Le réchauffement climatique

Je viens de recevoir par Gmail mi-décembre 2018 quelques informations ainsi libellé de mon ami Georges polytechnicien :

« J'ai appris au cours d'une conférence à l'Institut Astrophysique de Paris (IAP) sur le climat que du fait de l'effet de serre, la terre ne rejetait en moyenne que 290 watts/m² alors qu'elle en reçoit 350. La surface de la terre c'est en gros 500 millions de km². Soixante watts/m², ça fait 60 Mwatts/km² et pour la terre, l'effet de serre, ça fait sauf erreur 30 millions de gigawatts, c'est à dire 20 millions de centrales EPR produisant 24h/24. Un rapide calcul basé sur la loi de Stephan-Boltzmann en supposant que la terre est un corps noir de température moyenne 15 ° (atmosphère standard météo) c'est à dire 273+15=288°K et qu'elle ne ré-émet que 350-60=290 watts/m2 alors qu'il faudrait qu'elle en ré-émette 350 pour rester à température constante :

T'=288*(350/290)^1/4 = 288 x 1,048 = 301.86 c'est à dire une augmentation annuelle de 13.86°C de la température moyenne.... Brrrr Je me trompe ?

C'est probablement archi-connu des spécialistes. En tout cas ça fait froid dans le dos ....si j'ose dire.

Il faudrait arrêter d'urgence d'émettre du CO2. Vas-y sur les pompes à chaleur.
Amitiés. Joyeux Noel Georges »

Non Georges, tu ne fais pas d’erreur.

Compte tenu de la surface de la terre de 500 millions de km², cette puissance de 60 watts par m² mentionnée par l'Institut Astrophysique de Paris (IAP), cela fait bien une puissance moyenne de 30 000 000 GW (ou 30 milliards de MW). Et comme une centrale EPR c’est environ 1500 MW on trouve bien 20 millions de centrales EPR. Si l’on considère maintenant la puissance moyenne six fois plus importante de 350 watts par m² que reçoit la terre par rayonnement solaire d’après IAP cela ne correspond plus à 20 millions mais à 120 millions de centrales EPR ! (Voir la P 115)

Quant à un raisonnement basé sur de la loi sur la conservation de l’énergie, qui consisterait à dire que l’énergie rentrante de 350 watts/m² minorée de l’énergie rejetée de 290 watts/m²  serait une énergie rentrante supplémentaire de 60 watts/m² résultant de la présence dans l’atmosphère de gaz à effet de serre tels que le méthane (CH4) ou le gaz carbonique (CO2) il y a lieu d’être prudent au sujet de ces chiffres. Le CSLT a quoiqu’il en soit confiance dans les lois particulièrement dans celle de Boltzmann qui conduit à un calcul de la température du mélange eau froide- eau chaude tout à fait recevable physiquement (P 142). Cependant, cette puissance rentrante de 350 watts qui selon l’IAP serait reçu par m² de surface terrestre en assimilant notre planète à un corps noir doit retenir toute notre attention. Quiconque laisse sa voiture peinte noire au soleil sait que la température à l’intérieur de celle-ci est considérablement plus élevée que si elle est blanche. D’autre part les quantités d’énergie reçues par la terre en provenance du soleil sont certes considérables mais probablement pas à ce point. Toujours est-il que même si elles ne sont que 2000 fois supérieures au besoin ce qui semble être le cas l’on est en droit de se demander pourquoi l’on commence seulement à faire appel à lui pour assurer nos besoins en énergie.

Tableau 1 Lien d’accès au fichier Excel
et aux commentaires justifiant les chiffres indiqués dans les cellules
Les cellules sont protégées contre l’écriture.

Merci au lecteur découvrant une erreur de contacter l’auteur qui lui communiquera le mot de passe d’accès au fichier permettant la modification.

Evolution des températures

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 coté soleil est rejetée la nuit intégralement sur sa face cachée opposée au soleil, la température du corps noir c’est-à-dire de la terre reste inchangée. On a en effet

T = 288*(26 400/26 400)^1/4=288 °K

- Dans les conditions actuelles on a selon le CSLT qui fait confiance à la société Tehsol T'=288*((26 400 + 13)/26 400)^1/4=288,035°K

Soit sur la base d’un accroissement de la température de 0,036°C chaque année environ 3,6°C en un siècle. Ceci en supposant que les réserves ne soient pas épuisées d’ici là ce qui est peu probable. A noter qu’en complément des variations naturelles de la température sur terre liées à la rotation de la terre sur son axe nord-sud et au fait qu’elle tourne en un an autour du soleil notre planète s’éloigne et se rapproche du soleil sur des périodes beaucoup plus longue. Ces périodes peuvent allez selon Milutin Milankovic de 100 000 à 40 000 ans au rythme de l’alternance entre les périodes glacières et interglaciaires. Ceci avec des gradients de diminution et d’augmentation de température très probablement beaucoup plus faible

