Le réchauffement climatique

Je viens de recevoir par Gmail début février 2019 un email ainsi libellé de mon ami Georges polytechnicien :

« Voici les vidéos du colloque "Astronomie et Climat" auquel j'avais assisté en 2017 et dont j'avais tiré, par une erreur grossière, le chiffre de 290 watt/m2.

C'est probablement au cours du dernier exposé, sur la diapo "température d'équilibre d'une planète" ou l'on dit que le rayonnement infrarouge émis par la surface est de 390 W/m2 que j'avais compris 290 et confondu l'émission de la surface et l’énergie rayonnée par la planète...C'est stupide. Si tu as utilisé ce chiffre quelque part, il faut corriger, sinon ça risque de faire rigoler les spécialistes. Excuse-moi.

Il n'empêche que même avec une différence de 3 watts/m², l'effet est équivalent à 1 million de centrales de 1500 MW, et que ça ne peut qu'augmenter....

Amitiés
Georges »

http://www.iap.fr/vie_scientifique/ateliers/Astronomie_et_Climat/2017/programme.php

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Merci de cette rectification Georges. En prenant connaissance de l’énorme travail de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) associé à celui du GIEC, je réalise que mon dernier fichier destiné à l’enseignement et particulièrement sa figure 2 n’est qu’une vision partielle et simpliste des différents transferts thermiques s’établissant entre le rayonnement solaire incident et le réfléchi. Certes la vapeur d’eau comme je l’avais pressenti joue bien un rôle primordial dans le calcul de l’effet de serre mais elle n’est pas la seule. On prend conscience au travers de la loi de Stephan-Boltzmann que si l’on assimile la terre à un corps noir c’est l’évolution dans le temps de cette différence actuelle de 3% entre l’énergie incidente qui rentre et celle qui sort qui va conditionner l’évolution du climat sur terre. Cette différence correspond bien, compte tenu de la surface de la terre de 500 millions de km² à ton calcul d’un million de centrales nucléaires de 1500 MW. Si l’on compare cette puissance à la consommation mondiale annuelle en énergie égale d’après l’Agence Internationale de l’énergie à 13 000 millions de tep on s’aperçoit qu’elle est sensiblement 10 fois supérieure (Ceci vu que 1 tep correspond à 11 500 kWh).

Evolution des températures si l’on assimile la terre à un corps noir

La loi de Stephan-Boltzmann décrite dans WIKI établie que le rapport M / T⁴ entre la masse M d’un corps noir et sa température T exprimée en °K est constant et égal au produit de s constante de Boltzmann (sensiblement égale à 5,7 x 10-8 watts.m².°K) et e nombre sans dimension caractérisant l’émissivité de l’élément de surface à la température T. On a M / T⁴ = s e

Si l’on assimile la terre à un « corps noir » actuellement à une température moyenne de 15 °C (288°K) qui absorbe l’énergie qui lui arrive le jour sur sa face exposée au soleil par rayonnement et qui la rejette sur sa face cachée, la loi de Stefan-Boltzmann permet de dire que si l’énergie reçue par le corps noir de 240 watt/m² est rejetée intégralement comme indiqué sur la figure 1 ci-contre, la température du corps noir c’est-à-dire de la terre reste inchangée. On a en effet T = 288*(240/240)^1/4=288 °K Par contre si seulement 236,3 watt/m² sont réfléchis suite à un effet de serre de 3,7 watt/m², la température T’ sur terre augmente bien d’après la loi de Stefan-Boltzmann de 1,12°C correspondant sensiblement à la valeur indiquée de 1,2°C sur la figure 2 T'=288*(240/(240-3,7)^1/4=289,12°K En observant cette augmentation de 1,2°C correspondant au doublement de la concentration en gaz carbonique, Jean Louis Dufresne Directeur de recherche au CNRS a raison de dire que si on laisse faire « Les changements climatiques futures seront de grandes amplitudes au regard des changements climatiques passés » . La figure 3 permet en effet de comprendre qu’il va devenir impossible d’éteindre la maison qui commence à brûler si l’on reste dans l’inaction. Cela alors que le secrétaire général de l’ONU a clairement expliqué qu’au-dessus de 1,5°C par rapport à la situation fin 2018 nous aurions à subir les pires impacts du réchauffement climatique. Le CSLT estime qu’il est dès à présent possible d’agir en France sur le poste le plus lourd en termes de consommation énergétique : celui du chauffage de l’habitat. Ceci particulièrement en IDF grâce à la présence du dogger et de la Seine. Vers la réduction du gaz carbonique pour éviter sa diffusion dans l’atmosphère ? Au moment où le monde souhaite se désengager du pétrole aucun organisme international, pas même l’ONU n'a semble-t-il le pouvoir d'interdire la mise en œuvre par les 3 géants pétroliers – Equinor (ex-Statoil), Total et Shell – d'investir conjointement 690 millions d’euros dans un projet de réduction des gaz à effet de serre baptisé Northern Lights. Ce projet va consister à injecter dans le sous-sol norvégien et dès 2024 le gaz carbonique généré lors de la combustion du pétrole dans le cadre de la satisfaction des besoins industriels de l'industrie norvégienne. Ceci en évitant qu'il ne se répande dans l'atmosphère lors de la combustion des produits fossiles vu qu’il est reconnu comme un gaz agissant sur les ondes infrarouges en perturbant le climat sur terre. Dans un pays peu industrialisé comme la France, il est probable que la « Solar Water Economy » pourrait prendre place dans la plupart des département français et satisfaire également l’industrie locale sans passer par cette technologie.	^Figure 1
	^Figure 2
	^Figure 3

