De l'origine de l'effet de serre aux apports de la thermodynamique : Approche croisée des mécanismes climatiques d'après Fourier et Carnot

Résumé :
Quelle orientation aurait aujourd’hui la question climatique, si Fourier et Carnot s’étaient rencontrés ? Nous avons exploré les différentes pistes ouvertes par ces deux précurseurs, et avons identifié cinq grands mécanismes climatiques : 1– Répartition du potentiel radiatif La puissance radiative d’un corps étant fonction de la température à la puissance quatre, cela a deux conséquences importantes : Le rayonnement thermique de la Terre varie en tout point de sa surface, et le potentiel radiatif du globe dépend de la distribution des températures à sa surface. La température moyenne varie entre 158 et 279 K, suivant que la répartition est hétérogène ou homogène. 2– Machine thermique terrestre La rotondité même de la Terre engendre un différentiel de température entre l’équateur et les pôles, à l’origine des mouvements de l’atmosphère et des océans (énergie mécanique). Ceux-ci réduisent les écarts de températures qui leur donnent naissance. Nous avons donc deux tendances antagonistes. Ce qui se traduit par une oscillation autour d’un point d’équilibre, qu’illustrent les bulletins météorologiques. 3– Régulation thermique de l’eau L’eau est présente sur Terre sous ses trois phases, dont chaque changement capte ou libère une grande quantité de chaleur, jouant ainsi un rôle régulateur primordial. 4– Pompage thermique La vapeur d’eau transporte de grandes quantités de chaleur des régions chaudes vers les régions froides, proportionnellement au nombre de cycles d’évaporation/condensation. Plus la durée de vie de la vapeur d’eau dans l’atmosphère est courte, et plus le nombre de cycles sera important. 5– Freinage radiatif Depuis Fourier, l’on a cartographié les degrés de transmittance des gaz pour mettre en évidence une plus grande opacité des molécules complexes dans le rayonnement infrarouge. Cela joue sur l’ensemble du flux radiatif de la Terre, mais le faible temps de séjour dans l’atmosphère modère fortement l’énergie radiative en transit.
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