- 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 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. Une action pratique allant dans le sens d’une telle « Solar Water Economy à minima » aurait pour conséquence de ramener la consommation mondiale en énergie à un niveau tel que l’élévation de la température annuelle serait limitée à 0,027°C au lieu de 0,036°C

Quoiqu’il advienne on observe que la température sur terre augmente moins rapidement avec la SWE mais quoique l’on fasse le temps passe et la température augmente petit à petit. On comprend mieux le tableau ci-dessus en accédant aux commentaires des cellules du fichier Excel les plus importantes et en lisant ce qui suit :

1 Ce qui arrive annuellement du soleil

La densité du flux solaire au sommet de l’atmosphère serait selon WIKI voisine de 1300 kWh/m². Seule une partie de cette énergie arrive au niveau du sol. Selon la société Techsol un panneau solaire thermique situé en région parisienne délivre annuellement environ 622 kWh/m² ou 622 000 Wh/m² (Voir 119). Cela correspond à une puissance de 622 000 / 8760h = 71 watts/m². L’énergie rentrante supplémentaire de 60 watts/m² de l’IAP ne serait donc pas la différence entre ce qui arrive et ce qui est réémis mais à quelque chose près l’énergie qui arrive du soleil sur toute la terre si l’on prend ce qui arrive en France comme valeur de référence.

La vie d’homo sapiens sur terre dépend aussi de l’eau de mer

La surface des mers et des océans représentant 70% de la surface terrestre, il va falloir concentrer notre réflexion sur la capacité de l’eau de mer à emmagasiner ces 622 kWh* d’énergie thermique reçue annuellement par m² à la surface des océans. Il n’y a pas encore semble-t-il de statistique sur la hauteur moyenne de précipitation dans le monde mais quiconque a lu la revue « La recherche » et a compris le cycle évaporation-condensation de l’eau comprendra à partir de la figure ci-dessous qu’avec une hauteur moyenne voisine de 1 m, il y a correspondance entre deux chiffres :

- celui de Techsol à savoir les 600 kWh reçu annuellement par un m² de panneau solaire thermique assurant la fourniture de l’eau chaude sanitaire en région parisienne (Voir P 119 du livre sur l’énergie)

- celui obtenu à partir de la chaleur latente de vaporisation de l’eau dans la mesure où une chaleur latente 2 250 000 Joules/kg correspondant à 0,625 kWh/kg c’est aussi sensiblement égale à 625 kWh/m3

L’observation de cette équivalence permet de comprendre pourquoi l’énergie thermique qui nous arrive annuellement du soleil réchauffe l’eau de mer en 2 temps :

- tout d’abord par évaporation de l’eau à sa surface. Compte tenu de la chaleur latente de vaporisation de l’eau égale à 2 250 kilojoules/kg et de sa chaleur spécifique on sait qu’il faut environ 5 fois plus d’énergie thermique pour évaporer un m3 d’eau en la maintenant à la température constante de 100 °C (à savoir 625 kWh) que pour élever ce m3 d’eau de 0 à 100 °C (116 kWh) (Voir P21).  Figure 2

Il n’y a pas encore de statistique de faite concernant la hauteur de précipitation moyenne mondiale. Compte tenu de la chaleur latente de l’eau si cette valeur était de 1m c’est la plus grande partie de l’énergie rentrante qui serait incluse dans le cycle évaporation-condensation contrairement à ce qui indiqué sur cette figure

- puis par effet de condensation en réchauffant la surface des mers. Ceci heureusement en bénéficiant de la réserve thermique considérable des océans. On sait en effet que la température des océans diminue avec la profondeur (environ 4°C à partir de 1000m de profondeur avec une profondeur moyenne des océans voisine de 4000m), Figure 3

Nota
On sait qu’en raison de sa chaleur spécifique élevée, un m3 d’eau élève approximativement sa température de seulement 1°C lorsqu’il reçoit une énergie égale à 1 kWh. Il est probable que ces 600 kWh excédentaires ne vont vraisemblablement pas avoir le temps de se transmette par conduction ou convection sur une grande profondeur. Cela étant donné que toute cette énergie va être réémise par la terre pendant la nuit. Il n’y a donc pas de risque à ce niveau. En revanche la combustion des produits fossiles augmente la teneur en gaz carbonique (CO2) et provoque l’acidification de l’eau de mer. Ceci par le fait que le gaz carbonique plus lourd que l’air à tendance à descendre plutôt qu’à monter en affectant le phytoplancton et la chaîne alimentaire marine. 

