La magie de l’eau …

Ce billet n’a pas la prétention d’être un cours de physique. Il rassemble en une prose compréhensible pour tous divers éléments recueillis dans la littérature scientifique qui permettent de comprendre pourquoi la Terre n’est pas une planète morte. D’abord la seule source d’énergie sous forme de chaleur dont dispose la Terre provient du Soleil et pourtant les divers gaz constituant la mince couche de l’atmosphère entourant la Terre sont essentiellement transparents aux rayons infra-rouge mis à part la vapeur d’eau. L’oxygène piège quant à elle les rayons ultra-violets dans les hautes couches de l’atmosphère, mais c’est une autre histoire. Alors puisque l’atmosphère est transparent aux rayons infra-rouge, me direz-vous, qu’est-ce qui réchauffe l’atmosphère terrestre ? La réponse est évidente et limpide : ce sont tout simplement les océans qui recouvrent plus de 70 % de la surface de la Terre !

Ah bon, et comment ? L’atmosphère contient entre 0,4 et 4 % de vapeur d’eau, soit de 10 à 100 fois plus que de gaz carbonique selon les zones du globe où on se trouve. Or l’eau est un composé chimique particulier qui requiert une formidable quantité d’énergie pour « changer d’état » (ou de phase) et c’est là que réside le secret de la Terre, secret jalousement unique dans notre système solaire.

Reprenons notre raisonnement : le Soleil chauffe directement les océans qui paraissent parfaitement noirs vus de l’espace mais aussi du huitième pont d’un gros navire, et c’est vrai. Les océans ne sont pas bleus, ils paraissent bleus parce qu’ils réfléchissent la couleur bleue de l’atmosphère. Les océans sont donc de formidables pièges pour l’énergie provenant du Soleil sous forme de chaleur, le destin final des rayons infra-rouges solaires.

Mais d’une façon ou d’une autre les océans doivent de débarrasser de toute cette chaleur car ils auraient fini par bouillir un jour … et c’est là qu’intervient le côté magique de l’eau.

En effet il faut beaucoup d’énergie pour vaporiser un litre d’eau : 2,25 millions de joules ou encore 9400 kiloCalories ou encore 610 Wh, trois unités physiques différentes pour l’énergie. Quand la vapeur d’eau s’élève dans l’atmosphère elle va avoir tendance à se condenser en gouttelettes qui vont former des nuages puisque, comme chacun a pu le constater, l’air devient plus frais au fur et à mesure qu’on gravit une montagne et c’est vrai aussi au niveau de l’Equateur, j’en ai moi-même fait l’expérience dans l’île d’Hiva-Oa aux Marquises. Au cours de ce deuxième « changement de phase » toute l’énergie en quelque sorte dépensée par l’océan pour vaporiser cette eau est intégralement restituée à l’atmosphère en vertu du premier principe de la thermodynamique. L’atmosphère, par voie de conséquence, se réchauffe quand des nuages se forment à partir de vapeur d’eau. Les nuages sont en réalité des aérosols constitués de petites gouttelettes d’eau et si pour une raison ou pour une autre, l’atmosphère n’étant jamais parfaitement immobile, ces nuages rencontrent des couches atmosphériques plus froides, alors ces gouttelettes se transforment en glace et là encore ce troisième « changement d’état » de l’eau, cette fois de liquide vers solide, restitue de l’énergie à l’atmosphère, certes beaucoup moins mais malgré tout à hauteur de 15 % de la quantité d’énergie restituée par le changement de phase de gaz vers liquide. Et encore une fois l’atmosphère se réchauffe !

Au final ce sont les océans qui chauffent l’atmosphère et non pas le Soleil comme on aurait tendance à le croire. Certes cette observation est contre-intuitive mais c’est pourtant la réalité et ce n’est possible que grâce à la vapeur d’eau …

Il reste un petit point de la magie de l’eau qu’il ne faut pas oublier de mentionner : la glace. Dans les hautes couches de l’atmosphère – en gros au delà de 5000 mètres d’altitude – les micro-cristaux de glace font office de miroir et réfléchissent le rayonnement infra-rouge en provenance du Soleil mais si la glace était plus lourde que l’eau liquide, que se passerait-il ? Il n’y aurait tout simplement pas de vie évoluée sur la Terre ! En effet les océans seraient gelés en permanence à l’exception d’une fine couche d’eau à leur surface : les océans ne seraient plus noirs mais blancs et ils réfléchiraient parfaitement le rayonnement infra-rouge solaire, l’atmosphère serait irrémédiablement froid et la Terre serait une planète inhospitalière … Voilà en très bref les bienfaits de la magie de l’eau.

