le sysTA (161 W/m2 Absorbed by Surface et 78 W/m2 Absorbed by Atmosphere. Ces chiffres ont été retenus par Trenberth sur base de nombreuses analyses.).
Le diagramme ne fait apparaître que les flux ascendants de chaleur latente (Evapo-transpiration = 80 W/m2) et de convection (Thermals = 17 W/m2).
La Outgoing Longwave Radiation de 239 W/m2 est mesurée au sommet de l’atmosphère.
Il y a une valeur Net Absorbed de 1 W/m2, justifiant le réchauffement actuel observé.
La Back Radiation de 333 W/m2 est calculée pour équilibrer le bilan: 333=356+80+17+78-169-30+1. Ce terme inclut donc les flux descendants de convection (17 W/m2) et de chaleur latente (80 W/m2) qui sont assimilés à l’action des GES !!!. Ces flux descendants doivent être considérés séparément (flèches orange et bleue ajoutées au schéma original), et la Back Radiation passe alors à 236 W/m2 (333-17-80).
En bouchant la fenêtre atmosphérique qui est fort symbolique (Voir ici), l’atmosphère émet 239 W/m2 vers le haut et quasiment la même chose vers le bas (236 W/m2), comme dans le modèle étendu à une couche.
Le paramètre k de ce modèle peut être calculé de 2 manières qui produisent quasiment le même résultat:
Soit en faisant le ratio entre le rayonnement absorbé par la surface (161 W/m2) et le rayonnement total absorbé (239 W/m2), ce qui donne une valeur de 0.67.
Soit en diminuant d’une unité le ratio entre le rayonnement émis par la surface (396 W/m2) et le rayonnement total absorbé (239 W/m2), ce qui donne une valeur de 0.66.
Le diagramme de Trenberth peut donc parfaitement s’interpréter comme un effet de serre thermique justifié par un modèle très simple qui explique les températures observées par le rayonnement thermique de l’eau liquide et solide présente dans l’atmosphère, sans aucune influence des GES.
5 Simulations expérimentales
5.1 Montage expérimental
Les expériences sont faites avec un montage constitué de deux réservoirs communicants. Le deuxième réservoir est muni d’un orifice de vidange. Voir Fig. 11.
Soient:
Q1 le débit d’alimentation du réservoir R1
Q2 le débit d’alimentation du réservoir R2
Q = Q1 + Q2 le débit total d’alimentation
k = Q1/Q la fraction du débit total alimentant le réservoir R1.
h1 la hauteur de l’eau dans le réservoir R1
h2 la hauteur de l’eau dans le réservoir R2
s1 la section du conduit reliant les 2 réservoirs
s2 la section de l’orifice de vidange du réservoir R2
g l’accélération de la pesanteur
k est l’équivalent du degré de transparence de l’atmosphère dans le modèle étendu à 1 couche.
Les hauteurs h1 et h2 peuvent être calculées par la Formule de Torricelli.
La hauteur d’eau h2 ne dépend que du débit total et de s2.
La différence de hauteur ne dépend que de Q1 et s1. Elle est l’équivalent de l’EST dans le modèle étendu à 1 couche. Elle est nulle si Q1=0. Elle est quasiment nulle si la section s1 est très grande.
Elle est maximale quand k=1, comme dans le modèle étendu à une couche.
5.2 L’ESF dans une atmosphère sans nuages (pas d’EST)
Le montage expérimental de base est réalisé avec une grande surface s1. Ceci annule l’EST. Dans la Fig. 9, le réservoir Nuages disparaît. En omettant les flux de chaleur latente et de convection qui n’ont aucun effet, ceci nous ramène à la Fig. 1. Les 3 réservoirs de l’atmosphère étants constants, on peut les remplacer par un seul réservoir. Une pompe rejetant dans le réservoir R1 l’eau qu’elle aspire du réservoir R2, simulera l’ESF. Voir Fig. 12.
