D`abord hypothétique, le réchauffement climatique est aujourd`hui

TS Spé SVT BILAN SUR LE RECHAUFFEMENT CLIMATIQUE F. Dubois/N. Pidancier
D'abord hypothétique, le réchauffement climatique est aujourd'hui confirmé par les climatologues et
géophysiciens qui donnent l'alarme. 95% du réchauffement est reconnu être lié aux activités humaines.
Objectifs des 2 séances/exposé : aborder le réchauffement climatique en TS spécialité SVT et comprendre les
mécanismes à son origine/conséquences en prenant en compte le plus de notions climatiques possibles.
1- La notion de climat :
Sur notre planète, l'énergie solaire reçue est inégalement répartie du fait de sa forme sphérique. Le climat est le
résultat d'interactions entre l'atmosphère et les océans, dépend de facteurs comme la température, la
pluviométrie (lien avec le cycle de l'eau) , la latitude, la couverture végétale, la présence de continents (lien avec la
tectonique des plaques), les paramètres orbitaux de la Terre (comme l'excentricité de son orbite ou l'obliquité de
son axe de rotation), l'activité géologique (volcanisme)...
Différence météo et climat : La météorologie a pour objectif de déterminer le temps qu'il fait (pression,
humidité, température) à un endroit donné, à un moment donné afin de prévoir l'évolution à court terme. La
climatologie, quant à elle, travaille sur de longues périodes de temps, sur des valeurs moyennes.
Une animation synthétique sur le sujet dossier Sagascience du CNRS sur le climat:
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/
Le climat se définit à plusieurs échelles :
- en un point donné, le climat est assez stable et est défini par des données brutes de température, de
pluviométrie.
- à l'échelle régionale, le climat sera défini par des moyennes mensuelles de température et de précipitations,
représentées sous la forme de climatogrammes
Doc : Climatogramme réalisé pour la ville de Bourges (France, source : eduterre/ens-lyon))
–à l'échelle globale de la Terre, on a délimité de grandes zones climatiques marquées par des saisons plus ou
moins nettes.
Doc : Schéma simplifié des zones climatiques terrestres (source : http://marie.laurencin.over-blog.com/article)
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Les climats dépendent principalement de la quantité d'énergie solaire reçue. Comme la Terre est une
sphère, l'insolation ( puissance du rayonnement lumineux reçu par unité de surface (W/m²) ) annuelle dépend de la
latitude : au sommet de l'atmosphère, elle est maximale à l'équateur et minimale aux pôles (doc.1 page 122).
Cette inégale répartition de l'insolation est bien sûr liée à la sphéricité de la Terre (voir cours de Seconde)
Doc : inégale répartition de l'énergie solaire reçue à la surface de la Terre (source :http://nte-serveur.univ-
lyon1.fr)
Cette énergie solaire reçue au sommet de l'atmosphère dépend :
- de l' activité cyclique du Soleil , le flux solaire considéré auparavant comme constant, est en fait variable. Il y a
des périodes de forte activité repérables par un grand nombre de tâches à la surface solaire et des périodes de
moindre activité.
- de paramètres orbitaux de la Terre qui présentent des changements lents à l'échelle de la dizaine de milliers
d'années. Ces changements sont dues aux interactions de la Terre avec les autres planètes.
La variation de ces paramètres orbitaux modifient la quantité d'énergie solaire reçue par la Terre.
