Dimanche 26 avril 2009 à 8:15

Ecologie, Changement climatique

    Je vais essayer de vous expliquer le plus simplement possible ce qu’on appelle l’effet de serre. (les valeurs que je donnerai sont celle du rapport 2001 du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, actualisées en 2002)
    Contrairement à ce qu’on pourrait penser en écoutant les journalistes, l’effet de serre n’est pas un phénomène nuisible, mais au contraire indispensable  à la vie sur terre
    Grâce à lui la température moyenne est d’environ 15 d°C et si ce phénomène n’existait pas la température moyenne serait de - 18 d° et la vie n’aurait sans doute pas existé du tout ou de la même façon.



    L’énergie nous vient presque entièrement du soleil.
La géothermie est de l’ordre du 1/10 000 de celle ci. Le reste est négligeable.
    En effet le soleil nous envoie de l’énergie sous forme de rayonnements, mais la terre en réémet une grande partie sous forme infrarouge et si cette énergie repartait dans l’atmosphère, la température moyenne (terre et océans) resterait autour de - 18 d°C.
    Mais heureusement la vapeur d’eau et le gaz carbonique présents dans l’atmosphère renvoient vers la terre une grande partie de cette énergie, ce qui permet d’élever la température de la basse atmosphère à un niveau rendant le vie possible.
    Je vais essayer de vous montrer le bilan énergétique correspondant
(les flux d’énergie seront exprimés en watts par mètre carré, c’est à dire en joule par seconde et par mètre carré, mais si vous ne vous rappelez plus ce que c’est, peu importe, examinez seulement les chiffres, car le problème est un problème d’échange, donc d’additions et de soustractions et l'unité correspondante n'est pas essentielle pour comprendre; voir le schéma).
    Un point important comme le système est en équilibre, il faudra que les quantité d’énergie reçues soient égales aux quantités émises.

http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/transfertseffetserre.jpg

    • Le soleil envoie sur la terre pendant le jour sous forme de rayonnements visibles (40%), d’ultra-violet (10%), et surtout d’infra-rouge (50%), un flux S = 342 watts par m2.
    • 22% (77 w) sont réfléchis par l’atmosphère, principalement les aérosols des nuages, et 9% (30 w) par le sol, de telle sorte que R = 107 watts sont réfléchis.
    • AA = 67 watts sont absorbés par l’atmosphère (18 %, principalement par la vapeur d’eau et l’ozone) et AS = 168 watts par la surface du sol, (soit environ 50% de l’énergie).
    • Le sol réchauffe latmosphère en y consacrant CH = 24 watts et l’évaporation de l’eau et la transpiration des plantes (cycle de l’eau), correspond à EV = 78 watts

    La surface de la terre (continents et océans), va ensuite rayonner de l’énergie pendant le jour et la nuit, essentiellement sous forme d’infra-rouge,
Il faut savoir en effet que tout corps à une certaine température rayonne principalement dans l’infra-rouge.
    • Elle va émettre EMIR = 390 watts dont 40 seulement traverseront l’atmosphère alors que 350 seront  absorbés par les aérosols des nuages et les gaz à effet de serre (essentiellement vapeur d’eau et gaz carbonique).
   
    Faisons un bilan de ce que reçoit l’atmosphère de la terre :
    Nous venons de voir qu’elle a absorbé ABIR = 350 watts du rayonnement infra-rouge et nous avons vu qu’elle avait aussi absorbé AA = 67 watts directement du rayonnement solaire, CH = 24 watts qui la chauffait à partir du sol, et EV = 78 watts par évaporation, soit au total  519 watts.
    Elle va les rayonner dans toutes les directions 195 qui échapperont à l’atmosphère et 324 qui seront absorbés par le sol de la terre.
   
Ce sont ces 324 watts qui vont réchauffer la terre.

     Nous pouvons vérifier également que le sol de la terre est en équilibre thermique : Il absorbe 324 watts d’infra-rouge effet de serre et 168 watts de rayonnement solaire direct, soit au total  492 watts/m2.
Il émet EMIR = 390 watts, CH = 24 w et EV = 78 w, soit au total 492 watts.

    Voyons de plus près cet effet de serre :
    D’abord nous constatons que la terre absorbe deux fois plus d’énergie par réémission des nuages et effet de serre (324 w/m2) que par rayonnement direct (168 w/m2).
C’est grâce à l’effet de serre que la température est supportable sur terre.