En supposant que l’agriculture, l’industrie et le transport aérien confondus, trois secteurs qui engendrent actuellement une consommation voisine de celle nécessaire à la voiture individuelle et l’habitat confondus ne progressent pas, le passage aux systèmes hybrides tel que décrit dans la « Solar Water Economy (SWE) pour assurer ce dernier besoin aurait pour conséquence de ramener sensiblement la consommation mondiale annuelle en énergie non renouvelable à 9 Gtep au lieu de 13. Ceci par le fait de l’amélioration des performances résultant de ces nouvelles chaînes énergétiques qui divise au moins par deux la consommation en énergie non renouvelable pour la voiture et l’habitat. La « Solar Water Economy à minima » serait une action pratique allant dans le sens opposé du « laissé faire » et aurait pour conséquence de réduire l’élévation des températures sur notre planète.

Qu’adviendra-t-il si l’on continu ainsi sans modifier nos chaînes énergétiques ?

Ce qu’il est d’abord essentiel de comprendre est que même si l’on arrêtait aujourd’hui à l’échelon mondial d’utiliser les produits fossiles les plus polluants à savoir le charbon et le pétrole la température qui a déjà augmentée de 1°C sur terre ces 100 dernières années continuerait d’augmenter de 1°C pendant encore environ 100 ans. Cela est naturellement inenvisageable vu que la transition énergétique c’est un changement d’échelle qui pourrait bien prendre 2 voire 3 générations. C’est dire l’urgence qu’il y a à agir. Les réserves mondiales de produits fossiles sur terre sont selon l’OCDE de 3000 milliards de barils de pétrole + 2000 milliards de barils d’équivalent pétrole en gaz (Voir page 471). Soit un total 5000 milliards de barils de pétrole. Vu qu’un baril c’est 159 litres et que la combustion de 1 litre de pétrole c’est sensiblement 10 kWh nous avons sur terre une réserve d’énergie fossile en réserve de 5 000 x 159 x 10 = 7 950 000 milliards de kWh ou, vu que 1 tep correspond à 11 500 kWh, 690 milliards de tep ou 690 Gtep. Etant donné que nous consommons actuellement 13 Gtep/an cela signifie que dans une cinquantaine d’années nos ressources d’énergie non renouvelables seront épuisées et nous n’aurons à cette échéance pas d’autre choix que de faire appel aux énergies renouvelables. Cela signifie aussi que la température sur terre à cette échéance ne sera pas ce qu’elle est actuellement si l’on en croit les médias ! Ce qu’il semble toutefois important de montrer est le fait que l’élévation actuelle de la température sur notre planète de notre vivant est malgré tout raisonnable puisqu’elle son augmentation pour l’instant à peine supérieure à 0,1°C par décennie validant la courbe en bleu sur la partie droite de la figure 3.

