Température & espace : Résumé.
Il n'existe pas de chaleur dans le vide spatial car il n'existe pas de matière pour l’accueillir. Nous ne devons donc pas nous protéger non plus contre une absence de chaleur. La chaleur, et donc la mesure de la température, est de plus en plus présente lorsque l'on s'enfonce dans la masse d'une atmosphère. C'est par l'existence et la densité de la matière atmosphérique que la chaleur se maintient sur une planète.
Potentiel de température dans l'espace.
Trop souvent on croit que nous devrions nous protéger contre les supposés -18°C de l'espace ou, plus généralement, contre des températures hostiles, ce qui, vous allez le constater, n'est pas juste. Sur base de ce point erroné, on essaye ensuite de faire croire que pour remédier à cela, il existerait un effet de toit de serre tellement important qu'il nous apporterait 33°C supplémentaires pour nous offrir les 15°C que nous connaissons en moyenne.
Lorsque l'on monte dans une atmosphère, la température peut subir de gros changements, et dans le cas de l'atmosphère terrestre, la température varie effectivement fortement, mais ne s'applique qu'à une quantité de molécules toujours plus faible, comme on le voit dans le graphique ci-dessous : 80% de la masse atmosphérique est concentrée dans 10 premiers km (troposphère), et 99% de cette masse se trouve dans les 50 premiers km (troposphère + stratosphère).
Rappelons ici la différence entre la chaleur et la température : la chaleur est une forme d'énergie alors que la température est une mesure d'énergie, plus précisément une mesure de l'agitation moléculaire. Plus l'agitation augmente et plus la température augmente, indépendamment du nombre de molécules. Un rocher de 30 tonnes chauffé à 20°C contient beaucoup plus de chaleur qu'une molécule chauffée à 300°C.
Les mesures de température de la thermosphère terrestre (entre 85 et 600 km d'altitude) ne sont donc presque plus présentes car il n'y a presque plus de matière pour accueillir une quantité de chaleur. Nous avons donc à la base de la thermosphère quelques molécules à -90°C autour desquelles il n'y a rien (au sens de la physique classique). Plus haut dans la thermosphère nous n'avons plus que de très rares molécules chauffées à quelques centaines de degrés et perdues dans une immensité où la chaleur, c'est-à-dire ce que nous percevons comme chaud ou froid, n'existe pas.
Contre quelle température devrions-nous nous protéger ? Contre les -50°C à 10 km d'altitude ? Contre les O°C à 50 km d'altitude ? Contre les -90°C à 85 km d'altitude ? Contre les +/-1500°C à +/-600 km d'altitude ? Le concept même de "protection contre" est une aberration : nous ne devons pas nous protéger contre une température située en altitude. La "protection" réside simplement dans la masse atmosphérique qui nous touche et nous enveloppe directement. La quantité totale de chaleur n'est sans doute pas facile à estimer là où il y a des zig-zag de température, mais elle devient évidente dès que l'on se situe sous la tropopause (+/- 15 km dans le cas de la Terre).
Application : le nombre de réactions physico-chimiques, comme par exemple celles liées à l'ozone stratosphérique, est donc de moins en moins important au fur et à mesure que l'on monte dans l'atmosphère. Etant donné que l'ozone représente à peu près 0.000004 % de l'atmosphère totale (entre 0 et 0.07 ppmv), et qu'elle est essentiellement présente dans la stratosphère qui contient près de 20 % de la masse atmosphérique, la concentration en ozone y est donc 5 fois plus importante. Ainsi, l'ozone représente à peu près 0.00002 % de la stratosphère, ce qui reste une proportion très infime.
L'espace est vide, au sens de la physique classique : il n'y a pas de matière donc pas de chaleur donc pas de mesure possible de température. Il n'y a ni chaud ni froid initialement. Ce n'est que lorsqu'on y introduit un objet que l'on obtient alors un réceptacle pour la chaleur. Il n'existe donc dans l'espace que un potentiel de température.
Quel est le potentiel de température présent au niveau de l'orbite terrestre ?
Outre le graphique ci-dessus, un autre aperçu est donné par les fabriquants de combinaisons spatiales qui renseignent que la combinaison blanche d'un astronaute en orbite autour de la terre voit sa température à l'ombre descendre à -120°C, alors que la face de la combinaison exposée au soleil monte à +150°C. Ce qui, dans le cas de cet objet-astronaute, donne une moyenne de +15°C. Encore une fois, si nous retirons l'objet-astronaute, nous n'avons plus une température de +15°C, mais seulement un potentiel de température de +15°C.
Première constatation : les choses semblent bien faites pour les habitants de la Terre puisque nous sommes situés à une distance du soleil telle que le potentiel de température y serait légèrement supérieur à 0°C. Nous devrions donc simplement, et en apparence, nous protéger d'une température spatiale moyenne clémente, mais surtout :
deuxième constatation : même la fourchette de température pouvant exister à la limite de l'espace n'est pas importante puisque la densité de matière y est extrêmement faible.
