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La saturation de l'effet de serre : l'exemple de Vénus

Dossier - Tout savoir sur l'effet de serre
DossierClassé sous :climatologie , changement climatique , gaz à effet de serre

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Quelles sont les causes de l’effet de serre ? Pourquoi s’agit-il d’un phénomène naturel ? Quel est le rôle de l’activité humaine dans l’augmentation des gaz à effet de serre et quelles sont les conséquences pour la planète ? Pour tout comprendre de l’effet de serre, plongez dans ce dossier au cœur de l’atmosphère terrestre.

  
DossiersTout savoir sur l'effet de serre
 

Vénus possède une atmosphère très épaisse, essentiellement composée de CO2. Ses nuages réfléchissent environ 75 % de la lumière du Soleil. L'effet de serre y est considérable puisque, sans cette atmosphère, la température de la surface serait plus basse de plus de 500 °C. On prend assez souvent Vénus comme preuve de ce que l'effet de serre du CO2 ne sature pas. Est-ce une référence justifiée ?

Niveau débutant

En matière d'effet de serre, Vénus est une référence mais ce n'est pas toujours aussi simple. L'effet de serre de Vénus n'est pas dû qu'au seul CO2, les nuages et d'autres gaz mineurs y contribuent en fermant les « fenêtres spectrales » que le seul CO2 laisse ouvertes.

L'effet de serre de Vénus majoritairement lié au CO2

Peut-on se référer à Vénus pour montrer que l'effet de serre du CO2 ne sature pas ? En théorie, oui parce que l'effet de serre du seul CO2 est beaucoup plus puissant sur Vénus que sur Terre mais en pratique, ce n'est pas si simple car l'énorme effet de serre de Vénus n'est pas dû qu'au seul CO2. La vapeur d'eau (20 à 30 ppm), le dioxyde de soufre et surtout les nuages y jouent un rôle très important en comblant les trous que le gaz carbonique laisse dans le spectre infrarouge.

L'effet de serre a fait de Vénus une fournaise. © Nasa, DP

D'après Titov et al, si le CO2 de l'atmosphère de Vénus devenait subitement transparent au rayonnement, la température à la surface diminuerait de 420 K, si c'étaient les nuages qui devenaient transparents au lieu du CO2, la diminution serait de 140 K et si c'était la vapeur d'eau qui devenait transparente, la diminution serait de 70 K.

Là encore, les contributions ne sont pas additives à cause de la superposition des bandes d'absorption mais cela donne une idée de l'influence des différents contributeurs.

On peut retranscrire ces résultats de façon à les comparer aux nombres indiqués sur la page 12 :

  • Température de surface 735 K ;
  • Flux émis par la surface (P= σT4) 16.547 W/m2 ;
  • Flux sortant en haut de l'atmosphère de Vénus 164 W/m2 ;
  • Effet de serre total 16.383 W/m2 ;
  • Effet de serre sans CO2 558 W/m2 ; contribution : 15.825 W/m2;
  • Effet de serre sans nuages 7.106 W/m2 ; contribution : 9.277 W/m2;
  • Effet de serre sans H2O 11.088 W/m; contribution : 5.295 W/m2.
L'effet de serre sur Vénus est en majorité lié au CO2. © Chris Laurel, DP

Comme on peut le voir, la contribution du CO2 à l'effet de serre de Vénus est largement prépondérante. On lit parfois que le spectre d'absorption du CO2 est une vraie passoire mais il faut tenir compte de trois choses que l'on n'a pas toujours en tête :

  • à 735 K, le maximum de l'émission se trouve au voisinage de 4 µm au lieu de 10 µm sur Terre ;
  • aux conditions de température (plus de 700 K) et de pression (100 atm) qui règnent dans la basse atmosphère de Vénus, des niveaux d'énergie très élevés sont encore très peuplés. Il y a donc sur Vénus des bandes d'absorption, dites bandes chaudes que l'on n'observe pas sur Terre, ni même en laboratoire ;
  • les chocs entre les molécules sont très fréquents et les raies d'absorption sont très fortement élargies.