Source woodfortrees organisation

Quant au fait que la montée des océans commence à inquiéter les jeunes hollandais et probablement les New-yorkais, il est important qu’ils sachent que depuis les années 1800 la montée des niveaux marins est régulière sans accélération et comprise entre 1 et environ 2 mm/an. (Voir l’onglet « oceans » du site http://climate4you.com )

Le premier mouvement de Milutin Milankovic et l’effet de serre

Il s’agit de l’angle voisin de 23° entre l’axe de rotation journalier de la terre et son plan de rotation annuel par rapport au soleil. La base de temps qui régit la variation de cet angle associé au 1er mouvement Milankovic nommé obliquité augmente puis diminue selon une période de temps qui serait de l'ordre de 40 000 ans. Il se trouve que nous sommes dans une période où l’obliquité associé à un autre mouvement décrit par Milutin est importante et pourrait le rester encore longtemps expliquant en partie pourquoi la glace située sur le Groenland est majoritairement en fonte des neiges plutôt qu’en glaciation avec une possibilité de fonte presque complète à terme.

associé à cette obliquité liée aux angles d’attaque des rayons, le soleil darde sa lumière visible sur la face non cachée de la terre de rayons chargés d’ultraviolets et de rayonnement infrarouge. La partie de ce rayonnement qui n'est pas absorbée par les couches gazeuses de l’atmosphère parvient jusqu’au sol pour apporter lumière, chaleur, UV et ….cancers de la peau. La chaleur apportée par les infrarouges (IR) est alors absorbée par la surface du sol et l’évaporation de l’eau pour être ensuite réémise en repartant vers le ciel. Ces derniers rayons qui ont eu la force de traverser la barrière de l’atmosphère dans le sens aller ne sont pas assez puissants pour le faire dans le sens retour. C’est là que commence l’effet de serre.

Les lois de la chimie nous expliquent que les rayons infrarouges (IR), ceux liées à l’énergie que reçoit la terre ne réagissent qu’avec des molécules à la structure déséquilibrée. La structure totalement symétrique de notre atmosphère composée de 78% de diazote (N2) et 21% de dioxygène (O2) n’arrête pas les infrarouges. En revanche les structures déséquilibrées de la molécule d’eau (H2O) de celle du dioxyde de carbone (CO2) entraînée par la vapeur d’eau) et celle du méthane (CH4) ainsi d'ailleurs que celle de tous les composants à la structure asymétrique attirent vers elle l'énergie contenue dans le rayonnement IR.

Il faut savoir que la température moyenne à la surface de notre planète proche de +15°C serait beaucoup plus basse s'il n'y avait effet de serre. Cet effet de serre qui fait que l'énergie réfléchie par la terre est plus basse que l'énergie qu'elle reçoit. Les dérèglements climatiques actuels viennent de l'augmentation de la teneur en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. On sait que c'est cette augmentation de la teneur en gaz à effet de serre qui diminue progressivement l'énergie réfléchie par la terre. Un peu comme dans une maison lorsque l'on améliore l'isolation et que l'énergie dissipée dans les parois augmentant la température dans la maison augmente. Ceci n’étant évidemment valable que si la puissance de la chaufferie reste la même. Ce qui on peut le supposer est le cas actuellement vu que la puissance de la chaufferie sont dans le cas présent les rayonnements infrarouges qui nous arrive du soleil.

Comme on vient de le voir et comme le stipule la vidéo du colloque "Astronomie et Climat" la vapeur d’eau contenue dans l'atmosphère n'est pas la seule responsable de tous ces transferts thermiques liées à l'agitation interne de la matière et de leur influence sur la température de notre planète.

Les quantités de vapeur d'eau contenues dans l’atmosphère ont beau être considérables, les pourcentages croissant de gaz carbonique, d’ozone, de méthane et autres gaz issus de la combustion commencent à provoquer un accroissement de cette température moyenne naturelle de 15°C induite par l’eau. Si nous continuons dans cette voie d'une consommation irréfléchie de nos ressources fossiles non-renouvelables homo sapiens va être confronté à deux problèmes graves : un grave dérèglement du climat associé au fait qu’une fois les ressources non-renouvelables épuisées il ne pourra pas satisfaire ses besoins en énergie.

