Chapitre 3

Chapitre 3 : De l’évolution récente du climat au climat de demain
La température globale terrestre, qui dépend de l’énergie reçue, a varié de façon cyclique au cours des
800 000 dernières années. Cela suggère une complexité du système climatique. Ces variations s’effectuent en
parallèle à des fluctuations de certains gaz atmosphériques. Or, depuis près de deux siècles, le taux atmosphérique
de ces gaz augmente rapidement sous l’effet des émissions anthropiques.
 Quels sont les acteurs du système climatique terrestre ?
 Comment l’Homme influence-t-il le système climatique ?
1. Origine des variations climatiques récentes
Au cours des 800 000 dernières années, plusieurs cycles glaciaires se sont succédés : des périodes froides
d’extension glaciaire ont alterné périodiquement avec des périodes plus chaudes.
 Pb : comment expliquer les variations de température sur la Terre dans le passé et aujourd’hui ?
a- Les gaz à effet de serre et le climat
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=16010&document_id=27255&portlet_id=91244
Le soleil envoie sur Terre un rayonnement de lumière visible et d'infrarouges, notamment. Ces rayonnements sont
en partie renvoyés dans l'atmosphère où ils sont piégés par des gaz à effet de serre et en partie directement
piégés. L'effet de serre est donc la condition fondamentale pour que la vie se développe sur terre. Le tableau
suivant montre la différence de température à la surface des planètes sans effet de serre (température théorique)
et avec l'effet de serre (température mesurée).
La figure suivante précise le rôle des différents gaz dans l'effet de serre à la surface du globe :
On constate que les deux gaz ayant un effet de serre important sont le CO2 et la vapeur d'eau. Nous allons
essentiellement nous intéresser au CO2.
Le diagramme suivant nous permet de constater qu'une variation du taux de CO2 a un impact direct sur la
température à la surface de la Terre.
L'effet de serre est donc un phénomène parfaitement naturel et tout à fait essentiel au développement de la vie
sur Terre. Durant toute l'histoire géologique du globe, il a varié dans des proportions très importantes.
b- Influence des paramètres astronomiques
 la théorie de Milankovitch :
http://menaceclimatique.free.fr/anim_milankovitch.php
La quantité d’énergie solaire reçue par la Terre à un endroit donné de sa surface, dépend notamment de 3
paramètres évoluant périodiquement : L’excentricité (L'augmentation d'excentricité a pour effet d'accentuer les
saisons dans un hémisphère et de les atténuer dans l'autre; au contraire, lorsque l'orbite est circulaire de son
orbite autour du soleil) , de l’obliquité de l’axe de rotation de la planète par rapport au plan de l’orbite ( influence la
répartition latitudinale de l’énergie solaire) et la direction vers laquelle pointe cet axe à un moment de l’année alors
qu’il évolue suivant un mouvement de précession ( effet similaire à celui de l’obliquité).
c- L’albédo, un acteur important du climat
L’albédo (http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1rc.html ) est le rapport entre l'énergie que réfléchit une
surface et l'énergie incidente qu'elle reçoit
C’est l’un des facteurs qui contrôle la température de surface de la Terre. Actuellement 30 % de l'énergie solaire
arrivant sur toute la surface de la Terre est réfléchie vers l'espace. On a donc un albédo de 0,3. Nous savons que
plus une surface est réfléchissante, moins elle s'échauffe. Des radiomètres permettent de mesurer l'albédo d'un
objet donné. Embarqués à bord de satellites, ceux-ci peuvent évaluer l'albédo des différentes régions du globe de
façon très précise
L’albédo de la Terre varie principalement en fonction de la nébulosité, de l’enneigement, de l’englacement et du
couvert végétal : en moyenne, il est de 34 %.
Problème : la fonte de la banquise et calottes glaciaires va-t-elle limiter la hausse de température ?
Logiquement plus l’albédo est élevé, plus la lumière réfléchie est forte, plus la lumière absorbée est faible et donc
moins elle se réchauffera !
