Télécharger : Soleil et climat

L’Espace
c’est Classe
2011
Sur les rayons du Soleil
Jean-Yves Prado, CNES Toulouse
Plan
• Le Soleil
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 Généralités, comment on l’étudie
 Sa variabilité
Le Climat terrestre
 Les acteurs
 Le rôle possible du Soleil sur son évolution
La mission PICARD
Mesures du diamètre solaire lors des éclipses
Importance historique des éclipses solaires
Crédit: Gérard Thuillier, François Buisson, Patrick Rocher…
Le soleil
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Une étoile ordinaire arrivée à la moitié de sa vie: ~ 4 milliards d’années
Rayon ~ 700.000 kilomètres
Température de surface environ 5500 °K d’où sa couleur jaune
Tourne sur lui-même en 28 jours en moyenne (24 jours à l’équateur, 32 jours aux pôles)
Emet en permanence un flux de particules ionisées: le vent solaire
C’est une étoile variable avec un cycle de 11 ans (+/- 2 ans)
La Terre lui tourne autour à une distance moyenne de 150 millions de kilomètres (Unité
Astronomique)
• Diamètre angulaire @1UA: ~ ½ degré= 32’= 1960’’
• Le Soleil est objet d’étude parce qu’il conditionne notre existence et aussi parce que c’est la seule
étoile que l’on peut étudier en détail
L’héliosismologie
La méthode d’investigation de l’intérieur du Soleil
A l’intérieur du Soleil
Le spectre du Soleil
La partie la plus variable du spectre solaire (UV/EUV) n’atteint pas la surface
La variabilité du Soleil
Eruptions
Bastille Day Event
PICARD CS#5
11 July Solar Eclipse
JY Prado
Davos, December 1 st, 2010
La variabilité du Soleil
E Ultra Violet (EIT)
VISIBLE
Les taches solaires,
indice historique de l’activité solaire
1625
Historique des cycles
prévision des cycles à venir
Le rôle du Soleil sur l’évolution du climat
terrestre
Logique de modélisation du climat
Eclairement solaire
total et spectral
GES, aérosols
Modèle du climat
Calcul des paramètres
du climat (ex. T)
Comparaison
Données du
climat
GIEC 2001
Modèles du climat terrestre incluant tous les phénomènes physico-chimiques, radiatifs,
dynamiques, et les interactions entre l’atmosphère et les surfaces continentales et
océaniques.
Les acteurs du climat (1/2)
Comment des changements peuvent-ils se produire et
quels peuvent être leurs mécanismes ?
• LE SOLEIL : Qui en eut le premier l’idée ?
 Sans doute Riccioli, astronome italien qui exprimait son embarras à propos de la
relation soleil/climat (1651) :
 « Le soleil présente de moins en moins de taches. En conséquence, la chaleur
atteignant la Terre devrait être plus importante et paradoxalement, le climat est de
plus en plus froid ! »
 Diminution du nombre de taches et rigueur du climat étaient deux faits avérés.
Mais le rôle de facules solaires (http://www.cnrtl.fr/definition/facule) n’était pas
alors compris.
• LE VOLCANISME : Le rôle des poussières dans les variations climatiques a
été proposé par Benjamin Franklin après l’hiver très rigoureux de 1783-1784
qui suivit des éruptions majeures en Islande.
Les acteurs du climat 2/2
LES EMISSIONS ANTHROPIQUES D’AEROSOLS, DE GAZ ET DE POUSSIERES
GES :
CO2 et CH4 sont d’origine naturelle. La combustion du carbone fossile
et l’élevage intensif contribuent à leur augmentation.
CFC et HCFC: leur concentration diminue (protocole de Montréal).
HFC: leur concentration augmente car ils remplacent les CFC. Leur
efficacité effet de serre est environ10000 fois plus grande que celle du
CO2.
Ozone
AEROSOLS : la combustion de la biomasse émet de la poussière.
L’OROGRAPHIE: effet des reliefs sur les vents, les sols…
Les acteurs du système climatique
ACTEURS
SOLEIL
ROLE
En raison de son activité variable et des paramètres orbitaux de
la Terre (théorie de Milankovitch), puissance totale et spectre
varient.
