THEME 1. ATMOSPHERE, HYDROSPHERE, CLIMAT. Quelques facteurs d'évolution du climat (Spé)

Nous avons vu que les variations de climats suivent une rythmicité de 100 000 ans (cycle glaciaire). On peut se poser la question de l'origine du cycle glaciaire. Plusieurs paramètres semblent intervenir.

Les paramètres orbitaux
C'est le mathématicien serbe Milutin Milankovitch (1879-1958) qui, le premier, a relié cycles climatiques et variations des paramètres orbitaux de la Terre.

Il a mis en évidence trois facteurs principaux :

— l'excentricité de l'orbite terrestre autour du soleil : l'orbite terrestre varie entre un cercle presque parfait et une ellipse. Ce cycle dure 100 000 ans.

— la variation d'inclinaison de l'axe terrestre : l'angle de l'axe terrestre avec la verticale oscille entre 22 et 24 °. Cette variation produit une différence d'insolation, donc de température, surtout dans les hautes latitudes. Ce cycle dure 43 000 ans

— la précession des équinoxes ou périhélie : La date des équinoxes varie selon les années. Cette variations est due à la rotation de la terre sur son axe. Cette rotation n'est pas parfaite et la trajectoire de l'axe décrit un cône. Ce cycle dure environ 20 000 ans.

Les cycles climatiques sont donc la résultante de ces trois cycles astronomiques.

On obtient les tracés suivants :

*On ne tiendra pas compte du cycle solaire.

Selon la place des différents maximums des cycles astronomiques et de leur combinaison, on obtient soit un maximum maximorum (maximum supérieur) climatique, soit un maximum minimorum (maximum inférieur) climatique.

On a pu calculer que l'influence des paramètres orbitaux correspond à une variation de 0,5 °C. Cette valeur est trop petite pour influencer directement le climat terrestre. Cela signifie qu'il existe des facteurs amplificateurs.

Les facteurs amplificateurs 

Le site http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim est intéressant à consulter.

a) L'effet de serre

Le soleil envoie sur Terre un rayonnement de lumière visible et d'infrarouges, notamment. Ces rayonnements sont en partie renvoyé dans l'atmosphère où ils sont piégés par des gaz à effet de serre et en partie directement piégés. L'effet de 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).

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) L'effet d'albédo

On peut consulter le site http://universcience.fr/climobs/?=albedo&x=0&y=0

L'albédo correspond à la réflexion d'une partie du rayonnement solaire à la surface du globe. Selon la couleur de la surface, la quantité de chaleur réfléchie est plus ou moins importante.

Le schéma ci-dessus montre bien le rôle de l'albédo. En présence de surfaces blanches ou claires, la quantité de rayonnement réfléchi est beaucoup plus importante et donc le réchauffement terrestre est plus faible. Or ce sont les calottes polaires qui constituent les sites d'albédo les plus importants. Une diminution de la surface de ces calottes entraînent une diminution de l'albédo, donc un réchauffement terrestre.

c) Effet de synergie

Les deux phénomènes, albédo et effet de serre ne sont évidemment pas isolés l'un de l'autre. Ils vont concourir ensemble à un réchauffement ou un refroidissement climatique. 

Lorsque l'albédo diminue légèrement, la Terre et donc les océans se réchauffent. On sait que plus la température monte et moins le CO2 est soluble dans l'eau.

Le CO2 rejeté par l'océan amplifie alors l'effet de serre qui entraîne une augmentation de la température, diminuant de fait la surface des calottes polaires par fonte. On parle de synergie.

Prenons une situation dans laquelle les paramètres orbitaux entraîne une légère augmentation de température. On obtient les effets suivants :

Cette situation est parfaitement naturelle et explique l'installation d'un climat interglaciaire.

L'intervention anthropique (d'origine humaine) ne fait qu'amplifier la synergie par ajout d'une quantité de CO2 dans l'atmosphère par ses activités.

La situation dans laquelle nous vivons n'est pas celle présentée ci-dessus. En réalité, les paramètres orbitaux jouent plutôt dans le sens d'une baisse de la température puisque nous sommes à la fin d'une période interglaciaire. il y a donc opposition entre la baisse naturelle de la température et augmentation provoquée par l'apport de CO2 d'origine anthropique.

Actuellement, c'est l'augmentation artificielle du taux de CO2 qui semble avoir une influence plus importante sur des durées courtes (quelques dizaines à quelques centaines d'années) mais rien ne permet d'affirmer la même chose sur une durée plus longue (quelques milliers d'année).