Physique de l'effet de serre

[david3]

Je propose que chacun apporte ici sa pierre pour construire un mini-dossier sur la physique de l'effet de serre. Un seul critère : une explication simple des choses.

1 - L'effet de serre, comment ça marche d'un point de vue physique ? Pourquoi l'atmosphère interfère-t-elle avec le rayonnement thermique ? Qu'appelle-t-on réellement "Effet de Serre" ?

2 - Pourquoi le CO2 est un gaz à effet de serre ? Et pourquoi pas le dioxygène et le diazote de l'air ?

Qu'est-ce que le stretching et le bending du CO2 ?

3 - Qu'est-ce que la température d'équilibre d'une planète ? Qu'est ce que la loi de Planck ? De Wien ? De Stéfan ?

4 - Pourquoi le bilan énergétique

de la terre est actuellement en déséquilibre ? (et pourquoi la température de la terre va-t-elle continuer à augmenter jusqu'à atteindre une nouvelle température d'équilibre même si on cesse complètement d'émettre des gaz à effet de serre ?)

- Spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le système Terre-atmosphère vers l'espace :

Sur cette figure est représenté le spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le système Terre-atmosphère vers l'espace. En pointillés sont représentées les courbes d'émission des Corps Noirs à différentes températures. (un corps noir n'est pas nécessairement noir (!) mais émet de la lumière dont le spectre dépend uniquement de la température)

On note que le spectre n'est pas partout celui du Corps Noir à la température de la surface terrestre (entre 280K et 295K). On note en effet des baisse d'émission autour de longueurs d'ondes caractéristiques des bandes d'absorption-émission des principales molécules absorbantes de l'atmosphère :

- Vapeur d'eau : bande centrée à 6.25 micromètres.

- Ozone : 3 bandes : 9.0, 9.6 and 14.3 micromètres.

- Gaz carbonique : 4.3 et 15 micromètres.

Spectres d'absoption d'H20, O3, N2 etc. :

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosc...ffetdeserre.htm

- Géomètrie des molécules et bandes d'absorption :

L'absorption du rayonnement infrarouge dépend de la structure de la molécule : les molécules bi-atomiques et symétriques (O2, N2, H2...) sont très peu absorbantes dans le domaine infrarouge lointain (4 à 40 micromètres, domaine du spectre IR terrestre); les molécules non symétriques (H2O, CO2, CH4, CO...) sont beaucoup plus absorbantes. Par ailleurs, certaines piègent ce rayonnement infrarouge plus que d'autres, comme le CO2 (qui est relativement abondant et qui a une bande d'absorption pratiquement là où la Terre émet le plus : 15 microns).

Parmi les contributions significatives le méthane, les CFC, l'ozone. Ne pas oublier que le gaz qui contribue le plus à l'effet de serre reste H2O dont la concentration varie énormément en fonction des facteurs météorologiques.

Pour qu'un gaz puisse jouer un rôle dans l'effet de serre (naturel ou additionnel), il faut qu'il ait des propriétés d'absorption (et donc de réémission) dans le domaine d'émission du système Terre-atmosphère considéré comme un corps noir autour de 260-280K. Ce domaine spectral correspond à l'infrarouge thermique entre 4 microns et 40 microns. Dans ce domaine, les molécules considérées absorbent un photon et passent d'un état fondamental à un état excité de vibration.

Cette capacité d'absorption est alors directement liée aux propriétés spectroscopiques des molécules et donc à leur structure (capacité à "vibrer

"). Les molécules diatomiques comme le diazote N2 et le dioxygène O2 n'ont pas cette capacité de vibration et donc n'absorbent pas le rayonnement dans le domaine des longueurs d'onde infrarouge Elles ne jouent donc pas de rôle dans l'effet de serre.

Qui peut aller plus loin dans l'explication ?

Un bon début ici :

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosc...rtie2_2.htm#Mol

- Gaz à effet de serre :

La capacité des constituants atmosphériques à piéger le rayonnement infrarouge est donc liée à leurs propriétés de structure moléculaire. Leur rôle relatif dans l'effet de serre est alors fonction de leur concentration dans l'atmosphère et du degré de saturation des transitions, lié précisément à cette concentration relative.

Ainsi, l'effet de serre naturel est principalement dû à H2O et CO2. Compte tenu des concentrations actuelles de ces gaz dans l'atmosphère, aux longueurs d'onde considérées, l'absorption du rayonnement est totale. Une augmentation de concentration de ces gaz ne conduit pas alors à une augmentation proportionnelle de l'absorption (relation non linéaire). Ceci explique que le doublement du gaz carbonique de 350 ppmv à 700 ppmv ne conduise qu'à un apport d'énergie supplémentaire de 4 W/m2 alors que l'effet actuel (qui correspond à un passage de 0 ppmv à 350 ppmv) est d'environ 50 W/m2

Ceci explique aussi que des constituants moins abondants comme le méthane (1.8 ppmv), l'ozone (0.04 ppmv) ou les CFC (0.003 ppmv) puissent in fine jouer un rôle relatif important dans l'effet de serre additionnel dans la mesure où leurs bandes d'absorption sont situées à des longueurs d'onde différentes de celles de H2O et CO2.