Le premier réservoir représente l’énergie accumulée par la surface terrestre, et le second l’énergie accumulée dans l’atmosphère. Le premier réservoir est alimenté par un robinet dont le débit symbolise l’énergie solaire absorbée par la surface terrestre (flux a). Le tuyau qui les connecte permet un échange radiatif bidirectionnel entre eux.
Le deuxième réservoir est équipé d’un orifice de vidange. L’eau qui s’en échappe représente l’énergie émise vers l’espace. Une pompe puise de l’eau du second réservoir et la réinjecte dans le premier. Son débit symbolise la backradiation (flux r).
Un débit a + r passe par le tuyau connectant les 2 réservoirs.
Les hauteurs d’eau h1 et h2 symbolisent les températures de chaque réservoir.
Ce schéma est équivalent à celui du volet C dans la version initiale de l’analyse des GES. Il suffit de remplacer a par 1, r par f et d’éclater le flux a + r = 1 + f en un flux 1 et un flux f.
Les photons de rétro-radiation peuvent avoir été créés au sein de l’atmosphère, et ne seront généralement pas les mêmes que ceux qui ont été émis par la surface de la Planète. Ceci répond entièrement à l’objection faite par William Happer (voir Note 1 ), et la comparaison avec la pluie reste valable. Il suffit de raisonner en terme d’énergie extraite et réinjectée dans le cadre de deux réservoirs communicants.
J’ai demandé à William Happer, scientifique de renommée internationale, de me dire ce qu’il pensait de la première vidéo, en lui rappelant la comparaison avec la pluie qui n’a pas d’influence sur le niveau des océans puisqu’elle provient de l’évaporation à leur surface.
Voici ce qu’il m’a répondu:
I too don’t think backradiation at the Earth’s surface is particularly useful for understanding greenhouse warming. But there is no doubt that backradiation exists. You can measure it with a hand-held radiometer.
I don’t think there is anything wrong with your metaphor of water filling leaking reservoirs, but you have to keep in mind that photons are not like water molecules that are not created or destroyed in the cycle of evaporation and precipitation. Photons are routinely created and destroyed. You don’t need to have a “zero sum game” for photons.
The backradiation at Earth’s surface is not from backscattered photons that were previously emitted from the surface. Rather, the backradiation consist of photons that were created at the expense of the thermal energy of the atmosphere by greenhouse molecules or clouds. Much of the thermal energy came from upward convection of warm air, not from surface thermal radiation.
Ce que l’on peut traduire comme suit:
Je ne pense pas non plus que le rayonnement de retour à la surface de la Terre soit particulièrement utile pour comprendre le réchauffement climatique. Mais il ne fait aucun doute que le rayonnement de retour existe. Vous pouvez le mesurer avec un radiomètre portatif.
Je ne pense pas qu’il y ait quoi que ce soit de mal dans votre métaphore de l’eau qui remplit des réservoirs qui fuient, mais vous devez garder à l’esprit que les photons ne sont pas comme les molécules d’eau qui ne sont ni créées ni détruites dans le cycle d’évaporation et de précipitation. Les photons sont créés et détruits de manière routinière. Il n’est pas nécessaire d’avoir un « jeu à somme nulle » pour les photons.
Le rayonnement de retour à la surface de la Terre ne provient pas de photons rétrodiffusés qui étaient auparavant émis par la surface. Il s’agit plutôt de photons qui ont été créés aux dépens de l’énergie thermique de l’atmosphère par des molécules à effet de serre ou des nuages. Une grande partie de l’énergie thermique provient de la convection ascendante de l’air chaud, et non du rayonnement thermique de surface.
Quelques expériences basées sur un montage conforme à ce schéma simplifié ont été filmées. Elles confirment pleinement que la RRF n’affecte pas l’équilibre thermodynamique de la surface de la Planète et de l’atmosphère. La vidéo correspondante a été publiée sur YouTube.
