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.

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.

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.