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- L'équilibre thermodynamique
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Il y a beaucoup de confusion quant au rôle précis de l'effet de serreeffet de serre. On a vu qu'il contribuait à isoler thermiquement la planète, or c'est l'atmosphèreatmosphère qui est responsable de l'effet de serre, de là à en déduire que l'atmosphère chauffe la surface, il n'y a qu'un pas et une grosse erreur puisque cela reviendrait à assimiler, par exemple, la laine de verrelaine de verre et le chauffage ! En réalité, l'atmosphère est régie par « le second principe de la thermodynamique » encore appelé principe de Carnot.
Niveau intermédiaire
Le second principe de la thermodynamique est un principe d'évolution selon lequel la variation totale d'entropie d'un système (c'est-à-dire la grandeur caractérisant le désordre d'un système) est toujours positive et tend vers zéro pour des transformations tendant vers la réversibilité.
Certains ont argué que l'effet de serre contredisait le second principe de la thermodynamique parce que « l'atmosphère, qui est plus froide, ne peut pas chauffer la surface qui est plus chaude ». Ce serait vrai si il n'y avait que des échanges radiatifs... mais ce n'est pas le cas. L'atmosphère est en mouvement et transporte la chaleur depuis la surface par convectionconvection.
Les nuages sont la manifestation la plus évidente de la convection. © Yves Foucart - Tous droits réservés
L'équilibre thermodynamique
L'équilibre thermodynamique exige que l'ensemble des apports de chaleur équilibre l'ensemble des pertes de chaleur. En fait, au total, c'est bien la surface qui chauffe l'atmosphère : la surface émet vers l'atmosphère 56 W/m2 de plus qu'elle n'en reçoit d'elle et elle exporte encore 104 W/m2 de plus sous forme convective. Au total, c'est donc 160 W/m2 que la surface fournit à l'atmosphère et ces 160 W/m2 correspondent à ce qu'elle gagne par absorptionabsorption du rayonnement solaire (voir le schéma de la page 6 pour plus de détails).
Dans l'analogieanalogie de la couche de verre évoquée dans certaines pages précédentes, les seuls échanges étaient radiatifs. L'équilibre thermodynamique exige que la couche absorbe autant de chaleur qu'elle n'en perd, donc, dans cas, la couche de verre absorbait autant qu'elle émettait. L'équilibre thermodynamique se résumait au seul équilibre radiatif mais on l'a vu, il en est très différemment dans l'atmosphère parce qu'elle bouge tout simplement, quelque chose que certains physiciensphysiciens ont semble-t-il oublié.
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L'objectif de ce dossier était de démythifier l'effet de serreeffet de serre et de mettre fin à quelques idées fausses. J'espère y avoir un peu contribué. En soi, l'effet de serre n'est qu'une application, somme toute assez directe, d'une théorie, celle du transfert radiatif, qui, elle, peut s'avérer parfois un peu plus complexe et n'est pas toujours bien comprise.
Niveau débutant
Le transfert radiatif s'appuie sur une physique bien établie et largement validée (spectroscopie quantitative, théorie des interactions rayonnement - matière). Il est lui-même très largement validé par les applications auxquelles il a donné lieu dont, au premier chef, les sondages de température depuis satellite grâce auxquels les prévisions météorologiquesprévisions météorologiques ont considérablement progressé.
L'effet de serre est une application de la théorie du transfert radiatif. © Yves Fouquart - Tous droits réservés - Reproduction interdite
C'est aussi cette théorie qui est utilisée quand on cherche à sonder les atmosphèresatmosphères des autres planètes ou, plus prosaïquement, quand on cherche à déterminer les parties mal isolées et les ponts thermiquesponts thermiques dans les habitations en utilisant une caméra thermique. En matière de changement climatique, ce n'est pas là que résident les incertitudes les plus importantes.
