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Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages



  1. #1
    RSSBot

    Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    En climatologie, on parle de forçage pour désigner les perturbations dans l'équilibre énergétique de la Terre, qui engendrent des changements de températures. Ces forçages sont fluctuants et pourtant déterminants dans l'évaluation et la prévision du réchauffement...

    Lire la suite : Réchauffement climatique : la question des forçages
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  3. #2
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    La discussion est ouverte sur le sujet du dossier.
    Je répondrai volontiers aux questions et remarques sur le sujet.
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

  4. #3
    GillesH38a

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Bonjour Yves

    je trouve que la formulation que tu fais dans le dossier peut prêter à confusion (même si c'est clair dans ton esprit). En effet tu dis :

    Avec un ordinateur et des données climatiques, il est très facile de calculer l’énergie qui est émise par la surface de la planète (continents et océans inclus) dans son ensemble : elle est en moyenne annuelle d’environ 390 W/m2. Depuis l’espace, on peut mesurer la quantité qui sort du sommet de l’atmosphère vers l’espace : elle est de 240 W/m2.

    Principe et rôle de l'effet de serre

    L’atmosphère retient la différence et joue donc le rôle d’un isolant efficace.
    dit comme ça, ça peut donner l'impression que l'atmosphère retient en permanence 390-240 = 150 W/m^2 et que c'est ça qui provoque le réchauffement ! ce serait naturellement totalement faux de croire ça : les 240 W/m^2 émis par le haut de l'atmosphère sont quasiment exactement égaux à ce qui rentre dans l'atmosphère (rayonnement solaire incident de 342 W/m^2 en moyenne avec une partie directement reflechie ) , tout comme les 390 W/m^2 sont eux aussi pratiquement équilibré par le rayonnement incident qui provient des 240 W/m^2 plus de ce qui est réémis vers le sol par l'atmosphère.

    L'atmosphère ne "retient" donc pas la chaleur au sens où elle s'accumulerait, elle joue au ping-pong avec.

    Si je puis me permettre une analogie : imaginons deux plaques parallèles dont une serait percée de quelques trous , et qu'on injecte à un rythme constant des balles de flipper par les trous. Les balles (supposées sans frottement), vont commencer à rebondir sur les deux plaques , et ne vont pas tout de suite trouver la sortie ; elles vont commencer par s'accumuler entre les plaques, jusqu'à ce que la concentration soit telle que le nombre de balles trouvant la sortie soit exactement egal au nombre de balles entrant. On atteint une situation stationnaire, mais dans cette situation , le nombre de balles rebondissant sur la plaque sans trous est supérieur au nombre de balles injectées (c'est le nombre de balles multiplié par le nombre moyen de rebondissements avant de trouver la sortie).

    On peut dire que la plaque "retient" les balles mais elles ne s'accumulent nulle part, elles ne font qu'etre piégées un certain temps avant de ressortir.

    On peut voir une variation de l'effet de serre comme un "resserrement des trous" - même si l'analogie n'est pas parfaite ! si la densité locale à l'équilibre doit augmenter, cela se traduira de façon provisoire par une accumulation de balles (un peu plus le temps qu'elle augmente), mais une fois le nouvel équilibre atteint, le bilan sera à nouveau équilibré et il n'y aura à nouveau plus "d'accumulation".

    Le terme de déséquilibre calculé théoriquement est bien plus faible que l'insolation totale, ou que la différence sommet de l'atmosphère- sol : de l'ordre de 0,9 W/m^2 selon les modèles. A ma connaissance, les mesures ne sont pas suffisamment précises pour le confirmer expérimentalement.

  5. #4
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Ouais, bon on va pas pinailler là dessus.
    Il n'est pas dit dans le dossier qu'il y a accumulation de la chaleur. La laine de verre autour de la maison n'accumule pas de la chaleur, elle l'empêche de partir et tout le monde sait que si on met une couche de laine de verre de plus sous le toit et même tout autour de la maison, la maison ne finira pas par exploser, la température augmentera si tout le reste est inchangé mais ça finira par s'arrêter.

    Mes étudiants n'avaient aucun pb avec ça et ils n'en déduisaient pas qu'il y avait accumulation de la chaleur jusqu'à perpette.

    svp: ce point étant éclairci suffisamment, restons en au sujet, cad les forçages (à l'exception de celui des GES qui était volontairement écarté puisque largement couvert par ailleurs)
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

  6. #5
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    J'ai répondu trop sèchement, je m'en rends compte à la relecture.