Ainsi, à masse égale relâchée aujourd'hui dans l'atmosphère, le méthane a un pouvoir de piégeage du rayonnement 56 fois supérieur à celui du CO2, l'ozone 1 200 fois et les CFC entre 4 000 et 8 000 fois.

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosc...ffetdeserre.htm

Loi de Planck (qui veut la démontrer ? ) :

Fémi = Flux émis

h = 6.63 10-34 J.s : constante de Planck

kB = 1.38 10-23 J/s constante de Boltzmann

c = 3.00 108 m/s vitesse de la lumière

Lambda : longueur d'onde.

T : Température du corps opaque.

Loi de Wien. Cette loi dite du "déplacement de Wien" découle directement de la formule de Planck.

Pour une température donnée, elle donne la valeur de la longueur d'onde où le flux est maximal.

La loi de Stéfan est la simple intégration de la loi de Planck sur l'ensemble des longueurs d'onde.

Pour T=6000K, on a Fp=Fi=73.000.000 W/m2/K-4

Pour T=300K, on a Fp=Fi=459 W/m2/K-4

La formule de Stefan est d'une importance capitale et rappelle que les flux incidents et partants ne sont fonction que de la température. On note la forte dépendance en T puisqu'il s'agit d'une puissance quatrième.

Alors que la Température du Soleil n'est que 20 fois plus élevée que celle de la Terre, son flux partant est 160000 fois plus élevé. Plus de détails : http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosc...html#definition

Qui serions-nous et que saurions-nous sans la physique ? /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

- Bilan "classique" - A l'équilibre :

L'absorption de la partie non réfléchie du rayonnement solaire (flèches jaunes) par l'atmosphère et et la surface terrestre réchauffe le système climatique. Pour se refroidir, ce dernier doit émettre de l'énergie vers l'espace sous forme de rayonnement. Cette émission provient de la surface elle-même, mais aussi des nuages et de différentes molécules atmosphériques. Ces corps étant à des températures entre 220 et 300K, cette émission s'effectue dans l'infrarouge (flèches rouges).

Cette figure résume les transformations de l'énergie solaire incidente et rappelle les différents processus du bilan radiatif terrestre. Les chiffres sont basés sur un flux de 100w/m2 au sommet de l'atmosphère. On peut aussi raisonner en pourcentage des 340watts incidents au sommet de l'atmosphère.

Cliquez sur les textes soulignés pour en savoir plus.

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosc...3/partie3_1.htm

- Mise en évidence du déséquilibre énergétique de la terre :

" Any debate or discussion about climate change starts from the basic fact that Earth's temperature depends on the balance between how much solar energy the Earth absorbs and how much it radiates back into space.

Scientists at NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS) have completed a study of the Earth's energy balance using a combination of global climate models, ground-based measurements, and satellite observations, and they have some important news. Not only is Earth absorbing about 0.85 Watts of energy per square meter more than it is radiating back to space, but a sizable chunk (= gros morceau) of that excess energy is "hiding" (se cache, se dissimule) in Earth's oceans, its full effect on the climate system still unrealized...."

Non seulement la terre absorbe environ 0,85 watt d'énergie par mètre carré de plus que ce qui est rayonné vers l'espace, mais un gros morceau de l'excès d'énergie se dissimule dans les océans, ses pleins effets sur le système climatique demeure non réalisé (traduction approximative)

http://www.giss.nasa.gov/research/news/20050428/

...> temps de réponse, inertie du sytème

-

These maps show observed (top) and modeled (below) energy imbalances in the top 750 meters (2,461 feet) of the world's oceans from 1993-2003. Areas where there was an energy surplus are shown in shades of yellow to red, while areas where there was an energy deficit are in shades of green to purple.

Ten years of observations show that Earth's oceans absorbed an average of 6.02 excess watt-years of energy per square meter (a watt-year is the total amount of energy supplied by 1 watt of power for a year.) Model simulations are in close agreement: an average of five "runs" of the GISS climate model to simulate evolution of the climate since 1880 predicts that by 2003, the imbalance would be about 5.98 watt-years per square meter.

The present planetary energy imbalance is large by standards of Earth's history. For example, an imbalance of 1 Watt per square meter maintained for the last 10,000 years is sufficient to melt ice equivalent to 1 kilometer of sea level (if there were that much ice), or raise the temperature of the ocean above the thermocline [the boundary layer between the warm, surface waters and the deep ocean] by more than 100°C.

/emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">Le déséquilibre actuel de la terre est vraiment grand au regard des "standards" de son histoire. Par exemple, un déséquilibre de 1 Watt par mètre carré maintenu pendant 10 000 ans est suffisant pour faire fondre suffisement de glace pour que le niveau des océans monte de 1 kilomètre (s'il y avait cette quantité de glace), ou faire monter le température de l'océan au delà du thermocline au dessus de 100°C. (traduction approximative)

Earth's average global temperatures have not increased enough since 1880 to account for the total energy imbalance.

La température terrestre n'a pas augmenté assez depuis 1880 au regard du déséquilibre énergétique

Although some of the excess heat has gone to melt snow and ice and to warm the land surface, much of the energy imbalance that has accumulated since 1880 has been stored in the ocean and has not made its presence felt.

