En 1896, le chimiste Svante Arrhénius fut le premier à calculer la contribution du CO2 au réchauffement climatique, en comparant l’atmosphère terrestre aux vitres d’une serre de jardin. Il s’appuyait sur l’expérience d’Horace Bénédict, lequel avait remarqué que la température dans une serre s’élevait de façon notable, ainsi qu’aux travaux de John Tyndall, ayant démontré que certains gaz absorbaient les rayons infrarouges. Tyndall supposait un mécanisme comme celui de l’effet de serre, avec les particules de vapeur d’eau (non de CO2), pouvant réchauffer notre planète.
Il n’en fallut pas plus pour mettre la puce à l’oreille d’Arrhénius, qui fit un lien, malheureusement trop simpliste, entre la quantité de CO2 et la température. Le calcul erroné d’Arrhénius fut d’ailleurs sévèrement critiqué par la suite, et sa théorie fut reléguée aux oubliettes pendant longtemps.
C’est en 1938 qu’elle fut remise à l’honneur, par G.S. Callendar, puis par C.D.Keeling, et finalement par James Hensen de la NASA, célèbre porte-drapeau de la théorie de l’effet de serre. Pourtant, elle demeure erronée!
L’expérience d’Arrhénius
Pour démontrer l’effet de serre, Arrhénius utilise une boîte aux parois noires, sur laquelle il dépose une vitre en verre. Ce matériau est connu pour laisser passer les rayons solaires (lumière visible), tout en bloquant les infrarouges et les ultra-violets. La température intérieure s’élevant considérablement, il en déduit que les parois intérieures ont absorbé l’énergie lumineuse, se sont réchauffées, puis on émit des radiations infrarouges. Le rayonnement infrarouge tente de s’échapper de la boîte, où l’air est plus froid, mais en vains (la vitre n’étant pas perméable aux infrarouge).
Arrhénius conclut que la vitre absorbe l’énergie émise par les parois, se réchauffe, puis émet à son tour des rayons infrarouges de plus grande longueur d’onde vers l’intérieur, réchauffant davantage les parois (forçage radiatif).
Cette explication est toutefois incorrecte. D’ailleurs, si cela était le cas, la vitre devrait se réchauffer (en proportion), d’au moins autant que l’intérieur, ce qui n’est pas le cas. Il suffit de toucher la vitre d’une voiture au soleil pour constater qu’elle ne se réchauffe pas comme l’intérieur. En fait, l’expérience d’Arrhénius démontre simplement qu’un environnement clos avec une vitre en verre se réchauffe sous l’effet du Soleil, sans plus.
Contre-expérience à la théorie d’Arrhénius
Afin de mettre à l’épreuve les conclusions d’Arrhénius, il suffit de remplacer la vitre de verre par un matériau perméable aux infrarouges et ultra-violets, tel que le NaCl, et les laisser s’échapper de la boîte. C’est ce que fit Robert William Wood en 1909, prenant d’ailleurs soin de placer une vitre loin devant la boîte pour bloquer les UV incidents, afin de ne pas influencer les résultats. Celui-ci obtient une élévation de température semblable à celle d’une vitre de verre, ce qui démontre que le piégeage des infrarouges par le verre n’est pas le principal mécanisme responsable de l’élévation de température. M. Gore aurait tout intérêt à lire sur le sujet!
Que ce passe-t-il exactement dans une serre?
Les rayons solaires qui pénètrent à travers la serre réchauffent les surfaces foncées qui s’y trouvent. Celles-ci se réchauffent et vont à leur tour réchauffer l’air qui les entoure (par contact). Cet air, maintenant plus chaud, voit son volume augmenter, s’allège et monte pour être remplacé par de l’air plus frais, qui fera de même. C’est ce qu’on appelle la convection. L’air chaud ne pouvant s’échapper, la température intérieure de la serre augmente progressivement.
Que ce passe-t-il dans l’atmosphère terrestre?
Bien que la Terre soit ceinturée d’une atmosphère composée en partie de GES (équivalent selon certains aux vitres d’une serre), il est important de mentionner que les gaz n’offrent pas de barrière physique comme le verre pour emprisoner la chaleur: ils sont perméables.
Lorsque la planète irradie, les infrarouges émis voient leur course ralentir en tentant de s’échapper vers l’espace. Les GES présent absorbent une partie des infrarouges, se réchauffent et émettent à leur tour des infrarouges vers l’espace, plus froid. Selon la seconde loi de la thermodynamique, la chaleur ne peut aller que d’un corps chaud vers un corps froid. La Terre étant plus chaude (en moyenne 15 degrés C) que l’air à cette altitude (environ -55 degrés C), les infrarouges ne peuvent qu’être émis vers l’espace. Cette absorption-réémission cause un certain ralentissement dans le processus de radiation, lequel expliquerait l’effet de réchauffement attribuable aux GES.
La théorie de l’effet de serre ne peut s’appliquer que si la portion d’atmosphère contenant les GES (environ 10km d’altitude) se réchauffe davantage à la Terre, dans lequel cas la chaleur émise par les GES pourrait retourner au sol, ce qui n’est absolument pas le cas. Malgré le réchauffement observé sur Terre, l’atmosphère ne se réchauffe pas à cette altitude.
Il est donc incorrect de comparer l’effet de serre planétaire avec celui observé dans une serre, car le principe physique qui les gouvernent n’est pas le même.
Consultez l’article: «L’effet de serre en bref» pour plus d’infos sur la théorie à l’échelle planétaire.
Je me demande toujours quel est la valeur de l’effet de serre du CO2 par rapport à celui de l’air (oxygène et azote purs).
En thermodynamique on apprend que dans un mélange de gaz à une certaine température tous les gaz ont la même énergie cinétique. (Théorie cinétique des gaz.)