Figure 4 Le volume d’eau qui s’évapore à la surface des océans est considérable et pourrait être voisin de quelque 180 000 milliards de m3. La part de ce volume qui par effet de condensation alimente la partie terrestre est elle aussi, considérable. Les hauteurs de précipitation ponctuelles sur la partie terrestre sont certes dans extrêmement variables d’un pays à l’autre. Pour info la valeur moyenne observée en France est proche de 0,8 m avec la aussi des hauteurs de précipitation différentes selon les régions française et les bassins versants. Cette variabilité des hauteurs de précipitation est encore plus le cas sur le plan international. Le lecteur intéressé par les formes d’énergie en liaison avec les interactions nucléaires forte et faible ainsi que dans l’interaction magnétique indiqué en rouge sur la figure ci-dessus peut se reporter au fichier suivant. Concernant la France métropolitaine environ 50 % des précipitations ruissèle en surface en alimentant nos fleuves et nos rivières. Les 50% restant se répartissant principalement entre l’évaporation et le ruissellement sous-terrain. Vu sa surface de 550 000 km² assortie à une hauteur de précipitation moyenne de 0,8 m et à sa population de 60 millions d’habitants, c’est un volume voisin de 3600 m³/an qui est disponible pour chacun de nous en eau de surface. Pour une différence de température de 10°C c’est une énergie thermique sensiblement 6 fois supérieur à notre besoin qui est ainsi mise à notre disposition.

2 Ce qu’homo sapiens consomme maintenant annuellement
L’agence internationale des énergies renouvelables l’IRENA estimait il y a de nombreuses années que le flux thermique qui nous parvient du soleil représente environ 1 800 fois la consommation mondiale en énergie de notre planète terre. (Voir page 35). Nous constatons que nous sommes effectivement assez près de ce chiffre dans la mesure où un apport thermique solaire de 26 431 Gtep est 2000 fois plus élevée que la consommation mondiale annuelle en énergie égale d’après l’Agence Internationale à 13 000 millions de tep ou 13 Gtep (1,9 tep par terrien).

Notre planète terre, c’est en l’an 2018, soit deux millénaires après la mort du christ, 7 milliards d’homo sapiens avec une surface de réception de l’énergie solaire (mer+terre) de 500 millions de km². Cela correspond à une surface disponible pour chaque homo sapiens de 71 400 m². Vu les 71 watts/m² thermique reçus par la terre du fait du rayonnement solaire cela correspond à une quantité d’énergie disponible annuellement pour chaque homo sapiens de 0,071 x 8760 x 71 400 = 44 408 000 kWh. Si l’on compare ce chiffre à la consommation moyenne de produits fossiles par terrien voisine de 21 500 kWh ** on s’aperçoit bien à nouveau qu’il reçoit du soleil une quantité d’énergie sensiblement 2000 fois supérieure à son besoin !

3 Qu’adviendrait-il si l’on continu sans modifier nos chaînes énergétiques

Réserves mondiales de produits fossiles sur terre selon l’OCDE :

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 fait une autonomie limitée à une cinquantaine d’années ce qui signifie que la Température sur terre à épuisement des ressources non renouvelables pourrait bien être 2°C supérieure à ce qu’elle est en 2018 (Voir cellule D27)
Ceci 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.

Synthèse

Pour résumer le Lutin nautique optimiste un peu frileux pourrait dire « Chouette moi qui craint l’eau froide » 

Quant au Lutin thermique pessimiste qui commence à prendre place en chacun de nous, 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 aussi que le gaz carbonique n’affecte la biodiversité marine. En raison de l’incroyable surabondance énergétique venant du soleil par rapport à ses 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 ne peut assumer financièrement parlant cette fiscalité effrénée 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 France. 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 la France elle-même. Le Conseil Supérieur des Lutins Thermiques (CSLT) garde en mémoire que les accords de Paris sur le climat ont été signés fin 2015 en se laissant cinq ans de réflexion avant de passer à l’action. Vu la complexité de tous les paramètres qui interfèrent les uns avec les autres il estime que la France ne peut pas encore être accusée d’inaction. Un quinquennat pour sortir de l’inaction après un siècle voire deux siècles d’immobilisme est pour finir une période assez courte. Pour cette raison l’intention de Green Peace de vouloir lancer dès à présent une procédure contre l’État devant le tribunal administratif deux ans avant l’échéance est pour le CSLT prématuré et source de conflits inutiles. Il craint qu’une action en justice à ce niveau ne freine l’action. Le seul avantage d’un tel procès serait d’atténuer 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 émanant à la fois de l’individu et de l’exécutif sur la nature des actions à prendre. 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 )

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.
Etape1 Etape2