    Merci de ton intérêt, gilles, mais le point que tu soulèves et qui te semble mal formulé ne sert qu'à introduire le propos central du dossier.
    Outre le fait que ton interprétation ne me semble pas justifiée, cela risquerait d'entraîner la discussion loin du sujet que je désirais aborder dans le dossier.

    Restons concentrés comme on dit.
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    vilveq

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Bonjour Monsieur Yves,

    J'aurais quelques questions sur les forçages qui me taraudent l'esprit, je vais donc en pofiter de ton très intéressant dossier.

    Dans d'autre post sur d'autre sujet, j'ai apprit que la vapeur d'eau était une rétroaction positive au forçage des GES anthropiques.
    Est-ce que l'on peut dire que le vapeur d'eau est un forçage du forçage? un forçage indirecte ?

    Connait-on la valeur de ce forçage, parce que je trouve facilement des courbes sur l'augmentation du CO2 ou du méthane, mais celle de la vapeur d'eau, pas facile. Peut etre je ne regarde pas au bon endroit.
    Est-ce que l'on peut parler de sensibilité du forçage de la vap. deau au forçage des GES anthropiques?

    Y a t'il une concentration dans les différents GES ou aérosols pour laquelle la sensibilité climatique serait nul ou trop faible pour être prise en compte. Un peu comme si je rajoutais 300ppm de CO2 dans l'atmosphère de Venus que ça ne changerait pas grand chose au système.

    Voilà,

    merci

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  10. #7
    fred3000gt

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    J'avais cru comprendre que les discussions relatives au RC etaient desormais interdites sur FS?

  11. #8
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Citation Envoyé par vilveq Voir le message
    Bonjour Monsieur Yves,

    J'aurais quelques questions sur les forçages qui me taraudent l'esprit, je vais donc en pofiter de ton très intéressant dossier.

    Dans d'autre post sur d'autre sujet, j'ai apprit que la vapeur d'eau était une rétroaction positive au forçage des GES anthropiques.
    Est-ce que l'on peut dire que le vapeur d'eau est un forçage du forçage? un forçage indirecte ?
    Un forçage c'est une contrainte qui vient en qq sorte de l'extérieur. C'est comme monter le chauffage (bien que la chaudière soit dans la maison, si elle peut chauffer c'est qu'il y a du gaz ou du fioul ou du bois et ça, ça vient de l'extérieur).

    Une rétroaction, c'est quelque chose qui se passe à l'intérieur du système, comme le thermostat qui coupe le chauffage dans la maison. C'est une conséquence de la réponse à un forçage, ce n'est pas un forçage.

    Connait-on la valeur de ce forçage, parce que je trouve facilement des courbes sur l'augmentation du CO2 ou du méthane, mais celle de la vapeur d'eau, pas facile. Peut etre je ne regarde pas au bon endroit.
    Est-ce que l'on peut parler de sensibilité du forçage de la vap. deau au forçage des GES anthropiques?
    Sans objet puisque ce n'est pas un forçage. Dans un dossier à venir, je discuterai de la rétroaction vapeur d'eau plus à fond.


    Y a t'il une concentration dans les différents GES ou aérosols pour laquelle la sensibilité climatique serait nul ou trop faible pour être prise en compte. Un peu comme si je rajoutais 300ppm de CO2 dans l'atmosphère de Venus que ça ne changerait pas grand chose au système.

    Voilà,

    merci
    Non, c'est une fausse idée de croire que l'effet de serre se sature. Il n'y a pas saturation. Plus on met de GES plus l'effet de serre augmente. Par contre, ça peut être de plus en plus faible .

    Prends l'exemple du triple vitrage, c'est plus efficace que le double mais on y gagne moins que du simple vitrage au double vitrage et ainsi de suite.

    L'idée est fausse parce que ce que les gens pensent immédiatement c'est que la chaleur (le rayonnement) vient de la surface et qu'à partir d'un moment, c'est fini y a plus rien qui passe. Mais c'est pas ça, en fait le rayonnement qui sort provient de plus haut dans l'atmosphère.

