REMARQUES GÉNÉRALES SUR LES TEMPÉRATURES DU GLOBE TERRRESTRE ET DES ESPACES PLANÉTAIRES (M. Fourier)

L’article intitulé « Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires » du mathématicien et physicien français Joseph Fourier (1768-1830) est reconnu comme étant la première publication scientifique à expliciter ce qu’on appelle aujourd’hui l’effet de serre. De façon plus générale, il a posé les bases de la physique du climat, c’est-à-dire l’étude des phénomènes physiques qui régissent le climat de la Terre et des autres planètes. Paru en 1824 dans les Annales de chimie et de physique, il est publié de nouveau trois ans plus tard dans les mémoires de l’Académie des sciences, avec un titre légèrement différent : « Mémoire sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires ». Quelques années plus tard, il est traduit en anglais et fait l’objet d’une publication dans la revue américaine The American Journal of Science and Arts en 1837.

Lien entre la température d’une planète et son bilan d’énergie

En 1824, Joseph Fourier est un scientifique renommé, secrétaire perpétuel de l’Académie des sciences et membre de l’Académie française. Dans une de ses œuvres majeures, Théorie analytique de la chaleur, il avait introduit la notion de flux thermique et établi l’équation de la conduction thermique (aujourd’hui appelée loi de Fourier). Il avait également développé des méthodes pour résoudre cette équation aux dérivées partielles (analyse de Fourier, séries de Fourier), méthodes qui sont encore utilisées dans des domaines scientifiques très variés.

Dans son article de 1824, il s’appuie sur sa théorie de la chaleur pour affirmer que la température de la surface de la Terre résulte d’un équilibre : si la surface de la Terre reçoit plus d’énergie qu’elle n’en perd, elle se réchauffe ; dans le cas contraire, elle se refroidit. À l’équilibre, le bilan énergétique est nul, la température est stable. Ce résultat est fondamental : toute la physique du climat repose notamment sur ce principe de conservation de l’énergie.

Joseph Fourier identifie les différents modes de transfert d’énergie à la surface de la Terre : l’absorption du rayonnement solaire, l’émission de rayonnement infrarouge et l’échange d’énergie par conduction avec l’intérieur de la Terre. Ce dernier mode est celui qui est le mieux connu à l’époque, notamment grâce à ses travaux. Il obtient des résultats de portée générale. Par exemple, dans le sol, l’écart de température entre le jour et la nuit (ou d’une saison à l’autre) diminue avec la profondeur jusqu’à devenir négligeable après quelques mètres.