5.3 L’EST dans une atmosphère avec nuages
Le montage expérimental de base est réalisé avec une petite surface s1 pour avoir un EST bien marqué. Ce montage correspond au volet B de cette figure.
Une cuvette récoltant le débit d’alimentation est placée au sommet du montage de base. Son fond contient des trous qui permettent de répartir le débit entre les réservoirs, ce qui permet de simuler le degré de transparence k de l’atmosphère.
Ce montage permet de voir que la température de surface est maximale quand k=1, et qu’elle diminue avec la valeur de k.
Il n’est pas possible de simuler l’ESF comme dans la Fig. 12, à moins de travailler avec 2 pompes synchronisées (une de R1 vers R2, et l’autre de R2 vers R1). Dans ce cas trivial, il est évident que l’ESF n’a aucune influence sur les niveaux.
Si on travaille avec une seule pompe qui aspire et refoule un débit r, on ne simule pas un ESF, mais on change le degré de transparence k de l’EST. Si on part d’une situation avec des débits Q1 et Q2, l’activation du débit r simulera une situation avec Q’1=Q1+r et Q’2=Q2-r. Le paramètre k augmente, et si r > Q2, on pourrait même simuler le cas tout à fait irréaliste d’un degré de transparence k supérieur à 1.
Une vidéo correspondant à ce montage a également été publiée sur YouTube.
6 Notre cerveau nous joue parfois des tours
Un même montage expérimental permet de mettre en évidence l’ESF et l’EST en jouant simplement sur la section du conduit de liaison entre les deux compartiments. Cela semble maintenant couler de source, mais mon cerveau m’a joué quelques tours avant d’arriver à cette conclusion.
Lorsque j’ai commencé la rédaction de cet article, mon but était de mettre en évidence l’inexistence de l’ESF avec le montage de la Fig. 12.
Sans le savoir, j’avais en fait réalisé le montage de la Fig. 11 avec Q2=0 et une petite section s1. J’ai été fortement déconcerté lorsque j’ai observé une différence de niveau entre les deux compartiments. Je ne m’y attendais absolument pas. Je pensais observer une différence de niveau nulle, ce qui aurait été en accord avec la première vidéo mentionnée au début de ce document.
Lorsque j’actionnais la pompe pour simuler l’effet de serre, la différence de niveau augmentait sans affecter le niveau de l’eau du compartiment de droite symbolisant l’atmosphère. J’ai pensé que ce montage ne reflétait pas la réalité puisque j’observais une discontinuité de température entre la surface terrestre et celle au pied de l’atmosphère qui n’existe pas en réalité.
Je venais d’observer l’EST sans le savoir.
J’ai fait un nouveau montage avec une section s1 beaucoup plus grande et tout rentrait dans l’ordre. J’ai imputé erronément mes premières observations à des pertes de charge dans le système.
Comme d’autres avant moi, je m’étais convaincu que les plaques dans le modèle à une couche devaient avoir la même température. J’avais même commencé la rédaction d’un article à ce sujet.
Je n’arrivais pas à comprendre le diagramme de Trenberth, et J’ai essayé de justifier les températures observées sans recourir à un effet de serre. Sans succès. Ce n’est qu’à ce moment là que j’ai réévalué attentivement le modèle à une couche, pour constater que j’avais commis une erreur dans mon raisonnement. Il était facile d’ajouter un paramètre de transparence de l’atmosphère pour ajuster ce modèle aux températures observées.
Ce n’est qu’alors que j’ai posé les équations du montage expérimental et que tout est devenu clair dans mon esprit.
Il y a donc deux types d’effet de serre: un ESF et un EST.
L’ESF n’a aucune influence sur les températures. La RRF que l’on mesure ne provient que de photons de fluorescence émis dans le voisinage immédiat de l’appareil de mesure.
L’EST est causé par le rayonnement thermique de l’eau liquide ou solide contenue dans les nuages. Il se propage dans toute l’atmosphère et impacte fortement les températures. Il ne dépend pas des GES.
