le changement climatique et effet de

Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de
l’éducation nationale
Le climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°1
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Notion de changement d’état
Concepts thermodynamiques : équilibres de phase de l'eau
vapeur
Chaleur latente de fusion:
Lf = 0,334.106 J kg-1
Chaleur latente d’évaporation:
Le = 2,5.106 J kg-1
Chaleur latente de sublimation:
Ls = 2,834.106 J kg-1
solidification
solide
liquide
liquéfaction
Il faut 8 fois plus d’énergie pour sublimer 1 kg de glace que pour le faire fondre
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°2
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Humidité de l’air et saturation
Concepts thermodynamiques : condensation dans l’atmosphère
Notion d’humidité spécifique et d’humidité relative
1 kg d’air peut transporter une certaine quantité d’eau (capacité de stockage) :
Humidité spécifique à saturation : capacité maximale de stockage
Par exemple: qsat = 20 g d’eau
Humidité spécifique = masse d’eau stockée
5 g d’eau
Ici : dans 1 kg d’air on a l’humidité spécifique q = 5 g d’eau / kg d’air
L’humidité relative Rh = 5 / 20 = 25% (du stockage possible)
Si q = qsat = 20 g d’eau / kg d’air alors toute ajout fera déborder => condensation
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°3
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Humidité de l’air et température
Concepts thermodynamiques : condensation dans l’atmosphère
Humidité spécifique à saturation est fonction de T : la capacité du seau augmente avec T
T diminue : q reste constant mais qsat diminue donc Rh diminue
q = 5 g d’eau / kg d’air
Lorsque T est suffisamment faible pour que qsat = 5 g d’eau / kg d’air
Alors Rh = 100% il y a condesation
FORMATION des NUAGES :
En refroidissant suffisamment une masse d’air
 formation de gouttelettes ou cristaux de glace et déclenchement des
précipitations (= lorsque ceux-ci sont assez gros pour chuter)
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°4
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Quelques conclusions sur l’humidité
- Il faut fournir de l’énergie pour permettre l’évaporation
- Plus il faut chaud l’air peut contenir/transporter d’eau
- En refroidissant l’air on peut provoquer la condensation (former des nuages)
- En réchauffant : les nuages peuvent se réévaporer
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°5
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Notion de rayonnement
casserole
Plaque chauffante : rayonne
Cellules de convection
Evaporation = demande d’énergie
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°6
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Notion de rayonnement
Rayonnements de courtes
Sincident
et
grande longueur d’onde
Lincident
Lémis
Sréfléchi
Surface du sol
casserole
Plaque chauffante : rayonne
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°7
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Notion de rayonnement
Rayonnements de courtes
Sréfléchi
Sincident
et
grande longueur d’onde
Lincident
Lémis
Surface du sol
Spectre d’émission :
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°8
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Notion de rayonnement
Rayonnement solaire
réfléchi Sr = 107 W m-2
Rayonnement solaire
incident Si = 342 W m-2
Rayonnement de
grandes longueurs
d’onde émis
Lo = 235 W m-2
Lo = σT4  Température d’équilibre (sommet de l’atmosphère)
= Lo compense exactement (Si-Sr = 235 W m-2)
ce qui correspond à une T de -19°C
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°9
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
tropopause
Hypothèse: terre « sans rotation »
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°10
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
Force d’inertie de Coriolis
Flux d’Ouest au
moyennes latitudes
Flux d’Est à
l’équateur
Cellule de Hadley
Transport des dépressions des moyennes latitudes
Hypothèse: terre en rotation
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°11
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques : dans le détail
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°12
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
Zones de subsidence sub-tropicales
(déserts et très forte évaporation)
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°13
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°14
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques : dans le détail
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°15
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Obliquité et saisonnalité
Été hémisphère nord
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Été hémisphère Sud
diapositive n°16
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Rayonnement sur terre
600,00
600,00
500,00
500,00
400,00
400,00
300,00
300,00
200,00
Rayonnement
Equateur
200,00
100,00