Illustration : un nuage « vertical » surmonté de cristaux de glace pris en photo depuis le balcon de mon modeste logement il y a quelques jours

14 réflexions au sujet de « La magie de l’eau … »

  1. Soleil + « cosmos » (rayons cosmiques, géantes gazeuses, bras de notre galaxie) + océans, + allez un chouïa de GES, non ?
    Et Hop un Climat terrestre, un.

    • À propos des gaz à effet de serre (GES) depuis le début de l’année 2017 plus de 500 articles scientifiques parus dans des revues internationales à comité de lecture ont mis à mal la théorie de l’effet de serre … Je ne sais pas ce que vous en pensez dans votre for intérieur.

  2. Excellente synthèse conceptuelle et pédagogique sur la relation entre formation des nuages et le temps qu’il fait 🙂
    Elle permet d’expliquer un phénomène contre-intuitif : pourquoi -à une période donnée- quand il pleut, il fait généralement meilleur que quand il ne pleut pas (ce que les météorologues appellent « les régimes de basses et de hautes pressions ») ?
    Les nuages semblent d’ailleurs poser de gros problèmes aux modèles climatiques qui surestiment tous -à l’exception d’un modèle russe- les températures (https://www.climato-realistes.fr/modele-climat-scientisme/ ).

    • Très intéressant ! Merci à amike.
      Une information pourrait nous aider à mieux comprendre le graphique (« Correlation between the solar radiation at the surface, and the surface temperature ») : remplacer la température par l’énergie de surface (W/m²), la température n’étant pas une grandeur extensive en thermodynamique et se prêtant mal à des calculs de moyennes.
      Comme les mers et les océans ont une dynamique en termes d’échanges de chaleur plus importante que les terres, il se pourrait que ces corrélations changent du tout au tout en prenant en compte l’énergie (d’ailleurs je me demande comment les auteurs de ce graphe ont fait pour déterminer des températures à la surface des océans…).

      • Probablement à l’aide de satellites dans l’infra-rouge puis les relevés ont été moyennés. J’ai mentionné les Îles Marquises qui se trouvent à environ 5°Sud. Alors que la température de l’air peut atteindre 35°C l’eau paraît incroyablement fraîche à 26-27 degrés sans le moindre souffle d’air car il y a peu de vent dans cet archipel (pas d’alizés). Les vents à la surface des océans sont également un facteur très important de régulation de la température et de l’évaporation. Un coup de mistral sur la Côte-d’Azur et plus personne ne se baigne le lendemain …

      • @Jacques Henry : merci, les corrélations sont donc à prendre avec des pincettes (« with a pinch of salt » comme disent les anglais).

    • Mon billet de ce jour l’explique implicitement car l’évaporation au niveau de l’Equateur (entre 10N et 10S) est intense. Pour l’anecdote quand il n’existait pas encore de réfrigérateur ni de bouteilles thermos dans les fermes de la campagne les travailleurs de la terre partaient aux champs avec une grosse cruche de terre cuite remplie de vin coupé d’eau. Pour maintenir le mélange à une température agréable ce cruchon était entouré de plusieurs épaisseurs de toile de jute humide. L’évaporation de l’eau permettait de maintenir ce breuvage à la température de la cave pendant plusieurs heures …

      • Natif du Maroc, je me souvient des gargoulettes qui gardaient l’eau fraîche même par grande chaleur. Il n’y avait pas de réfrigérateur à l’époque… ou très peu

      • Pendant plus que plusieurs heures : pour cela il faut maintenir mouillée le linge qui entoure le récipient. Tant qu’il y évaporation il y a prise de chaleur au récipient pour permettre l’évaporation.

      • Je maintenais une température convenable de ma bouteille d’eau dans mon bus surchauffé en été (ceux, archaïques, dits SC10U, sciou ou standard, des lignes parisiennes et banlieusardes R.A.T.P.) en l’entourant de papier essuie-main, régulièrement mouillé.
        D’autant plus que le moteur se trouvait sous le conducteur.

  3. Une altitude remarquable se trouve à 2250 mètres de hauteur, ou l’énergie potentielle du litre d’eau est de 2.25 millions de joules.
    Bonnes fêtes 🙂

  4. Les climatosceptiques bâtissent une science alternative à leur convenance. Les scientifiques savent parfaitement que la surface de la Terre chauffe la troposphère. Cela se fait par rayonnement infrarouge, mais aussi par conduction et par évaporisation-condensation. C’est connu et quantifié. Les océans ne sont pas seuls à envoyer de la vapeur d’eau dans l’atmosphère. Les plantes le font aussi, par évapotranspiration. Pour la conduction et l’évaporation, les chiffres sont respectivement de 17 et de 80 W/m².

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