Les question simples n’appellent pas toujours des réponses simples

Billet par l’invité Spencer R. Weart, American Institute of Physics (traduit par Jean-Denis Vauguet)

Je reçois fréquemment des emails de personnes, diplômées en sciences, à la recherche d’une réponse simple quant au calcul du réchauffement global futur induit par les émissions de gaz à effet de serre. « Quelles sont les équations physiques et les données sur les gaz nécessaires pour prédire à coup sûr l’élévation de température ? » Cette question est d’autant plus naturelle que nombre d’exposés publiques sur le thème de l’effet de serre en font une affaire de physique somme toute élémentaire. Les personnes qui me contactent, typiquement des ingénieurs expérimentés, ne peuvent dès lors que trouver louche que les experts semblent éluder leurs questions. Certains tentent de trouver une réponse par eux-mêmes (Lord Monckton par exemple) et se plaignent d’être déboutés par ces mêmes experts, qui rejettent leurs bels édifices logiques.

Prouver la véracité du danger d’un réchauffement climatique en une ou deux pages d’équations : cette demande émanant des ingénieurs semble bien raisonnable et s’accompagne d’une longue histoire, laquelle montre bien comment la construction d’un modèle climatique trahie la recherche a priori d’une réponse plus ou moins simple.

La manière la plus directe pour calculer la température de surface de la Terre serait de considérer l’atmosphère comme une seule couche uniforme, tel un panneau de verre en suspension à la surface (c’est-à-dire à peu de chose près ce qu’on voit dans les explications triviales de l’effet de serre ici et là). Mais les équations associées à ce type de modèle délivrent un résultat en température qui n’est même pas de l’ordre du plausible quant au réchauffement. Il n’est pas possible de travailler sur une moyenne globale, car elle détruit inévitablement les importantes différences entre les transferts de chaleur dans une atmosphère dense, chaude et humide d’une part, une atmosphère fine, froide et sèche d’autre part. Dès le XIXe siècle, les physiciens sont passés à un modèle 1D : l’atmosphère étant posée comme possédant une structure verticale identique en tout point du globe, ils étudièrent la façon dont la radiation était transmise ou absorbée lors de sa montée ou descente à travers une colonne d’air, de la surface de la Terre au sommet de l’atmosphère. Il s’agit-là de l’étude du transfert radiatif, une branche théorique tout aussi élégante que difficile. Elle explique comment la lumière solaire traverse chaque couche de l’atmosphère, jusqu’à la surface, comment l’énergie thermique réemise par la surface chauffe à son tour ces couches, ainsi que ses modes de diffusion entre les couches (réflection, échappée finale vers l’espace).

Lorsque les étudiants apprennent la physique, des systèmes simples leur sont enseignés : ils reposent sur peu de lois, puissantes, qui donnent des résultats précis. Une page ou deux d’équations suffit pour en faire le tour. Peu de professeurs mettent l’accent ou même mentionnent que ces systèmes sont en fait issus d’ensembles plus larges, bien moins dociles. Le modèle 1D de l’atmosphère ne peut par exemple pas être résolu en une seule belle page de mathématiques. Vous devez décomposer la colonne d’air en un ensemble de couches et réaliser des calculs manuels ou numériques pour chacune d’elles. Il se trouve que pour compliquer la donne, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau (les deux principaux gaz à effet de serre) absorbent et se dispersent différemment selon la longueur d’onde du rayonnement : les calculs deviennent immanquablement répétitifs, du fait de la décomposition du spectre à considérer.

Page 1 of 3 | Next page