une introduction aux Sciences de l`Environnement et du Climat

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La dynamique externe de la
Terre : une introduction aux
Sciences de l’Environnement et
du Climat
Luc Aquilina
Pr, Dir Adj CAREN, Centre Armoricain de Recherches en Environnement
Resp Master Environnement et Campus numérique ENvironnement et AMénagement
Introduction aux Sciences de
l’Environnement et du Climat
Première partie :
Du Big-Bang à la vie
Deuxième partie :
La dynamique des enveloppes externes
Troisième partie :
Les climats sur notre planète
Quatrième partie : L’Homme et la planète

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Introduction aux Sciences de
l’Environnement et du Climat
Première partie :
Du Big-Bang à la vie
1. La lente genèse de la théorie du Big-Bang
2. Du Big-Bang aux étoiles : la formation de la matière
3. La Terre primitive et la naissance de la vie
1. La lente genèse de la théorie du Big-Bang
A. Des origines à la théorie du Big-Bang
1. L’époque des Grecs
2. La renaissance de l’astronomie en occident
3. Albert Einstein et la théorie de la relativité générale
4. De Edward Hubble à Georges Gamow
5. La découverte du rayonnement fossile
B. L’histoire de l’univers
1. Formes de l’énergie
2. Formes de la matière et des rayonnements
3. Evolution de l’univers
C. Le devenir de l’univers

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A. Des origines à la théorie du Big-Bang
1. L’époque des Grecs
Pythagore (VIème siècle bc, -585 à -500)
Terre est une sphère qui tourne autour
d’un feu central Platon (V-IVème siècle bc, -429 à -347)
fixe l’idée d’un univers géocentrique
Aristote (IVème siècle bc, -384 à -322)
reprend l’idée d’un univers géocentrique, la
Terre et la Lune appartiennent au monde de
la corruption, par opposition aux étoiles qui
appartiennent au monde Divin et qui tournent
sur des cercles (55 sphères)
Platon et Aristote, Rafaello Sanzio, 1511
Ptolémée (IIème siècle bc, 90-168)
ajoute les épicycles et forme un
modèle
qui va rester admis jusqu'à la
renaissance.
A. Des origines à la théorie du Big-Bang
2. La renaissance de l’astronomie en occident
Nicolas Copernic (1473-1543) : propose une
formulation mathématique d’un univers
héliocentrique, beaucoup plus simple que le
système devenu très complexe dérivé de
Ptolémée; le présente comme une pure
formulation mathématique pour échapper à la
censure religieuse. Son œuvre est néanmoins
mise à l’index. Képler (1571-1630) : en se
basant sur les observations de
Tycho Brahé, astronome danois
(1546-1601), il formules les trois
lois qui permettent de définir le
mouvement de Mars à partir de
l’attraction du soleil. Il détruit
définitivement l’idée des sphères
célestes et remet le soleil au
cœur du fonctionnement du
système solaire.

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A. Des origines à la théorie du Big-Bang
2. La renaissance de l’astronomie en occident
Galileo Galilée (1564-1643) : Fondateur de la physique moderne,
il invente la cinématique, établit la loi de la chute des corps et du
mouvement du pendule.
Il invente également le
télescope et découvre la
nature de la lune, les
satellites de Jupiter, les
anneaux de saturne, de
nombreuses étoiles, la
nature de la voie lactée, les
taches et la rotation solaires,
les cratères et montagnes
de la lune.
Il détruit l’idée de la perfection des cieux et défend l’idée de
l’univers héliocentrique. Il sera jugé et mis en résidence
surveillée, ses livres seront mis à l’index.
A. Des origines à la théorie du Big-Bang
2. La renaissance de l’astronomie en occident
Isaac Newton (1643-1727) : fonde la
mécanique et invente le calcul différentiel,
le télescope et l’analyse spectrale.
Sa théorie de la gravitation est le point de
départ de l’astronomie moderne. Pendant
250 ans, énormément d’efforts vont être
consacrés à la mise en équation du
mouvement des planètes ce qui conduira
à la découverte “ par le calcul ” de la
planète Neptune.
Elle butera en revanche sur la
compréhension des mouvements du
grand axe de rotation de Mercure, ce qui
sera une des victoires de la théorie de la
relativité d’Einstein. A partir de Newton,
l’univers n’a
besoin de personne
pour fonctionner...

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A. Des origines à la théorie du Big-Bang
3. Albert Einstein et la théorie de la relativité
Albert Einstein (1879-1955) : Né en 1879, fils d’un industriel allemand, il émigre en Suisse en
1893. Il est diplôme en 1900 de l’institut polytechnique fédéral de Zurich après avoir pris a
nationalité suisse.
Il entre en 1902 au bureau des brevets de Lausanne où il prépare seul sa thèse puis trois
essais parus en 1905 : (1) théorie statistique du mouvement Brownien, (2) interprétation de
l’effet photo-électrique basée sur la théorie des quanta, (3) théorie de la relativité restreinte.
Devient professeur à l’université de Berlin en 1913 et publie la théorie de la relativité
généralisée en 1919. Il obtient le prix nobel en 1921 pour ses travaux sur l’effet photo-
électrique et ses travaux dans le domaine de la physique théorique.
Face à la montée de nazisme, il émigre aux Etats-Unis et accepte un poste à l‘université de
Princeton en 1933. Jusqu’à la fin de sa vie il travaillera à une théorie unifiée des énergies,
sans succès. Après avoir été à l’origine du projet « Manhattan », il militera contre le nucléaire,
les forces armées et s’engagera politiquement contre le racisme et pour le développement du
sionisme.
L’influence d’Einstein sur la physique est immense, son impact philosophique
considérable.
A. Des origines à la théorie du Big-Bang
3. Albert Einstein et la théorie de la relativité
1 - Système galiléens et non galiléens
V2
V1
V3= V1+ V2
La relativité restreinte
Soit un canoë de vitesse V2, sur une rivière animée d’un courant V1; pour un observateur
situé sur la rive, le canoë sera animé d’une vitesse V3 = V1+V2