SEMAINE 5
Ne confondez pas, comme on le fait trop souvent, météorologie et climatologie !
La météorologie étudie les phénomènes atmosphériques (températures, vents, nébulosité, hygrométrie) à court terme (jours, semaines).
La climatologie étudie les variations de ces facteurs à long ou très long terme (siècles, millénaires).
On utilise des valeurs moyennes des grandeurs atmosphériques étudiées.
Donc, ce n'est pas parce qu'une année il y a un hiver plus froid, que le réchauffement climatique n'existe pas comme l'affirme Donald Trump.
La carte des climats montrent de grandes variétés en terme de température ou d'hygrométrie. Les courants océaniques jouent un rôle majeur dans les climats. Le Gulf-Stream permet à l'Europe de l'ouest de bénéficier d'un climat doux, alors que pour une même position latitudinale, la façade est de l'Amérique du Nord est refroidi par le courant du Labrador.
La température terrestre à différentes échelles de temps
A la température à la surface du globe est un des indicateurs les plus importants pour estimer un climat global. On peut remonter jusqu'à -800 000 ans en étudiant la composition des gaz situés à l'intérieur de bulles d'air piégées dans les glaces de l'Antarctique Les variations de composition permettent d'évaluer les fluctuations de température au cours du temps.
Coupe dans une carotte de glace
La courbe qu'on obtient montre une rythmicité de l'ordre de 100 000 ans. Tous les 100 000 ans environ, on a un optimum de température (période interglaciaire) qui alterne avec un minimum de température (maximum glaciaire). Cette rythmicité est due à des paramètres astronomiques reliant la Terre et sa position par rapport au soleil.
Courbe des températures durant les 800 000 dernières années
Les méthodes palynologiques
Le pollen est l'élément mâle intervenant dans la reproduction sexuée des plantes à fleurs. Sa paroi épaisse lui procure une résistance remarquable durant des périodes de temps très longues. Sachant que chaque plante a un preferendum écologique (température, humidité, ensoleillement), on peut facilement reconstituer l'évolution d'un climat d'une zone en étudiant la succession des pollens dans une carotte de sol.
Chaque pollen a une forme et une taille qui lui permet d'être facilement reconnu.
Pollen de lix x 400
Pollen de pin x 400
Détermination des changements de climats par la palynologie (Travail pratique)
Protocole
Résultat
Variations climatiques à plus petite échelles temporelle
Cependant, il existe des variations climatiques à plus petite échelle de temps. Le plus célèbre est le "petit âge glaciaire" qui s'est produit dans l'hémisphère nord entre 1275 et 1850 environ. Cette baisse de la température qui suit l'optimum climatique médiéval a été relevé par les historiens à travers les textes et documents de la période.
Evolution de la température de l'hémisphère nord depuis 2000 ans
Chasseurs dans la neige du peintre flamand Pieter Bruegel l'Ancien (vers 1565)
La Tamise gelée à Londres par Abraham Hondius (avant 1666)
Extension de la Mer de glace (plus grand glacier français) en 1644 (vert), 1821 (rouge), 1897 (orange)
Origine du "petit âge glaciaire"
Les aléas climatiques peuvent avoir des origines variées. Dans le cas du "petit âge glaciaire", la majorité des scientifiques pensent qu'il est dû à une série de 4 éruptions volcaniques majeures qui auraient eu lieu entre 1250 et 1300 et qui auraient projeté des quantités colossales d'aérosols dans l'atmosphère. La plus importante a été déterminée comme étant celle du mont Samalas sur l'île de Lombok (Indonésie) en 1257. Qualifiée par les volcanologues de "méga-colossale" elle aurait été la plus importante des 10 000 dernières années.
La caldera d'explosion Segara-Anak issue de l'éruption du Samalas. La caldera est occupée par un lac alimenté par les pluies intenses. Au centre le volcan en activité correspond au débouché de l'ancienne chambre magmatique.
Le changement climatique actuel
Plusieurs indices permettent d'appréhender le réchauffement climatique actuel, notamment la précocité de plus en plus grande des vendanges ou de la cueillette des cerises.
Evolution de la date des vendanges entre 1892 et 2014
Le graphe suivant donne un aperçu des écarts de température par rapport à la moyenne. En bleu, des écarts négatifs et en rouge positifs. On constate que depuis 1980, toutes les années présentent une température supérieure à la moyenne.
Un autre indice important est le recul des glaciers comme le montre ces deux photos prises au glacier du Pasterze (le plus important des Alpes autrichiennes) en 1994 et 2020.
Les scientifiques s'inquiètent aussi de la fonte du pergélisol (ou permafrost) en Alaska ou en Sibérie. Cette fonte libère de grandes quantités de méthane, autre gaz à effet de serre.
Conséquence de la fonte du pergélisol au Nunavut (nord du Canada)
Les cratères dus à la libération de méthane en Sibérie
Mise en évidence de la libération du méthane au Yukon
Une autre conséquence non pas climatique mais sociale est la perte de stabilité des maisons et immeubles construits sans fondation, directement sur le sol gelé.
Exemple proche de Fairbanks (Alaska)
Exemple à Chersky extrême nord de la Sibérie
L'effet de serre et ses conséquences
L'effet de serre est ainsi appelé car il a été observé dans des serres. On constate ainsi une augmentation de la température à l'intérieur par emprisonnement des infra-rouges.
