8 • Énergie
et changement climatique
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8.1 Thermodynamique du changement
climatique
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en déséquilibre énergétique : elle reçoit plus d’énergie qu’elle n’en émet.
En 2005, Hansen et ses collaborateurs de la NASA estimaient cet excès
d’énergie à 0,85 W/m², qui s’ajouterait au forçage de 1,6 W/m² responsable de l’élévation de température observée de 0,72 °C. À l’ère préindustrielle, nous avons vu, d’après [8.1] que nous avions dE = E S – E IR = 0,
mais maintenant, en tenant compte de cet excès d’énergie, le premier
principe s’écrit :
[8.7]
où dE IR est la variation d’énergie infrarouge émise suite à l’effet de serre
(nous avons supposé que l’énergie solaire incidente n’était pas modifiée). En différentiant l’équation [8.5], la variation de puissance rayonnée due à un écart à l’équilibre dγ de l’effet de serre et à une variation dT
de la température de la surface de la Terre est donnée par :
[8.8]
Pour un écart à l’équilibre donné dγ de l’effet de serre, le nouvel équilibre sera atteint lorsque la variation de température dT de la surface de la
Terre sera telle que dE IR sera nulle, ce qui signifiera que l’énergie émise
par la Terre a retrouvé la valeur de l’énergie solaire incidente.
La condition pour que
s’obtient facilement à partir de [8.8] :
[8.9]
Ainsi, l’excès actuel d’énergie de 0,85 W/m² entraînerait, en l’absence de
nouvelles émissions, un échauffement ultérieur supérieur à 0,4 K pour
atteindre le nouvel équilibre.
Dans le régime transitoire actuel, la température de la Terre ne peut pas
suivre la forte augmentation de l’effet de serre, car la capacité thermique
équivalente de la Terre est élevée. Il en résulte un forçage radiatif (représenté par dγ) et un excès d’énergie donné par dE IR non nulle.
= - IR
d
d
E
E
π σ
γ
γ
4
3
IR
0
d
4 ²
d
4( 1
) d
&
E
R
T
T T
È
˘
=
-
+
-
Î
˚
=
&
IR
d
0
E
γ
γ
= -
4d
d
1
T
T