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Effet
d'atmosphère
Un schéma définitif
de représentation de l'atmosphère
et de son influence sur la température au sol
Par
le Comité de Chercheurs de Terre &
Climat, 17 avril
2024, révisé 25 juin 2026
La température de
surface de la Terre, dans les
premiers mètres d'atmosphère,
n'est pas règlée uniquement par
l'ensoleillement auquel s'ajoute
un "effet de serre"
1 - D'une part, le mal nommé "effet de serre" s'amortit, c'est à dire que au-dessus d'une certaine valeur
de la teneur en CO2 l'échauffement supplémentaire
s'affaiblit. Cette valeur du CO2 produit un effet thermique dans l'atmosphère
à la surface terrestre de l'ordre de +14°C. Elle a été déterminée par
le programme de calcul radiatif
MODTRAN3,
RRTM
sites sûrs (LBL, ligne par ligne) qui s'appuie sur des études
spectroscopiques à l'aide des données physiques
de la base internationale de données
HITRAN et qui s'ajoute ainsi à d'autres modes
d'approche (astronomie, prévisions solaires, géologie,
dendrologie, histoire,...). Les valeurs de CO2
supérieures à 300-400 ppm produisent de moins en moins
d'échauffement supplémentaire. Cet échauffement n'est
d'ailleurs pas à proprement parlé un "effet de serre"
quand l'air chaud est retenu par une paroi. Il n'y a pas de
"rétrorayonnement" des molécules de CO2 et de
vapeur d'eau absorbantes
d'infrarouges suivant un modèle fantaisiste de
"couches successives"
comme certains l'ont naïvement décrit, et qui circule
abondamment dans les médias. Toute la masse atmosphérique, par CO2 et H2O (CH4 est
négligeable), émet des infrarouges dans toutes les
directions, dont une "Back radiation" vers le
bas, vers la
surface terrestre mais toutefois en fonction de la densité
moléculaire, c'est à dire de la pression et de
l'altitude (plus bas ; plus radiant).

Cet effet
d'irradiance vers le bas est
ainsi quasi nul à l'altitude de 10 km où l'émission vers
l'espace domine.
Les molécules neutres, sans moment dipolaire (O2, N2)
n'interviennent pas directement dans les mécanismes
radiatifs. Elles peuvent transférer éventuellement de
l'énergie cinétique et modifier le niveau d'énergie des H2O ou CO2 qui seuls peuvent
émettre en infrarouge.
* Un mécanisme radiatif démontré en 1916 par
Albert Einstein est
l'émission induite, appelée aussi
stimulée qui n'est pas dominante dans l'atmosphère et
n'explique
pas les effets radiatifs dans celle-ci.
* La masse globale atmosphérique, à 99 %
oxygène, azote, argon est réchauffée par l'effet du
gradient thermique adiabatique qui s'ajuste en fonction
des flux d'énergie au sein de l'atmosphère.
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La "Back Radiation" ou
"Surface downwelling longwave irradiance" est simplement une
quantité d’énergie radiative envoyée
initialement par la
surface mais qui retourne à l'envoyeur surface
par l'action de l'atmosphère, sans pouvoir
sortir immédiatement en totalité vers l'espace du fait d'un effet d'écran
partiel important de l'atmosphère ; soit absorption et réflexion ou
réémission avec conversion des longueurs d'ondes provoquée par les "gaz à effet de
serre" de l'atmosphère (qui sont denses près de
la surface, ténus à 10 km). C'est ceci qu'on
nomme (maladroitement) "Effet de Serre". Il n'y
a aucune création d'énergie, c'est un effet de
ping-pong radiatif énergétique. Donc, les radiations terrestres
(résultant du chauffage par le soleil et
conversion en infrarouges terrestres suivant le
spectre continu d’un corps noir de 15°C en
moyenne) étant empêchées
de sortir immédiatement vers l'espace provoquent
un déséquilibre radiatif et thermique d'environ
+31°C près de la surface. Le second principe de la thermodynamique
est respecté puisque la source la plus chaude
est bien la surface. La "Back radiation"
variable, d’environ 344 W/m2 en moyenne globale, ayant
le spectre de CO2 et H2O est bien réelle et mesurée par une
vingtaine de stations scientifiques dans le
monde, dont en France le
SIRTA à Palaiseau (à
l'X).
Nier ce qui existe et est mesuré tous les
jours tient du négationnisme scientifique.
 

