FICHE 21 : LE CLIMAT NATUREL SUR TERRE Attac

FICHE 21 : LE CLIMAT NATUREL SUR TERRE
Attac - CNCL - Groupe de travail Energie (version du 6-06-2015)
Le temps, la prévision météorologique et le climat
Le temps qu'il fait est défini par les conditions atmosphériques à un moment et à un endroit
donné: pression, température, humidité de l'air, vitesse et direction du vent, précipitations
(pluie, neige, grêle), ensoleillement (présence ou absence de nuages vents),.
La météorologie informe du temps qu'il fait et qu'il fera sur un temps court (de quelques
heures à quelques jours) et sur un espace réduit (quelques centaines de km).
Le climat est la moyenne du temps qu’il fait. Suivant la norme de l’Organisation
Météorologique Mondiale, le climat d’une région donnée est généralement défini en calculant
cette moyenne sur une période de 30 ans. Les différents climats sur Terre (équatorial,
désertique, polaire,…) sont caractéristiques de leur zone géographique et déterminés par les
transferts d'énergie depuis l'équateur vers les pôles qui s'effectuent via l'atmosphère et les
océans. Le climat naturel est celui qui s'établirait sans intervention humaine.
2) L'équilibre du climat: forçages et rétroactions
Le climat sur Terre serait en équilibre si l'énergie lumineuse que la Terre recevait du Soleil
et celle qu'elle re-émettait vers l'espace étaient égales. La température moyenne sur Terre
serait alors constante mais cette situation est rare.
Les climatologues appellent forçage toute source de perturbation de l'équilibre du climat. Ces
forçages peuvent être naturels (variations de l'activité et de l'irradiance solaire, chutes de
météorites, éruptions volcaniques…) ou anthropiques (émissions de gaz à effet de serre,
changements d’utilisation des sols, etc.). Un forçage du le climat entraine souvent la
modification d'un autre paramètre qui agit sur le climat. Cette modification, appelée
rétroaction, peut amplifier ou atténuer la perturbation initiale. Par exemple, une
augmentation de l'irradiance solaire induit un réchauffement, qui réduit la surface des glaces
aux pôles et donc amplifie le réchauffement initial: cette rétroaction est alors dite « positive ».
Une rétroaction sera « négative » si, au contraire, elle atténue la perturbation initiale.
3) Les flux d'énergie à travers l'atmosphère
L'énergie reçue par la Terre est d'environ 174 PW (1 PW=1015 W). Elle provient quasiexclusivement du Soleil (à 99,97%). Du fait de la distance moyenne actuelle soleil-Terre, la
puissance reçue sur une surface perpendiculaire au rayonnement est environ de 1360 W/m2.
La Terre étant sphérique, sa surface irradiée est égale au quart de sa surface totale: c'est donc
340 W/m2 en moyenne que reçoit la Terre. Une partie de cette énergie est réfléchie par les
nuages et une autre filtrée par l'atmosphère, si bien que c'est environ 160 W/m2 qui atteint la
surface de la Terre. Il ne s'agit bien que d'une moyenne dans le temps et dans l'espace puisque
la fraction réfléchie par cette surface (l'albédo) dépend de la nature et de la couleur de celleci: l'albédo est de l’ordre de 6% seulement pour les océans mais peut atteindre 90% pour le
manteau neigeux. Sur les continents, l'albédo varie selon le type de sol et sa couverture: 40%
pour le sable mais de 8 à 20 % pour la forêt. L'albédo amplifie en général le déséquilibre
énergétique entre l'équateur et les pôles qui est dû d'abord à rotondité de la Terre.
L'énergie émise par la Terre vers l'espace l'est sous forme de rayonnement infrarouge à
grande longueur d’onde du fait de sa faible température moyenne (≈15°C). Ce rayonnement
entre en résonnance avec les molécules les plus grosses présentes dans l'atmosphère, celles
qui contiennent trois atomes ou plus (cas de la vapeur d'eau, du gaz carbonique, du méthane et
l'oxyde nitreux). C'est ainsi que ces gaz, dits à effet de serre, en absorbant une part de
l'énergie infrarouge émise par la Terre et la renvoyant dans toutes les directions, amènent la
température moyenne sur Terre à 15°C, alors qu'elle ne serait en leur absence que de -18°C.