Bien qu'une partie de la chaleur ait été utilisée pour faire fondre la galce et pour chauffer les surfaces continentales, la plus grande partie du déséquilibre énegétique accumulé depuis 1880 a été stockée dans les océans et n'a pas encore fait sentir ses effets.

Instead, the scientists say that in addition to the 0.6-0.7°C warming that has happened over the past century or so, an additional 0.6°C increase in average global temperatures remains "in the pipeline," even if greenhouse gas concentrations and other climate-warming influences immediately stopped increasing.

Les scientifiques disent que, en plus du réchauffement de 0,6-0,7°C du siècle dernier, une augmentation de 0,6°C supplémentaires de la température globale moyenne reste dans le pipeline, et même si les concentrations de CO2 cessaient immédiatement de croître.

The "lag time" between when the oceans absorb excess energy and when that excess produces observable changes in global temperature can be a two-edged sword.

Le décalage, le délai entre le moment où les océans absorbent l'excès d'énergie et le moment où cet excès produit des effets observables au niveau de la températue globale peut être une "épée à double tranchant"

In their introduction to their research paper, published today in the scientific journal Science, the authors wrote : This delay provides an opportunity to reduce the magnitude of anthropogenic climate change before it is fully realized, if appropriate action is taken. On the other hand, if we wait for more overwhelming empirical evidence of climate change, the inertia implies that still greater climate change will be in store, which may be difficult or impossible to avoid.

Ce délai nous donne une chance pour réduire l'amplitude du changement anthropogènique du climat, avant qu'il soit complètement réalisé, ceci si des mesures appropriées sont prises. A l'opposé, si nous attendons davantage de preuves expérimentales accablantes, l'inertie du sytème implique qu'un changement climatique encore plus grand sera "en réserve", changement qui sera alors difficile voir impossible à éviter.

http://www.giss.nasa.gov/research/news/20050428/

- Causes du déséquilibre - Forçages :

Attribution of 20th Century climate change to CO2

http://www.realclimate.org/index.php/archi...e-to-cosub2sub/

- Evolution de la température de la Terre - Projections du GIEC :

Références :

- Dossier ENS : http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosc...intro.htm#table

- Earth's Energy Out of Balance, Hansen et al, 2005

http://www.giss.nasa.gov/research/news/20050428/

[holon]

Salut David, bonne initiative.

Voici tirées du site http://www.dossiersdunet.com/article401.html des images expliquant le bilan radiatif dans l'atmosphère. C'est simplifié mais très instructif pour ceux qui ne veulent pas passer beaucoup de temps dans les articles. L'auteur est Marie-Antoinette Mélières du LGGE. Attention, il s'agit de flux moyens sur le globe (surface ou atmosphère).

[david3]

Merci Holon, c'est exactement le genre de schémas que je cherche !

[david3]

Données sur les forçages :

Ref : http://www.giss.nasa.gov/data/simodel/

[sirius]

Bonjour

Je tombe par hasard sur ce fil et j'y relève une erreur que je corrige tout de suite

Pour qu'un gaz puisse jouer un rôle dans l'effet de serre (naturel ou additionnel), il faut qu'il ait des propriétés d'absorption (et donc de réémission) dans le domaine d'émission du système Terre-atmosphère considéré comme un corps noir autour de 260-280K. Ce domaine spectral correspond à l'infrarouge thermique entre 4 microns et 40 microns. Dans ce domaine, les molécules considérées absorbent un photon et passent d'un état fondamental à un état excité de vibration

Cette capacité d'absorption est alors directement liée aux propriétés spectroscopiques des molécules et donc à leur structure (capacité à "vibrer"). Les molécules diatomiques comme le diazote N2 et le dioxygène O2 n'ont pas cette capacité de vibration et donc n'absorbent pas le rayonnement dans le domaine des longueurs d'onde infrarouge Elles ne jouent donc pas de rôle dans l'effet de serre.

Qui peut aller plus loin dans l'explication ?

Les molécules diatomiques ont in spectre de vibration, c'est ce qui cause l'absorption par l'oxygène dans le domaine du visible (pas grand chose mais vers 0,76 µm) et surtout dans l'UV

Non, ce sont les spectres de rotation que ces molécules ne peuvent pas avoir: il suffit de les regarder, elles sont symétriques et quand elles tournent sur elles m^mes , rien ne change. Il n'y a dons pas de niveaux d'énergie de rotation disponibles pour ces momécules et donc pas 'absorption possible.

(C'est un peu plus compliqué parce que la vibration les déforme et que, donc, elles deviennent un peu assymétriques mais, en gros, c'est ça)

Les molécules de trois atoimes et plus n'ont plus cette structure et donc lorsqu'elles tournent sur elles m^mes, leur état d'énetgie peut se trouver différencié par exemple le CO2 qui est une molécule linéaire pourtant O-C-O peut se plier autour de l'atome de carbone par vibration et donc quand elle tourne, sa structure ne se retrouve pas à l'identique à chaque instant

Ce sont donc , au contraire, les spectres de rotation qui sont responsables de l'absorption dans l'IR thermique ou/et de vibration/rotation

vibration/rotation parce que une molécule fait tout en même temps: elle se déplace et donc se télescope avec d'autres molécules et c'est la chaleur, ses électrons changent d'orbite et cs sont les spectres électroiniques (très énergétiques: UV durs), elle vibres (UV et visible, elle tourne IR thermique si la rotation est seule en cause).