Pour évaluer l’importance relative des différentes type de gaz sur le système climatique, on a défini ce que l'on appelle son PRG (Potentiel de Réchauffement Global) ou ce qui revient au même en anglais son GWP (Global Warming Potential). Le gaz carbonique (CO2), choisi comme référence, a un PRG de 1. Le méthane (CH4) autre coupable désigné du réchauffement, a un « PRG nettement plus important. Cela ayant pour conséquence qu’à concentration équivalente dans l’atmosphère il contribuerait nettement plus que le CO2 à une hausse des températures observées.

CO2 mon amour

Invisible mais présent

Ou l’impossible retour

A nos années d’antan

Du tréfonds de la terre

Où tu étais prisonnier

Tu as choisi l’atmosphère

Pour établir tes quartiers

Tu peux être content

Quoi que nous fassions

Tu auras tout ton temps

Pour ta grande évasion

Mais, pour nous les hommes

Les rois de l’incurie

Il serait temps en somme

D’arrêter nos conneries

Synthèse

Pour résumer les Lutins nautiques optimistes et un peu frileux pourraient dire « Chouette nous qui craignons l’eau froide ». Quant au porte-parole des Lutins thermiques qui commence à prendre place en moi, il craint que ces typhons à répétition et tous les dérèglements climatiques actuels ne soit liés à une température de l'eau de mer devenant trop élevée en surface. Il craint que le gaz carbonique n’affecte la biodiversité marine. En raison de la surabondance énergétique venant du soleil par rapport à nos besoins, il ne comprend pas pourquoi il ne peut actuellement les satisfaire qu’avec la combustion des produits fossiles ou l’effet joule. Ceci d’autant qu’il va falloir qu’il assume financièrement parlant cette fiscalité effrénée et inexorablement croissante sur les produits fossiles et le prix très élevé de l’électricité nucléaire. Il considère la situation actuelle à ce sujet comme source d’injustice sociale engendrant des conflits. Plus généralement, il redoute toutes les inégalités et il considère qu’il va falloir changer de méthode pour solutionner les problèmes sociaux qui en résultent. Il estime que pour endiguer la marée montante des procès climatiques, l’arrivée d’un(e) scientifique doublé d’un(e) sociologue conscient(e) des problèmes sanitaires et ayant pouvoir de décision comme l’a été la chancelière allemande va devenir nécessaire en Europe. Il estime qu’il est anormal que ce soit le Japon qui mette le président de Renault et la France à sa place à propos des inégalités entre les hauts salaires et les bas revenus et non pas l’Europe elle-même. Il va devenir essentiel qu’homo sapiens tiennent compte des jeunes et garde en mémoire les accords de Paris sur le climat signés fin 2015. Il s’est laissé cinq ans de réflexion avant de passer à l’action. Un quinquennat pour sortir de l’inaction après un siècle voire deux siècles d’immobilisme est pour finir une période assez courte mais c’est un fait : nous allons devoir agir à l’occasion de la COP 25 en raison de l’urgence qu’il y a à le faire. La complexité de tous les paramètres qui interfèrent les uns avec les autres et le fait que la controverse sur le réchauffement climatique soit loin d’être close ne justifie pas ces procédures engagées par Green Peace contre l’État devant le tribunal administratif mais les explique. Le CSLT considère que lancer des actions en justice moins de deux ans avant l’échéance est source de conflits inutiles et freine l’action. Il va pourtant falloir que l’on atténue les inégalités en dédommageant plus équitablement ceux qui ont subi des dégâts à cause du réchauffement climatique. Quoiqu’il advienne à ce sujet le CSLT estime qu’une transition énergétique réussie est inenvisageable sans une volonté convergente sur la nature des actions à prendre émanant à la fois de l’individu et de l’exécutif. Il constate à ce sujet avec satisfaction que l’état commence à prendre en compte cette notion de Référendum d’Initiative Citoyenne et il a conscience que dans un monde malade du pétrole comme le nôtre, un monde où l’on consomme plus d’énergie pour se chauffer et alimenter sa voiture que pour se nourrir (Voir page 575), fixer un nouveau cap énergétique pour le monde de demain consistant à abandonner dès que possible les ressources épuisables au profit des ressources renouvelables est une décision utile et grave. Le CSLT estime que le Président actuel de l’ADEME rend hommage à son prédécesseur Bernard Laponche (Voir P247) et a raison de considérer qu’il est temps pour des raisons sociales et environnementales d’envisager une refonte en profondeur de notre modèle énergétique. Il espère même que cet organisme très lié à notre gouvernement va devenir le catalyseur conduisant à une meilleure convergence de la dualité exécutif-individu et qu’il va prendre conscience que l’eau est au cœur du nouveau dispositif. Quoiqu’il advienne la « Solar Water Economy » de l’enthalpie avec l’eau va dans le sens souhaité par l’ADEME, à savoir dans celui :

