
N° 501 Un litre d’eau à 10°C dans un mètre cube d’air à 20°C : température finale à l’équilibre ?
Daniel HUSSON, docteur en physique des particules, chercheur, enseignant à l’Université de Strasbourg sur la thermodynamique et la relativité, co-auteur de l’ouvrage collectif « La physique pour les nuls », auteur récemment de « Climat, de la confusion à la manipulation », répond à cette question.
Le docteur Daniel HUSSON propose à ses étudiants de faire une manipulation simple, pour prendre conscience que les variations des températures moyennes sur terre ne peuvent vraisemblablement pas varier aussi vite, ni aussi fortement que certains le prétendent injustement.
Ils les invitent à calculer la température finale de l’air, dans un aquarium d’un mètre cube, fermé et thermostaté, initialement à 20°C, après qu’on a placé à l’intérieur une bouteille d’ eau dont la température initiale était de 10°C.

Une bouteille d’eau à 10°C placée dans un mètre cube d’air à 20°C
La masse d’un litre d’eau est de 1 kilogramme, et celle d’un mètre cube d’air est d’environ 1 kilogramme aussi (1,2).
Avant que les étudiants effectuent les calculs, il leur demande d’écrire sur une feuille leur nom suivi de la valeur finale de la température de l’air, comprise entre 20°C et 10°C, telle qu’ils l’imaginent spontanément.
L’expérience montre que le nombre des étudiants, qui estiment la valeur de la température finale de l’air proche de la valeur mesurée, est très petit.
Et vous, qu’en pensez-vous ?
Après deux heures, la température de l’air n’évolue plus.
Choisissez parmi toutes les valeurs de température ci-dessous celle qui vous semble la plus proche de la valeur effective.
16°C
15°C
14°C
13°C
12°C
11°C
L’atmosphère
L’atmosphère est formée de plusieurs couches superposées que l’on distingue notamment par leur température. Au sein de chaque couche, la température et la pression, varient de manière progressive avec l’altitude.
La couche en contact avec le sol est la troposphère dont l’épaisseur varie de 7 km dans les régions polaires à 18 km à l’équateur. Elle représente les trois quarts de la masse de l’atmosphère et contient toute la vapeur d’eau. C’est la couche affectée par les phénomènes climatiques. Sa température diminue avec l’altitude d’environ 6°C par km.
La masse totale de l’atmosphère est estimée à 5,29 1018 kg, masse négligeable comparée à celle des mers (1,35 1021 kg) ou de l’ensemble du globe (5,98 1024 kg). Les gaz et la vapeur d’eau en sont les constituants transparents. Les particules d’eau et de glace donnent les nuages, le brouillard et les précipitations.
Sur le globe, la masse de l’eau est donc 255 fois supérieure à la masse de l’air.
Les océans
L‘Océan mondial couvre 70,8 % de la surface de la terre, soit 361 millions de km², pour un volume évalué à 1 332 millions de km³.
Un mètre cube d’air : 1,204 kg
Combien pèse un litre d’air ? Si l’on mesure précisément la masse d’un mètre cube d’air sec, on obtient 1,204 kg pour une pression de 1.013,25 hectopascals (1 bar) et une température de 20 °C.
Capacité thermique massique à pression constante dans les conditions normales de température et de pression.

La chaleur volumique de l’eau est très supérieure à celle de l’air.
Chaleur massique de l’eau = 1 160 [Wh/m3.K]. Chaleur massique de l’air = 0,34 [Wh/m3.K]
La capacité thermique volumique d’un matériau, anciennement appelée chaleur volumique, est sa capacité à emmagasiner la chaleur rapportée à son volume. Elle est définie par la chaleur [le transfert thermique] nécessaire pour élever de 1 °C la température d’un mètre cube de matériau.
C’est une grandeur intensive égale à la capacité thermique rapportée au volume du corps étudié. C’est donc le produit de la masse volumique (ρ) d’un matériau et de sa capacité thermique massique (cp).
Conclusion
Le docteur Daniel HUSSON, probablement peu habitué à être interrogé en direct sur les réseaux sociaux, a commis une confusion gênante dans la vidéo mise en ligne par TOCSIN : réchauffement climatique : un physicien détruit les mythes.
Au milieu de la vidéo (vers 12 minutes) il affirme faussement que lorsqu’on place une bouteille d’eau à 10°C dans un m3 d’air à 20°C, la température d’équilibre est de 10,01°C, alors qu’elle est en fait de 12,24°C.
Fort heureusement, dans le livre qu’il publie, il indique bien que la température est de 12°C, et que c’est lorsqu’on verse 250 litres d’eau à 10°C dans une cuve de 1,25 m3 remplie d’air à 20°C, qu’on peut vérifier que la température d’équilibre est de 10,01°C.
Réchauffement climatique : mensonge politique ou réalité incontestable ? – Daniel HUSSON – [La matinale de Radio Courtoisie – le 24 octobre 2024]
[Le 16 octobre 2024,21 H00, B. G., Arles] : On peut calculer que si la température moyenne de l’atmosphère arrivait à 50°C, avec des océans ayant une température moyenne de 10°C, la température théorique de retour à l’équilibre ne s’élèverait qu’à 10,05°C. On peut aussi calculer que si la température moyenne de l’atmosphère arrivait à 50°C, avec des océans ayant une température moyenne de 20°C, la température d’équilibre ne dépasserait pas 20,15°C.
[Le 14 octobre 2024, 12 H00, P. C., Notre-Dame de la Rouvière] : La thermodynamique élémentaire devrait être largement enseignée, pour éviter que les gens ne se laissent abuser par des marchands de peur.