    Le rayonnement qui sort d'un double vitrage ne vient pas de l'intérieur de la maison mais de la vitre extérieure et tout dépend alors de sa température à elle.
    Dernière modification par yoda1234 ; 08/06/2011 à 06h36. Motif: réparation balise "Quote"
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

  12. #9
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Citation Envoyé par fred3000gt Voir le message
    J'avais cru comprendre que les discussions relatives au RC etaient desormais interdites sur FS?
    Eh bien, on va voir si une discussion scientifique sur ce sujet est redevenue possible
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

  13. #10
    N1C0LAS

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Bonjour,
    désolé d'être HS mais une bonne base semble important pour discuter de RC et
    vous (et d'autres) utilisaient souvent l'analogie avec une couverture pour expliquer l'effet de serrre.
    Pourquoi est_ce important de dire que l'effet de serre ne correspond pas à une accumulation de chaleur ? Quelle est l'erreur dans ce raisonnement ? En fait j'ai du mal a comprendre l'effet de serre autrement que comme cela.
    Quand mon bouchon de lavabo empêche l'eau de partir je dis qu'il y a accumulation (jusqu'à arriver au trou qui sert à empêcher les innondations) serait-ce faux aussi ?
    Merci.
    "On ne sait jamais de quoi hier sera fait."

  14. #11
    GillesH38a

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Citation Envoyé par N1C0LAS Voir le message
    Pourquoi est_ce important de dire que l'effet de serre ne correspond pas à une accumulation de chaleur ? Quelle est l'erreur dans ce raisonnement ? En fait j'ai du mal a comprendre l'effet de serre autrement que comme cela.
    Quand mon bouchon de lavabo empêche l'eau de partir je dis qu'il y a accumulation (jusqu'à arriver au trou qui sert à empêcher les innondations) serait-ce faux aussi ?
    Merci.
    et avec l'analogie des balles de ping-pong tu comprends mieux ? l'atmosphère n'est pas un bouchon, elle ralentit juste le débit des photons infrarouges. c'est plutot comme des obstacles sur la route qui ralentissent les voitures sans les arrêter, ou un lavabo a moitié bouché si tu préfères. Augmenter la concentration en GES augmente le nombre d'obstacles, mais n'empeche pas les voitures d'avancer.

    Pour reprendre l'exemple du lavabo, imagine que tu fasses couler un filet d'eau en permanence (le rayonnement solaire incident) , et qu'il y ait un bouchon de cheveux mais pas complet dans la bonde (les GES). Le niveau d'eau dans le lavabo va se stabiliser au niveau où la pression assure un débit sortant égal au débit rentrant (c'est la température d'équilibre). Si tu rajoutes des cheveux, le débit sortant diminue , et pendant une phase provisoire, il y a effectivement déséquilibre, et le niveau augmente. Mais ça augmente aussi la pression et ça va retrouver un nouvel état d'équilibre, au bout d'un temps appelé temps de relaxation. A ce moment là il n'y a aura plus d"accumulation, simplement un nouvel état ou les flux s'équilibrent. La variation de niveau correspondante va représenter la "sensibilité à l'équilibre" de ton système.


    Une des grosses difficultés est que pendant la phase transitoire, il est difficile de prédire jusqu'ou le niveau va monter avant de retrouver l'équilibre : tu peux mesurer la vitesse de variation instantanée, mais il faut connaitre le temps de relaxation pour savoir où et quand ça va s'arrêter de monter : si le temps est long, ça va beaucoup monter (grande sensibilité ) , et si il est court, ça va peu monter, avant d'atteindre l'équilibre.

    Le problème est donc dégénéré selon la valeur (sensibilité/temps de relaxation) : c'est la plus grande cause d'incertitude actuelle sur la valeur exacte de la sensibilité, on sait que ça monte, mais on ne sait pas bien jusqu'où.

  15. #12
    vilveq

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Merci Yves er Gillesh pour vos explications,

    Mais j'ai encore du mal à comprendre la non saturation de l'effet de serre. je suis tout prêt à te croire sur parole, Yves, puisque tu es le spécialiste. Mais pour ma culture générale, je préférerais pouvoir comprendre.

    Je vais reprendre l'exemple de Gillesh du lavabo et des cheveux.

    Mais je vais prendre un lavabo un peu particulier, un lavabo avec 250 trous qui servent d'orifice de sortie de l'eau.

    Le filet d'eau qui coule du robinet s'évacue par les 250 trous.
    Maintenant, je vais mettre des cheveux dans quelques trous (3 par exemple) (longueur d'onde d'absorption des GES).

