L`albédo, un acteur important du climat

CHAPITRE 2 : DE L’EVOLUTION RECENTE DU CLIMAT AU CLIMAT DE DEMAIN
La température globale terrestre, qui dépend de l’énergie reçue, a varié de façon cyclique au cours des
800 000 dernières années. Cela suggère une complexité du système climatique. Ces variations s’effectuent en
parallèle à des fluctuations de certains gaz atmosphériques. Or, depuis près de deux siècles, le taux atmosphérique
de ces gaz augmente rapidement sous l’effet des émissions anthropiques.
 Quels sont les acteurs du système climatique terrestre ?
 Comment l’Homme influence-t-il le système climatique ?
I.
Origine des variations climatiques récentes
Au cours des 800 000 dernières années, plusieurs cycles glaciaires se sont succédé : des périodes froides d’extension
glaciaire ont alterné périodiquement avec des périodes plus chaudes.
 Pb : comment expliquer les variations de température sur la Terre dans le passé et aujourd’hui ?
A. Les gaz à effet de serre et le climat
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=16010&document_id=27255&portlet_id=91244
Le soleil envoie sur Terre un rayonnement de lumière visible et d'infrarouges, notamment. Ces rayonnements sont
en partie renvoyés dans l'atmosphère où ils sont piégés par des gaz à effet de serre et en partie directement piégés.
L'effet de serre est donc la condition fondamentale pour que la vie se développe sur terre. Le tableau suivant montre
la différence de température à la surface des planètes sans effet de serre (température théorique) et avec l'effet de
serre (température mesurée).
La
figure suivante précise le rôle des différents gaz dans l'effet de serre à la surface du globe :
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On constate que les deux gaz ayant un effet de serre important sont le CO2 et la vapeur d'eau. Nous allons
essentiellement nous intéresser au CO2.
Le diagramme suivant nous permet de constater qu'une variation du taux de CO2 a un impact direct sur la
température à la surface de la Terre.
L'effet de serre est donc un phénomène parfaitement naturel et tout à fait essentiel au développement de la vie sur
Terre. Durant toute l'histoire géologique du globe, il a varié dans des proportions très importantes.
B. Influence des paramètres astronomiques
 la théorie de Milankovitch :
http://menaceclimatique.free.fr/anim_milankovitch.php
La quantité d’énergie solaire
21 000 ans
reçue par la Terre à un endroit
donné de sa surface, dépend
notamment de 3 paramètres
évoluant
périodiquement :
L’excentricité
(L'augmentation
d'excentricité a pour effet
d'accentuer les saisons dans un
hémisphère et de les atténuer
dans l'autre; au contraire, lorsque
l'orbite est circulaire de son orbite
autour du soleil) , de l’obliquité de
100 000 ans
40 000 ans
l’axe de rotation de la planète par
rapport au plan de l’orbite
(
influence
la
répartition
latitudinale de l’énergie solaire) et
la direction vers laquelle pointe
cet axe à un moment de l’année
alors qu’il évolue suivant un
mouvement de précession ( effet similaire à celui de l’obliquité).
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C. L’albédo, un acteur important du climat
L’albédo (http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1rc.html ) est le rapport entre l'énergie que réfléchie une
surface et l'énergie incidente qu'elle reçoit
C’est l’un des facteurs qui
contrôle la température de
surface
de
la
Terre.
Actuellement 30 % de
l'énergie solaire arrivant sur
toute la surface de la Terre est
réfléchie vers l'espace. On a
donc un albédo de 0,3. Nous
savons que plus une surface
est réfléchissante, moins elle
s'échauffe. Des radiomètres
permettent
de
mesurer
l'albédo d'un objet donné.
Embarqués
à
bord
de
satellites, ceux-ci peuvent
évaluer
l'albédo
des
différentes régions du globe
de façon très précise
L’albédo de la Terre varie principalement en fonction de la nébulosité, de l’enneigement,
de l’englacement et du couvert végétal : en moyenne, il est de 34 %.
Problème : la fonte de la banquise et calottes glaciaires va-t-elle limiter la hausse de
température ?
Logiquement plus l’albédo est élevé, plus la lumière réfléchie est forte, plus la lumière
absorbée est faible et donc moins elle se réchauffera !
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Réchauffement planétaire fonte de vastes surfaces neigeuse remplacée forêt ou océan  diminution de
l’albédo terrestre réchauffement planétaire = effet boule de neige = rétroaction positive
D. L’importance de la couverture nuageuse
La couverture nuageuse joue un double rôle dans l’équilibre thermique terrestre :
Si globalement les climatologues pensent que la couverture nageuse augmentera avec le réchauffement, difficile de
conclure sur l’impact de la couverture nuageuse : rétroaction positive ou négative selon le type de nuages !
