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Approche thermodynamique de l’effet de serre
par Guillaume Legros
Université Pierre et Marie Curie ‒ Paris6 UMR 7190 Institut Jean le Rond d’Alembert email: [email protected] tél: 01 30 85 48 84
Licence 2nde année Jussieu, année 2014/2015
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Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Introduction à l’effet de serre
Définition
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Définition
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement
Forçage radiatif
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement
Modèle simple:
A l’équilibre système + enveloppe: Qext,e = Qe,ext
Equilibre du système: Qs,e = Qe,s
Système extérieur
Enveloppe Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement.
Modèle simple:
A l’équilibre système + enveloppe: Qext,e = Qe,ext
Equilibre du système: Qs,e = Qe,s
Système extérieur
Enveloppe Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement.
Modèle simple:
Avec ce modèle, le déplacement d’équilibre du système ne dépend que de l’irradiation solaire (Qext,e).
Système extérieur
Enveloppe Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement.
Modèle plus complexe:
A l’équilibre système + enveloppe: Qext,e + Qext,s = Qe,ext + Qs,ext
Equilibre du système
Système extérieur
Enveloppe
Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e Qext,s
Qs,ext
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement.
Modèle plus complexe:
A l’équilibre système + enveloppe: Qext,e + Qext,s = Qe,ext + Qs,ext
Equilibre du système
Système extérieur
Enveloppe
Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e Qext,s
Qs,ext
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement.
Modèle plus complexe:
A l’équilibre système + enveloppe: Qext,e + Qext,s = Qe,ext + Qs,ext
Equilibre du système
Système extérieur
Enveloppe
Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e Qext,s
Qs,ext
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Influence de l’atmosphère
Effet de serre: phénomène de rétention thermique d’un local non- ventilé, dû à une transparence sélective des matériaux de l’enveloppe en fonction des diverses longueurs d’ondes du rayonnement.
Modèle plus complexe:
Avec ce modèle, le déplacement d’équilibre du système ne dépend plus uniquement de l’irradiation solaire (Qext,e+Qext,s).
Système extérieur
Enveloppe
Système
Qext,e
Qe,ext
Qe,s
Qs,e Qext,s
Qs,ext
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Impact
Réc
hauf
fem
ent m
oyen
glo
bal (
°C)
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Situation actuelle
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Introduction à l’effet de serre Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Dynamique
accélération avérée
sensibilité à l’intervention
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Définitions
Système: Terre système fermé 1er principe de la thermodynamique pour un système fermé: où est la variation totale d’énergie du système
l’énergie échangée sous forme de travail avec l’extérieur l’énergie échangée sous forme de chaleur avec l’extérieur
N.B.: on compte ici positivement l’énergie reçue par la Terre et
négativement l’énergie perdue.
QWE +=Δ
EΔW
Q
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Définitions
Système: Terre système fermé 1er principe de la thermodynamique pour un système fermé: où est la variation totale d’énergie du système
l’énergie échangée sous forme de travail avec l’extérieur l’énergie échangée sous forme de chaleur avec l’extérieur
N.B.: on compte ici positivement l’énergie reçue par la Terre et
négativement l’énergie perdue.
QWE +=Δ
EΔW
Q
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Définitions
Système: Terre système fermé 1er principe de la thermodynamique pour un système fermé: où est la variation totale d’énergie du système
l’énergie échangée sous forme de travail avec l’extérieur l’énergie échangée sous forme de chaleur avec l’extérieur
N.B.: on compte ici positivement l’énergie reçue par la Terre et
négativement l’énergie perdue.
EΔW
Q
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Définitions
Système: Terre système fermé 1er principe de la thermodynamique pour un système fermé: où est la variation totale d’énergie du système
l’énergie échangée sous forme de travail avec l’extérieur l’énergie échangée sous forme de chaleur avec l’extérieur
N.B.: on compte ici positivement l’énergie reçue par la Terre et
négativement l’énergie perdue.
EΔW
Q
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Définitions
Système: Terre système fermé 1er principe de la thermodynamique pour un système fermé: où est la variation totale d’énergie du système
l’énergie échangée sous forme de travail avec l’extérieur l’énergie échangée sous forme de chaleur avec l’extérieur
N.B.: on compte ici positivement l’énergie reçue par la Terre et
négativement l’énergie perdue.
