Effet d'atmosphère

Un schéma définitif de représentation de l'atmosphère

Par le Comité de Chercheurs de Terre & Climat, 17 avril 2024

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 relativement modeste effet de serre.

D'une part, l'effet de serre est saturé, c'est à dire que au-dessus d'une certaine valeur de la teneur en CO2 aucun échauffement supplémentaire ne peut se produire. Cette valeur limite supérieure est de 200 ppm qui produit un effet thermique en basse atmosphère de +5°C. Elle a été déterminée par des études spectroscopiques poussées à l'aide des données physiques de la base internationale de données HITRAN et les programmes de calcul MODTRAN. Ceci signifie que les valeurs de CO2 supérieures à 200 ppm ne produisent pas d'échauffement supplémentaire significatif. Cet échauffement n'est d'ailleurs pas à proprement parlé un "effet de serre" puisque l'interception par le CO2 du rayonnement infrarouge terrestre se traduit en basse atmosphère par une "thermalisation". C'est à dire qu'il n'y a pas de "rétrorayonnement" des molécules de CO2 absorbantes d'infrarouges suivant un modèle de "couches successives" comme certains l'ont naïvement décrit mais un échauffement de toute la masse atmosphérique, oxygène, azote et argon compris, par chocs moléculaires et agitation moléculaire ; phénomène qui domine très largement tout phénomène radiatif dans la basse atmosphère ainsi que tout autre phénomène chaotique n'ayant une incidence que météorologique et qu'il est vain et inutile de vouloir détailler. Ainsi, l'apport thermique a été calculé à +5°C pour le CO2 et +11°C pour la vapeur d'eau présents dans l'atmosphère suivant les données atmosphériques standard. A plus haute altitude, à pression plus faible, les phénomènes de radiation infrarouge de CO2 et H2O s'expriment. Ils dominent vers l'espace et permettent l'équilibre thermique terrestre avec l'irradiation solaire.

D'autre part, si l'influence de la masse atmosphérique elle-même a parfois été évoquée, elle n'avait jamais été quantifiée du fait de la problématique insoluble d'intégration de toute l'atmosphère. Une approche pragmatique a permis de calculer l'apport thermique de la masse atmosphérique soumise à
la gravité sur la température des premiers mètres d'atmosphère (Article en cours de publication). Cet apport est de 80,7°C et cette approche correspond précisément au gradient thermique adiabatique auquel est soumise l'atmosphère en fonction de l'altitude. Ceci est cohérent avec ce que serait une Terre sans atmosphère, à une température proche de celle de la Lune qui est à la même distance du soleil et dont la température moyenne est estimée à environ  -80°C. 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) est irréaliste et ne repose que sur une approche erronée incomplète car purement radiative.
Sans atmosphère, la température de surface terrestre serait ainsi de  -82°C environ avec le même albédo.