100,00
0,00
0,00
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Rayonnement
Tropique Nord
500,00
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
600,00
Rayonnement
Pôle Nord
500,00
400,00
400,00
300,00
300,00
200,00
200,00
100,00
100,00
600,00
Rayonnement France
0,00
0,00
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
diapositive n°17
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
 Régimes climatiques
•Température, précipitation, humidité, vent moyen
• Saisonnalité
• Variabilité climatique locale/régionale/globale (ex. El Niño)
Exemple: climat tropical
Toujours humide
Alternance saisons :
humide - sèche
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°18
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Importance de l’atmosphère : effet de serre
Sréfléchi
Sommet de
l’atmosphère
particule
Sincident
Apport d’énergie
supplémentaire
vers la surface
Surface du sol
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°19
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Bilan d’énergie
342
107
= 235
40
195
67
168
Evaporation
390
324
78
Chaleur
sensible
24
Surface du sol
Apport d’énergie à la surface : Tsurface > Tsommet_atmosphère
Bilan avec effet de serre : 390 W m-2  Tsurface ~ +15°C
Sans l’effet de serre : 235 W m-2 Tsurface ~ -19°C (glace recouvrerait la terre  chute de T à -100°C)
Principal gaz à effet de serre = vapeur d’eau
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°20
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Importance de chaque gaz à effet de serre
spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le système Terreatmosphère vers l'espace
Part absorbée en fonction du gaz
Vapeur d'eau (H2O)
Émission
Surface
(théorique)
Gaz carbonique (CO2)
Ozone (O3)
Méthane (CH4)
Protoxyde d'azote (N2O)
Émission
Vers l’espace
(en noir)
Oxygène (O2)
Eau : tout est déjà absorbé
CO2, CH4 : il reste encore à absorber
CFC : purement anthropique
Augmentation de l’eau a peu d’effet, contrairement à CO2, CH4 ou CFC
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°21
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Importance de l’eau / réchauffement climatique
Albédo des nuages et écran au rayonnement solaire
Cumulonimbus :
Effet < 0
sur T
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Cirrus :
Effet > 0
sur T
diapositive n°22
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le système climatique : ensemble des interactions
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°23
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le système climatique : sa modélisation
Modèle atmosphérique = résolution des
équations de dynamique, thermodynamique
Équation d’état (gaz parfait)
Aujourd’hui modèles couplés avec océan
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°24
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de
l’éducation nationale
Le climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°25
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Qu’est-ce que le changement climatique
Différence entre variabilité et changement climatique
Climat moyen
Changement Climatique = changement des propriétés statistiques
persistant sur plusieurs décennies
Variabilité climatique
période de
référence
Évolution de
la moyenne
Évolution
fréquence des
événements
Évolution des
extrêmes
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Tout à la fois
diapositive n°26
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Variabilité naturelle : rôle de l’insolation
E = excentricité = “allongement” de l’ellipse
T = “obliquité”= angle entre l’axe de rotation de la
terre et celui de son ellipse autour du soleil
P = precession des équinoxes =
changement dans la direction de l’axe en un point de
l’orbite
Appelés les cycles de Milankovitch :
Joue sur la durée des saison et l’intensité de l’insolation au cours des saisons
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°27
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Cycles de milankovitch : impact sur le rayonnement
Derniers millions d’années: climat = cycles glaciaires/interglaciaire
Variations d’insolation aux hautes latitudes
nord (65°N) :
 Cycles des glaciations :
Trois temps de phase
- Excentricité : cycle à 100 000 et 400 000 ans
- Obliquité : cycle à 41 000 ans
- Precession : cycle 19 000 et 23 000 ans
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°28
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Cycles de milankovitch : importance des rétroactions
- Insolation: perturbe cycle du carbone qui amplifie
(en rétroaction) la perturbation
- D’autres rétroactions sont aussi nécessaires:
 variations d’extension glace (albédo) : plus il fait
froid plus l’étendue des surfaces enneigées et
importante : reflète le rayonnement solaire
 variations du niveau des mers et circulations
océaniques
- Variations de CO2 ont lieu après variations de T, mais sans le CO2, l’ampleur des
variations de T est inexplicable.