Lorsque l'on dit que la chaleur monte, c'est uniquement dans et grâce à la présence de la matière. En l'absence de molécules, la chaleur ne saurait pas s'échapper vers le haut : ni par conduction, ni par convection, mais uniquement par rayonnement (qui agit à distance), ce qui est par ailleurs absolument nécessaire pour évacuer l'excès de chaleur apporté par le soleil.
Parce qu'ils sont directement liés à la matière, les 3 phénomènes de conduction, convection, et rayonnement planétaire sont d'autant plus présents au fur et à mesure que l'on s'enfonce dans une masse atmosphérique. Ils contribuent, tous les 3, à maintenir la chaleur sur une planète, et ce, même si le rayonnement représente, en plus, la soupape de sécurité thermique.
Point complémentaire : plus il y a de matière et plus il y a de rayonnement, dans les 360 degrés sphériques, et donc le rayonnement des 180 degrés sphériques inférieurs agissent sur une quantité de matière plus importante que le rayonnement des 180 degrés sphériques supérieurs.
Application : le nombre de réactions physico-chimiques, comme par exemple celles liées à l'ozone stratosphérique, est donc de moins en moins important au fur et à mesure que l'on monte dans l'atmosphère. Etant donné que l'ozone représente à peu près 0.000004 % de l'atmosphère totale (entre 0 et 0.07 ppmv), et qu'elle est essentiellement présente dans la stratosphère qui contient près de 20 % de la masse atmosphérique, la concentration en ozone y est donc 5 fois plus importante. Ainsi, l'ozone représente à peu près 0.00002 % de la stratosphère, ce qui reste une proportion très infime.
L'espace est vide, au sens de la physique classique : il n'y a pas de matière donc pas de chaleur donc pas de mesure possible de température. Il n'y a ni chaud ni froid initialement. Ce n'est que lorsqu'on y introduit un objet que l'on obtient alors un réceptacle pour la chaleur. Il n'existe donc dans l'espace que un potentiel de température.
Quel est le potentiel de température présent au niveau de l'orbite terrestre ?
Outre le graphique ci-dessus, un autre aperçu est donné par les fabriquants de combinaisons spatiales qui renseignent que la combinaison blanche d'un astronaute en orbite autour de la terre voit sa température à l'ombre descendre à -120°C, alors que la face de la combinaison exposée au soleil monte à +150°C. Ce qui, dans le cas de cet objet-astronaute, donne une moyenne de +15°C. Encore une fois, si nous retirons l'objet-astronaute, nous n'avons plus une température de +15°C, mais seulement un potentiel de température de +15°C.
Première constatation : les choses semblent bien faites pour les habitants de la Terre puisque nous sommes situés à une distance du soleil telle que le potentiel de température y serait légèrement supérieur à 0°C. Nous devrions donc simplement, et en apparence, nous protéger d'une température spatiale moyenne clémente, mais surtout :
deuxième constatation : même la fourchette de température pouvant exister à la limite de l'espace n'est pas importante puisque la densité de matière y est extrêmement faible.
Lorsque l'on dit que la chaleur monte, c'est uniquement dans et grâce à la présence de la matière. En l'absence de molécules, la chaleur ne saurait pas s'échapper vers le haut : ni par conduction, ni par convection, mais uniquement par rayonnement (qui agit à distance), ce qui est par ailleurs absolument nécessaire pour évacuer l'excès de chaleur apporté par le soleil.
Parce qu'ils sont directement liés à la matière, les 3 phénomènes de conduction, convection, et rayonnement planétaire sont d'autant plus présents au fur et à mesure que l'on s'enfonce dans une masse atmosphérique. Ils contribuent, tous les 3, à maintenir la chaleur sur une planète, et ce, même si le rayonnement représente, en plus, la soupape de sécurité thermique.
Point complémentaire : plus il y a de matière et plus il y a de rayonnement, dans les 360 degrés sphériques, et donc le rayonnement des 180 degrés sphériques inférieurs agissent sur une quantité de matière plus importante que le rayonnement des 180 degrés sphériques supérieurs.
Question : étant donné que nous ne devons pas nous protéger contre une quelconque température spatiale, la théorie de l'effet de toit de serre ne peut plus asseoir son importance. Sur quoi d'autre peut elle dès lors reposer pour montrer son existence?
Quelques sources.
http://www.defl.ca/~jdeblois/changementsenergie/contenu/energie4.html
http://www.agci.org/classroom/atmosphere/index.php
http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre
Combinaisons spatiales:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Combinaison_spatiale (-120°C --> +150°C)
http://www.asc-csa.gc.ca/pdf/educator-story_robot_f.pdf (-100°C --> +120°C)
http://tpecombinaisonspatiale.centerblog.net/ (-120°C --> +150°C)
http://www.agci.org/classroom/atmosphere/index.php
http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre
Combinaisons spatiales:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Combinaison_spatiale (-120°C --> +150°C)
http://www.asc-csa.gc.ca/pdf/educator-story_robot_f.pdf (-100°C --> +120°C)
http://tpecombinaisonspatiale.centerblog.net/ (-120°C --> +150°C)