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Définitions
Système: Terre système fermé 1er principe de la thermodynamique pour un système fermé: La variation est le fait d’une énergie reçue ES par la Terre et d’une énergie émise, en grande partie dans l’infra-rouge, EIR:
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de ES: ES est l’énergie reçue par la Terre, principalement depuis le Soleil. D’où avec α : albedo (i.e. réflectivité totale hémisphérique)
R : rayon moyen de la Terre ΦS : flux surfacique solaire reçu par la Terre
0=ΔEIRS EE =
( ) SS RE Φ−= απ 12
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de ES: ES est l’énergie reçue par la Terre, principalement depuis le Soleil. D’où avec α : albedo (i.e. réflectivité totale hémisphérique)
R : rayon moyen de la Terre ΦS : flux surfacique solaire reçu par la Terre
( ) SS RE Φ−= απ 12
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de ES: ES est l’énergie reçue par la Terre, principalement depuis le Soleil. D’où avec α : albedo (i.e. réflectivité totale hémisphérique)
R : rayon moyen de la Terre ΦS : flux surfacique solaire reçu par la Terre
( ) SS RE Φ−= απ 12
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de ES: ES est l’énergie reçue par la Terre, principalement depuis le Soleil. D’où avec α : albedo (i.e. réflectivité totale hémisphérique)
R : rayon moyen de la Terre ΦS : flux surfacique solaire reçu par la Terre
( ) SS RE Φ−= απ 12
![Page 24: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/24.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de ES: ES est l’énergie reçue par la Terre, principalement depuis le Soleil. D’où avec α : albedo (i.e. réflectivité totale hémisphérique)
R : rayon moyen de la Terre ΦS : flux surfacique solaire reçu par la Terre
![Page 25: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/25.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de EIR: EIR est l’énergie émise par la Terre vers l’extérieur D’où avec α : albedo (i.e. réflectivité totale hémisphérique)
R : rayon moyen de la Terre ΦIR : flux surfacique émis par la Terre
IRS EE =
( ) IRIR RE Φ−= απ 14 2
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où Estimation de EIR: EIR est l’énergie émise par la Terre vers l’extérieur D’où Avec R : rayon moyen de la Terre
ΦIR : flux surfacique émis par la Terre
![Page 27: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/27.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où En régime permanent: soit
( )2 24 1IR SR Rπ π αΦ = − Φ
SIR Φ−
=Φ4
1 α
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où En régime permanent: soit
![Page 29: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/29.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où En régime permanent: Or le Terre peut être assimilée à un corps opaque: où ε est l’émissivité totale hémisphérique de la Terre
σ la constante de Planck
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où En régime permanent: Or le Terre peut être assimilée à un corps opaque: où ε est l’émissivité totale hémisphérique de la Terre
σ la constante de Planck
![Page 31: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/31.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où En régime permanent:
où T0 est la température d’équilibre de la Terre.
![Page 32: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/32.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Régime permanent D’où En régime permanent: Ordres de grandeur: pour ε = 1 (i.e. sans effet de serre)
![Page 33: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/33.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Ordres de grandeur: pour ε = 0 (i.e. sans effet de serre) à comparer à la température moyenne actuelle: Cette différence s’explique en grande partie du fait de l’effet de serre, que rend l’atmosphère semi-transparente D’où
![Page 34: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/34.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime permanent
Ordres de grandeur: pour à comparer avec les 10 000 Mtep/an d’énergie consommée à l’échelle mondiale
!S "1400W.m#2
! ! 0,3
SS
consommée EEE <<<≈8600
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime transitoire
Deux cas de figure possibles: • Si l’énergie solaire incidente est inférieure à l’énergie IR
émise:
• Si l’énergie solaire incidente est supérieure à l’énergie IR émise:
C’est apparemment le 2nd cas de figure que nous vivons actuellement: l’effet de serre tend à faire diminuer l’énergie émise dans l’IR.