Autre chose: la vapeur d'eau absorbe presque partout: la bande 6,3 *m qui est citée est une bande de vibration - rotation très intense mais le postne dit rien de la bande de rotation pure de la vapeur d'eau qui s'étale de 12 µm jusque dans le Hertzien. Entre 8 et 12 µm se trouve ce qu'on appelle la fenêtre atmosphérique mais la transparence n'y est pas parfaite essentiellement encore à cause de la vapeur d'eau.

Si ça intéresse qq un on peut expliquer tout ça en détail

J'oubliais de dire que nonobstant ces détails, ce dossier est fort bien fait dans l'ensemble. Bravo.

[Alain Coustou]

Les molécules diatomiques ont in spectre de vibration, c'est ce qui cause l'absorption par l'oxygène dans le domaine du visible (pas grand chose mais vers 0,76 µm) et surtout dans l'UV

Non, ce sont les spectres de rotation que ces molécules ne peuvent pas avoir: il suffit de les regarder, elles sont symétriques et quand elles tournent sur elles m^mes , rien ne change. Il n'y a dons pas de niveaux d'énergie de rotation disponibles pour ces momécules et donc pas 'absorption possible.

(C'est un peu plus compliqué parce que la vibration les déforme et que, donc, elles deviennent un peu assymétriques mais, en gros, c'est ça)

Les molécules de trois atoimes et plus n'ont plus cette structure et donc lorsqu'elles tournent sur elles m^mes, leur état d'énetgie peut se trouver différencié par exemple le CO2 qui est une molécule linéaire pourtant O-C-O peut se plier autour de l'atome de carbone par vibration et donc quand elle tourne, sa structure ne se retrouve pas à l'identique à chaque instant

Ce sont donc , au contraire, les spectres de rotation qui sont responsables de l'absorption dans l'IR thermique ou/et de vibration/rotation

vibration/rotation parce que une molécule fait tout en même temps: elle se déplace et donc se télescope avec d'autres molécules et c'est la chaleur, ses électrons changent d'orbite et cs sont les spectres électroiniques (très énergétiques: UV durs), elle vibres (UV et visible, elle tourne IR thermique si la rotation est seule en cause).

Autre chose: la vapeur d'eau absorbe presque partout: la bande 6,3 *m qui est citée est une bande de vibration - rotation très intense mais le postne dit rien de la bande de rotation pure de la vapeur d'eau qui s'étale de 12 µm jusque dans le Hertzien. Entre 8 et 12 µm se trouve ce qu'on appelle la fenêtre atmosphérique mais la transparence n'y est pas parfaite essentiellement encore à cause de la vapeur d'eau.

Si ça intéresse qq un on peut expliquer tout ça en détail

J'oubliais de dire que nonobstant ces détails, ce dossier est fort bien fait dans l'ensemble. Bravo.

Oui, c'est un dossier excellent.Merci à vous trois, David, Holon et Sirius.

[Gallad]

L'absorption du rayonnement infrarouge dépend de la structure de la molécule : les molécules bi-atomiques et symétriques (O2, N2, H2...) sont très peu absorbantes dans le domaine infrarouge lointain (4 à 40 micromètres, domaine du spectre IR terrestre); les molécules non symétriques (H2O, CO2, CH4, CO...) sont beaucoup plus absorbantes. Par ailleurs, certaines piègent ce rayonnement infrarouge plus que d'autres, comme le CO2 (qui est relativement abondant et qui a une bande d'absorption pratiquement là où la Terre émet le plus : 15 microns).

Parmi les contributions significatives le méthane, les CFC, l'ozone. Ne pas oublier que le gaz qui contribue le plus à l'effet de serre reste H2O dont la concentration varie énormément en fonction des facteurs météorologiques.

Pour qu'un gaz puisse jouer un rôle dans l'effet de serre (naturel ou additionnel), il faut qu'il ait des propriétés d'absorption (et donc de réémission) dans le domaine d'émission du système Terre-atmosphère considéré comme un corps noir autour de 260-280K. Ce domaine spectral correspond à l'infrarouge thermique entre 4 microns et 40 microns. Dans ce domaine, les molécules considérées absorbent un photon et passent d'un état fondamental à un état excité de vibration.

Cette capacité d'absorption est alors directement liée aux propriétés spectroscopiques des molécules et donc à leur structure (capacité à "vibrer

"). Les molécules diatomiques comme le diazote N2 et le dioxygène O2 n'ont pas cette capacité de vibration et donc n'absorbent pas le rayonnement dans le domaine des longueurs d'onde infrarouge Elles ne jouent donc pas de rôle dans l'effet de serre.

Je reprends sur cette première partie de l'exposé, qui est extraite du site de l'ENS Lyon: http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...atif-terre2.xml

Je m'interroge sur ce passage qui fait du CO2 un GES, tandis que l'azote et l'oxygène se sont pas catalogués comme tels.

Or si l'on observe les spectres de transmittance qui sont montrés sur la même page, la différence entre CO2 et N2/O2 n'est pas flagrante. Entre 1 µm et 14 µm, ce sont même ces 2 derniers gaz qui absorbent davantage !

