2017- 2018
Pauline Alméras 2017-2018
Chapitre 8
Table des matières
Chapitre 9 – Vers une modélisation du climat
I – Le système climatique ... 3
A – Les gaz à effet de serre ... 3
1 – L’effet de serre naturel ... 3
2 – Zoom sur le CO2 : une dynamique complexe ... 4
B– L’albédo ... 5
C – Autres phénomènes naturels ... 5
2 - Le volcanisme : entre la modification de l’albédo et l’émission de gaz à effet de serre ... 6
D – Des interactions complexes entre ces différents facteurs ... 6
II– L’évolution proche du climat : une modélisation délicate ... 8
A – Les difficultés de la modélisation ... 8
B – Un changement de dynamique délicat ... 8
Conclusion ... 9
Chapitre 9 – Vers une modélisation du climat
Nous avons vu que le climat peut connaitre des variations importantes. Pour modéliser les évolutions futures du climat, nous devons comprendre les origines de ces variations.
I – Le système climatique
La température moyenne de surface d’une planète dépend principalement de sa distance à son étoile. Ainsi sur Terre la température moyenne attendue est de -18°C. Or la température moyenne est de 15 °C.
Quels sont les facteurs qui déterminent la température moyenne globale de la Terre ?
A – Les gaz à effet de serre 1 – L’effet de serre naturel
La Terre reçoit un rayonnement provenant du soleil. Comme tout corps, elle émet elle-même un rayonnement infra-rouge.
1. L’effet parasol : une partie du rayonnement solaire est renvoyé vers l’espace par les nuages et autres gaz à effet de serre.
2. L’effet infra-rouge = véritable effet de serre : une partie de la chaleur émise à la surface de la terre est piégée par les gaz à effet de serre. La chaleur émise provient du rayonnement solaire et des infra-rouges produits par la Terre.
Les principaux gaz à effet de serre sont, par ordre d’abondance, la vapeur d’eau, le CO2, le méthane.
L’humain, en rejetant des gaz à effet de serre, modifie l’équilibre naturel : on parle de forçage anthropique.
2 – Zoom sur le CO
2: une dynamique complexe
Lorsqu’on s’intéresse au climat, le taux de CO2 atmosphérique est central car c’est un gaz à effet de serre dont la teneur atmosphérique est très variable (bien plus que celui de la vapeur d’eau !) Le taux de CO2 de l’atmosphère dépend du cycle du carbone.
* Lithosphère = géosphère
Certains éléments font diminuer le taux de CO2 atmosphérique : océans (hydrosphère), stockage biologique (biosphère), formation des roches carbonatées et carbonées dans une moindre mesure (lithosphère) : on parle de puits de CO2.
D’autres phénomènes font au contraire augmenter le taux de CO2 atmosphérique : activité
volcanique, activité humaine par combustion de roches carbonées (= origine anthropique) : on parle de source de CO2.
Les différentes enveloppes de la Terre sont en interaction permanente. Le taux de CO2 de l’atmosphère est donc le résultat d’une dynamique complexe.
Illustration de cette complexité : la relation océan/atmosphère Document 4 page 120. Répondre à la question 4.
Matière organique
Matière organique Respiration
Fermentation
Consommation CO2
CaCO3 Gaz, charbon,
pétrole…
Dégazage volcanique
Enfouissement et fossilisation Utilisation
des énergies fossiles Dissolution
(équilibre)
Erosion Précipitation
Le cycle du carbone
Température et solubilité du CO2 -> quand les océans se réchauffent, ils absorbent moins de CO2, un gaz à effet de serre, donc la température moyenne augmente… De plus, un réchauffement augmente la teneur de l’atmosphère en vapeur d’eau, ce qui accentue l’effet de serre. Il y a donc un
phénomène d’auto-emballement.
B– L’albédo
Noter la définition de l’albédo donnée dans le livre.
L’albédo est le rapport entre l’énergie réfléchie et l’énergie reçue.
Associer les valeurs extrêmes d’albédo à une couleur.
Albédo max = blanc : réfléchi les rayons lumineux Albédo mini = noir : absorbe les rayons lumineux.
Question 2 du livre page 123
L’albédo varie selon la couleur et la nature du sol, donc il varie à l’échelle de la planète. La présence de la calotte glacière fait qu’il est maximal aux pôles. Il est plus faible au niveau des océans.
Question 4 du livre
L’albédo de la glace est très fort, donc la calotte glacière réfléchi l’énergie reçue, ce qui contribue à faire baisser la température moyenne de la Terre. Or le réchauffement climatique diminue la surface de la calotte. L’albédo est donc moins fort, donc il y a moins d’énergie réfléchie, ce qui entraine une augmentation de la température moyenne de la Terre : le système s’auto-emballe. Ceci explique en partie la diminution radicale de la surface glacière observée ces dernières années.
C – Autres phénomènes naturels
1 - Les paramètres astronomiques : cycles de Milanković Nom du paramètre
astronomique Effet sur le climat Périodicité
Excentricité (mini = trajectoire circulaire, maxi = ellipse écrasée)
Effet sur les températures moyennes de la surface de la Terre au cours de l’année : les saisons sont plus ou moins marquées pour chaque hémisphère.