Trois paramètres orbitaux ont un effet sur le climat:
http://www.wwnorton.com/college/geo/egeo2/content/animations/18_2.htm
- l'excentricité de l'orbite terrestre ( paramètre décrivant la forme de l'orbite terrestre de la Terre autour du
Soleil, une excentricité nulle correspond à une orbite circulaire et une excentricité plus grande indique une orbite
plus elliptique ) affecte la distance Terre/Soleil et donc la quantité d'énergie solaire reçue
- l'obliquité ( paramètre décrivant l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport à un axe perpendiculaire
au plan de l'orbite, il varie entre 22° et 24,5° ) influence la répartition latitudinale de l'énergie solaire, sans
modifier la quantité totale d'énergie reçue
- la précession des équinoxes (position des équinoxes sur l'orbite) a un effet similaire à celui de l'obliquité
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Doc : les paramètres orbitaux de l'orbite
terrestre (source : http://aurelienb.pagesperso-
orange.fr/HTML/milankovitch/influence.htm)

Le bilan radiatif de la planète
Doc. 1 p. 122 : si on observe la différence entre l'énergie solaire reçue et l'énergie solaire renvoyée (bilan
radiatif, p75 en bas), on voit que le bilan est positif à l'équateur (plus d'énergie reçue que renvoyée) et négatif
aux pôles (plus d'énergie renvoyée que reçue). L'énergie solaire reçue est inégalement répartie et dépend de la
latitude (l'énergie solaire reçue est d'autant plus faible que la latitude est élevée). Les courants océaniques et
mouvements atmosphériques permettent des transferts de chaleur des régions où le bilan énergétique est
excédentaire (équateur) vers les régions où le bilan est déficitaire (pôles). En moyenne annuelle, le bilan radiatif
( différence entre l'énergie solaire absorbée et la chaleur rayonnée dans l'espace , doc.1 page 122) de la Terre est
nul : la Terre reçoit autant d'énergie du Soleil (+ 340 W/m²) qu'elle en réémet vers l'espace – 340 W/m². La
température de la Terre est à peu près constante.
L'albédo (Doc 2 p. 122) est un paramètre important du climat, il correspond au rapport entre l'énergie solaire
réfléchie par une surface et l'énergie solaire reçue. Plus l'albédo est élevé, plus le rayonnement solaire est réfléchi
et moins il réchauffe le sol et l'atmosphère. L'albédo moyen actuel de la Terre est de 30%. Les variations de
l'albédo à l'échelle de la planète sont représentées sur la carte du doc.3 page 123.. L'énergie solaire reçue par la
Terre est de 340 W/m², le sol recevra en conséquence 70 % de l'énergie solaire incidente soit 240 W/m2. La
puissance directement renvoyée dans l'espace sera alors de : 342-240= 102 W/m2.
Une modification de l'albédo peut-être à l'origine d'une rétroaction sur le climat.
Lien possible : http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1rc.html
Il existe des facteurs susceptibles de modifier le rapport entre l'énergie reçue et l'énergie réémise, ce qui
peut bien sûr modifier le climat. On parle alors de forçage radiatif :
- le forçage radiatif peut être positif, ce qui permet de garder sur Terre l'énergie provenant du Soleil : c'est le
cas de l'effet de serre, de l'augmentation de l'activité solaire, de la diminution de l'albédo.
- le forçage radiatif peut être négatif et donc entraîner un renvoi plus important dans l'espace de l'énergie solaire
reçue, c'est le cas de l'augmentation de l'albédo, l'augmentation des aérosols naturels (cendres volcaniques) ou liés
aux activités humaines (fumées d'usine, gaz d'échappement, ….) qui ont les mêmes conséquences (exo 7 page 134).
Doc.3 p. 123 : L'activité volcanique de la Terre peut avoir un double effet sur le bilan radiatif :
- libération de CO2 et donc augmentation de l'effet de serre (forçage radiatif positif)
- émission de poussières et d'aérosols qui diminuent la quantité d'énergie reçue au sol (forçage radiatif négatif).
La somme des forçages positifs et négatifs permet d'estimer le bilan radiatif du globe et d'envisager
l'évolution du climat dans le futur.
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2- Le cycle du carbone et ses perturbations par les activités humaines.
Sur Terre, le carbone est présent sous des formes différentes (doc page 76). Il est réparti dans
différents réservoirs qui, par des mécanismes variés, échangent de la matière contenant du carbone.
Ces flux de carbone entre les différents réservoirs permettent de définir le cycle du carbone naturel qui est
équilibré dans ces échanges.
http://clgstexsteen.no-ip.org/intranet/pagestexhtml/basepedago/svt/svt_anim/animations/cycl_carbone_nat.swf
Ces flux sont réalisés grâce à des mécanismes géochimiques et biochimiques variés :
photosynthèse/respiration entre l'atmosphère et la biosphère, volcanisme entre la lithosphère et l'atmosphère, la
fossilisation entre la biosphère et la lithosphère …….