Volcans
Emission de poussière, de CO2 et de molécules acides
Atmosphère
Composition (H2O, GES). Nuages. Mouvements de l’atmosphère
Aérosols
Origine détritique, anthropique et biologique
Albédo
Océans (0.1) et continents (0.1 to 0.8)
Océan
Circulation thermohaline et de surface. Dissout et émet du CO2
en fonction de sa température
Biosphère
Emet/absorbe CO2. Emet CH4, et modifie l’albédo des sols
Orographie
Vents. Emission massive d’eau douce
Evolution historique des gaz à effet de serre
IPCC, 2007
Les modèles climatiques et
la reconstruction de l’éclairement solaire total
• Une fois un modèle construit, il faut déterminer ses entrées pour qu’il calcule
la température à une période donnée, par exemple pendant le minimum de
Maunder.
• Le résultat du calcul est comparé avec les observations et l’accord ou le
désaccord permet d’évaluer la performance du modèle.
• La concentration des GES : connue
• Les aérosols : assez bien connus
• Eclairement solaire : plus ou moins bien reconstruit, objet de discussions
passionnées.
Mesure de l ’éclairement total
• Deux problèmes : les
désaccords sont plus
grands que les
incertitudes évaluées à
l’aide des caractéristiques
des instruments.
• La variabilité déduite des
mesures entre les deux
minima des cycles 21-22
et 22-23 n’est pas unique.
Variation séculaire de
l’éclairement solaire total
Variation de la concentration
des isotopes cosmogéniques
ACTIVITE
SOLAIRE
Activité solaire croissante
 production 14C décroissante
Les variations de concentration de 14C sont en accord avec
les variations du nombre de taches solaires.
Mécanismes possibles
de connexion Soleil-Climat
• Effet radiatif direct :
 La variation de 0.1% pendant le cycle de 11 ans ne peut pas créer une grande variation de
température (0.06 K, North et al. 2004).
 Les données (taches, …) montrent qu’il existe des variations plus grandes que 0.1 % et
s’étendant sur de longues durées. Ex. le minimum de Maunder.
 Néanmoins, la variation de l’éclairement total serait de l’ordre de 0.2 %.

 Un processus amplificateur est nécessaire.
• Rayons cosmiques agissant sur la formation des nuages ?
• Précipitations de particules : elles agissent dans la stratosphère par formation de
NOX  [O3] ↓  modification de la température, de la dynamique et de l’effet de serre
intrinsèque à O3.
• La variabilité UV modifie la concentration de l’ozone dans la stratosphère et par
suite sa structure thermique et sa dynamique
 Si la variabilité de l’éclairement total est 0.1%, à 200 nm, la variation est de 8%. De plus, l’effet
sur la structure de la stratosphère est non linéaire.
Evolution des températures selon différents paramètres
Crowley et al, 2000
___ Température mesurée
___ Température calculée (Soleil + aérosols)
___ Température calculée (Soleil + aérosols + GES)
Modélisation climatique
(aérosols + Soleil )
(GES)
Entrées :
Soleil
GES
Aérosols
IPSL
La variation du nombre de taches
en fonction du temps
• Le cycle le plus évident est un cycle de 11 ans qui ne fut découvert qu’en
1843 par un pharmacien, H. Schawbe, passionné d’astronomie après 18 ans
d’observation.
• R. Wolf collecta toute les observations et organisa la méthode d’observation
dans les observatoires européens.
Modèles
Température
Minimum de Maunder
Minimum de Dalton
Maximum Actuel
Variations régionales de la température
pendant le minimum de Maunder
Le modèle du Goddard Institute for Space Studies-General Circulation Model (GISS-GCM)
indique des variations régionales de la température pendant le minimum de Maunder.
Shindell et al., Science, 2001
Conclusion préliminaire
• Le système climatique est très compliqué en raison du couplage entre l’atmosphère
et la surface et en raison de rétroactions positives. Il y a trois forçages externes
principaux qui ont leur propre variabilité :
 Soleil
 L’activité volcanique
 Les actions anthropiques:
• Au plan de la modélisation, il existe plusieurs difficultés, en particulier, la nébulosité, la
reconstruction de l’éclairement solaire total et spectral.
• Les températures sont elles-mêmes l’objet de discussions.
• Au plan des mesures, le problème de la valeur absolue de l’éclairement solaire total
doit être résolu ainsi que la tendance.
• Etant donné l’évolution prévue de la concentration des GES, la prévision de
l’activité solaire à quelques dizaines d’années est nécessaire.
http://www.astrosurf.com/toussaint/dossiers/soleil_lestaches/taches5.htm
http://media4.obspm.fr/public/AMC/pages_introduction-soleil/atmospheresolaire_impression.html
http://www.cnrtl.fr/definition/facule