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Réchauffement de l'air

Envoyé par DENONNE 
Réchauffement de l'air
dimanche 7 décembre 2014 18:34:56
Bonsoir,
Une personne m'a un jour assuré que l'air se réchauffe uniquement parce qu'il contient des GES (CO2, vapeur d'eau, méthane, etc) et que, sans ces gaz, l'air resterait froid.
L'air pur (oxygène + azote ) serait donc transparent à la fois au rayonnement entrant et au rayonnement sortant de la terre ?
Est-ce vraiment possible, j'en doute très fort vu que comme toutes les particules soumises à rayonnement elle peuvent se mettre à vibrer. Mais peut-être est-ce dans une fenêtre radiative qui n'a rien à voir avec le climat ....
J'espère que m'a question est bien posée.
Re: Réchauffement de l'air
lundi 8 décembre 2014 14:07:57
Oxygène et azote sont pratiquement transparents aux longueurs d'onde du spectre solaire et du spectre terrestre.

Voir par exemple cet article de Planet Terre (ENS Lyon) Quelles sont les propriétés communes des gaz à effet de serre ?

Noter cependant que le rayonnement n'est pas la seule source de chaleur. L'atmosphère reçoit une quantité d'énergie à peu près égale à l'échauffement radiatif sous forme de chaleur sensible et chaleur latente (conduction, convection et évaporation/condensation) à partir de la surface terrestre.



Modifié 1 fois. Dernière modification le 30/01/15 08:30 par cjlp.
Re: Réchauffement de l'air
lundi 8 décembre 2014 21:39:02
En fait les molécules de O2 et N2 absorbent bien le rayonnement solaire au point d'être dissociées pour donner O et N. Mais ceci se passe à très haute altitude, au-delà de 100 km, et est dû aux rayonnements extrême ultraviolets, un heureux effet qui nous protège de leurs effets. L'oxygène O ainsi produit peut alors se combiner aux molécules de O2 pour produire l'ozone stratosphérique qui à son tour nous protège du reliquat de rayonnement ultraviolet. Sinon, plus bas dans l'atmosphère, les molécules de O2 et N2 sont parfaitement transparentes au rayonnement solaire restant et au rayonnement infrarouge réémis par la Terre. Les seules molécules interceptant le rayonnement infrarouge sont les molécules triatomiques (H2O, CO2...) à cause de leurs propriétés vibrationnelles et rotationnelles.



Modifié 1 fois. Dernière modification le 09/12/14 09:43 par Pierre B.
Re: Réchauffement de l'air
lundi 8 décembre 2014 22:47:22
Merci cordialement Cjlp,
Donc, l'information était correcte. En suivant le lien donné, j'ai trouvé que la terre émettait le plus à la longueur d'onde de 15 microns. A quelle température de corps noir cela correspond-il ? Sur quelle épaisseur d'atmosphère se trouve et agit le CO2 ? Uniquement les basses couches de l'atmosphère ou bien au delà de la troposphère ?
La température moyenne de la terre à que l'on donne comme info, ne correspond à rien de vraiment précis vu les très grandes disparités de température entre le jour et la nuit, les tropiques et les pôles.... Dans tous ces lieux la radiation infrarouge a des valeurs complètement différentes. Comment ne proposer qu'un schéma unique ?
Comment accepter cette modélisation vue sur wikipédia qui assimile la terre tournante à un disque fixe recevant le quart de l'énergie solaire ? N'est-ce pas un peu simpliste ? Ou bien n'est-ce que pour le grand public, incapable de suivre une recherche vraiment très complexe ?
Voilà beaucoup de questions me direz-vous, mais je ne suis pas satisfait des réponses qu'on me propose.
Merci à l'avance pour toute réponse qui pourra éclairer ma lanterne.
Re: Réchauffement de l'air
mardi 9 décembre 2014 09:58:54
Le quart est facile à expliquer, c'est le rapport de la surface de la sphère à celle du cercle de même diamètre. Cela donne le flux solaire moyen reçu par unité de surface, en prenant en compte la rotation de la Terre et sa rotondité (la moitié de la Terre à tout moment dans l'obscurité et l'autre moitié éclairée sur une surface double de celle du cercle, qui se partage donc tout le rayonnement solaire intercepté).
Re: Réchauffement de l'air
mercredi 10 décembre 2014 22:41:33
Merci Pierre B,
J'avais bien appréhendé le fait d'assimiler la terre au disque de l'ombre laissée en tenant compte de l'oblicité des rayons,pour permettre dediviser par 4 l'intensité du rayonnement solaire.
Cependant cette simplification m'amène à une comparaison culinaire : peut-on comparer la cuisson d'un poulet à la broche avec une cuisson sur une poêle à feu doux ? Voilà une simplification offerte au public qui n'est guère convaincante !