Réchauffement planétaire fonte de vastes surfaces neigeuse remplacée forêt ou océan  diminution de
l’albédo terrestre réchauffement planétaire = effet boule de neige = rétroaction positive
d- L’importance de la couverture nuageuse
La couverture nuageuse joue un double rôle dans l’équilibre thermique terrestre :
Si globalement les climatologues pensent que la couverture nageuse augmentera avec le réchauffement, difficile de
conclure sur l’impact de la couverture nuageuse : rétroaction positive ou négative selon le type de nuages !
Pour aller plus loin, poster CNES_calipso :
http://www.cnes.fr/automne_modules_files/standard/public/p7186_b43b8a038a6c5d1cb5e7f73
6f4373490p5124_7cc04bc1bc4bac93f3c78489a5e52df2Pancalipso_DDS2-1.pdf
e- Température et solubilité du dioxyde de carbone
 l’importance la pompe physique océanique
Problème : les eaux océaniques vont-elles limiter la hausse de température ?
75% de la surface terrestre est représentée par l’océan. Ce dernier joue un rôle prépondérant dans le cycle du
carbone car il peut se comporter :
· comme puits de CO2 en le pompant depuis l’atmosphère vers l’océan
· comme émettrice de CO2 en le relargant dans l’atmosphère depuis l’océan
Il existe une grande hétérogénéité à la surface de l’océan, globalement :
· La zone équatoriale est émettrice de carbone
· Les régions de moyennes latitudes sont des puits de carbone.
En effet la température de l’eau influence directement ces échanges : plus la température de l’eau est froide et
plus le CO2 est soluble dans celle-ci.
Réchauffement planétaire Réchauffement des eaux de surface diminution de la solubilité du
CO2 dégazage en CO2 par l’océan augmentation du CO2 atm augmentation de l’effet de
Serre réchauffement planétaire = effet boule de neige = rétroaction positive
 l’importance de la pompe biologique océanique
Problème : le plancton océanique va-t-il limiter la hausse de température ?
La végétation n’est pas uniquement cantonnée aux continents. Il existe une formidable faune marine représentée
par le phytoplancton. Celui-ci en se développant dans les eaux superficielles des océans prélève du CO2 pour la
réalisation de la photosynthèse : on parle de la pompe biologique océanique en CO2. Les régions océaniques
tropicales représentent des déserts océaniques, non pas par manque d’eau, mais par carence en sels nutritifs
(nitrates et phosphates).
Réchauffement climatique réchauffement des eaux de surface eaux chaudes stagnent en surface limitation
de la remontée des eaux profondes riches en sels nutritifs carence en sels minéraux des eaux de surface
développement limité du phytoplancton diminution de la pompe biologique en CO2 augmentation du CO2 atm
augmentation de l’effet de serre réchauffement climatique = effet boule de neige = rétroaction positive
Pour aller plus loin avec le cycle carbone :
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=15684&educelm=machine_7_0
http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations_flash/a_la_loupe/le_cycle_du_carbone
2. Les modifications anthropiques de l’atmosphère et du climat
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=16010&document_id=27255&portlet_id=91244
L'effet de serre naturel est bénéfique en générant une température de +15°C. La stabilité de cette valeur moyenne
dépend de l'équilibre thermique entre la quantité d'énergie reçue et la quantité d'énergie réémise par le couple
Terre-Atmosphère. Or, les bilans radiatifs au sommet de l'atmosphère et au sol montre un déséquilibre : en raison
de l'émission de gaz à effet de serre d'origine anthropique, trop de chaleur est conservée dans l'atmosphère par
cet effet de serre additionnel ce qui provoque une hausse globale de la température moyenne ou réchauffement
climatique.
On note déjà, à l’échelle du globe, une hausse des températures moyennes de l’atmosphère et de l’océan, une fonte
massive de la neige et de la glace et une élévation du niveau moyen de la mer
Les émissions mondiales de GES imputables aux activités humaines ont augmenté depuis l’époque
préindustrielle; la hausse a été de 70 % entre 1970 et 2004.