Bilan équilibré
: 239 (341
moins 102 d'albédo) d'incident solaire = 239 radié
vers l'espace
A la surface
63 de surface due soleil + 17 chaleur
sensible + 80 chaleur
latente = 161 absorbé
en surface
Vers espace
169 émis par atmosphère + 30 émis
par nuages + 40 fenètre
atm. = 239 rayonnement
espace
(La Back radiation 333 émise
et réémise en boucle par gaz effet de serre
maintient surface à 15°C)
Note
:
Une étude de 2022 portant sur les mesures de
Back Radiation effectuées de 2001 à 2021 sur
l'ensemble du globe aboutissent à la valeur de
344,0
± 3 W/m2
https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-022-06366-2
Explications détaillées des
mécanismes atmosphériques
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L'autre part de la
radiation isotrope (dans toutes les directions) émise par
les gaz à "effet de serre" de l'atmosphère s'ajoute à la radiation terrestre qui
traverse directement l'atmosphère vers l'espace (Total
d'environ 240 W/m2). Elles contribuent à la régulation thermique de la Terre
en équilibrant l'apport solaire. Ainsi,
l'apport du déséquilibre thermique de "l'effet de serre" au niveau de la surface terrestre a été calculé
par le simulateur RRTM à +16,45°C pour le CO2
à la teneur actuelle de 420 ppmv (en volume) pour un taux d'humidité
(vapeur d'eau) de
80%. Deux gaz à "effet de serre" qui sont présents dans l'air
suivant les données atmosphériques standard et qui
conduisent à un réchauffement total combiné qui serait de + 31°C
selon ce modèle.
L'apport thermique dû à la vapeur d'eau n'est pas
strictement additif du fait de la superposition partielle
des spectres infrarouges CO2 et H2O. On peut toutefois
considèrer l'apport thermique de la vapeur d'eau
naturelle, sur laquelle nous n'avons aucune influence possible, à
14,65°C supplémentaires en moyenne.
Abaque de l'influence CO2 / % humidité
en W/m2 à la surface

Superposition spectrale des transmittances CO2 et vapeur
d'eau
Spectres infrarouges de l'atmosphère et transmittance du
CO2 
Spectre d'absortion du CO2 (HITRAN)

Par ailleurs,
on peut inférer que par le cycle de l'eau,
l'évaporation rafraichit légèrement la surface. En l'état des connaissances, ce point
reste imprécis et, de par sa grande variabilité et son aspect
local, il opère entre météorologie et climatologie.
L'évaporation entraine surtout de l'énergie latente en
altitude qui sera restituée au moment de la condensation
de cette vapeur d'eau.