L'effet de serre atmosphérique est du à certains gaz qui sont capable d'absorber les rayons infrarouges, entrainant ainsi une augmentation de la température atmosphérique car les infra-rouges ne sont plus renvoyés dans la stratosphère.
Schéma du mécanisme de l'effet de serre
Spectre d'absorption IR (infra-rouge) du diazote. Pas d'effet de serre
Spectre d'absorption IR du dioxyde de carbone. Effet de serre
Spectre d'absorption IR du méthane. Effet de serre
Des mesures faites dans les carottes de glace de l'Antarctique et du Groenland ont montré des variations du taux de CO2 corrélées aux variations de température comme le montre le graphique suivant :
Des mesures directes du taux de CO2 faites au sommet du Mona Loa sur la grande île d'Hawaï montre une augmentation très rapide du taux de CO2 au cours de ces 60 dernières années.
Quelles sont les causes de cette augmentation. Notion de forçage radiatif
Le terme de forçage radiatif est défini par le GIEC (Groupe intergouvernemental sur l'évolution du climat) comme "l'équilibre entre le rayonnement solaire entrant et les émissions d'infra-rouges émis dans l'atmosphère". Le forçage radiatif des gaz à effet de serre est donc positif. En revanche, les aérosols (poussières volcaniques ou industrielles par exemple) ont tendance à renvoyer les rayons solaires vers leur émetteur. Dans ce cas, le forçage radiatif est négatif.
Si le bilan des forçages radiatifs est positif, la Terre a tendance à se réchauffer. C'est ce qui se passe en ce moment. Dans la cas contraire, la planète se refroidit.
Bilan des forçage radiatifs actuels
Une première conséquence, la dilatation thermique des océans
On considère que la thermocline océanique est à 1000 mètres de profondeur. Au delà, il est admis que la température océanique reste constante. Le coefficient thermique de dilatation de l'eau est de 2,6 x 10-4, soit 2,6 ml de dilatation pour 1 litre d'eau dans le cas d'une augmentation de température de 1 °C.Un calcul simple montre que le bilan de cette dilatation montre une augmentation d'une quinzaine de centimètres en 100 ans du niveau océanique.
Variations de la température océanique depuis 1850
Variations du niveau océanique depuis 1700
Si cette augmentation peut sembler modeste, il ne faut pas oublier d'y ajouter l'effet de la fonte des glaces de Terre. L'effet cumulé des deux phénomènes entrain une augmentation de 20 à 30 cm par siècle environ dans le cas d'une augmentation de 1° C. Cependant le danger ne doit pas être négligé. En effet durant une tempête, la pression atmosphérique est très basse, ce qui entraine une augmentation du niveau marin de l'ordre du mètre voire plus. Si le coefficient de marée est élevée, toutes les côtes d'altitude inférieure à 4/5 mètres sont menacées. C'est ce qui s'est passé à la Faute-sur-Mer lors de la tempête Xynthia en 2010 ou lors de l'Ouragan Katrina à La Nouvelle-Orléans en 2005
Vue de la Nouvelle-Orléans après le passage de Katrina
Vue de la Faute-sur-Mer après la tempête Xynthia
De très grandes villes situées à des altitude faibles sont dès lors menacées comme Bangkok en 2018.
L'augmentation du niveau océanique et l'augmentation de l'intensité des tempêtes et des cyclones due au réchauffement des océans accélèrent le recul du trait de côtes notamment en France. Un cas emblématique est celui de l'immeuble Le Signal construit à Soulac-sur-Mer dans les années 1960 à 300 mètres de l'Atlantique et qui est, depuis les grandes tempêtes de 201, directement menacé par les flots.
L'immeuble Le Signal en 1960
L'immeuble Le Signal en 2014
Les paramètres astronomiques et les facteurs amplificateurs
Dans la première moitié du XXème siècle, un mathématicien serbe, Milutin Milankovitch, s'est intéressé aux paramètres astronomiques influant sur le climat terrestre. Il a retenu 3 facteurs principaux :
— la modification de l'orbite terrestre autour du soleil qui oscille entre une ellipse très allongée et un quasi-cercle modifiant ainsi l'insolation de la planète
— la modification de l'angle de l'axe terrestre par rapport à la verticale qui oscille entre 22,5° et 23,5°
— la périhélie qui est l'oscillation de la terre autour de son axe, comme une toupie et qui explique la précession des équinoxes. Ces détails des facteurs sont hors-programme mais il est intéressant d'en avoir entendu parler.
L'ensemble de ces facteurs ne peut faire varier la température terrestre que de 0,5° au maximum, variation largement insuffisante pour expliquer les grandes oscillations climatiques. Il existe donc des facteurs amplificateurs (ou rétroaction positive) qui sont de deux types :
— l'augmentation ou la diminution des GES dans l'atmosphère
— la baisse ou l'augmentation de l'albedo en fonction de la tailles des glaciers.
L'effet amplificateur de l'albédo
L'effet amplificateur des GES du pergélisol
Afin de limiter l'augmentation des GES, notamment le CO2, certains scientifiques prêchent pour la plantation de nombreux jeunes arbres. En effet, si un arbre adulte rejette autant de CO2 par respiration qu'il en absorbe par photosynthèse, un arbre jeune photosynthétise beaucoup plus. Une forêt de jeunes arbres pourrait donc être un véritable puits de carbone.
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