Depuis 1750, sous l’effet des activités humaines, les concentrations atmosphériques de CO2, de méthane
(CH4) et d’oxyde nitreux (N2O) se sont fortement accrues ; elles sont aujourd’hui bien supérieures aux
valeurs historiques déterminées par l’analyse de carottes de glace portant sur de nombreux millénaires
L’essentiel de l’élévation de la température moyenne du globe observée depuis le milieu du XXe siècle est très
probablement attribuable à la hausse des concentrations de GES anthropiques7. Il est probable que tous les
continents, à l’exception de l’Antarctique, ont généralement subi un réchauffement anthropique marqué depuis
cinquante ans
3- Le climat de demain, une modélisation délicate
Logiciel : simclimat
Les prédictions sur l'évolution du climat sont l'objet de controverses et de discussions qui n'ont souvent rien de
scientifique.
Parmi les études sur l'évolution du climat, celles du GIEC (Groupe Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat)
sont considérées comme les plus sérieuses même si l'organisme en question n'est pas au dessus de toutes critiques.
Voici un descriptif des scénarios envisagés par le GIEC :
La première série de scénarios sont regroupés sous appellation "scénarios A1”. Ces scénarios reposent sur
l’hypothèse d'une croissance économique rapide de l'économie mondiale associée à une croissance de la population
mondiale jusqu'au milieu du 21e siècle, suivie d'une légère baisse de celle-ci et de l’introduction rapide de nouvelles
technologies énergétiques efficaces. Les économies régionales se développent fortement et la prospérité est
répartie équitablement
Les scénarios A1 se subdivisent en trois groupes :

en A1F1, le monde continue principalement de fonctionner avec les combustibles fossiles,

en A1T avec des combustibles non fossiles,

en A1B avec un mélange des deux.
Le scénario A2 décrit un monde qui reste divisé. Dans l'ensemble, il n'y a pas de redistribution des ressources
naturelles disponibles, des connaissances technologiques et du bien-être entre les régions riches et pauvres
Le scénario B1 suit le scénario A1, mais le monde se tourne plus rapidement vers une économie axée sur les
services avec une introduction rapide de technologies propres et durables.
Le scénario B2 parle d'un monde axé sur la préservation de l'environnement et de l'égalité sociale, mais qui part de
solutions régionales en matière de durabilité économique, sociale et écologique
Le graphique ci-dessous montre les projections des émissions des gaz à effet de serre et de la température de la
Terre jusqu'en 2100 pour quelques scénarios du GIEC.
Scénarios d’émissions de GES pour la période 2000–2100 (en l’absence de politiques climatiques additionnelles) et
projections relatives aux températures en surface
Si on se focalise davantage sur la France, on peut constater l'augmentation de température moyenne sur notre pays
depuis un siècle et plus particulièrement depuis les 30 dernières années :
Les climatologues français ont récemment cherché à déterminer si des vagues de chaleur comme celle d'août 2003
pourraient se multiplier d'ici la fin du XXI e siècle. Ils ont choisi pour cette simulation climatique un scénario
d'émissions de gaz à effet de serre plutôt pessimiste (scénario A2 du Giec, pas de ralentissement des émissions).
Nombre de jours par an avec températures maximales supérieures à 35°C en France : dernière décennie du 20 ème
siècle comparée à la dernière décennie du 21ème siècle, selon les 3 scénarios A2, A1B et B1 (copyright MétéoFrance 2007)
Les simulations prévoient une augmentation très nette du nombre de canicules estivales en France. Les journées de
très forte chaleur (température maximale supérieure à 35°C) devraient devenir beaucoup plus fréquentes à la fin
du XXIe siècle : en moyenne, de 20 à 40 journées (selon le scénario) par été à Paris (contre moins de 3
actuellement) et de 25 à 55 journées à Toulouse (contre 3 à 5 actuellement).