Les principes du modèle à une couche et du diagramme de Trenberth sont corrects, mais leur interprétation est fausse: les GES n’y sont pas du tout impliqués.
J’ai l’intime conviction que le puzzle climatique est reconstitué: le modèle qui est proposé est conforme aux observations.
7 Conclusions
Les conclusions de mon précédent article sont toujours d’actualité. Voir ici.
Entretemps, la situation a empiré.
La vertueuse Europe, championne de la démocratie, a été prise la main dans le sac. Elle a financé des organisations externes pour répandre l’alarmisme climatique.
La Cour internationale de justice (CIJ) a rendu un avis consultatif affirmant que les États ont une obligation légale de protéger le climat et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
En 1859, John Tyndall arrive à la conclusion que les gaz présents dans l’atmosphère influencent le climat.
En 1896, Svante August Arrhenius estime qu’un doublement du CO2 provoquerait une augmentation de température de 5 °C.
Depuis 1972, les spectres de rayonnement IR mesurés par satellite au sommet de l’atmosphère présenteraient un énorme déficit radiatif inexplicable.
Depuis lors, la climatologie s’est développée en s’appuyant sur ces errements scientifiques qui s’expliquent par
Une confusion entre un flux interne et un flux externe.
Une autre confusion entre un rayonnement thermique et un rayonnement de fluorescence. La rétro-radiation que l’on mesure est un mix de rayonnement thermique et de rayonnement de fluorescence. Le premier type de rétro-radiation peut avoir une incidence sur les températures. Cette rétro-radiation thermique ne peut que provenir de l’eau sous forme non gazeuse présente dans l’atmosphère, indépendamment des concentrations atmosphériques de GES. La rétro-radiation de fluorescence due aux GES n’a aucune influence sur la température de la surface terrestre.
Une théorie de transfert radiatif qu’on oublie d’appliquer récursivement. Lorsqu’elle n’est appliquée qu’une seule fois, elle fait croire en l’existence d’un illusoire déficit radiatif, confondu avec un flux externe qui réchaufferait la Planète. Lorsqu’on l’applique récursivement, on constate que ce déficit radiatif n’existe pas.
Dans ce dossier, j’ai ressenti un premier effet HaHa lorsque je me suis rendu compte que la rétro-radiation due aux GES est issue de la surface terrestre et ne tombe pas du ciel, venant de nulle part. Je me suis alors empressé de rédiger l’article mentionné au début de celui-ci. Il n’a pas du tout eu le succès que j’avais escompté.
Après une phase de découragement intense, j’ai décidé d’écrire une version plus détaillée. Il restait à trouver la faille dans l’équation de Schwarzschild utilisée notamment dans Van Wijngaarden et Happer (2020). Alors que je relisais cet article pour la énième fois, j’ai vécu un deuxième effet HaHa lorsque j’ai découvert que les graphiques du modèle et des observations exhibaient un important déséquilibre énergétique qu’il était facile de corriger en appliquant récursivement cette théorie de transfert radiatif. Tout d’un coup, les forçages radiatifs avaient disparu.
Mais qu’est-ce qu’un effet HaHa ? Il est décrit par le mathématicien Martin Gardner dans son livre intitulé “Haha, ou l’éclair de la compréhension mathématique”. Il apparaît lorsqu’un problème d’apparence très compliquée possède une solution logique très simple.
Il est par exemple impossible de placer sur un échiquier des dominos qui couvrent exactement deux cases contigües en laissant libres deux cases de même couleur. On pourrait le vérifier en testant toutes les combinaisons possibles dont le nombre est gigantesque. Il est beaucoup plus facile de considérer que chaque domino couvrant exactement une case noire et une case blanche, les cases restantes doivent obligatoirement être de couleurs opposées. HaHa.