    Les protagonistes de cet effet sont les nuages, la vapeur d’eau et le gaz carbonique (également le méthane et les gaz triatomiques comme NO2 et N2O, mais ces gaz sont très peu présents à l’état naturel).
    • La vapeur d’eau absorbe près de 50% des 350 watts par m2 émis par la surface de la Terre. Pourtant la quantité de vapeur représente peu de matière dans l’atmosphère (dans une colonne d’1 cm2 de base qui traverse toute l’atmosphère : 0,2% par rapport à l’air et pourtant son rôle est très grand.
    • Le dioxyde de carbone, CO2, en absorbe lui près de 25 % . Là encore, son rôle est grand alors qu’il représente une infime partie de l’atmosphère (0,05 %),
     • La vapeur d’eau et le CO2 absorbent de façon complémentaire le rayonnement infrarouge émis par la surface car ils agissent dans des domaines de flongueur d’onde différents : leur action s’ajoute. Mis ensemble dans l’atmosphère ils absorbent à eux deux plus de 75% du rayonnement émis par la surface de la Terre.
    • Les nuages, là où ils existent, (ils couvrent environ la moitié de la surface de la Terre) absorbent 100% de ce rayonnement. Agissant sur l’ensemble du domaine de fréquence, cette absorption ne s’additionne pas, mais se superpose aux deux précédentes. Mais il n'y a pas des nuages partout !
    • Mais si les nuages contribuent à environ 25 % des 324 watts de l’effet de serre qui réchauffe la terre (soit 81 w), ils empèchent par réflexion, 77 watts du rayonnement solaire direct de toucher la terre. Leur rôle est donc au total quasi nul.

    On peut donc dire que grâce à l’effet de serre naturel, la surface de la terre en équilibre énergétique, peut émettre 392 watts par m2, cequi correspond à une température de 15d°C que l’on appellera la température moyenne de la terre.
    Sur ces 392 watts seuls 235 watts sont rayonnés vers l’espace ce qui correspond à une température de -18 d°C
    On peut donc dire que l’effet de serre naturel contribue à réchauffer la planête d’environ 33 d°C en lui apportant environ 155 watts/m2, dont environ 100 Watts liés au rôle de la vapeur d’eau et de 50 watts à celui du CO2, la vapeur d’eau introduisant un réchauffement de 22 d° et le CO2 de 11d°C.

http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/effetserre-copie-1.jpg


    Mais il s’agit là de l’effet de serre bénéfique.
    L’activité humaine produit en effet des gaz à effet de serre; principalement du gaz carbonique résultant de la combustion des produits carbonés, mais aussi du méthane et des gaz triatomiques tels les oxydes d’azote.
    Ces gaz augmentent l’effet de serre et donc réchauffent l’atmosphère.

    Une augmentation de l’effet de serre de 5 watts par m2 conduit à une élévation de température moyenne d’environ 1d°C.
    Il n’est pas facile de faire des prévisions dans ce domaine, mais nous en parlerons dans les prochains articles.
     Cet apport supplémentaire d'énergie due aux activités humaines, réchauffe l'atmosphère de la terre et risque de détraquer le climat, si nous continuons à émettre des gaz à effet de serre sans nous en soucier.

    Au point où nous sommes parvenus, nous pouvons résumer les échanges climatiques sur le schéma suivant :

http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/transfertsenergie.jpg

Par maud96 le Dimanche 26 avril 2009 à 19:03
Moi qui croyait en avoir fini avec les cours,une fois les examens passés, voici que je tombe de nouveau en pleins abaques et schémas ! Et si mon cerveau chauffe trop, çà va encore aggraver le réchauffement atmosphérique ! tiens, je pars plonger voir les topiaires plus bas ! eux au moins absorbent du trop-plein de gaz carbonique !
Je vois qu'à partir des 4 derniers articles, tu t'es lancé dans une opération complexe : rendre la climatologie "simple", c'est compliqué !
Par paroxystik le Lundi 27 avril 2009 à 14:59
Très intéressant comme article,
mais je te renvoie tout de même sur celui-ci si tu ne l'as pas déjà lu car il parait que c'est totalement faux que l'hommme soit la cause du réchauffement climatique.

http://cervoz.cowblog.fr/le-mensonge-du-rechauffement-climatique-2827535.html

Enfin voilà, connerie ou pas.
Bon lundi :)
 

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