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°29
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Variabilité climatique et ses causes
“J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique”
Quelle échelle de temps ?
Multiséculaire? Multimillénaire?
 Rayonnement
 Rétroaction de l’albédo (étendue de la cryosphère)
 Circulations océaniques, stockage de CO2
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°30
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Variabilité climatique et ses causes
“J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique”
Quelle échelle de temps ?
Au 20e siècle? futur?
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°31
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Variabilité climatique et ses causes
Changement climatique : peut avoir des causes naturelles OU/ET anthropique
Ex.: Variations naturelles du rayonnement
solaire, volcanisme
Ex.: gaz à effet de serre (CO2, CH4, CFCs…)
utilisation des sol (albédo des sols,
carbones suie sur albédo de la neige)
Combustibles
fossiles
“J’ai du mal à penser que le CO2 puisse […]”
Lequel ? Anthropique ? Naturel ?
CH4 est présent naturellement dans l’atmosphère
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°32
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Variabilité climatique et ses causes
“J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique”
Bien entendu que non
(mais il y a consensus sur ce point même pour le 20e siècle)
- Autres gaz à effets de serre
- Nuages
- Aerosols (naturels ou non, ex.: éruptions volcaniques)
- Rayonnement solaire depuis le petit âge glaciaire (PAG)
- Utilisation des sols (albedo, carbone suie (sur la neige), et dégagement de CO2)
- […]
Et au niveau multiséculaire et multimillénaire :
- Rayonnement solaire
- Circulation océaniques
- Cryosphère
- Volcans
- Dégazage des océans
- […]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°33
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Variabilité climatique et ses causes au 20e siècle
Illustrations : dans le détail ce sont les
gaz à effet de serre qui l’emportent
Source : [IPCC, 2007]
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°34
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Climat futur – Ce qui est prévu
IPCC, 2007:
- Augm. de T plus marquée : continent et hautes latitudes
- - Augm. de P : moyennes, hautes latitude et zone
Equatoriale
-- Diminution de P en zone subtropicale
-
Augmentation des vagues de chaleur (très probable)
● Augm. des précipitations extrêmes (très probable)
● Augm. des jours sans gel, jours chauds… (partiquement sûr)
● Augm. zones affectées par la sécheresse (probable)
● Augm. fréquence cyclones (probable)
●
Augmentation de température au 21e s
(IPCC, 2007)
Reste de nombreuses Incertitudes sur d’éventuelles mauvaises
surprises (arrêt du Gulf stream, emballement du CO2, émissions
massives de CH4, désintégration de l'Antarctique de l'Ouest…)
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°35
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Impact sur les glaciers : un recul
T augmente  rétroactions
 Fonte augmente
 Précipitation liquide plutôt que solide  accumulation diminue
 Dégradation de l’albédo  Fonte augmente
 Recul  surface non englacée chauffent  T augmente encore plus
 Plus de poussières  albédo diminue  Fonte augmente
 Altitude surface en un point diminue  condition plus chaude
 moins épais  diminution vitesse écoulement  recul s’accélère
Point fixe (en x, y)
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°36
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Conséquence sur les glaciers
Actuel :
projections :
Evolution du nivequ des mers
Expansion thermique : +++
Glaciers: ++
Bilans de surface : Greonland : +
Antarctique : Dynamique des grandes calottes : +
+50 à 120 cm à la fin du 21e siècle
(IPCC, 2007)
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°37
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interpréter certains messages avec prudence
“l’impact du recul de la calotte arctique sur le niveau des mers pourrait être de 4 m”
Quelles hypothèses ?
Que veut dire ce terme?
- La calotte arctique n’a pas de vraiment sens
- Il y a plusieurs calottes dans l’arctique
(principalement : calotte Groenlandaise)
- il s’agit d’un amalgame avec la calotte Antarctique
(où il en existe aussi plusieurs)
- Il existe un intervalle de valeurs selon scénario et
modèles.
- type de scénario considéré
(divers types de scénarios A1B, A2, etc)
- Processus pris en compte par modèles de climat
ce terme inclue-t-il la banquise?