Le CO2 est radiativement et thermiquement actif
mais un supplément de teneur a de moins en moins
d'action
L'apport thermique d'une augmentation du CO2 dans
l'atmosphère -sans réduire du tout les
émissions humaines- à partir du
taux actuel de 420
ppm jusqu'au taux très important de
500 ppm qui prendra
des dizaines d'années avant d'être atteint, serait de
+0,59°C
d'après cette
approche purement radiative. Ceci n'aurait rien de catastrophique lorsqu'on
constate qu'entre le Nord et le Sud de la France, la
différence de température moyenne naturelle est de 6°C.
Entre hiver et été au centre de la France, la
température peut même varier de 30°C.
Notons que croire à une "saturation" atteinte du CO2
par un phénomène d'atténuation progressive est inexact.
L'effet du CO2 continue suivant une fonction
logarithmique.
En passant de 400 à 600 ppm de CO2, le simulateur RRTM
conduit à une augmentation de température de 1,24°C,
(avec effets rétroactifs). En 2025, les savants Happer
et Lindzen annoncent 0,70°C (sans effets rétroactifs)
pour la même variation de CO2.
Cette potentielle augmentation relativement modérée de la
surface terrestre déterminée par le simulateur MODTRAN
RRTM s'appuie sur les spectres moléculaires et un algorithme
ligne par ligne (LBL) qui dépend des paramètres qui ont
été attribués au programme (FORTRAN) et à un état de
rayonnement solaire standard. Ce simulateur semble
fiable et sa souplesse d'utilisation est grande mais il
n'est pas une vérité absolue en soi. Notamment, étant
purement radiatif, ce modèle ne tient pas compte des
mouvements naturels. D'autre part, l'influence
solaire (faible depuis des décennies) est ici invariable.
Toute recherche sur l'influence climatique du
CO2 ne peut ignorer d'autres approches qui pourraient conduire à recouper, modifier ou rectifier les
prévisions.
Les
mesures sont réelles, le futur est
incertain. |
Etat Réel
(mesures officielles) : (de 1960 à 2023)
CO2
315 à 420 ppm => T°C +
1,20 °C
RRTM simulateur :
CO2 315 à 420 ppm =>
T°C + 1,21 °C |

A haute altitude, à
pression plus faible, les
phénomènes de radiations infrarouges de CO2 surtout, et H2O
s'expriment vers l'espace et s'ajoutent aux radiations
infrarouges non absorbées issues de la surface.
L'équilibre thermique terrestre
avec l'irradiation solaire s'établit.
Il faut noter également que la nature absorbant près de
la moitié du CO2 par la végétation et les océans, il
n'est pas exclu qu'un simple ralentissement des
émissions humaines (sans "Net Zéro" utopique) se traduise par une inflexion
sensible de sa concentration résiduelle et sa
répercussion sur la température.
2 - D'autre part, si l'influence de la
masse atmosphérique elle-même, soumise à la gravité, a parfois été évoquée,
elle n'a jamais été quantifiée du fait de la
problématique difficile d'intégration mathématique de toute
l'atmosphère. Des approches pragmatiques ont permis d'évaluer l'apport thermique de la masse atmosphérique
soumise à
la gravité sur la température des
premiers mètres d'atmosphère (Article de 2017 / Article de 2024). Cet apport
théorique potentiel total serait environ de 80°C qui correspond au gradient thermique adiabatique
auquel est soumise l'atmosphère en fonction de
l'altitude, plus l'effet de serre qui s'ajoute dans le
calcul. La
température de la Terre avec une atmosphère inactive,
sans effet de serre, qui est très souvent citée à -18°C
(y compris par le GIEC) reposerait ainsi sur une approche incomplète car purement
radiative. Des études sont en cours qui tendraient à
attribuer environ deux tiers des 33°C d'écart à l'effet
de serre radiatif et un tiers à la compression
adiabatique (L'énergie due à la compression est
entretenue indéfiniment, sans perte progressive, par
l'apport énergétique au sein des convections).
En conclusion, la climatologie est une
science multidisciplinaire complexe qui n'est pas
entièrement aboutie et qui reste soumise à des
paramètres multiples incomplètement identifiés et mal
maîtrisés (non inventoriés ici). Deux tendances viennent
perturber une démarche scientifique authentique. En
premier; la main-mise d'idéologues peu scientifiques,
partisans d'une doctrine anti-capitaliste de
décroissance, qui
exploitent les incertitudes pour manipuler la population
avec une propagande alarmiste catastrophiste en
déformant les faits scientifiques établis . En second;
la prise de position, non moins fanatique que la
première, par des négationnistes à la science
insuffisante qui contestent des phénomènes physiques
pourtant bien réels. Entre les deux, les honnêtes
chercheurs constatent que la
situation évolutive du climat est réelle mais modérée,
en rien catastrophique, ayant quelques inconvénients et
parfois même sous certains angles quelques avantages. Une situation évolutive qui ne justifie pas
l'hystérie climatique, économique, politique à l'oeuvre,
notamment en Occident.

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