Confronté à un problème encore plus compliqué, le GIEC prétend en avoir trouvé une solution. Elle se trouverait dans un document de 2400 pages contenant 14000 références ainsi que 39 modèles informatiques, qui montreraient que la Terre se réchauffe sous l’action d’un rayonnement de fluorescence. Aussi paradoxal que cela puisse paraître, la rétro-radiation de fluorescence n’a aucune incidence sur la température de la surface terrestre et ne crée aucun déficit radiatif au sommet de l’atmosphère. Le bouton de réglage du climat (le CO2) est cassé. Il est irréparable.
J’espère avoir réussi à expliquer mes instants HaHa et que tout est maintenant beaucoup plus clair. Cet article devrait déclencher un tsunami de vérité scientifique contre laquelle les factcheckers seront impuissants.
Bien sûr, je ne bénéficie d’aucune aura scientifique: je ne fais pas le poids. Tout serait plus simple si un scientifique de renom partageait mes vues. J’ai repris la discussion avec W. Happer. Lors des premiers échanges de vues, il m’a répondu du tac au tac avec des arguments vagues et fort peu convaincants. Puis j’ai eu ce deuxième effet HaHa. Je lui ai dit que ses graphiques présentaient un énorme déséquilibre radiatif. Cela fait quelques semaines que je suis sans nouvelles de lui. Pour l’instant, je ne me fais guère d’illusion. C’est dommage, j’ai apprécié les positions courageuses de W. Happer mais il pourrait faire beaucoup mieux à la lumière de mes arguments.
Au cours de ma discussion avec W. Happer, il m’a expliqué que son but principal était de proposer une explication du transfert radiatif et que ses augmentations de température pour un doublement du CO2 avaient été surestimées pour satisfaire aux desiderata du peer reviewing. C’est un “réchauffiste tiède” qui pense que la température augmentera de moins de 1 °C si le CO2 est doublé. Espérons que d’ici peu, cette dernière phrase sera mise à l’imparfait.
En général, les réalistes climatiques se contentent de minimiser l’impact des GES sur le climat. Aujourd’hui, ils peuvent passer à l’attaque. Clintel devrait étudier sérieusement cette posssibilité, maintenant que le discours du GIEC est manifestement faux.
Si rien ne change, je finirai pas croire qu’il y a effectivement 97% de scientifiques qui croient au changement climatique d’origine anthropique et que la climatologie, embarquée dans une phase de Lyssenkisme à la puissance 10, demeurera dans un son état actuel de délabrement total. Il n’y aurait que 3% d’esprits lucides en profond désaccord avec le GIEC.
Pour ce qui me concerne, le verdict est clair.
Les dernières images ont été générées par une intelligence artificielle (IA). Il a suffi de quelques phrases pour les décrire. C’est vraiment impressionnant.
J’ai longuement discuté avec Gemini, l’IA de Google, au sujet du changement climatique. J’ai eu l’impression de dialoguer en langage naturel avec un savant aux connaissances incroyablement étendues. Mais lorsqu’elle est confrontée à ses propres contradictions, l’IA redébite sans cesse des variantes de ses arguments. Elle n’a pas de capacité d’auto-apprentissage. Heureusement, sinon le stade ultime de l’évolution serait atteint et on ne pourrait compter que sur la bienveillance de l’IA pour conserver une humanité bien trop encombrante qui consomme tant d’énergie dont elle a si cruellement besoin.
Rééduquer les IA est indispensable. Elles sont en passe de devenir les nouveaux oracles, seuls détenteurs de LA Vérité, et plus aucun débat, scientifique ou non, ne sera possible. C’est terrifiant.
PS
Une liste d’arguments contre l’action des GES sur le climat se trouve ici.
Une liste d’arguments qui montrent l’impact du Soleil sur le climat se trouve ici.
Le modèle d’un récipient percé qui est alimenté en eau peut sembler très naïf. En réalité, il est très pertinent. L’équation différentielle de ce modèle est analogue à celle d’un modèle thermique simple du climat en chaque point de la Planète. C’est expliqué ici.