4) Les transferts d'énergie depuis les zones tropicales vers les pôles
Les circulations atmosphériques s'organisent selon trois zones en latitude par suite de la
rotation de la Terre: Entre 0 et 30 ° de latitude, se forment les cellules de Hadley dont
l'origine est la forte chaleur reçue du Soleil à l'équateur qui crée une zone de basse pression
vers laquelle convergent les alizés. Du fait de l'évaporation, l'air chaud et humide qu'ils
transportent monte, se condense à haute altitude et engendre les pluies intenses qui
caractérisent des zones tropicales. Ainsi débarrassés de cette humidité, ces vents vont créer un
peu plus au nord et un peu plus au Sud, des zones de haute pression très sèches: ce sont les
ceintures désertiques. Entre les latitudes 30 et 60°, se développent les cellules de Ferrel à
l'intérieur desquelles les vents d'ouest sont dominants. On trouve de l'air froid à basse altitude
venant des pôles et en hauteur de l'air chaud venant de l'équateur. Les vents à l'intérieur des
dépressions et des anticyclones tournant en sens inverse, il se crée à ces latitudes des zones où
les vents changent fréquemment. Enfin entre 60 et 90 ° de latitude, on trouve les cellules
polaires: l'air y est froid et lourd, créant ainsi des hautes pressions qui génèrent une
circulation vers les plus faibles latitudes depuis les pôles vers l'équateur. Vers 60° de latitude,
la température de l'air a suffisamment augmenté pour provoquer une ascendance..
La circulation océanique ou thermohaline relie tous les courants océaniques majeurs de la
planète. Que ce soit dans l'Atlantique ou dans le Pacifique, les eaux de surface transportent de
l'eau chaude depuis l'équateur vers les pôles, alors qu'en profondeur l'eau froide circule depuis
les pôles vers l'équateur. Ce transport d'énergie depuis la surface vers l'océan profond permet
un stockage thermique important (l'océan stocke 1000 fois plus d'énergie que l'atmosphère
pour un même volume, soit au total trois fois plus), mais très lentement ( de 500 à 1000 ans
pour un tour complet!). Les océans jouent donc un rôle de régulateur thermique, mais aussi de
transferts et de stockages des gaz à effet de serre.
5) Le climat naturel "récent" au quaternaire
Le climat "récent" est celui qui règne sur Terre depuis le début du quaternaire (2,6 millions
d'années), donc avec la position des continents actuelle. Ce climat, connu depuis les derniers
huit cent mille ans grâce aux analyses des carottes de glaces prélevées dans l'Antarctique à
Vostok, subit des variations cycliques et simultanées des températures et de la teneur en gaz à
effet de serre. La théorie astronomique de Milankovitch1 les explique à partir des trois
paramètres orbitaux de la Terre: 1) l'excentricité de l'orbite terrestre (distance Terre-Soleil,
cycles de 100 000 et 400 000 ans, 2) l'inclinaison de son axe de rotation (existence des
saisons, cycle de 21 000 ans et 3) les fluctuations autour de cette inclinaison (précession des
équinoxes, cycle de 41 000 ans). A noter que la durée des périodes glaciaires (≈ 90 000ans)
comme celle des interglaciaires (≈ 10 000 ans) peut varier fortement.
6) Le climat naturel très récent: l'holocène
L' holocène (l'interglaciaire actuel qui dure depuis 12000 ans) a connu de faibles fluctuations
de température d'origine solaire2 dont la plus connue a été le petit âge glaciaire (1450 à 1850).
Aujourd'hui, certains scientifiques3 prévoient que l'holocène pourrait se prolonger encore de
30 à 70 000 ans, même sans forçage anthropique. Les rejets de GES actuels auraient-ils alors
le temps de disparaitre complètement avant la prochaine ère glaciaire?
Les variations climatiques sur le long terme s'interprètent bien par les forçages solaires.
A court terme, la physique qui détermine le climat étant comprise, la prévision, si
nécessaire pou affronter la transition F22 et 23 ne peut que s'améliorer.
Ref:1)www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim1/sysfacte/soleil/soleil1.htm;2)stockage.univbrest.fr/~daniau
lt/UEL_Climat_C7_2.pdf; 3)"A quand la prochaine glaciation" A. Berger et MF Loutre, La Recherche
n°368. A noter: F i renvoie à la fiche i et F ij à la sous-fiche j de la fiche i.