    Comme a dit Gillesh : Si tu rajoutes des cheveux, le débit sortant diminue , et pendant une phase provisoire, il y a effectivement déséquilibre, et le niveau augmente. Mais ça augmente aussi la pression et ça va retrouver un nouvel état d'équilibre, au bout d'un temps appelé temps de relaxation.

    Mais si je continue à rajouter des cheveux dans les 3 mêmes trous de sortie, ils vont saturer, plus d'eau ne passera. J'aurais beau en rajouter autant que je veux, ça ne changera rien au niveau de l'eau dans le lavabo.

    Quel est donc l'erreur de raisonnement que je fais avec cette analogie de lavabo à 250 bondes ?

    Merci

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  17. #13
    GillesH38a

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    je me permets d'apporter ma réponse, Yves donnera la sienne.

    L'analogie avec l'eau est trop simple : il n'y a qu'une quantité à mesurer ici, l'eau. Alors que pour le rayonnement électromagnétique, il y a une infinité de quantités : l'émission à chaque longueur d'onde. Et l'atmosphère transmet très différemment les longueurs d'onde : elle n'absorbe que les longueurs d'onde correspondant aux transitions entre des niveaux d'énergie des molécules. En l'occurence, il s'agit des niveaux de vibrations de molécules polyatomiques comme CO2, H2O, CH4, les fameux GES, qui tombent pile poil dans l'infrarouge thermique émis par la Terre, autour de 10 microns (les diatomiques comme O2 et N2 n'absorbent pas car elles sont symétriques et la Méca Q permet de montrer que les absorptions directes vibrationnelles sont "interdites").

    La quantité de rayonnement absorbée dépend de la concentration en gaz. Pour des faibles concentrations, la raie d'absorption croit linéairement avec la concentration, et donc le flux absorbé (et réémis) aussi : c'est le régime linéaire.

    Pour des concentrations assez fortes, c'est plus compliqué (c'est le cas de CO2 et de H2O dans l'atmosphère terrestre) : là ou la raie est la plus intense, tout est pratiquement bloqué et presque plus de rayonnement ne passe. En réalité, l'équation de transfert montre qu'il reste du rayonnement, mais à la température caractéristique de l'endroit où les photons peuvent s'échapper dans l'espace (ce qu'on appelle en astrophysique la "photosphère" et ce que les climatologues appellent plutot le "sommet de l'atmosphère" (top of atmosphère, TOA)).

    Dans le fond de la raie, l'intensité est celle du corps noir à la température de la TOA Mais la température décroissant significativement avec l'altitude, ce rayonnement est d'intensité bien plus faible que celui du sol qui est transmis intégralement en dehors des raies : on a donc une raie d'absorption quasiment saturée, avec presque rien au fond (à noter que cette baisse de température avec l'altitude est surtout due au transfert convectif de l'atmosphère, et donc un modèle complet doit tenir compte simultanément du transfert radiatif et de la convection - ce qui est très rarement expliqué dans les modèles "simplistes" de l'effet de serre).

    voir ici par exemple le résultat final sur le spectre

    http://129.199.72.72/vdaniel/Enseign.../partie2_3.htm

    Effectivement, augmenter encore la concentration ne change rien dans le fond de la raie : augmenter la concentration déplace un peu la photosphère vers le haut, mais la baisse de température devient négligeable (elle reste constante dans la stratosphère parce que la convection est bloquée), et donc ça n'augmente presque plus l'absorption.

    Ce qui change, plus subtilement, ce sont les ailes de la raie, justement là où on passe du régime optiquement épais (dans le centre) à optiquement mince (en dehors). Augmenter la concentration élargit la raie , et donc augmente l'absorption, mais plus lentement que linéairement : le calcul montre que l'absorption ne croit que logarithmiquement avec la concentration. C'est le régime actuel du CO2. Le calcul doit se faire précisément avec toutes les raies car les raies des différents GES se recouvrent et il faut faire appel à des calculs numériques détaillés raie par raie pour avoir le spectre d'absorption final.

