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L’effet de serre en examen

Les médias parlent souvent de l’effet de serre, au point que tout le monde croit savoir ce que c’est. En réalité c’est souvent confus.

Je vais entrer de plein pied dans le vif du sujet, je vais être précis.

Que voit-on dans cette vidéo ? La scène se passe dans une serre, où il fait vraisemblablement très chaud. Ce court métrage est sans paroles, ce qui fait que ce qui est visuel peut être interprété de façon subjective, car la vidéo reste évasive, sans renseignement précis, sans information structurée.

Les métaphores et les analogies sont un risque dans la vulgarisation scientifique. Il est pourtant nécessaire d’expliquer le comment des choses observées, et faire la distinction entre différents phénomènes distincts.

Dans une serre dont les parois sont en verre, la température intérieure augmente sous l’effet du rayonnement solaire. C’est un fait. La lumière du spectre visible traverse le verre qui est transparent. Les objets sombres dans la serre (la terre elle-même, ou le revêtement plastique noir) absorbent le rayonnement reçu et le réémettent sous forme de rayonnement thermique (infrarouge). Or, le verre est un matériau isolant, c’est un mauvais conducteur de la chaleur : le verre est transparent pour le spectre visible de la lumière, mais il est opaque aux rayons infrarouges. Ainsi, la serre retient la chaleur à l’intérieur.

J’avais réalisé une expérience il y a environ 4 ou 5 ans. Avec un détecteur de présence (détecteur infrarouge), cet appareil détectait ma présence en l’absence de filtre intermédiaire entre l’appareil et moi, mais il ne détectait rien quand je plaçais un grand verre entre l’appareil et moi. Cela prouve que les rayons infrarouges ne traversent pas le verre.

Lorsque le chimiste suédois Arrhénius a choisi d’appeler «effet de serre» le phénomène d’absorption du rayonnement solaire par certains gaz (CO2, méthane, etc), il s’agit d’une analogie trompeuse. Ce n’est pas le même phénomène.

Dans une serre, c’est tout le spectre infrarouge qui est retenu à l’intérieur de la serre.

En ce qui concerne les gaz dits à effet de serre (GES), au niveau spectrographique, les molécules comme le CO2 ou le méthane n’absorbent qu’une étroite marge de longueur d’onde du rayonnement infrarouge, donc pas la totalité du rayonnement thermique. Ce qui est différent.

En continuant à visionner la vidéo, on constate que la personne introduit un thermomètre dans un gobelet d’eau, et un autre thermomètre dans un gobelet rempli de terre, le tout exposé au soleil. Ces thermomètres sont eux-mêmes sous le rayonnement du soleil pour leur partie émergée, ce qui est un biais expérimental dans une certaine mesure, quand le thermomètre chauffe de lui-même. Mieux vaudrait peut-être enfoncer complètement les thermomètres dans chaque matériau à tester. À la fin de la vidéo, la personne s’aperçoit que le gobelet de terre est celui qui a subi la plus forte élévation de température.

Comment évaluer quantitativement ce résultat avec l’expérience des gobelets ?

  • La capacité calorifique massique de l’eau est de 4185 J par kg par kelvin. Celle de l’humus est de 1965 J par kg par kelvin. La masse volumique de l’eau vaut 1000 kg/m³ et celle de l’humus vaut 1200 kg/m³. On suppose que chaque gobelet utilise des volumes équivalents de matériaux (l’eau liquide, et l’humus, séparément). On va supposer que chaque gobelet est cylindrique, de rayon 5 cm, et la hauteur de chaque matériau dans chaque gobelet est 10 cm. À partir de ces données, le calcul de thermodynamique indique que si on expose les gobelets à un rayonnement solaire moyen pendant une heure, alors l’élévation de température est de 3,3°C pour le gobelet d’eau liquide, et de 5,8°C pour le gobelet d’humus.
  • Dans la vidéo, on voit que la température du gobelet d’eau est de 28°C, et celle du gobelet d’humus atteint 30 à 31°C. Soit environ 2 à 3°C de différence, alors que la température initiale est la même pour les deux gobelets. Ce qui est cohérent avec le calcul ci-dessus.

L’expérience des gobelets met en exergue une propriété thermodynamique des matériaux : la capacité calorifique massique.

Où je veux en venir ? Hé bien, je vais vous le dire :

  • Dans la vidéo, en aucun cas l’on n’a vu un exemple concret et explicite qui concerne les gaz à «effet de serre». La vidéo n’a fait qu’illustrer le rôle du verre en tant qu’isolant thermique, ainsi que la convection thermique de l’air confiné en intérieur, et mis en évidence des propriétés de matériaux comme l’eau et de la terre. Mais aucun exemple sur des gaz… Rien sur les gaz comme le dioxyde de carbone.

Dans le cadre du réchauffement climatique, où l’on dit que la Terre (son atmosphère plutôt) se réchauffe à cause des GES, une expérience avec des gaz aurait été mieux appropriée qu’une analogie avec l’exemple d’une serre. Le CO2 n’est pas intervenu une seule fois dans la vidéo. Or dans le cadre où l’on chercherait à prouver que des gaz sont des gaz à « effet de serre », tout en faisant des expériences qui n’ont rien à voir avec des gaz eux-mêmes, je trouve ça choquant, quand même…

Cependant, l’intérêt de la vidéo montre la preuve de ce que l’on appelle l’îlot thermique urbain : des matériaux exposés au soleil se mettent à chauffer, surtout s’ils sont noirs (meilleur absorption) ou s’ils sont métalliques (les métaux sont d’excellents conducteurs thermiques). Une plaque en acier peinte en noir dépasse nettement les 53°C en plein soleil, quand la température de l’air à l’ombre est de 27°C (j’ai expérimenté moi-même). Ces matériaux échaudés (métaux, plastique noir, terrasse en calcaire, bitume, asphalte…) échauffent eux-mêmes l’air ambiant dans les zones urbanisées. Indépendamment des effets du CO2.

Pour reparler de la serre de verre, outre le rôle d’isolant thermique du verre, il y a autre chose : l’air à l’intérieur de la serre est confiné, la température ne peut que s’élever. En ce qui concerne l’atmosphère terrestre, avec son oxygène, son azote et le CO2, il n’y a pas confinement d’air, l’air est libre de circuler. Une serre empêche les échanges thermiques, comme si on était enfermé dans une bouteille de verre. Mais l’atmosphère n’a ni membrane, ni paroi, elle est directement en contact avec l’espace. Comme on le sait avec la poussée d’Archimède : un gaz devient moins dense quand il est chauffé, il s’élève en altitude, puis il se refroidit en altitude, et l’air refroidi redescend, c’est la convection. Un gaz chauffé finit par refroidir grâce à la convection, puisque l’atmosphère n’est naturellement pas enfermée comme dans une serre de verre ou de plexiglas. C’est parce que la serre est un milieu fermé qu’elle conserve son air chaud.

Quand il fait très chaud, j’ai souvent remarqué que les orages survenaient après, et que la température chutait quand la pluie d’orage était soudaine et forte. L’atmosphère terrestre s’autorégule. Tandis qu’une serre est un milieu fermé.

 

 

 

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Je vais faire de l’humour noir, je suis désolé mais je le dis (pour lire, surligner avec la souris ci-dessous) :

S’il pleut des avions en ce moment, dans l’Océan Indien, en Ukraine ou au Sahara, c’est peut-être parce qu’ils ont percuté la paroi d’une serre qui surplombe l’atmosphère terrestre ?

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© 2014 John Philip C. Manson