- NON ! Car la fonte de la banquise n’a pas
d’impact (direct) sur le niveau des mers
 Pour note, Groenland : 7.3 m eq. niveau des mers
 Reste de grandes incertitudes sur la dynamique
des glaciers
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°38
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interpréter certains messages avec prudence
Types de scénarios (Source: IPCC, 2001) :
Ex.: A1
Ex.: A2
Hypothèses :
• Croissance population : 9 milliards en 2050
puis diminution
• Croissance économique rapide
• Nouvelles technologies énergétiquement
efficaces
• Interactions sociales et culturelles
augmentent
• Le « mode de vie » des habitants s’équilibre
Hypothèses :
• Evolution du monde hétérogène
• Croissance population 15 milliards en 2100
• Croissance et pénétration des technologies
énergétiquement efficaces très variable selon
les régions
• Utilisation des énergies
FI = Fossil Intensive
T = Utilisation intensive des non
fossiles
B = équilibre entre les 2
 A1B, A1FI ou A1T
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°39
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interpréter certains messages avec prudence
Types de modèles et processus pris en compte:
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°40
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interpréter certains messages avec prudence
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°41
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de
l’éducation nationale
Le climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’etude du climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°42
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
L’eau sur terre
L’eau sur terre
(70%
surface terrestre)
97 % eau salée
2.5 % eau douce
dont
69 % glace/neige
Antarctique
~89 %
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Groenland
~10 %
Autres
~0.3 %
diapositive n°43
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Place de la cryosphère sur terre (IPCC, 2007)
10% des surfaces continentales & 7% des surfaces océaniques (en moyenne)
Element de la cryospère
Surface
(106 km2)
Volume
(106 km3)
Equivalent /
niveau des mers (m)
Neige sur les continents
1.9-45.2
0.0005-0.005
0.001-0.01
19-27
0.019-0.025
0
de 0.51 à 0.54
de 0.05 à 0.13
de 0.15 à 0.37
1.5
0.7
0
Groenland
1.7
2.9
7.3
Antarctique
12.3
24.7
56.6
5.9-48-1
0.006-0.065
0
22.8
0.011-0.037
0.03-0.10
glace de mer
glaciers
Ice shelves
Calottes
sol gelé (temporairement)
Pergélisol
Elément fondamental du système climatique : Feedback sol/atmosphère (albédo, vents catabatiques),
Circulation océaniques
Elément fondamental de l’environnement :
Principale source d’eau douce continentale (75%)
Ressources en eau (ex. Pérou, Pakistan)
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°44
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex1.: Neige et glace : albédo de la terre
Albédo = Sréfléchi / Sincident
Répartition de la neige du 30 mars au 6 avril 2003 (données MODIS/Terra Snow cover)
© NSIDC, University of Colorado at Boulder
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°45
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex2.: Albédo et étendue des calottes
Il y a 20.000 ans
Californie – Photo J. Alean
Aujourd’hui
Central Park – Photo J. Alean
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°46
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex3.: Glace de mer ou banquise (répartition)
Concentration de glace
%
Source : [IPCC, 2007]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°47
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex3.: Glace de mer et circulation océanique
Acteur fondamental du système climatique (ex.: banquise)
Surface océan
Glace de mer
Salinité + élevée
Convection
© CNES
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°48
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de
l’éducation nationale
Le climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°49
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Intérêt porté aux glaciers
Définition :
Masse naturelle de neige et de glace provenant de la transformation de
neige, permanente à l’échelle humaine (Lliboutry, 1965)
Comprend :
- les calottes de glace (Antarctique, Groenland, Patagonie, Islande)
- les glaciers de type « alpins »
Ne comprend pas :
- la glace de mer (banquise),
- le pergélisol,
- les lacs ou les rivières gelés,
- les glaciaires qui se développent au fond des gouffres.