0<ΔE
0>ΔE
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Bilan en régime transitoire
Plus précisément: Pour le système étudié, ΔEP n’est pas affectée a priori par la diminution des émissions IR de la Terre.
L’augmentation d’énergie totale du fait de la diminution de l’énergie émise peut donc s’accompagner:
• d’une augmentation de l’énergie cinétique (vents, etc.) • d’une augmentation de la chaleur sensible via
l’augmentation de la température de la Terre ou de l’atmosphère
• d’une augmentation de l’énergie interne stockée (biomasse, etc.)
• d’une diminution de la masse de glace (fusion)
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Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Conclusion
L’effet de serre positif se traduit par une augmentation de l’énergie de notre planète. A une époque où la consommation d’énergiene cesse de croître, cette constatation est positive. Pour autant, le défi à relever est que cette augmentation d’énergie ne se traduise pas par des effets néfastes à l’échelle planétaire (grandes catastrophes climatiques). L’enjeu consiste à présent en la maîtrise de l’effet de serre afin de convertir l’apport d’énergie en énergie utile, de façon directe (énergie solaire, énergie éolienne) ou par stockage (biomasse).
![Page 38: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/38.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Conclusion
L’effet de serre positif se traduit par une augmentation de l’énergie de notre planète. A une époque où la consommation d’énergiene cesse de croître, cette constatation est positive. Pour autant, le défi à relever est que cette augmentation d’énergie ne se traduise pas par des effets néfastes à l’échelle planétaire (grandes catastrophes climatiques). L’enjeu consiste à présent en la maîtrise de l’effet de serre afin de convertir l’apport d’énergie en énergie utile, de façon directe (énergie solaire, énergie éolienne) ou par stockage (biomasse).
![Page 39: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/39.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Conclusion
L’effet de serre positif se traduit par une augmentation de l’énergie de notre planète. A une époque où la consommation d’énergiene cesse de croître, cette constatation est positive. Pour autant, le défi à relever est que cette augmentation d’énergie ne se traduise pas par des effets néfastes à l’échelle planétaire (grandes catastrophes climatiques). L’enjeu consiste à présent en la maîtrise de l’effet de serre afin de convertir l’apport d’énergie en énergie utile, de façon directe (énergie solaire, énergie éolienne) ou par stockage (biomasse).
![Page 40: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/40.jpg)
Bilan énergétique Introduction Bilan énergétique de la Terre Régime permanent Régime transitoire Forçage radiatif Perspectives
Conclusion
L’effet de serre positif se traduit par une augmentation de l’énergie de notre planète. A une époque où la consommation d’énergiene cesse de croître, cette constatation est positive. Pour autant, le défi à relever est que cette augmentation d’énergie ne se traduise pas par des effets néfastes à l’échelle planétaire (grandes catastrophes climatiques). L’enjeu consiste à présent en la maîtrise de l’effet de serre afin de convertir l’apport d’énergie en énergie utile, de façon directe (énergie solaire, énergie éolienne) ou par stockage (biomasse).
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’effet de serre cumulé Définition: le forçage radiatif F quantifie la diminution induite
de l’énergie IR émise naturellement par la Terre. N.B.: F est homogène à un flux surfacique Si on établit de nouveau le bilan énergétique de la Terre en régime permanent, on obtient: soit encore où T1 est la nouvelle température d’équilibre de la Terre
![Page 42: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/42.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’effet de serre cumulé En présence de forçage radiatif: En l’absence de forçage radiatif: Ainsi pour un forçage radiatif positif (F>0): T1 > T0
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’effet de serre cumulé En présence de forçage radiatif: En l’absence de forçage radiatif: Si on différencie cette dernière expression:
d!IR
!IR
= 4 dTT
F1!!( )"S
=dTT0!"IR = F
1er ordre
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’effet de serre cumulé En présence de forçage radiatif: En l’absence de forçage radiatif: On en déduit une approximation du réchauffement planétaire depuis le début de l’ère industrielle:
FT SIR +Φ−
==Φ4
141
αεσ
SIR T Φ−
==Φ4
140
αεσ
!T = F1"!( )#S
T0
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’effet de serre cumulé Application numérique: approximation du réchauffement planétaire entre 1750 et 2000 avec F = 2,43 W/m2 (source: GIEC) ce qui l’ordre de grandeur des variations de températures moyennes estimées.