Spectre du CO2:

Spectre du N2 ou du O2 (ils sont jumeaux):

Le CO2 absorbe beaucoup sur une bande étroite à 4 µm, mais la Terre émet très peu à cette longueur d'onde, donc ce n'est pas là que se joue la différence.

Les graphes ne vont certes pas très loin sur l'échelle des longueurs d'onde (<17 µm) alors que la Terre rayonne encore sensiblement jusqu'à 40 µm et plus. Est-ce là que se fait la différence ? Mais dans ce cas, pourquoi ne pas proposer des graphes plus complets ?

Où est le loup ?

[sirius]

Je reprends sur cette première partie de l'exposé, qui est extraite du site de l'ENS Lyon: http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...atif-terre2.xml

Je m'interroge sur ce passage qui fait du CO2 un GES, tandis que l'azote et l'oxygène se sont pas catalogués comme tels.

Or si l'on observe les spectres de transmittance qui sont montrés sur la même page, la différence entre CO2 et N2/O2 n'est pas flagrante. Entre 1 µm et 14 µm, ce sont même ces 2 derniers gaz qui absorbent davantage !

Spectre du CO2:

Spectre du N2 ou du O2 (ils sont jumeaux):

Le CO2 absorbe beaucoup sur une bande étroite à 4 µm, mais la Terre émet très peu à cette longueur d'onde, donc ce n'est pas là que se joue la différence.

Les graphes ne vont certes pas très loin sur l'échelle des longueurs d'onde (<17 µm) alors que la Terre rayonne encore sensiblement jusqu'à 40 µm et plus. Est-ce là que se fait la différence ? Mais dans ce cas, pourquoi ne pas proposer des graphes plus complets ?

Où est le loup ?

D'où vient la 2e courbe (lje la retrouve pas) .

Par ailleurs les spectres de N2 et de O2 ne peuvent pas être jumeaux puisque les masses de N et de O ne sont pas identiques (les moments d'inertie des deux molécules sont donc forcément différents et du coup les spectres)

Enfin pourquoi toujours chercher un loup? La raison est on ne peut plus bête: il a utilisé des données de son labo et ils font pas de mesure au delà de 15 ou 16 µm , j'imagine, ce n'est pas si évident. C'est la bande 15 µm qui est importante .

Et puis, il y a en dessous une figure bien plus intéressante, pourquoi ne le regardes tu pas?

[Gallad]

D'où vient la 2e courbe (lje la retrouve pas) .

Par ailleurs les spectres de N2 et de O2 ne peuvent pas être jumeaux puisque les masses de N et de O ne sont pas identiques (les moments d'inertie des deux molécules sont donc forcément différents et du coup les spectres)

Les spectres N2 et O2 exposés sont pourtant quasi-identiques. Ils sont sur les figures 1 et 2 de cette page:

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...effet-serre.xml

De toutes façons, la seule comparaison du N2 et du CO2 suscite la même question: en terme d'effet de serre, où se fait la différence ?

Si le CO2 absorbe beaucoup vers 15 µm, on voit qu'il absorbe un peu plus de 50% d'infrarouge à cette valeur, mais de façon très localisée. Le N2 n'en absorbe que 25% environ, mais ça paraît quand même très juste de trouver une différence décisive sur ce seul créneau vers 15 µm...

C'est peut-être le cas en fait, mais ça n'a vraiment rien d'évident: le N2 absorbe davantage que le CO2 avant 14 µm (quelque chose comme 15% contre 10%), et cette fois-ci sur une large plage, là où la Terre émet au maximum. (selon la loi de Wien, ce maximum est aux alentours de 10 µm.)

Ceci sans même parler du fait que le taux de CO2 est plusieurs milliers de fois inférieur à ceux du N2 et de l'O2.

La figure que tu proposes ne répond pas à ma question précise. Elle ne considère justement pas les effets du N2 et le O2, mais seulement de quelques gaz catalogués "gaz à effet de serre".

[sirius]

Les spectres N2 et O2 exposés sont pourtant quasi-identiques. Ils sont sur les figures 1 et 2 de cette page:

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...effet-serre.xml

De toutes façons, la seule comparaison du N2 et du CO2 suscite la même question: en terme d'effet de serre, où se fait la différence ?

Si le CO2 absorbe beaucoup vers 15 µm, on voit qu'il absorbe un peu plus de 50% d'infrarouge à cette valeur, mais de façon très localisée. Le N2 n'en absorbe que 25% environ, mais ça paraît quand même très juste de trouver une différence décisive sur ce seul créneau vers 15 µm...

C'est peut-être le cas en fait, mais ça n'a vraiment rien d'évident: le N2 absorbe davantage que le CO2 avant 14 µm (quelque chose comme 15% contre 10%), et cette fois-ci sur une large plage, là où la Terre émet au maximum. (selon la loi de Wien, ce maximum est aux alentours de 10 µm.)

Ceci sans même parler du fait que le taux de CO2 est plusieurs milliers de fois inférieur à ceux du N2 et de l'O2.

La figure que tu proposes ne répond pas à ma question précise. Elle ne considère justement pas les effets du N2 et le O2, mais seulement de quelques gaz catalogués "gaz à effet de serre".

N'essaie donc pas réinventer la spectro à toi tout seul .