  18. #14
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Désolé mais l'explication de gilles n'est pas juste ou plus exactement, elle est insuffisante et finalement, elle conduit à une interprétation fausse..
    Fondamentalement, ce qui fait qu'il ne peut pas y avoir saturation de l'effet de serre, c'est tout simplement qu'il y a un gradient de température (la température diminue de l'intérieur vers l'extérieur)

    Le verre est totalement opaque au rayonnement infra rouge mais il n'empêche que le triple vitrage est plus efficace que le double et le quadruple plus que le triple même si l'amélioration s'atténue

    puisque vous êtes intéressés par cette question faites l'effort de lire (ou relire) le document que je joins;

    Quant au fait que la stratosphère ferait obstacle à l'augmentation de l'effet de serre, c'est oublier que la convection est précisément ce qui détermine à quelle altitude elle commence. Or, si l'effet de serre, permet une augmentation de la température à la surface, la convection ne peut qu'augmenter.
    Images attachées Images attachées
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

  19. #15
    GillesH38a

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Bonjour Yves

    je ne pense pas que ce que tu dises soit si contradictoire avec ce que je dis. On est d'accord que l'augmentation de l'absorption est fondamentalement due au fait que la surface de dernière absorption (au dessus de laquelle les photons IR s'échappent librement dans l'espace, et qui détermine finalement l'intensité dans la raie vue de l'espace ) s'élève si la concentration augmente, et que cette élevation fait qu'elle a lieu à une température de plus en plus basse à cause du gradient thermique : je suis donc bien d'accord que c'est le gradient thermique qui fait que le rayonnement est de plus en plus "froid" dans la raie, et que , pour maintenir le bilan radiatif équilibré, il faut plus de rayonnement émis dans les parties optiquement minces - ce qui n'est possible que si la température au sol se réchauffe. C'est pour moi l'image la plus satisfaisante de la raison profonde pour laquelle l'augmentation des GES réchauffe le sol.

    (Je préfère notablement cette image qui raisonne sur le spectre total émis "vu de l'espace" que des raisonnements sur les couches qui se renvoient mutuellement de l'énergie qui sont toujours un peu compliqués à traiter correctement).

    Néanmoins, l'effet sur le fond de la raie sature bien, au moins asymptotiquement (l'augmentation de l'absorption est de moins en moins net), pour deux raisons :

    * le gradient thermique finit lui même par s'annuler dans la stratosphère. A ce propos, je n'ai pas regardé des modèles détaillés de transfert radiatif raie par raie, et j'aimerais savoir où est située la surface de dernière diffusion dans les raies les plus intenses : dans la troposphère ou dans la stratosphère? en d'autres termes la stratosphère est-elle optiquement épaisse dans les raies les plus intenses ?

    * plus tu absorbes, et moins il reste à absorber. Si tu absorbes 10 % de rayonnement dans une région où presque tout passe, ça fait 10 % de moins. Si tu absorbes 10 % de plus dans une région où déjà 90 % est absorbé, ça fait plus que 1 % de moins. Donc quand même , l'effet "en fond de raie" est de moins en moins notable sur le bilan énergétique , mais il reste toujours l'élargissement des ailes de la raies dans la partie où, par définition , le rayonnement est moins absorbé.

  20. #16
    yves25

    Re : Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages

    Bonjour,
    Le pb de ces discussions, c'est qu'elles font complètement perdre de vue l'objectif initial, en outre, on a vite fait de se perdre dans des détails qui ne sont, finalement, importants que pour les spécialistes.

    Il est bien évident que l'augmentation de la concentration en GES augmente plus rapidement l'effet de serre dans les ailes des raies qu'au centre de celles ci.

    Tout le monde comprend, je crois, que quand il fait froid, il vaut mieux d'abord fermer la fenêtre que d'ajouter tout de suite de la laine de verre.

    Ce n'est cependant pas essentiel pour la compréhension de ce qu'est l'augmentation de l'effet de serre, par contre , ça l'est pour expliquer ce qu'on appelle le Global Warming Potential (cad le fait que le méthane est par exemple 20 fois plus efficace que le CO2)

    Encore faudrait il parler d'avantage de bandes d'absorption parce que dans les bandes les plus intenses (particulièrement pour les branches Q) les raies se superposent , c'est vrai dans la troposphère, ça l'est moins dans la haute atmosphère parce que le profil de raie est différent mais c'est du détail à ce stade.

    Dernière chose: dans les branches Q des bandes les plus fortes du CO2 précisément, les photons sortant de l'(atmosphère sont émis dans la strato, c'est ce qui permet de déterminer le profil de température y compris dans la stratosphère
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

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