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’effet de serre cumulé Application numérique: approximation de l’excès d’énergie accumulé entre 1750 et 2000 avec F = 2,43 W/m2 (source: GIEC) soit 86 fois la consommation énergétique annuelle actuelle.
Le forçage radiatif constitue une mesure de l’excès d’énergie mobilisable grâce à l’effet de serre
FRE 24π=Δ
MtepE 410.86≈Δ
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: une solution est de faire diminuer ES Faisabilité:
1. L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre dépend de α une augmentation de la concentration en poussières et aérosols peut entraîner un refroidissement planétaire;
2. La capture de l’énergie solaire pour les besoins humains est autant d’énergie qui ne chauffe par la Terre.
En 1ère approximation, on va supposer que toutes les ENR prélèvent à la source l’énergie solaire incidente, afin de quantifier le forçage négatif dû à l’utilisation des ENR.
!E = ES "EIR
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: une solution est de faire diminuer ES Faisabilité:
1. L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre dépend de α une augmentation de la concentration en poussières et aérosols peut entraîner un refroidissement planétaire;
2. La capture de l’énergie solaire pour les besoins humains est autant d’énergie qui ne chauffe par la Terre.
En 1ère approximation, on va supposer que toutes les ENR prélèvent à la source l’énergie solaire incidente, afin de quantifier le forçage négatif dû à l’utilisation des ENR.
IRS EEE −=Δ
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: une solution est de faire diminuer ES Faisabilité:
1. L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre dépend de α une augmentation de la concentration en poussières et aérosols peut entraîner un refroidissement planétaire;
2. La capture de l’énergie solaire pour les besoins humains est autant d’énergie qui ne chauffe par la Terre.
En 1ère approximation, on va supposer que toutes les ENR prélèvent à la source l’énergie solaire incidente, afin de quantifier le forçage négatif dû à l’utilisation des ENR.
IRS EEE −=Δ
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Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: une solution est de faire diminuer ES Faisabilité:
1. L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre dépend de α une augmentation de la concentration en poussières et aérosols peut entraîner un refroidissement planétaire;
2. La capture de l’énergie solaire pour les besoins humains est autant d’énergie qui ne chauffe par la Terre.
En 1ère approximation, on va supposer que toutes les ENR prélèvent à la source l’énergie solaire incidente, afin de quantifier le forçage négatif dû à l’utilisation des ENR.
IRS EEE −=Δ
![Page 51: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/51.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: une solution est de faire diminuer ES Faisabilité:
1. L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre dépend de α une augmentation de la concentration en poussières et aérosols peut entraîner un refroidissement planétaire;
2. La capture de l’énergie solaire pour les besoins humains est autant d’énergie qui ne chauffe par la Terre.
En 1ère approximation, on va supposer que toutes les ENR prélèvent à la source l’énergie solaire incidente, afin de quantifier le forçage négatif dû à l’utilisation des ENR.
