« Méthodes d`analyse en sciences naturelles de l`environnement

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«M Mé éthodes d thodes d’ ’
analyse en sciences
analyse en sciences
naturelles de l
naturelles de l’ ’environnement environnement » »
PHYSIQUE DE l
PHYSIQUE DE l’ ’ATMOSPH ATMOSPHÈ ÈRE RE
Climate
Climate Change and Change and Climate Climate Impacts Impacts
C3i
C3i
Universit
Université éde Gen de Genè ève ve
Enseignant : St
Enseignant : Sté éphane phane Goyette Goyette
Cours Fili
Cours Fili
è
è
re A Master en Sciences de l
re A Master en Sciences de l
’
’
Environnement
Environnement
1) Aspects Physiques (St
1) Aspects Physiques (Sté éphane phane Goyette Goyette) )
2) Aspects Chimiques (Serge
2) Aspects Chimiques (Serge Stoll Stoll) )
Premi
Premiè ère partie re partie
1.1) L
1.1) L’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
origine et
origine et é évolution de l volution de l’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
composition et propri
composition et proprié ét té és de l s de l’ ’air atmosph air atmosphé érique rique
•
•
quantit
quantité és d s dé écrivant l crivant l’é ’état statique de l tat statique de l’ ’atmosph atmosphè ère : temp re : tempé érature, rature,
pression et densit
pression et densité é
•
•
atmosph
atmosphè ères plan res plané étaires taires
•
•
aspects physiques des transferts radiatifs solaires et infraroug
aspects physiques des transferts radiatifs solaires et infrarouges es
•
•
effet de serre
effet de serre
Sommaire
Sommaire

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Deuxi
Deuxiè ème partie me partie
1.2) La structure verticale de l
1.2) La structure verticale de l’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
profils verticaux de pression, de densit
profils verticaux de pression, de densité éet de temp et de tempé érature rature
•
•
caract
caracté éristiques de la stratification ristiques de la stratification
•
•
les diff
les diffé érentes sph rentes sphè ères thermiques res thermiques
•
•
l
l’é ’équilibre hydrostatique quilibre hydrostatique
•
•
mesures
mesures à àl l’ ’aide de radiosondages aide de radiosondages vs vs mesures au sol mesures au sol
Troisi
Troisiè ème partie me partie
1.3) L
1.3) L’ ’eau dans l eau dans l’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
les diff
les diffé érentes phases de l rentes phases de l’ ’eau eau
•
•
la convection et formation des nuages de type cumulus
la convection et formation des nuages de type cumulus
•
•
les nuages stratiformes
les nuages stratiformes
•
•
condensation et pr
condensation et pré écipitation cipitation
•
•
le Foehn
le Foehn

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Quatri
Quatriè ème partie me partie
1.4) La circulation atmosph
1.4) La circulation atmosphé érique rique
•
•
les diff
les diffé érentes rentes é échelles spatio chelles spatio- -temporelles du mouvement de l temporelles du mouvement de l’ ’air air
•
•
le mod
le modè èle global tricellulaire le global tricellulaire
•
•
la circulation aux latitudes moyennes
la circulation aux latitudes moyennes
•
•
les diff
les diffé érents types de circulations locales rents types de circulations locales
•
•
distributions de la temp
distributions de la tempé érature, de la pression du vent et des rature, de la pression du vent et des
pr
pré écipitations cipitations
•
•
d
dé éfinition de la M finition de la Mé ét té éorologie et de la Climatologie orologie et de la Climatologie
R
Ré éf fé érences bibliographiques rences bibliographiques
•
•
Ahrens, C. D. :
Ahrens, C. D. : Meteorology Today : an introduction to Meteorology Today : an introduction to
weather, climate and the environment.
weather, climate and the environment. West West Publ Publ. Co. . Co.
•
•
Berroir
Berroir, A. : , A. : La M La Mé ét té éorologie, orologie, - -Que sais Que sais- -je ? je ?
•
•
Henderson
Henderson- -Sellers, A., and P. J. Robinson : Sellers, A., and P. J. Robinson :
Contemporary climatology.
Contemporary climatology. Longman Scientific & Longman Scientific &
Technical
Technical
•
•
Jancovici
Jancovici, J. , J. – –M. : M. : L L’ ’avenir climatique avenir climatique – –Quel temps Quel temps
ferons
ferons- -nous nous ? Seuil. ? Seuil.
•
•
Leduc, R, et R., Gervais, 1988 :
Leduc, R, et R., Gervais, 1988 : Conna Connaî ître la tre la
M
Mé ét té éorologie. orologie. PUQ. PUQ.
•
•
Pagney
Pagney, P., 1989 : , P., 1989 : La Climatologie, La Climatologie, - -Que sais Que sais- -je ? je ?
•
•
P
Pé édelaborde delaborde, P. : , P. : Introduction Introduction à àl' l'é étude scientifique du tude scientifique du
climat.
climat. SEDES SEDES
•
•
Peixoto
Peixoto, J., P., A. H. , J., P., A. H. Oort Oort : :Physics of Climate. Physics of Climate. AIP. AIP.
•
•
Triplet, J. P. et G. Roche :
Triplet, J. P. et G. Roche : M Mé ét té éorologie g orologie gé én né érale. rale. ENM. ENM.

