Un effet de serre saturé, vraiment?

Comme beaucoup, j'avais jusqu' à récemment une vague idée du fonctionnement de l'effet de serre: la Terre reçoit un rayonnement du Soleil, n'en réfléchit qu'une partie, chauffe avec le reste, émet en retour vers l'espace un autre rayonnement, infrarouge, qui est plus ou moins bloqué par des gaz tels le CO2, le méthane ou la vapeur d'eau. Mettez plus de CO2 et la Terre chauffe. Facile, non ?

J'ai récemment visionné un épisode de "Science Étonnante" sur la supposée saturation de l'effet de serre et suis épaté d'apprendre à quel point ma compréhension du phénomène était éloignée de la réalité.

En réalité, le CO2 atmosphérique bloque déjà tout le rayonnement infrarouge (bloquable) émis par la surface de la Terre. Augmenter la quantité de CO2 atmosphérique ne change rien à cela. Voici un appât pour climato-sceptiques! Mais alors, pourquoi voulons-nous moins émettre de ce gaz?

En réalité, le CO2 agit comme un manteau, opaque aux infra-rouges concernés, qui tient chaud à la Terre. La surface émet et chauffe l'atmosphère proche, qui ré-émet à son tour en direction du sol et vers les couches supérieures de l'atmosphère. De proche en proche, le rayonnement atteint des couches suffisamment peu denses de l'atmosphère pour que le rayonnement émis vers le ciel ne soit plus intercepté et fuie vers l'espace. L'altitude moyenne d'émission pour le rayonnement infrarouge est de l'ordre de quelques kilomètres au-dessus du sol.

Ajouter du CO2 ne change pas vraiment le phénomène d'effet de serre près de la surface du globe, mais plutôt en altitude. Aux couches de l'atmosphère où le rayonnement pouvait s'échapper vers l'espace, il y a maintenant plus de CO2 et l'altitude moyenne d'émission a tendance à s'élever.

Or l'intensité du rayonnement suit une loi physique, dite de Stefan-Boltzmann, qui fait que la capacité d'un milieu à rayonner dépend très fortement de sa température: proportionnelle à la température en Kelvins à la puissance 4. Et chacun sait qu'il fait plus froid en haut de l'Everest que sur votre plage favorite, car dans cet intervalle d'altitude l'air se rafraîchit par chute de pression. L'air modérément humide perd ainsi 6°C par tranche de 1000 mètres.

La nouvelle altitude moyenne d'émission due à une augmentation de la pression en CO2 atmosphérique fait que ce rayonnement perd en intensité. La Terre se refroidit donc moins. "Not stonks" pour l'humanité.

Visionnage et lecture complémentaires:
- La saturation de l’effet de serre (ou pas) - David Louapre / Science Étonnante https://scienceetonnante.com/2023/10/06/la-saturation-de-leffet-de-serre/
- Dufresne & Treiner 2011 https://pedagogie.ac-rennes.fr/sites/pedagogie.ac-rennes.fr/IMG/pdf/effet_de_serre_jl-dufresnes_j-treiner_2011.pdf

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