IRS EEE −=Δ
![Page 52: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/52.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: on note FENR le forçage négatif associé aux
ENR (rapporté à la surface totale de la Terre) Ainsi, en présence des forçages négatif et positif, le nouveau bilan s’écrit: De même, la variation de température de la Terre donne:
( )[ ]ENRSS FRE 412 −Φ−= απ
( )ENRSIR FFT −+Φ−
==Φ4
142
αεσ
( )( ) 01
TFFTS
ENR
Φ−−
=Δα
![Page 53: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/53.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: on note FENR le forçage négatif associé aux
ENR (rapporté à la surface totale de la Terre) Ainsi, en présence des forçages négatif et positif, le nouveau bilan s’écrit: De même, la variation de température de la Terre donne:
( )[ ]ENRSS FRE 412 −Φ−= απ
( )ENRSIR FFT −+Φ−
==Φ4
142
αεσ
( )( ) 01
TFFTS
ENR
Φ−−
=Δα
![Page 54: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/54.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: on note FENR le forçage négatif associé aux
ENR (rapporté à la surface totale de la Terre) Ainsi, en présence des forçages négatif et positif, le nouveau bilan s’écrit: De même, la variation de température de la Terre donne:
( )[ ]ENRSS FRE 412 −Φ−= απ
( )ENRSIR FFT −+Φ−
==Φ4
142
αεσ
( )( ) 01
TFFTS
ENR
Φ−−
=Δα
![Page 55: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/55.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: on note FENR le forçage négatif associé aux
ENR (rapporté à la surface totale de la Terre) On en déduit qu’un forçage radiatif négatif peut annuler le réchauffement planétaire: Avec et R=6 000 km, le forçage radiatif négatif correspond à une énergie:
ENRFF =2/43,2 mWFF ENR ≈≈
MtepanMWhxxFR ENR4112 10.82/10.96243654 =≈π
![Page 56: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/56.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: on note FENR le forçage négatif associé aux
ENR (rapporté à la surface totale de la Terre) On en déduit qu’un forçage radiatif négatif peut annuler le réchauffement planétaire: Avec et R=6 000 km, le forçage radiatif négatif correspond à une énergie:
( )( ) 01
TFFTS
ENR
Φ−−
=Δα
ENRFF =2/43,2 mWFF ENR ≈≈
MtepanMWhxxFR ENR4112 10.82/10.96243654 =≈π
![Page 57: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/57.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: Avec et R=6 000 km, le forçage radiatif négatif correspond à une énergie: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep, ce qui correspond à 1/75e du forçage radiatif négatif nécessaire pour compenser annuellement l’effet de serre cumulé.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet cumulé de l’effet de serre semble illusoire.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet de serre additionnel associé aux émissions annuelles actuelles apparaît réaliste.
2/43,2 mWFF ENR ≈≈
MtepxxFR ENR42 10.82243654 ≈π
![Page 58: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/58.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: Avec et R=6 000 km, le forçage radiatif négatif correspond à une énergie: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep, ce qui correspond à 1/82e du forçage radiatif négatif nécessaire pour compenser annuellement l’effet de serre cumulé.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet cumulé de l’effet de serre semble illusoire.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet de serre additionnel associé aux émissions annuelles actuelles apparaît réaliste.
2/43,2 mWFF ENR ≈≈
MtepxxFR ENR42 10.82243654 ≈π
![Page 59: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/59.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: Avec et R=6 000 km, le forçage radiatif négatif correspond à une énergie: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep, ce qui correspond à 1/82e du forçage radiatif négatif nécessaire pour compenser annuellement l’effet de serre cumulé.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet cumulé de l’effet de serre semble illusoire.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet de serre additionnel associé aux émissions annuelles actuelles apparaît réaliste.
2/43,2 mWFF ENR ≈≈
MtepxxFR ENR42 10.82243654 ≈π
![Page 60: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/60.jpg)
Forçage radiatif positif Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif positif négatif Perspectives
Forçage lié à l’utilisation des ENR Forçage négatif: Avec et R=6 000 km, le forçage radiatif négatif correspond à une énergie: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep, ce qui correspond à 1/82e du forçage radiatif négatif nécessaire pour compenser annuellement l’effet de serre cumulé.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet cumulé de l’effet de serre semble illusoire.
Envisager l’utilisation des ENR pour compenser l’effet de serre additionnel associé aux émissions annuelles actuelles apparaît réaliste.
2/43,2 mWFF ENR ≈≈
MtepxxFR ENR42 10.82243654 ≈π
![Page 61: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/61.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Si on considère en conséquence la variation annuelle de température δT due au forçage total F=δF-FENR: La condition de maîtrise de l’effet de serre devient alors: cas où le forçage radiatif négatf lié à l’utilisation des ENR compense le forçage radiatif positif additionnel dû aux émissions de GES.
( ) 01TFFT
S
ENR
Φ−−
=α
δδ
ENRFF ≤δ
![Page 62: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/62.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Si on considère en conséquence la variation annuelle de température δT due au forçage total F=δF-FENR: La condition de maîtrise de l’effet de serre devient alors: cas où le forçage radiatif négatf lié à l’utilisation des ENR compense le forçage radiatif positif additionnel dû aux émissions de GES.