As tu lu ce que l'auteur lui m^me a écrit au dessus de ces courbes

L'effet de serre est une analogie qui traduit en réalité une propriété physique : l'absorption du rayonnement infrarouge (IR) par un corps. Tous les gaz (ou autres corps) qui sont transparents au rayonnement visible et qui absorbent partiellement le rayonnement infrarouge tellurique participent à l'effet de serre de l'atmosphère. L'absorption du rayonnement infrarouge dépend de la structure de la molécule. Les molécules bi-atomiques et symétriques (O2, N2, H2...) sont très peu absorbantes dans le domaine infrarouge lointain (4 à 40 μm (micromètres : 10-6m), domaine du spectre IR terrestre). Les molécules triatomiques ou non symétriques (H2O, CO2, CH4, CO...) sont beaucoup plus absorbantes. Par ailleurs, certaines piègent ce rayonnement IR plus que d'autres, comme le CO2 (qui est relativement abondant et qui a une bande d'absorption pratiquement là où la Terre émet le plus : 15 μm). Parmi les principaux contributeurs à l'effet de serre, on comptera le méthane, les CFC (chlorofluorocarbures), l'ozone. Il ne faut pas oublier que le gaz qui contribue le plus à l'effet de serre reste H2O dont la concentration varie énormément en fonction des facteurs météorologiques.

Réponse plus détaillée :

Pour qu'un gaz puisse jouer un rôle dans l'effet de serre (naturel ou additionnel), il faut qu'il ait des propriétés d'absorption (et donc de réémission) dans le domaine d'émission du système Terre-atmosphère considéré comme un corps noir autour de 260 à 280 K. Ce domaine spectral correspond à l'infrarouge thermique entre 4 μm et 40 μm. Dans ce domaine, les molécules considérées absorbent un photon et passent d'un état fondamental à un état excité de vibration.

Cette capacité d'absorption est directement liée aux propriétés spectroscopiques des molécules et donc à leur structure (leur capacité à « vibrer »). Les molécules diatomiques comme le diazote N2 et le dioxygène O2 n'ont pas cette capacité de vibration et donc n'absorbent pas le rayonnement dans le domaine des longueurs

Moralité: ces spectres ne sont pas corrigés de la fonction d'appareil.

Leur spectro chute en sensibilité au delà de 15 µm

Les molécules diatomiques n'ont pas de spectre de vibration

Je l'ai déjà expliqué plus haut et c'est redit là très explicitement.

les niveaux d'énergie de vibration correpondent à des énergies élevées, cad à des fréquences élevées ou encore à des longueurs d'onde courtes.

Ces molécules ne sont pas déformées lorsqu'elles tournent sur elles mêmes . Plus exactement leur moment d'inertie n'est pas modifié par la rotation sauf si elles sont déformées par la vibration. Elles n'ont donc pas de spectre de rotation pure.

Les figures présentées ont une très mauvaise résolution spectrale, on ne voit pas de détail, elles sont pas faites pour ça. Elles ne sont peut être pas très bonnes pédagogiquement puisqu'elles te trompent.

[Invité]

Les figures présentées ont une très mauvaise résolution spectrale, on ne voit pas de détail, elles sont pas faites pour ça. Elles ne sont peut être pas très bonnes pédagogiquement puisqu'elles te trompent.

à mon sens l'auteur a surtout voulu mettre en évidence les raies d'absorption IR et pas quantifier réellement la transmittance.

[Gallad]

Les figures présentées ont une très mauvaise résolution spectrale, on ne voit pas de détail, elles sont pas faites pour ça. Elles ne sont peut être pas très bonnes pédagogiquement puisqu'elles te trompent.

Ah bon, la résolution est si mauvaise, au point qu'on lise que la transmittance du N2 et du O2 n'est pas toujours de 100% ? /emoticons/tongue@2x.png 2x" width="20" height="20">

Faut peut-être pas pousser mémé dans les orties, quand même...Je ne prétends pas avoir raison au bout du compte, mais il faudrait des arguments un peu moins gros.

Allons-y pas à pas. Dans cette page web de l'ENS-Lyon, on peut lire cette phrase, qui est reprise dans le post initial de cette discussion:

"Les molécules diatomiques comme le diazote N2 et le dioxygène O2 n'ont pas cette capacité de vibration et donc n'absorbent pas le rayonnement dans le domaine des longueurs d'onde infrarouge Elles ne jouent donc pas de rôle dans l'effet de serre."

...or juste en-dessous, apparaissent les figures pour N2 et du O2, qui montrent que ces 2 gaz absorbent bien dans l'infrarouge.

Est-on déjà d'accord sur le fait qu'il y a une contradiction entre la phrase et les figures ?

Du reste, pourquoi des molécules diatomiques n'auraient-elles pas la fameuse capacité de vibration, par étirement-contraction ?

à mon sens l'auteur a surtout voulu mettre en évidence les raies d'absorption IR et pas quantifier réellement la transmittance.

Et quand tu exposes des courbes, tu ne cherches pas à donner des infos quantitatives ?

Soyons sérieux.

[Invité]

Et quand tu exposes des courbes, tu ne cherches pas à donner des infos quantitatives ?

Soyons sérieux.

Et bien non, on peut très bien donner des informations qualitatives, c'est pas interdit.

