On parle actuellement beaucoup de changement climatique, ou plutôt de réchauffement climatique. Un graphique proposé sur le site de la NASA[1], l’agence spatiale américaine, montre la quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère sur les 400 000 dernières années. Le graphique est assez éloquent, voire effrayant. Mais depuis quand parle-t-on de changement climatique ?
John Tyndall
Il faut se rendre à Londres, à la fin des années 1850 pour faire la connaissance de l’irlandais John Tyndall, professeur à l’Institut Royal de Londres et auteur de travaux très diversifiés sur le rayonnement thermique, mais aussi l’acoustique, sur le magnétisme, sur le regel de la glace soumise à pression ou la formation des cristaux.
C’est lors d’une conférence donnée en 1860 sur « l’absorption et le rayonnement de la chaleur par les gaz et les vapeurs, et sur la connexion physique du rayonnement, de l’absorption et de la conduction »[2] retranscrite dans Journal of Science en 1861 que Tyndall expose ses expériences et ses propres conclusions. Voyons ça de plus près…
Une expérience difficile
Il conçoit une installation expérimentale qui envoie un rayonnement infrarouge à travers un tube de gaz puis dans un détecteur, une thermopile, qui traduit les différences de température en courant électrique. Le dispositif, assez complexe, nécessite une grande dextérité expérimentale et les soucis pour sa mise au point ont été nombreux.
Par exemple, le galvanomètre permettant de mesurer les courants générés dans la thermopile ne donne pas des mesures reproductibles. John Tyndall identifie que les perturbations viennent de la couleur des fils ! La soie recouvrant les fils est teintée de vert, or le colorant contient des particules de cuivre ! La soie verte est remplacée par de la soie blanche et ainsi le galvanomètre fonctionne mieux.
Autre exemple des soucis qui se sont présentés à Tyndall : le tube contenant les gaz doit avoir des extrémités transparentes au rayonnement. Le verre ne peut pas faire l’affaire car il bloque le rayonnement infrarouge. Des échantillons de sel gemme sont donc importés d’Allemagne et après de nombreux essais, et de nombreuses erreurs, il réussit à les rendre étanches vis-à-vis des gaz contenant le tube, avec des rondelles en caoutchouc vulcanisé très légèrement enduit d’un mélange de cire d’abeille.
Finalement, Tyndall réussit à construire son dispositif lui permettant d’étudier la façon dont les gaz absorbent le rayonnement thermique.
Les résultats
Tyndall commence à tester des gaz communs tels que le dioxygène, le diazote et le dihydrogène et aucun ne révèlent une absorption significative de la chaleur. Mais lorsqu’il injecte des traces d’ozone dans le dioxygène, son dispositif décèle une absorption conséquente du rayonnement infrarouge. Tyndall multiplie alors les expériences avec différents gaz. Parmi eux, un hydrocarbure, l’éthène, montre une absorption importante.
« Plus de sept neuvièmes de la chaleur totale ont été coupés par le gaz oléfiant, soit environ 81% »
La vapeur d’eau est incroyablement absorbante et l’incrédulité avec laquelle Tyndall découvre ses résultats est parfaitement transmise dans ses commentaires :
« Ceux qui, comme moi, ont appris à considérer les gaz transparents comme presque parfaitement diathermanes (transparents à la chaleur) partageront probablement l’étonnement avec lequel j’ai été témoin des effets précédents »
Il réalise plusieurs centaines d’expériences avec les hydrocarbures, le dioxyde de carbone, l’acide carbonique…, pour se protéger des incertitudes de mesures, mais aussi car il a du mal à croire que des gaz aussi transparents à la lumière puissent être aussi opaques face au rayonnement infrarouge. Il en arrive à la conclusion que des quantités infimes d’un gaz très absorbant peuvent dominer des quantités beaucoup plus grandes d’un gaz moins absorbant, comme dans l’ozone.
Tyndall écrit que d’autres scientifiques, tels que DE SAUSSURE, FOURIER, M. POUILLET et M. HOPEINS considèrent que l’absorption des rayons terrestres exercent la plus grande influence sur le climat. Il est en effet admis à l’époque que la Terre est une source de chaleur.
Tyndall ajoute :
Or, si, comme le montrent les expériences ci-dessus, l’influence principale est exercée par la vapeur d’eau, toute variation de ce constituant doit produire un changement de climat. Des remarques similaires s’appliqueraient à l’acide carbonique diffusé dans l’air; alors qu’un mélange presque inappréciable de l’une quelconque des vapeurs d’hydrocarbures produirait de grands effets sur les rayons terrestres et produirait des changements climatiques correspondants.
Voilà, l’expression « changement de climat » vient de faire son entrée dans le monde scientifique, nous sommes en 1861. Mais Tyndall ne fait pas le lien entre les activités humaines naissantes, et le changement climatique.
La toile d’araignée sur la Terre
On pourra utilement se référer à l’ouvrage « Sur la Radiation » de John Tyndall et traduit par l’abbé Moigno en 1864[3] pour se rapprocher des idées de Tyndall.
Conduits ainsi lentement à l’examen de la plus importante et de la plus répandue de toutes les vapeurs, la vapeur d’eau de l’atmosphère, nous avons vu qu’elle était un puissant absorbant des rayons purement calorifiques. Nous avons brièvement discuté sa si grande influence sur nos climats, et son rôle général dans la température actuelle de notre globe. La toile d’araignée tendue sur une fleur suffit à la défendre de la gelée des nuits; de même la vapeur aqueuse de notre air, tout atténuée qu’elle soit, arrête le flux de la chaleur rayonnée par la terre, et protège la surface de notre planète contre le refroidissement qu’elle subirait infailliblement, si aucune substance n’était interposée entre elle et le vide des espaces célestes.
Bien que des discussions publiques aient eu lieu à la fin du XIXe siècle sur les conséquences pour le climat de la combustion de grandes quantités de charbon, ce n’est pas avant 1896 que l’effet de réchauffement réel du au dioxyde de carbone a été estimé par le chimiste suédois Svante Arrhenius. Et ce n’est qu’en 1938 que Guy Callendar a établi le lien quantitatif entre le réchauffement de la planète et l’émission de gaz par l’activité humaine. Mais ce sont d’autres histoires.
Bibliographie
Ganot, Adolphe, Traité élémentaire de physique expérimentale et appliquée et de météorologie ; suivi d’un recueil de 103 problèmes avec solutions : ill. de 773 belles gravures… à l’usage des établissements d’instruction, des aspirants aux grades des facultés… (13e éd. augm.), 1868. page 403
Rousset A. Six J. Des physiciens de A à Z, Ellipses, 2014
Tyndall John, On the absorption and radiation of heat by gases and vapours, and on the physical connexion of radiation, absorption, and conduction.—The bakerian lecture The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, Series 4 , Volume 22, 1861 – Issue 146
Tyndall John, Sur la radiation: lecture Rede, Cambridge, trad. abbé Moigno, Paris, E. Giraud, 1865
[1] https://climate.nasa.gov/evidence/
[2] http://web.gps.caltech.edu/~vijay/Papers/Spectroscopy/tyndall-1861.pdf
[3]http://jubilotheque.upmc.fr/fonds-physchim/PC_000312_001/document.pdf?name=PC_000312_001_pdf.pdf
Petites histoires des sciences 
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