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°50
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Rappels : place des glaciers
Groenland : 1.7
Autres ~ 0.5
Alpes ~ 0.003
Antarctique : 12.6
CARTE GLIMS, Superficies IAHS-UNEP-UNESCO 1999, unité 106 km2
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°51
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Structure et forme très variées
Inlandsis :
Ice Shelf :
Photo : D. Six
Calottes de glace :
Larsen Ice Shelf - Terra Satellite - NASA
Photo : Michael Hambrey
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°52
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Structure et forme très variées
Glacier de vallée :
Glacier de cirque :
Glacier suspendu :
Massif du Mont-Blanc. Aiguille du Tacul. Photo D. SIX
neige
Photo : Michael Hambrey
glace
Pente
rocheuse
Photo : L. Reynaud
glace
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°53
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Structure et forme très variées
Glacier de Piémont :
Glacier couvert ou Noir :
Chaîne Trans-Antarctique – Dry Valleys. Photo D. Six
Glacier Rocheux :
Glacier rocheux – Chili. Photo V. Favier
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°54
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Formation
1° - Neige accumulée pendant l’hiver (ou saison
humide) ne font pas complètement en altitude
« Zone d’accumulation »
2° - Transformation neige en névé puis glace
« Métamorphisme »
3° - Écoulement névé et glace vers le bas
« Dynamique »
4° - Fonte en surface en bas du glacier
« Zone d’ablation »
1°
4°
5°
2°
3°
Océan ou lac
5° - Si front dans océan ou lac: Vêlage + fonte basale
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°55
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Glacier comme :
archive climatique
Carotte de glace – Photo L. Augustin
indicateur climatique
Glacier d’Argentière
1864
1995
Variations de température, méthane, et concentrations en dioxyde de carbone,
Antarctique (adapté de Sowers and Bender, 1995; Blunier et al., 1997;
Fischer et al., 1999; Petit et al., 1999), cf. IPCC 2001.
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1864-2004: -1.4 km
diapositive n°56
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Archive climatique : retour sur sa formation
Zone de formation, en général dans :
- zones froides
(haut en altitude ou latitude)
- zones humides
(proches de l’océan)
Empilement des couches d’une
année sur l’autre
Photo : V. Favier
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°57
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Formation
Transformation de la neige en névé
A. de la neige en névé
Quelques
jours
Neige
fraîche
Quelques
mois
Quelques
semaines
noir : air
gris : glace
Agents de transformation :
vent, tassement,
fonte&regel, sublimation&condensation
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°58
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Formation
Transformation du névé à la glace
B. du névé à la glace :
- Frittage
- Fonte et regel (si fonte en surface)
- Compression
Vapeur d’eau
Close-off
Pont de glace
Vapeur d’eau
noir : air
gris : glace
Cohésion de frittage
© ANENA
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°59
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Formation
Vostok, 150 m
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Vostok, 1800 m
diapositive n°60
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
dépôt humide
AEROSOL
GAZ TRACE
dépôt sec
Surface
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°61
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Analyses réalisées
neige
névé
Bulles emprisonnées
Glace
Air emprisonné
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°62
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Analyses réalisées
Eau
H2O
H218O
HDO
Impuretés :
poussières,
sel,
pollution,
volcanisme
…
Air
CO2
CH4…
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°63
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Les isotopes de l’eau
Les isotopes stables de l’eau : abondances, notation
Oxygène:
16O (99,63 %), 17O (0,0375 %), 18O (0,1995 %)
1H
Hydrogène:
(99,9852 %), 2H (D) (0,0148 %)
Dans l’eau de mer :
18O/16O
= 0.2 % et D/H = 0.015 %
Formes principales de la molécule d’eau:
  18 O 

  16 

  O  ech

18
δ O (‰)   18
 1 *1000
  O

  16 O 

 SMOW 

H216O, H218O, HD16O
Standard Mean Ocean Water
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°64
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Les isotopes de l’eau
Pression de vapeur de H218O plus faible que H2O
 les lourds se condensent préférentiellement
18O/16O
-5%o
-1%o
-3%o
-4%o
-2%o
Calotte
Océan
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°65
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le thermomètre isotopique
D’après [Johnsen et al., 1989] et [Lorius et Merlivat, 1977]
Estimation précipitations passées
Température
Pression de vapeur saturante
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Précipitation
diapositive n°66
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : Température
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°67
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : comment dater l’échantillon
