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E
N
4.2
L'effet de serre : historique.
CART
En 1822, Joseph Fourier (1786-1830) s'illustre par la publication d'une théorie
analytique de la chaleur extrêmement féconde qui a été, entre autres, à la base
de l'analyse spectrale (séries de Fourier, transformée de Fourier). Deux ans plus
tard, il publie des «
Remarques générales sur la température du globe et des
espaces planétaires
» où il développe l'idée du rôle protecteur de l'atmosphère
contre la perte de chaleur du sol par rayonnement.
Fourier compare la Terre à un dispositif imaginé par Horace Bénedict de Saus-
sure, surtout connu par ses explorations des Alpes. Celui-ci avait construit un
appareil composé de 5 caisses vitrées emboîtées dont les températures, mesu-
rées à l'aide de thermomètres, s'élevaient d'autant plus qu'elles étaient plus
au centre. L'interprétation de Fourier était conforme à ce que l'on nomme
aujourd'hui « effet de serre » et montrait l'analogie de ce dispositif avec la Terre
pour laquelle « la chaleur trouve moins d'obstacles pour pénétrer l'air, étant à
l'état de lumière, qu'elle n'en trouve pour repasser dans l'air lorsqu'elle est
convertie en chaleur obscure ». La chaleur obscure de Fourier et de ses contem-
porains est ce que l'on nomme aujourd'hui le rayonnement infrarouge.
Les idées de Fourier ont été reprises par le français Claude Pouillet (1790-1868)
puis par l'irlandais John Tyndall (1820-1893) qui précisèrent le rôle de la vapeur
d'eau et du gaz carbonique en tant que responsables de cet effet de serre. Mais
c'est au suédois Svante August Arrhenius (1859-1927) que l'on doit la généralisa-
tion et la large diffusion de ces idées. Selon les calculs de ce dernier, la tempéra-
ture au sol en l'absence de gaz carbonique atmosphérique aurait été de 15 ºC
plus basse qu'elle n'est réellement (aujourd'hui, le calcul aboutit à 34 ºC pour
l'ensemble de l'effet de serre). Des variations climatiques importantes pourraient
avoir été engendrées par des variations de concentration de l'atmosphère en gaz
carbonique ayant pu atteindre 10 fois la valeur actuelle. Ces variations auraient
été en rapport avec l'activité des volcans. Depuis ces travaux, l'effet de serre n'a
cessé d'être pris en compte dans les études concernant les variations climatiques.
Pour comprendre ce phénomène, prenons un exemple simple. Dans un premier
cas, (
Fig. 13 A
) le Soleil chauffe une certaine surface. Lorsque l'équilibre thermique
est établi, cette surface est à la température T1, et la puissance qu'elle émet est égale
à celle qu'elle absorbe. Admettons, pour simplifier, que cette émission s'effectue
uniquement par rayonnement infrarouge, la conduction thermique étant négligeable.
Coiffons maintenant cette même surface par une serre en verre (
Fig. 13 B
). L'équili-
bre thermique sera rompu mais, au bout d'un certain temps, un autre s'établira et on
aura encore autant de puissance sortante qu'entrante. Cependant, dans cette nouvelle
situation, les parois de la serre renvoient vers l'intérieur une partie des infrarouges
qui y sont émis. Admettons qu'elles ne laissent passer que les deux tiers du rayonne-
ment infrarouge. Il faut alors obligatoirement conclure qu'elles reçoivent de l'inté-
rieur 50 % de plus de rayonnement qu'elles n'en laissent sortir, soit 150 % du
rayonnement incident. Cela est rendu possible par une élévation importante de la
température à l'intérieur de la serre. Nous savons en effet, par la loi de Stefan, que
l'énergie rayonnée par un corps noir est proportionnelle à la puissance 4 de sa
température absolue. Dans le cas qui nous occupe, si nous assimilons la surface dans