95 000 ans 125 000 ans 400 000 ans Obliquité =inclinaison de
la Terre
Les saisons sont d’autant plus marquées que l’obliquité est importante.
41 000 ans
Précession = rotation 586+
de l’axe nord-sud
Modification des dates des changements de saison.
19 000 ans 22 000 ans 24 000 ans
Plusieurs paramètres astronomiques ont une influence sur la date et l’intensité des saisons. Ces paramètres peuvent expliquer les cycles de glaciation par exemple.
2 - Le volcanisme : entre la modification de l’albédo et l’émission de gaz à effet de serre
Lors d’une éruption volcanique, on observe deux effets opposés :
Emission de gaz à effet de serre donc réchauffement du climat.
Emission de particules et de cendres qui réfléchissent le rayonnement solaire en altitude donc diminuent l’énergie reçue en surface, ce qui entraine un refroidissement climatique.
D’après les données du tableau, indiquez quel est l’effet dominant des éruptions.
Volcan Localisation Date de
l’éruption Conséquences climatiques
Pinatubo Philippines 1991 Refroidissement général de la planète de 0.6°C pendant 2 à 3 ans
El Chichon Mexique 1982 Refroidissement général de la planète de 0.2 à 0.5°C
Laki Islande 1783
Refroidissement global ; fortes perturbations climatiques en Europe (orages, inondations) ; baisse des précipitations en Afrique et en Inde.
L’effet prédominant des volcans est un refroidissement climatique. Les perturbations engendrées s’enregistrent au niveau mondial mais varient selon les régions du globe.
D – Des interactions complexes entre ces différents facteurs
Tous les facteurs que nous avons mentionnés sont en interaction.
Prenons un exemple d’effet local d’interaction albédo/effet de serre.
L’albédo et l’effet de serre (effet infra-rouge) varie selon la nature du nuage :
- Les stratus (à gauche) ont un fort effet albédo et un faible effet de serre donc ils entraînent un refroidissement local.
- Les cirrus (au centre) ont un faible effet albédo et un fort effet de serre donc ils entraînent un réchauffement local.
- Les cumulo nimbus (à droite) ont à la fois un fort albédo et un fort effet infra-rouge : leur effet sur le climat local est variable et peu tranché.
Le bilan radiatif moyen est donc très inégal selon la localisation géographique.
Ces nombreuses interactions rendent complexe une modélisation fine du système climatique mondial.
II– L’évolution proche du climat : une modélisation délicate
Quelles conséquences peuvent avoir les modifications actuelles de la composition de l’atmosphère sur le climat futur ?
Les études portant sur l’évolution récente du climat montrent un réchauffement climatique en cours, qui est corrélé à l’activité humaine et à l’industrialisation.
A – Les difficultés de la modélisation
On cherche actuellement à modéliser l’évolution du climat. Cette modélisation comporte deux difficultés :
- Utilisation d’un modèle climatique : Estimation de l’impact relatif des différents facteurs agissant sur le climat et prise en compte de la complexité des interactions ces facteurs.
- Activité humaine : Estimation de l’évolution de la démographie mondiale et des rejets de gaz à effet de serre d’origine anthropique (augmentation, stabilisation ou diminution des rejets selon le développement des énergies renouvelables, l’utilisation des énergies fossiles par les pays développés et en cours de développement…)
Ces éléments ne font pas l’objet d’un consensus. Quelle que soit la modélisation, les scientifiques s’accordent pour affirmer que le réchauffement climatique va se poursuivre. Mais selon le modèle climatique retenu et les hypothèses faites sur l’action de l’humain, l’ampleur du réchauffement prévu est variable.
Exemple de prise en compte de l’activité humaine : les scénarios du GIEC
Le GIEC, Groupe d’experts International sur l’Evolution du Climat, travaille sur 6 scenarios pour modéliser l’évolution du climat. Pages 124/125
Doc 1 et 3 : Les scénarios du GIEC intègrent des hypothèses démographiques, socio-économiques et technologiques afin d’estimer l’émission future de gaz à effet de serre. Ces données sont ensuite intégrées dans des modèles climatiques construits à partir de notre compréhension du système climatique terrestre, avec toutes ses interactions.
On remarque que tous ces scénarios du GIEC (y compris le plus optimiste) aboutissent à une température estimée en 2100 plus élevée qu’actuellement.
Et les scénarios du GIEC sont les plus optimistes du monde scientifiques ! Les mesures de ces dernières années sont bien plus alarmantes que ce que prévoyaient les pires scénarios du GIEC.
B – Un changement de dynamique délicat
Doc 2, question 1 p125 : Les gaz à effet de serre ont une durée de séjour dans l’atmosphère assez élevée à l’échelle humaine (100 ans pour le CO2). Ce qui fait que même en réduisant dès maintenant l’émission de gaz à effet de serre, leur concentration dans l’atmosphère restera élevée durant plusieurs années. Les mesures politiques prises ne peuvent donc pas avoir d’effet immédiat.
Conclusion
La compréhension des phénomènes climatiques du passé, depuis la formation de la Terre jusqu’au passé récent, permet de mieux comprendre les mécanismes de variation du climat. On peut ainsi affiner les modèles et les hypothèses utilisés pour la simulation de l’évolution du climat.