( ) 01TFFT
S
ENR
Φ−−
=α
δδ
ENRFF ≤δ
![Page 63: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/63.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Si on considère en conséquence la variation annuelle de température δT due au forçage total F=δF-FENR: La condition de maîtrise de l’effet de serre devient alors: cas où le forçage radiatif négatf lié à l’utilisation des ENR compense le forçage radiatif positif additionnel dû aux émissions de GES.
( ) 01TFFT
S
ENR
Φ−−
=α
δδ
ENRFF ≤δ
![Page 64: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/64.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: Afin d’évaluer δF, on peut avoir recours à la formule recommandée par le GIEC:
où C(t) est la concentration en CO2 à l’instant t considéré et C0 la concentration pré-industrielle. Actuellement, on estime δF=2,8 ppm/an, soit:
ENRFF ≤δ
2
0
0 /3,62ln
)(ln37,4 mWx
CCC
tC
F δδ ≈=
2/06,0 mWF ≈δ
![Page 65: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/65.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: Afin d’évaluer δF, on peut avoir recours à la formule recommandée par le GIEC:
où C(t) est la concentration en CO2 à l’instant t considéré et C0 la concentration pré-industrielle. Actuellement, on estime δF=2,8 ppm/an, soit:
ENRFF ≤δ
2
0
0 /3,62ln
)(ln37,4 mWx
CCC
tC
F δδ ≈=
2/06,0 mWF ≈δ
![Page 66: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/66.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: Afin d’évaluer δF, on peut avoir recours à la formule recommandée par le GIEC:
où C(t) est la concentration en CO2 à l’instant t considéré et C0 la concentration pré-industrielle. Actuellement, on estime δF=2,8 ppm/an, soit:
ENRFF ≤δ
2
0
0 /3,62ln
)(ln37,4 mWx
CCC
tC
F δδ ≈=
2/06,0 mWF ≈δ
![Page 67: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/67.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: On en déduit la consommation d’énergie annuelle EENR nécessaire pour contrebalancer le forçage radiatif positif: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep
l’utilisation extensive des ENR ne peut à elle seule contrebalancer les émissions de GES
l’utilisation extensive des ENR peut contribuer à contrebalancer de façon non-négligeable les émissions de GES
2/06,0 mWF ≈δ
MtepxxFREENR42 10.2243654 ≈≥ δπ
![Page 68: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/68.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: On en déduit la consommation d’énergie annuelle EENR nécessaire pour contrebalancer le forçage radiatif positif: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep
l’utilisation extensive des ENR ne peut à elle seule contrebalancer les émissions de GES
l’utilisation extensive des ENR peut contribuer à contrebalancer de façon non-négligeable les émissions de GES
2/06,0 mWF ≈δ
MtepxxFREENR42 10.2243654 ≈≥ δπ
![Page 69: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/69.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: On en déduit la consommation d’énergie annuelle EENR nécessaire pour contrebalancer le forçage radiatif positif: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep
l’utilisation extensive des ENR ne peut à elle seule contrebalancer les émissions de GES
l’utilisation extensive des ENR peut contribuer à contrebalancer de façon non-négligeable les émissions de GES
2/06,0 mWF ≈δ
MtepxxFREENR42 10.2243654 ≈≥ δπ
![Page 70: Approche thermodynamique de lʼeffet de serre](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012500/6178a122ccfa25214c446414/html5/thumbnails/70.jpg)
Perspectives Introduction Bilan énergétique de la Terre Forçage radiatif Perspectives
Conditions pour la maîtrise de l’effet de serre Condition de maîtrise de l’effet de serre additionnel: On en déduit la consommation d’énergie annuelle EENR nécessaire pour contrebalancer le forçage radiatif positif: à comparer avec la consommation annuelle d’énergie primaire de 104 Mtep
l’utilisation extensive des ENR ne peut à elle seule contrebalancer les émissions de GES
l’utilisation extensive des ENR peut contribuer à contrebalancer de façon non-négligeable les émissions de GES
2/06,0 mWF ≈δ
MtepxxFREENR42 10.2243654 ≈≥ δπ