L'impact du CO2 sur le réchauffement climatique est très faible

Logique de fonctionnement thermodynamique du climat

LU ICI

Jacques-Marie Moranne

Vouloir évaluer l’impact du CO2 sur le climat sans chercher à comprendre comment fonctionne le climat, est douteux.

Pour bien comprendre la suite :

• tous les corps rayonnent quantitativement en fonction de leur température ;
• pour être thermiquement à l’équilibre dans l’espace (ne pas se réchauffer indéfiniment), une planète doit renvoyer par rayonnement autant qu’elle en reçoit du Soleil, quantitativement.

Pour mémoire, la Lune reçoit autant de rayonnement que la Terre (voire plus compte tenu d’un albédo (rayonnement réfléchi) plus faible), et sa température moyenne de surface est de l’ordre de -85°C.

Pour qu’on ait +15°C de moyenne au niveau du sol (c’est là que ça nous intéresse), le fonctionnement thermodynamique du climat obéit à une logique. La logique est la suivante (les chiffres sont arrondis pour faciliter la compréhension) :

1. La Terre reçoit en moyenne 340 W/m2 du Soleil ; c’est sa seule source significative d’énergie (on peut négliger l’énergie interne du noyau) ;
2. Sur ces 340, 100 sont réfléchis (albédo) : reste 240 ;
3. Sur ces 240, 80 sont absorbés par l’atmosphère, essentiellement par les nuages et l’ozone stratosphérique : on verra plus loin ce que deviennent ces 80 qui n’atteignent pas le sol, mais ne peuvent pas rester dans l’atmosphère, sinon ils la réchaufferaient indéfiniment ;
4. La surface du sol ne reçoit donc en moyenne que 160 W/m2 (contre 290 pour la surface de la Lune ;
5. … et le sol ne reçoit aucune autre énergie (sinon, d’où viendrait-elle et comment aurait-elle été créée ?) ;
6. Si le sol renvoyait ces 160 W/m2, il serait à l’équilibre au sens du corps noir, et sa température serait alors (en application de la Loi de Stefan Boltzmann) de l’ordre de -36°C (en admettant une température uniforme et un inertie infinie) : le climat, ce n’est pas que du radiatif ;
7. Mais la vapeur d’eau et le CO2 sont partiellement opaques au rayonnement (infra-rouge) renvoyé par le sol, et empêchent le sol de renvoyer plus d’une cinquantaine de W/m2 sur les 160 reçus ;
8. Sur ces 50, la moitié passe en toute transparence vers l’espace ; 25 restent absorbés par l’atmosphère (on verra plus loin ce qu’il en advient) ;
9. Le sol se réchauffe donc à raison de 110 Watts par m2 de surface, … ce qui n’est pas rien (plus qu’une lampe de 100 W par m2 de surface, … en moyenne sans arrêt : ça chauffe vraiment !)
10. … et ça crée des contre-réactions :
    • de la convection qui emmène un peu de chaleur du sol dans l’atmosphère (chaleur sensible)
    • de l’évaporation qui évacue dans l’atmosphère (grâce à la convection) de la chaleur latente de changement d’état (liquide > gaz : c’est plus de 500 fois l’énergie nécessaire à la simple élévation de 1°C)
    • les deux d’autant plus forts que le sol et les océans sont chauds ;
11. Aux environs de 15°C de moyenne, l’évaporation et la convection compensent le déséquilibre de 110 W/m2 (répartition 85+25), et la température se stabilise : le sol est à l’équilibre ;
12. Les 25 de convection réchauffent l’atmosphère ;
13. Les 85 de chaleur latente évacués sous forme de vapeur d’eau sont restitués à l’atmosphère dans les nuages, par condensation ;
14. L’atmosphère reçoit donc environ 215 W/m2 :
    • les 80 solaires absorbés à la descente à l’étape 3,
    • les 25 de rayonnement du sol absorbés à l’étape 8 ci-avant,
    • les 25 de convection de l’étape 12,
    • les 85 de condensation de l’étape 13 ;
15. Ces 215 W/m2 sont renvoyés à l’espace par rayonnement infra-rouge :
    • essentiellement de la vapeur d’eau en haut des nuages, après condensation,
    • du CO2, progressivement depuis le haut de la troposphère jusqu’en haut de la stratosphère,
    • de l’ozone stratosphérique (en haut de la stratosphère)
16. Ces 215 W/m2  se rajoutent aux 25 W/m2 évacués directement depuis la surface du sol à l’étape 8, pour faire le total de 240 qui équilibre l’étape 3.

Une augmentation de la concentration de CO2 joue à l’étape 7, en diminuant les 25 W/m2 renvoyés par le sol vers l’atmosphère à l’étape 8, et donc en augmentant le déséquilibre, et donc le réchauffage de l’étape 9 (les 110 W/m2) : de l’ordre de 1 W/m2 pour un doublement : on passe de 110 à 111 W/m2 de déséquilibre.

Mais ce réchauffage augmente les contre-réactions de l’étape 10, ce qui en limite l’ampleur aux alentours de 0,15°C pour un doublement du ppm CO2.

Le CO2 a un effet, mais cet effet est très réduit.

Nota 1 : le sol ne reçoit que 160 W/m2 de flux d’énergie, ce qui ne l’empêche pas de rayonner 400 W/m2 (loi de Stefan Boltzmann à 15°C) : les unités sont les mêmes, mais un rayonnement n’est pas un flux d’énergie : pour qu’il devienne un flux d’énergie, il faut qu’il puisse s’échapper, ce qui est empêché par l’opacité du CO2 et de la vapeur d’eau ; et s’il pouvait s’échapper, il retomberait très vite à 160 W/m2.

Nota 2 : le sol à 15°C réchauffe d’autant l’atmosphère (par conduction/convection, comme une casserole chauffée chauffe l’eau qu’elle contient), et, par conséquent, l’atmosphère chaude rayonne environ 340 W/m2 vers le sol ; mais c’est une conséquence de la chaleur du sol, et non pas sa cause, comme on l’entend trop souvent ; sa cause, c’est le déséquilibre radiatif (rayonnement reçu – rayonnement renvoyé, par le sol).