Mais puisque tu es quelqu'un de sérieux qui passe son temps à donner des cours de "sérieux" et de rigueur scientifique, procède donc de façon scientifique et renseigne toi directement à la source.

Il faudrait donc, sans te commander, que tu poses directement la question à celui qui fait la manip.

Et puis, muni de sa réponse, tu viendras peut-être nous expliquer, à nous, pauvres béotiens de l'absorption moléculaire IR.

[Invité]

sinon pour ceux qui veulent tout de même avoir quelques infos supplémentaires voici, tiré d'un modèle de calcul spectral, les spectres IR de H2O, CO2 et N2.

On verra qu'il n'existe bien sûr pas de raies d'absorption de la molécule d'azote dans le domaine 2-20 microns.

Cette molécule n'ayant pas de moment dipolaire ne peut donc ni "roter" ni vibrer du moins dans ces domaines d'énergie.

[Gallad]

Et bien non, on peut très bien donner des informations qualitatives, c'est pas interdit.

Ah bon, et ça c'est du qualitatif ?

C'est trop énorme et il est inutile que j'aille plus loin, la bonne foi ne peut jamais rien contre la mauvaise...

[Modération : Attention Gallad, je valides, mais tu es limites au niveau du ton.]

[sirius]

Ah bon, la résolution est si mauvaise, au point qu'on lise que la transmittance du N2 et du O2 n'est pas toujours de 100% ? /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Faut peut-être pas pousser mémé dans les orties, quand même...Je ne prétends pas avoir raison au bout du compte, mais il faudrait des arguments un peu moins gros.

Faut peut être pas pousser mémère mais faudrait réfléchir un peu au sens des mots: en spectrocopie, on parle de résolution spectrale, donc sur l'axe des x.

Meteor te fournit un spectre bien résolu (on y voit la structure fine)

T'as pas lu ou pas compris ce que je te disais et ai déjà écrit 4 ou 5 fois sans compter la discussion ouverte par damien:

les molécules dipolaires sont tellement symétriques qu'elle ne possèdent pas de dipôle électrique permanent.

Or c'est l'existence de ce dipôle qui permet d'avoir des niveaux d'énergie de rotation.

Pour le demontrer on utilise la tjéorie des groupes: opn regarde si la molécule modifie une de ses caractéristiques lors d'une vibration ou d'une rotation.

Les transitions vibrationelles mettent en jeu des énergies importantes et se situent dans le visible et le très proche IR, les transitions électroniques plutôt dans l'UV et les transitions de rotation dans l'IT thermique et dans l'Hertzien.

Et quitte à pas pousser grand mère , j'imaginais quand même que tu savais cela avant de critiquer de façon aussi virulente une science finalement fort bien établie.

[charles.muller]

Le fait est que les schémas N2 et O2 de la page citée par Gallad :

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...effet-serre.xml

sont assez incompréhensibles, puisqu'il est dit que l'absorption est nulle alors que les graphiques montrent une transmittance variable de l'IR (sans transitions d'énergie en vibration-rotation pour le domaine spectral et les molécules concernées, cela devrait être 100%, non ?)

[sirius]

Le fait est que les schémas N2 et O2 de la page citée par Gallad :

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...effet-serre.xml

sont assez incompréhensibles, puisqu'il est dit que l'absorption est nulle alors que les graphiques montrent une transmittance variable de l'IR (sans transitions d'énergie en vibration-rotation pour le domaine spectral et les molécules concernées, cela devrait être 100%, non ?)

Oui bien sûr, c'est pour ça que j'imagine qu'ils sont un peu bruts de décoffrage et , comme le dit meteor pour donner une vague idée générale. Mais il faut lire ce petits caractères..../emoticons/tongue@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Gallad]

Faut peut être pas pousser mémère mais faudrait réfléchir un peu au sens des mots: en spectrocopie, on parle de résolution spectrale, donc sur l'axe des x.

Meteor te fournit un spectre bien résolu (on y voit la structure fine)

T'as pas lu ou pas compris ce que je te disais et ai déjà écrit 4 ou 5 fois sans compter la discussion ouverte par damien:

les molécules dipolaires sont tellement symétriques qu'elle ne possèdent pas de dipôle électrique permanent.

Or c'est l'existence de ce dipôle qui permet d'avoir des niveaux d'énergie de rotation.

Pour le demontrer on utilise la tjéorie des groupes: opn regarde si la molécule modifie une de ses caractéristiques lors d'une vibration ou d'une rotation.

Les transitions vibrationelles mettent en jeu des énergies importantes et se situent dans le visible et le très proche IR, les transitions électroniques plutôt dans l'UV et les transitions de rotation dans l'IT thermique et dans l'Hertzien.

Et quitte à pas pousser grand mère , j'imaginais quand même que tu savais cela avant de critiquer de façon aussi virulente une science finalement fort bien établie.

Une nouvelle fois, tu évites de répondre aux questions qui te dérangent, et tu te contentes de ressasser toujours les mêmes idées généralistes.

Les spectres d'absorption de l'ENS sont issus de mesures (Jacques Gentili au Laboratoire de Sciences de la Matière, ENS Lyon.)