1. Décompte des années (couches supérieures)
2. Datation absolue : radioactivité artificielle (essais nucléaires : ex.
137Cs, 90Sr)
3. Radiactivité 210Pb : Analyse de la décroissance radioactive
4. Horizons repères : éruptions volcaniques majeures (qqs milliers d’années)
5. Modélisation écoulement glaciaire et accumulation (amincissement couches)
Forages
profonds
6. Par corrélation avec un autre enregistrement
7. Utilisation de la théorie astronomique de Milankovitch
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°68
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : comment dater l’échantillon
Col du Dôme
Preunkert et al., 2000
le glaciologue ne dispose pas de méthodes de datation absolue
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°69
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : problème de datation des gaz
neige
Dans la partie neige et névé
la calotte est perméable
à l’air
névé
L’air emprisonné est plus jeune
que la glace qui l’entoure
Glace
D’après B. Jourdain
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°70
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : Température
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°71
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Glacier comme indicateur climatique
1864
Glacier
d’Argentière
1896
1995
1864-2004: -1.4 km
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°72
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Petit Age glaciaire dans les Andes
Bolivie: PAG (2nde moitié du 17ème siècle)
1825 +/- 10
Utilisation de modèles très simple basés sur
caractéristiques du bilan de masse des glaciers
1808 +/- 10
1765 +/- 10
1912 +/- 9
1871 +/- 9
1734 +/- 12
Comment joue T,P?
1843+/- 9
1703+/- 12
1686 +/- 14
Glacier Sud du Charquini
(photo V. Jomelli)
D’après [Rabatel et al.,, 2005]
• SUPPLÉMENTS
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Equation du bilan d’énergie de surface
Interactions entre l’atmosphère et le glacier = bilan d’énergie de surface
Rayonnement net (R)
L↓
Flux turbulents de chaleur
Influence directe de T
L↑
Atmosphère
S↓
Glacier
LE et H
S↑
Fusion/regel : ΔQ
conduction
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Bilan radiatif
Les courtes longueurs d’onde
Les grandes longueurs d’onde
incidence
Nord
( Sud dans HN)
Sud
( Nord dans HN)
L↓ fort
Pas de regel
nocturne
L↓ faible
regel
nocturne
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Flux turbulents de chaleur
LE et H
Glacier
Turbulence et flux:
diffusion moléculaire / diffusion turbulente
Exemple : sucre dans le café sans cuillère / avec cuillère
Applications usuelles:
Flux de chaleur sensible: souffler sur sa soupe
Flux de chaleur latente: froid ressnti si mouillé avec/sans du vent
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Flux turbulents de chaleur
u
Conditions de stabilité de la
couche limite atmosphérique ?
?
Augmentation de la
capacité de mélange (i.e.:
diffusion turbulente)
Rugosité de surface ?
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Quels sont les processus en cause ?
• T n’est pas la seule variable à regarder, l’ensemble des flux intervient
• T souvent plus une conséquence qu’un cause du bilan d’énergie
• Le rayonnement solaire est souvent la principale variable explicatrice de l’ablation (albédo)
• Les glaciers tempérés sont très sensibles aux variations du climat
Dans les Alpes?
• Recul = forte ablation au cours des années très chaudes et sèches
• T élevée l’été et rayonnement solaire intense expliquent principalement le recul actuel
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Intérêt d’une action globale
Évolution des teneurs en SO42- au col du Dôme (Mont Blanc)
Concentration en sulfates:
- Facteur 10 entre été et hiver
- Été = provenance locale
- Hiver = Europe
- Diminution après 1980 :
combustibles désulfurés
Source : [Preunkert, 2001]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°80
1.
2.
3.
4.
Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique?
Rôle de la cryosphère dans le système climatique
Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Intérêt d’une action globale
Fluor au col du Dôme – Massif du mont Blanc
Industrie de l’aluminium :
F provenant de l’électrolyse de l’alumine
Augmentation années 30 puis Guerre 39-45
Chute 1970 : installation de « filtres »
Fluor dans les neiges d’été
Emissions Fluor France+Suisse
Source : [Preunkert, 2001]
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
diapositive n°81