Depuis l'ère industrielle , le cycle du carbone est déséquilibré par les activités humaines.
http://clgstexsteen.no-ip.org/intranet/pagestexhtml/basepedago/svt/svt_anim/animations/cycl_carbone_ind.swf
C'est le réservoir atmosphérique avec l'augmentation de la concentration en CO2 qui intervient dans les
modifications climatiques observées.
Le CO2 est défini comme un gaz atmosphérique agissant sur l'effet de serre, c'est un gaz à effet de serre ou GES.
L'effet de serre naturel : (p.75 en haut)
Ce terme désigne un échauffement de la surface d'une planète dû à l'effet isolant de son atmosphère, qui absorbe
le rayonnement infrarouge émis par la surface planétaire
- lié à la présence de gaz à effet de serre (GES) comme le méthane, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Ces
GES sont des gaz minoritaires de l'atmosphère. La vapeur d'eau est responsable de 60% de l'effet de serre
naturel d'où un rôle important des nuages dans l'effet de serre.
- ces gaz piègent une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre, ce qui permet d'échauffer la surface de
la Terre et de maintenir une température moyenne de 15°C (elle serait de -18°C sans atmosphère).
http://clgstexsteen.no-ip.org/intranet/pagestexhtml/basepedago/svt/svt_anim/animations/effet_de_serre.swf
On estime à 150 W/m², la valeur du forçage radiatif correspondant à l'effet de serre naturel réalisé par
l'ensemble des GES de l'atmosphère.
Cependant, si le sol reçoit (et émet) 240w/m2 et que l'effet de serre est de 150 W/m2, il y a 240-150= 90 W/m2
de rayonnement infrarouge qui retourne directement à l'espace sans participer à l'effet de serre.
Le schéma ci-dessous illustre correctement le mode d'action des gaz à effet de serre.
L'énergie Solaire qui échauffe le sol est renvoyée entièrement sous forme de rayonnement infra rouge. Ce
rayonnement excite (chauffe) les molécules de gaz de l'atmosphère qui réémettent dans toutes les directions. Ceci
entraîne statistiquement 50% du rayonnement vers la Terre et 50% vers l'espace.
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Les nombres sont exprimés en W/m2 (source : http://co2thetruth.e-monsite.com/pages/francais)
Le schéma montre l'atténuation des composantes de l'énergie rayonnée par les infra-rouges dont les totaux
vers le sol et vers l'espace font chacun 150 W/m2 (75+ 37,5+ etc ...=150).
En conséquence le sol a bien reçu les 150 W/m2 solaire (240-90=150) et reçoit en plus les 150 W/m2 de
l'effet de serre, c'est à dire deux fois plus d'énergie que sans effet de serre.
L'effet de serre d'origine anthropique
Il est lié à une augmentation continue de la concentration des GES dans l'atmosphère, notamment du
dioxyde de carbone.
Le CO2 n'est pas le GES le plus important dans l'effet de serre (c'est la vapeur d'eau) mais sa
concentration en constante augmentation depuis la première révolution industrielle (doc.1 page 120) implique son
rôle majeur dans l'augmentation de la température globale observée.
Doc.1 page 120 : à l'aide des carottes de glace mais aussi de mesures atmosphériques directes au niveau des
observatoires, on constate une augmentation graduelle de la teneur en CO2 atmosphérique, augmentation qui s'est
amplifiée depuis 1950 (310 à 390 ppm soit +26%). On observe en parallèle une augmentation de la température bien
corrélée à la hausse de concentration de CO2 depuis 1955. Il semble qu'il y ait un lien direct de cause à effet entre
ces deux phénomènes (parmi les 10 années les plus chaudes depuis 1850, 9 d'entre elles appartiennent à la dernière
décennie).
- cette augmentation est liée la combustion des hydrocarbures pour la fabrication des carburants utiles aux
centrales thermiques, aux transports routiers, aériens et maritimes, les cimenteries...Le doc page 76 montre que
deux activités humaines participent à l'augmentation de la teneur en CO2 dans l'atmosphère : la déforestation et
la combustion des énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole).
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