1 De la préservation des sols, traitement des sols pollués (voir Page 104 )

2 De l’efficacité énergétique (Ceci avec l’eau superficielle et encore mieux lorsque l’eau superficielle est conjuguée avec l’eau géothermale.)

3 Du développement des énergies renouvelables en raison de son efficacité à ce sujet (COP élevés)

4 De la prévention et la lutte contre la pollution de l'air dans la mesure où elle permettrait de réduire les émissions de gaz polluant dans l’hexagone en divisant sensiblement par 2,5 la combustion des produits fossiles. Ceci pour le chauffage de l’habitat et par rapport aux chaînes énergétiques actuelles. (voir page 608 )

5 De la lutte contre les nuisances sonores l’évaporateur de la pompe à chaleur aquathermique étant totalement insonore et qui plus est insensible aux inondations (voir le plaidoyer pour la pompe à chaleur eau eau et la Page 88 )

Le plaidoyer pour cette pompe à chaleur eau eau est justifié. Considérons en effet le cycle de l’eau de la figure ci-contre. Avec une hauteur de précipitation moyenne sur notre planète de 800 mm d’eau égale à celle de notre hexagone ce qui ne devrait pas être très loin de la réalité, c’est sensiblement 120 000 milliards de m3 qui tombent sur les terres émergées. Compte tenu de la chaleur spécifique de l’eau, c’est sensiblement 1,2 million de TWh (téra 10¹²) d’énergie thermique qui peut être récupérée pour chauffer l’habitat d’homo sapiens si l’on considère qu’il est possible d’abaisser la température de ce volume d’eau de 10°C en le faisant passer de 15°C température du « corps noir », à 5 °C. Vu que nous sommes actuellement 7 milliards d’homo sapiens sur terre, la réserve d’énergie qui peut ainsi être mise à notre disposition pour chacun de nous correspond sensiblement à 10 fois notre besoin.

Ceci si l’on considère que le besoin chauffage correspond à 50% du besoin total moyen par habitant de 44 000 kWh (Voir page 576). Cerise sur le gâteau cela se faisant en refroidissant notre environnement au lieu de le réchauffer

A noter qu’il s’agit de valeurs moyennes qui changent notablement selon les régions. La différence de température de 10°C indiqué ci-dessus correspondant dans la pratique au réseau de chaleur qui pourrait être envisagé pour la commune de Boulogne Billancourt.

La France et les gaz à effet de serre

Pourcentage des émissions de gaz à effet de serre en France pour chaque domaine

On sait qu’en France le chauffage de l'habitat est quantitativement parlant prédominant en termes de kWh par rapport au transport terrestre (Voir page 607). Par contre, si l'on compare ces deux postes en termes de GES sur la figure ci-contre on observe que c'est le transport routier qui tient le fleuron en France. La France est probablement en raison de sa production nucléaire importante et d’un chauffage de l'habitat assuré pour moitié ou presque par des grille-pains, le seul pays au monde qui soit dans cette situation. A noter que ce dernier terme de « grille-pains » a été employé récemment par notre ministre de l’environnement qui semble prendre enfin conscience de la situation. Quant à la notion de GES relative à la production d'énergie introduite pour 11 % en haut et à droite de la figure*, elle représente la prise de conscience de l’importance de l'énergie grise . *Vu l'énergie qui va falloir dépenser pour démanteler nos anciennes centrales nucléaires et assurer un stockage correct et de nos déchets nucléaires ces 11% sont probablement sous-évalués.

Nota concernant cette page
Beaucoup d’hésitation, d’incertitude, de nervosité venant du comportement des médias, des lobbies et des gènes du signataire (Balendard) ont précédés l’établissement de ce fichier qui a connu plusieurs étapes.
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