J'ai trouvé cette formule de Planck simplifiée :λmax = 2,898. 10^-3 / T ce qui permet sans doute de trouver T connaissant la longueur d'onde:
Or si je fais lambda = 15 microns j'obtiens T = 193,2 K soit environ -80 °C ???? Ce serait la température du corps noir qui rayonnerait sur une longueur d'onde de 15 microns.
Peut-on dire que c'est le cas du CO2
Voilà des considérations qui me laissent rêveur !
Re: Réchauffement de l'air
jeudi 11 décembre 2014 18:30:03
On revient donc à la signification physique d'une température "moyenne". En fait dans un gaz "parfait", ce qui est pratiquement le cas pour l'atmosphère, l'énergie de ce gaz, liée à l'agitation thermique de ses molécules, est proportionnelle au nombre de molécules N et à la température T. Si l'on mélange N molécules à la température T1 à N molécules à la température T2, la conservation de l'énergie totale nous indique que la température d'équilibre des 2N molécules est bien T3 = 1/2 (T1+T2).

Quant à la température du CO2 vue depuis l'espace grâce au rayonnement infrarouge, c'est plutôt 210 K, c'est à dire à peu près la température de la tropopause. C'est en effet depuis cette altitude, environ, que le CO2 émet son rayonnement infrarouge vers le milieu interplanétaire. Il existe un excellent article de synthèse sur le sujet de Raymond T. Pierrehumbert "Infrared radiation and planetary temperature" paru dans Physics Today en janvier 2011. Les règles de copyright m'interdisent de le mettre en ligne, mais on peut facilement y accéder à titre individuel.
Re: Réchauffement de l'air
vendredi 12 décembre 2014 10:46:02
Merci Pierre B,
J'ai été jeter un oeil sur cet article, il est intéressant comme synthèse de l^état de la recherche. Cependant permettez-moi de ne pas comprendre. D'après la loi de Planck, un corps noir à telle température donne son maxima d'émission à telle longueur d'onde. Or, on considère la terre comme un corps noir à environ 15°C soit 288 K son maximum d'émission devrait être à environ 10 microns, non ? Pourquoi dit-on que la fenêtre d'absorption du CO2 à 15 µ se situe là où la terre émet le plus ? C'est contradictoire !
De même on parle de réchauffement causé par ce CO2 mais dans cette longueur d'onde de 15 µ la température est à -80 °C.
Les observations depuis l'espace, comme vous le dites, nous donne une température de 220 K, température de la tropopause. Ca me paraît en phase avec le mélange atmosphérique de gaz.

Par ailleurs, les scientifiques le reconnaissent, il n'est pas possible de faire une mesure in situ, (dans l'atmosphère réelle) à cause de la présence des autres gaz et polluants . On a donc fait des expériences en tunnel avec du CO2 pur à différentes pression pour simuler l'absorption jusqu'à 45 km d'épaisseur, si je me rappelle bien. Mais comment se comporte le CO2 en présence des autres gaz ? En thermodynamique, j'ai appris qu'à la même température toutes les molécules ont la même énergie cinétique moyenne de translation, même si elles ont des masses différentes. Comment se fait le transfert d'énergie du CO2 au reste de la masse d'air avec des molécules de masse différentes. Comment si peu de molécules (4 pour 10 000) peuvent communiquer leur énergie à l'ensemble de la masse d'air ? D'office la résonance de la particule de CO2 sera freinée non ?
Attention, je ne remets pas en cause l'absorption d'énergie de rayonnement de la terre par le CO2, la spectrométrie ne ment pas, mais c'est tout le processus d'échange qui me laisse rêveur.
On dit aussi que l'air sec et immobile est un isolant thermique quelle part a cet effet isolant dans le climat de la planète ?
Re: Réchauffement de l'air
vendredi 12 décembre 2014 15:58:59
1) Des mesures in situ sont faites régulièrement dans la troposphère et la stratosphère

2) En l'absence d'effet de serre la tempéraure de la surface de la Terre correspondant à l'équilibre radiatif entre l'énergie reçue du soleil et l'énergie réémise par la Terre serait de l'ordre de - 18 °C. L'effet de serre (H2O et CO2 pour l'essentiel) a le bon goût d'amener la température de surface à environ 15 °C. Mais la Terre pour maintenir son équilibre radiatif doit toujours réémettre la même énergie et ce sont les couhes froides de l'atmosphère qui s'en chargent. Lorsque la quantité de CO2 augmente (et par voie de conséquence, par rétroaction, la quantité de H2O) les couches responsables du rayonnement infrarouge réémis sont de plus en plus hautes et toujours à la température qui convient. La température croissant vers le bas d'environ 0,6 °C par 100 m, plus la couche émissive est élevée et plus la température de surface s'accroît.Voir par exemple : effet de serre
Re: Réchauffement de l'air
vendredi 12 décembre 2014 20:38:05
C'est bien aimable à vous de me répondre Monsieur Pierre, mais vos réponses ne répondent pas à mes attentes.
"1) Des mesures in situ sont faites régulièrement dans la troposphère et la stratosphère" oui mais peuvent-elles faire la part des choses pour déterminer l'influence particulière du CO2 dans l'atmosphère.
"2) En l'absence d'effet de serre ....a le bon goût d'amener la température de surface à environ 15 °C"" Oui ce sont des choses bien connues mais qui ne répondent pas à mon questionnement particulier.
J'espérais une réponse plus précise, plus proche de ma demande.
En tout cas merci cordialement.