Les spectres présentés par Meteor (dans l'hypothèse où il faut croire qu'ils ne sont pas donnés à titre qualitatif /emoticons/tongue@2x.png 2x" width="20" height="20"> ) sont issus d'un modèle de calcul. (source ??) Or si les hypothèses du modèle intègrent le fait que les molécules dipolaires n'absorbent pas, hé, pas étonnant qu'aucune absorption n'ait été trouvée...C'est encore une fois le processus d'autojustification, voire d'autointoxication des modèles dont j'ai parlé récemment, tant qu'ils ne sont pas confrontés à la réalité observée.

Or la réalité observée par l'ENS, c'est qu'il y a bien absorption dans l'infrarouge pour le N2 et l'O2. Et la réalité prime sur les modèles. Sinon, comment expliques-tu sérieusement la divergence ?

Je ne dis pas que ces courbes de l'ENS soient forcément justes, mais je répète ma question: comment expliques-tu sérieusement la divergence ? Sérieusement, c'est-à-dire sans passer par des considérations "pédagogiques" ou "qualitatives" qui tiennent plutôt de la farce. Merci de répondre précisément à cette question, sinon ce n'est pas la peine.

[Invité]

Le fait est que les schémas N2 et O2 de la page citée par Gallad :

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterr...effet-serre.xml

sont assez incompréhensibles, puisqu'il est dit que l'absorption est nulle alors que les graphiques montrent une transmittance variable de l'IR (sans transitions d'énergie en vibration-rotation pour le domaine spectral et les molécules concernées, cela devrait être 100%, non ?)

écoute Charles il faut savoir comment l'on réalise ce genre de spectre avant d'en tirer des conclusions.

donc je suggère à ceux qui se posent ce genre de question de contacter l'ENS-Lyon.

[Tomar]

Hello,

Les molécules diatomiques homonucléaires n'ont pas de moment dipolaire permanent. Pas de couplage avec les champs électromagnétiques, IR ou autre donc pas d'absorption IR.

Par contre elles ont bien des modes de vibration-rotation qu'on pourrait détecter en Raman, beaucoup moins que les molécules plus complexes bien sur (puisque pas de stretching ni de bending).

Donc pour l'IR, N2 et O2 n'absorbent pas plus que H2.

D'ailleurs les spectres donnés au messages 7 par Gallad sont très parlants :

Sur le premier on voit bien les bandes du C02, vers 3200 cm-1 (vers 4 µm, et d'autres plus faibles vers 15 µm) que tous les chimistes qui font un peu d'analyse IR connaissent bien.

Sur le suivant, on trouve les même bandes CO2 inversées ! Tout simplement parce que l'opérateur avait mal purgé son spectro et qu'il restait des traces de CO2 (sans doûte adsorbé...). Un grand classique de la spectro IR analytique.

On a aussi les bandes H2O vers 6 µm, même chose spectro mal purgé.

Sinon, la ligne de base chute vers 15-16 µm. Normal pour un spectro IR standard gamme 5000 à 600 cm-1 (environ 2 à 16 µm), on est en limite de sensibilité. l'opérateur n'a pas (pu) soustraire la ligne de base du spectre, qu'il aurait fallu prende dans le vide.

Le fait que N2 et O2 donnent le "même spectre", alors que ces molécules ont des orbitales moléculaires différentes, avec des énergies de liaison différentes, montre clairement qu'on a là simplement le spectre... de l'appareil.

[charles.muller]

écoute Charles il faut savoir comment l'on réalise ce genre de spectre avant d'en tirer des conclusions.

donc je suggère à ceux qui se posent ce genre de question de contacter l'ENS-Lyon.

Tu as raison, je leur ai écrit.

[Tomar]

Tu as raison, je leur ai écrit.

Vous vous noyer dans un verre d'eau.

Ce sont de "bêtes" spectres IR pris avec un spectro de la labo standard, qui montrent très clairement l'absence complete de bande d'absoption dans la gamme 4-16 µm pour N2 et O2.

Montrez-les à n'importe quel étudiant de DEA par exemple de chimie organique, ou technicien de labo d'analyse spectro IR qui vous confirmera...

[Invité]

Vous vous noyer dans un verre d'eau.

Ce sont de "bêtes" spectres IR pris avec un spectro de la labo standard, qui montrent très clairement l'absence complete de bande d'absoption dans la gamme 4-16 µm pour N2 et O2.

Montrez-les à n'importe quel étudiant de DEA par exemple de chimie organique, ou technicien de labo d'analyse spectro IR qui vous confirmera...

ben pour moi y a pas de pb tu sais bien...

[charles.muller]

Vous vous noyer dans un verre d'eau.

Ce sont de "bêtes" spectres IR pris avec un spectro de la labo standard, qui montrent très clairement l'absence complete de bande d'absoption dans la gamme 4-16 µm pour N2 et O2.

Montrez-les à n'importe quel étudiant de DEA par exemple de chimie organique, ou technicien de labo d'analyse spectro IR qui vous confirmera...

Attention bien : on ne remet en cause la lecture des graphes par une personne habituée à la spectro, mais il se trouve que ces graphes sont dans une page pédagogique où l'on répond à des questions de lycéen. Comme ils n'apportent rien (dans le cas du N2 et O2, il suffit d'expliquer pourquoi les molécules diatomiques ne jouent pas dans l'IR) et comme ils sont de lecture ambigue pour un non-initié, c'est la dimension pédagogique est qui est en cause.