Pour aller plus loin, poster CNES_calipso :
http://www.cnes.fr/automne_modules_files/standard/public/p7186_b43b8a038a6c5d1cb5e7f73
6f4373490p5124_7cc04bc1bc4bac93f3c78489a5e52df2Pancalipso_DDS2-1.pdf
E. L’activité volcanique
Le dégazage du manteau par le volcanisme qui transfère du CO2 depuis le manteau vers l’atmosphère ainsi que
l’activité des dorsales océaniques
F. Température et solubilité du dioxyde de carbone
 l’importance la pompe physique océanique
Problème : les eaux océaniques vont-elles limiter la hausse de température ?
75% de la surface terrestre est représentée par l’océan. Ce dernier joue un rôle prépondérant dans le cycle du
carbone car il peut se comporter :
· Comme puits de CO2 en le pompant depuis l’atmosphère vers l’océan
· Comme émettrice de CO2 en le relargant dans l’atmosphère depuis l’océan
Il existe une grande hétérogénéité à la surface de l’océan, globalement :
· La zone équatoriale est émettrice de carbone
· Les régions de moyennes latitudes sont des puits de carbone.
En effet la température de l’eau influence directement ces échanges : plus la température de l’eau est froide et plus
le CO2 est soluble dans celle-ci.
Réchauffement planétaire Réchauffement des eaux de surface diminution de la solubilité du
CO2 dégazage en CO2 par l’océan augmentation du CO2 atm augmentation de l’effet de
Serre réchauffement planétaire = effet boule de neige = rétroaction positive
 l’importance de la pompe biologique océanique
Problème : le plancton océanique va-t-il limiter la hausse de température ?
La végétation n’est pas uniquement cantonnée aux continents. Il existe une formidable faune marine représentée
par le phytoplancton. Celui-ci en se développant dans les eaux superficielles des océans prélève du CO2 pour la
réalisation de la photosynthèse : on parle de la pompe biologique océanique en CO2. Les régions océaniques
tropicales représentent des déserts océaniques, non pas par manque d’eau, mais par carence en sels nutritifs
(nitrates et phosphates).
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Réchauffement climatique réchauffement des eaux de surface eaux chaudes stagnent en surface limitation
de la remontée des eaux profondes riches en sels nutritifs carence en sels minéraux des eaux de surface
développement limité du phytoplancton diminution de la pompe biologique en CO2 augmentation du CO2
atm augmentation de l’effet de serre réchauffement climatique = effet boule de neige = rétroaction positive
Pour aller plus loin avec le cycle carbone :
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=15684&educelm=machine_7_0
http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations_flash/a_la_loupe/le_cycle_du_carbone
II.
Les modifications anthropiques de l’atmosphère et du climat
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=16010&document_id=27255&portlet_id=91244
L'effet de serre naturel est bénéfique en générant une température de +15°C. La stabilité de cette valeur moyenne
dépend de l'équilibre thermique entre la quantité d'énergie reçue et la quantité d'énergie réémise par le couple
Terre-Atmosphère. Or, les bilans radiatifs au sommet de l'atmosphère et au sol montre un déséquilibre : en raison de
l'émission de gaz à effet de serre d'origine anthropique, trop de chaleur est conservée dans l'atmosphère par cet
effet de serre additionnel ce qui provoque une hausse globale de la température moyenne ou réchauffement
climatique.
On note déjà, à l’échelle du globe, une hausse des températures moyennes de l’atmosphère et de l’océan, une fonte
massive de la neige et de la glace et une élévation du niveau moyen de la mer
Les émissions mondiales de GES imputables aux activités humaines ont augmenté depuis l’époque préindustrielle;
la hausse a été de 70 % entre 1970 et 2004.
Depuis 1750, sous l’effet des activités humaines, les concentrations atmosphériques de CO2, de méthane (CH4) et
d’oxyde nitreux (N2O) se sont fortement accrues ; elles sont aujourd’hui bien supérieures aux valeurs historiques
déterminées par l’analyse de carottes de glace portant sur de nombreux millénaires
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L’essentiel de l’élévation de la température moyenne du globe observée depuis le milieu du XXe siècle est très
probablement attribuable à la hausse des concentrations de GES anthropiques7. Il est probable que tous les
continents, à l’exception de l’Antarctique, ont généralement subi un réchauffement anthropique marqué depuis
cinquante ans
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III.