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L
L’ ’atmosph atmosphè ère re
Premi
Premiè ère partie re partie
1.1) L
1.1) L’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
origine et
origine et é évolution de l volution de l’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
composition et propri
composition et proprié ét té és de l s de l’ ’air atmosph air atmosphé érique rique
•
•
quantit
quantité és d s dé écrivant l crivant l’é ’état statique de l tat statique de l’ ’atmosph atmosphè ère : re :
temp
tempé érature, pression et densit rature, pression et densité é
•
•
atmosph
atmosphè ères plan res plané étaires taires
•
•
aspects physiques des transferts radiatifs solaires et
aspects physiques des transferts radiatifs solaires et
infrarouges
infrarouges
•
•
effet de serre
effet de serre

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Physique de l
Physique de l
’
’
Atmosph
Atmosph
è
è
re
re
But et objectifs
But et objectifs
•
•
Description et pr
Description et pré évision de cette composante majeure du syst vision de cette composante majeure du systè ème climatique me climatique
•
•
Identification et d
Identification et dé éfinition des constituants finition des constituants « «naturels naturels » »et et « «artificiels artificiels » »de de
l
l’ ’atmosph atmosphè ère terrestre re terrestre
•
•
D
Dé éfinition des quantit finition des quantité és de base s de base à àl l’ ’origine du d origine du dé éveloppement de l veloppement de l’é ’équation d quation d’é ’état tat
d
d’ ’un gaz dit un gaz dit « «parfait parfait » »
•
•
Analyse succincte de l
Analyse succincte de l’ ’int inté éraction raction de la mati de la matiè ère gazeuse avec le rayonnement re gazeuse avec le rayonnement
é
électromagn lectromagné étique tique
•
•
D
Dé éfinition de l finition de l’ ’effet de serre et d effet de serre et dé étermination de ses cons termination de ses consé équences quences
Caract
Caracté éristiques des ristiques des
mol
molé écules cules Comportement de l
Comportement de l’ ’atmosph atmosphè ère re
en pr
en pré ésence de la radiation solaire sence de la radiation solaire
et du rayonnements infrarouge
et du rayonnements infrarouge
effet de serre effet de serre
Description de l
Description de l’é ’état statique tat statique
du gaz atmosph
du gaz atmosphé érique : rique :
densit
densité é( (
ρ
ρ
), pression (
), pression (p p) et temp ) et tempé érature ( rature (T T ) )
D
Dé éfinition, origine et finition, origine et é évolution de la volution de la
composition de l
composition de l’ ’atmosph atmosphè ère re
•
•
Enveloppe gazeuse qui entoure la Terre (
Enveloppe gazeuse qui entoure la Terre (air = m air = mé élange de gaz atmosph lange de gaz atmosphé érique) rique)
–
–gaz : ensemble d gaz : ensemble d’ ’atomes et de mol atomes et de molé écules tr cules trè ès faiblement li s faiblement lié és et quasi s et quasi- -
ind
indé épendants ne poss pendants ne possé édant pas de forme propre et tendant dant pas de forme propre et tendant à àoccuper tout le occuper tout le
volume disponible
volume disponible
•
•
Composition initiale
Composition initiale : fonction des caract : fonction des caracté éristiques chimiques et de la temp ristiques chimiques et de la tempé érature rature
de la galaxie durant la formation du syst
de la galaxie durant la formation du systè ème solaire (H, He, CH me solaire (H, He, CH
4
4
, et NH
, et NH
3
3
)
)
•
•
É
Évolution de la composition volution de la composition : fonction de la chimie des gaz qui la composent et des : fonction de la chimie des gaz qui la composent et des
apports de gaz par le volcanisme
apports de gaz par le volcanisme
•
•
Composition finale
Composition finale : production de H et O : production de H et O
2
2
par photodissociation de (H
par photodissociation de (H
2
2
O)
O)
vap
vap
par
par
les ultraviolets et
les ultraviolets et é élimination des gaz plus l limination des gaz plus lé égers qui s gers qui s’é ’échappent selon la masse et chappent selon la masse et
la temp
la tempé érature de la plan rature de la planè ète te
•
•
Influence marqu
Influence marqué ée de la masse de la Terre, sa distance au Soleil et des e de la masse de la Terre, sa distance au Soleil et des
interactions de ses composants chimiques depuis plus de 4 millia
interactions de ses composants chimiques depuis plus de 4 milliards d rds d’ ’ann anné ées. De es. De
surcro
surcroî ît, intervention du vent solaire, form t, intervention du vent solaire, formé éde particules ionis de particules ionisé ées tr es trè ès s
é
énerg nergé étiques, qui arrache les tiques, qui arrache les é él lé éments les plus l ments les plus lé égers par collision gers par collision
•
•
Importance du facteur
Importance du facteur « «vie vie » »dans la composition de l dans la composition de l’ ’atmosph atmosphè ère. En produisant re. En produisant
des r
des ré éactions chimiques qui n actions chimiques qui n’ ’existaient pas existaient pas à àl l’ ’origine, la biosph origine, la biosphè ère modifie les re modifie les
composants de l
composants de l’ ’atmosph atmosphè ère (ex. production d re (ex. production d’ ’O O
2
2
par les v
par les vé ég gé étaux chlorophylliens, taux chlorophylliens,
le recyclage de cet oxyg
le recyclage de cet oxygè ène en CO ne en CO
2
2
par les organismes vivants)
par les organismes vivants)
•
•
Modification de la composition atmosph
Modification de la composition atmosphé érique par l rique par l’ ’Homme... Homme...