1 4. Rôle de la chimie atmosphérique dans les changements

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Chimie et changements climatiques - 1UVSQ – INSTN - ENSTA
4. Rôle de la chimie atmosphérique dans les changements
climatiques
1. Rappels sur le bilan énergétique de l’atmosphère
2. Perturbations de l’effet de serre – forçages radiatifs
3. Impact des activités humaines sur le climat
---> Zoom sur le méthane atmosphérique
4. Evolution future de la composition chimique
5. Pouvoir d’échauffement global (PEG)
6. Réponse du système climatique
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Flux solaire intercepté par la Terre: “constante” solaire FS = 1370 W m-2
Equilibre radiatif ! température effective de la Terre
= 255 K
Où A est l!albédo (réflectivité) de la Terre.
1. Bilan énergétique de l’atmosphère
Fig. 2 : Calcul de la température effective.

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1. Bilan énergétique de l’atmosphère
Fig. 3 : Modèle simplifié à une couche.
Chimie et changements climatiques - 4UVSQ – INSTN - ENSTA
IPCC, 2001
Energie solaire
Energie solaire Energie thermique
Energie thermique
Effet de serre + flux de chaleur = 390 W/m
Effet de serre + flux de chaleur = 390 W/m22 – – 235 W/m 235 W/m22 = 155 W/m = 155 W/m22
1. Bilan énergétique de l’atmosphère
Fig. 4 : Bilan d’énergie dans le système climatique.

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1. Bilan énergétique de l’atmosphère
Transmissions atmosphériques dans le domaine solaire
Chimie et changements climatiques - 6UVSQ – INSTN - ENSTA
Emission de corps noir de la
surface et de l’atmosphère
terrestres mesurée depuis
l’espace.
Mise en évidence de la fenêtre
Mise en évidence de la fenêtre
atmosphérique entre 8 et 12
atmosphérique entre 8 et 12 µ µm m
1. Bilan énergétique de l’atmosphère
Fig. 5 : Mise en évidence de la fenêtre atmosphérique.

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1. Bilan énergétique de l’atmosphère
Echauffement et refroidissement radiatifs
Physique et chimie de l’atmosphère, Belin ed., 2006
Fig. 16 : Echauffement et refroidissement en fonction de l’altitude
(K/jour).
Chimie et changements climatiques - 8UVSQ – INSTN - ENSTA
2. Perturbations de l’effet de serre – forçages radiatifs
Fig. 6 : Perturbation du bilan d’énergie.
- !Q
- !Q

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2. Perturbations de l’effet de serre – forçages radiatifs
Définition. Le forçage radiatif sur le système surface-troposphère associé à
l’introduction ou la modification d’un agent extérieur au système est le
changement net (descendant moins ascendant) du rayonnement
solaire+infrarouge calculé à la tropopause. Ce forçage est calculé en permettant à
la température stratosphérique de restaurer l’équilibre radiatif de la stratosphère
mais en maintenant inchangées la température de la troposphère et de la surface
ainsi que toute autre variable climatique (vapeur d’eau, nuages, dynamique, …).
Ce forçage est exprimé par sa valeur moyenne sur le globe et sur une année.
Fig. 7 : Représentation schématique du forçage radiatif.
Chimie et changements climatiques - 10UVSQ – INSTN - ENSTA
! = 0,042!F = ! (N– N0)Ozone troposphérique
! = 0,32!F = ! (X – X0)CFC-12
! = 0,25!F = ! (X – X0)CFC-11
! = 0,12!F = ! (!N-!N0) – (f(M0,N)-f(M0,N0))N2O
! = 0,036!F = ! (!M-!M0) – (f(M,N0)-f(M0,N0))CH4
! = 5,35!F = ! ln (C/C0)CO2
ParamètresExpression simplifiée
Constituant
f(M,N) = 0,47 ln [1+2.01x10-5 (MN)0,75+5,31x10-15 M(MN)1,52]
C est le rapport de mélange du CO2 en ppm
M est le rapport de mélange du CH4 en ppb
N est le rapport de mélange de N2O en ppb
X est le rapport de mélange du CFC en ppb
N est la colonne troposphérique d’ozone en DU
L’indice 0 indique la concentration initiale. Il est à noter que la même relation peut-être utilisée pour tous les CFC, HCFC et HFC avec
différentes valeurs du paramètre ! (efficacité radiative).
2. Perturbations de l’effet de serre – forçages radiatifs
Tableau 1: Expressions simplifiées permettant de calculer le forçage
radiatif des principaux gaz à effet de serre.