Le climat de demain, une modélisation délicate
Logiciel : simclimat
Les prédictions sur l'évolution du climat sont l'objet de controverses et de discussions qui n'ont souvent rien de
scientifique.
Parmi les études sur l'évolution du climat, celles du GIEC (Groupe Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat)
sont considérées comme les plus sérieuses même si l'organisme en question n'est pas au dessus de toutes critiques.
Voici un descriptif des scénarios envisagés par le GIEC :
La première série de scénarios sont regroupés sous appellation "scénarios A1”. Ces scénarios reposent sur
l’hypothèse d'une croissance économique rapide de l'économie mondiale associée à une croissance de la population
mondiale jusqu'au milieu du 21e siècle, suivie d'une légère baisse de celle-ci et de l’introduction rapide de nouvelles
technologies énergétiques efficaces. Les économies régionales se développent fortement et la prospérité est
répartie équitablement
Les scénarios A1 se subdivisent en trois groupes :

en A1F1, le monde continue principalement de fonctionner avec les combustibles fossiles,

en A1T avec des combustibles non fossiles,

en A1B avec un mélange des deux.
Le scénario A2 décrit un monde qui reste divisé. Dans l'ensemble, il n'y a pas de redistribution des ressources
naturelles disponibles, des connaissances technologiques et du bien-être entre les régions riches et pauvres
Le scénario B1 suit le scénario A1, mais le monde se tourne plus rapidement vers une économie axée sur les services
avec une introduction rapide de technologies propres et durables.
Le scénario B2 parle d'un monde axé sur la préservation de l'environnement et de l'égalité sociale, mais qui part de
solutions régionales en matière de durabilité économique, sociale et écologique
Le graphique ci-dessous montre les projections des émissions des gaz à effet de serre et de la température de la
Terre jusqu'en 2100 pour quelques scénarios du GIEC.
Scénarios d’émissions de GES pour la période 2000–2100 (en l’absence de politiques climatiques additionnelles) et
projections relatives aux températures en surface
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Si on se focalise davantage sur la France, on peut constater l'augmentation de température moyenne sur notre pays
depuis un siècle et plus particulièrement depuis les 30 dernières années :
Les climatologues français ont récemment cherché à déterminer si des vagues de chaleur comme celle d'août 2003
pourraient se multiplier d'ici la fin du XXI e siècle. Ils ont choisi pour cette simulation climatique un scénario
d'émissions de gaz à effet de serre plutôt pessimiste (scénario A2 du Giec, pas de ralentissement des émissions).
Nombre de jours par an avec températures maximales supérieures à 35°C en France : dernière décennie du 20 ème
siècle comparée à la dernière décennie du 21ème siècle, selon les 3 scénarios A2, A1B et B1 (copyright Météo-France
2007)
Les simulations prévoient une augmentation très nette du nombre de canicules estivales en France. Les journées de
très forte chaleur (température maximale supérieure à 35°C) devraient devenir beaucoup plus fréquentes à la fin du
XXIe siècle : en moyenne, de 20 à 40 journées (selon le scénario) par été à Paris (contre moins de 3 actuellement) et
de 25 à 55 journées à Toulouse (contre 3 à 5 actuellement).
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IV.
BILAN
On peut retenir de l’étude des climats anciens que le climat a varié de façon cyclique tout au long de l’histoire de la
Terre à grande échelle ou à plus petite échelle. De nombreux facteurs influencent le climat. Depuis quelques
décennies, on constate une augmentation importante des températures de la Terre. S’il est avéré que l’homme par
ses activités libère des gaz à effet de serre qui peuvent influencer le climat et qu’il est indispensable de prendre
garde à ces émissions pour limiter les conséquences d’un réchauffement, peut-on affirmer qu’il est le seul
responsable ? Les modèles tentent de répondre à cette question. Mais attention : la modélisation numérique ne
traite que ce que le modélisateur a compris et réussi à organiser en algorithme de calcul. La profonde difficulté du
traitement numérique du problème climatique provient :
 de l'extrême complexité des innombrables phénomènes physiques et chimiques impliqués dans
l'établissement des climats régionaux et leurs interactions globale qui reste aujourd'hui bien mal connues.
 des risques de se tromper de théorie et de mal organiser et pondérer les variables dans les modèles
mathématiques.
 de la notoire méconnaissance scientifique - jusqu'aujourd'hui- de ces phénomènes et de leur interactions.
Les conclusions des modèles numériques ne peuvent donc apporter aucune certitude car peut-être que certaines
hypothèses théoriques sur lesquelles les modèles sont basés sont fausses ou très approximatives.
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