Le climat et ses changements (Travaux Personnels Encadrés – Géographie - Enseignements Pratiques Interdisciplinaires)

« Ce paramètre correspond à une oscillation de l'axe des pôles auto ur d'un cône .

Il a une influence sur le contraste saisonnier hiver /été.

C'est la combinaison de ces trois paramètres qui régit l'intensité d'absorption des rayonnements solaires par le système climatique terrestre .

Étant données leurs périodes respectives, ils peuvent annuler ou accentuer leurs influences sur les climats terrestres .

• Comment a-t-on pu valider cette théorie astronomique des paléoclimats ? Milutin Milankovitch, astrophysicien serbe, eut le premier l'intuition d'une corrélation entre les cycles glaciaires et l'insolation .

C'est en comparant les variations d'insolation de l'hémisphère nord avec les périodes de glaciations déduites des archives climatiques qu'il obtint la validation de sa théorie.

la comparaison des cycles d'inso lation et des cycles glaciaires montre une correspondance systématique entre un extrem um d'ensoleillement et le passage d 'une période de glaciation à une période interglaciaire.

t:entrée dans une période glaciaire correspond à une insolation faible de l'hémisphère nord l'été: la neige accumul ée pendant l'hiver fond moins et s'acc umul e alors d'année en année .

Finalement les calottes ainsi formées refroidissent l'atmosphère et, avec la baisse de l'i nsolation.

accentuent progressivement le passage à une période glaciaire.

Inversement , le basc ulemen t dans une période interg laciai re correspond à un maximum d'Insolation : c'est cet extremum en été qui déstabilise alors les calottes de glaces accumulées et provoque leur fonte.

le coup lage de l'augmentation d'insolation avec la diminution des glaces provoque la fin de la période g laciai re.

• les variations clima tiqu es glaciaires f interglaciaires présentent un caractère chaotique .

En effet , la découverte du forçage climatique qu'est l'insolation a m is en lumière un autre caractère des variabilités climatiques .

En observant les courbes de formation des g laces au cours des différents cycles glaciaires, le système climatique se révèle comme un système non linéaire : avec des effets de seuil, comme le basculement soudain d'une période glaciaire à une période interglaciaire, et des effets de rétroact ion, comme les formations de glaces qui participent à une diminution de température de l'atmosphère alors qu'elles sont provoquées justement par une diminut ion de température .

Autres paramètres externes Il existe d 'autres paramètres pouvant jouer sur les variations climat iques : •les chutes de météores peuvent provoquer des changements topographiques et charger l'atmosphère en gaz et particules ; •les variat ions d'intensité de l'activité du Soleil : les taches à la surface du soleil fluctuent en nombre et en surface, ce qui provoque des varia tions dans l'émission du rayonnement solaire.

Actuellement l'activité du Soleil fluctue faiblement.

(AS DE VARIABILJTt RAPIDE DU CLIMAT : NOTION DE SURPRISE CLIMATIQUE le caractère particulièrement instable du climat s'est manifesté au cours de la dernière période de glaciation dans l'hémisphère nord .

Cette période a connu d'intenses variatio ns de température, beaucoup trop rapides pour être liées à un quelconque changement de paramètres orbitaux.

Plus surp re nant, parmi ces variations dans l'hémisphère nord , les plus inte nses sont accompagnées de variations inverses dans l'hémisphère sud.

Cette surprise climatique peut trouver une explication dans l'étude d'une anomalie des sédiments marins de l'Atlantique Nord .

Pendant les coups de froid , il semblerait que les sédiments marins des fonds océaniques soient d'origines terrestres et non océaniques : les glaces continentales, en se formant et en s 'étendant, auraient drainé la surface terrestre .

En descendant sur l'océan nord -atlantique , ces calottes libérèrent des sédiments terrestres qui se déposèrent alors dans les fonds océaniques .

Cette anomalie des sédiments marins révèle le mécanisme possible de cette surprise climatique.

En période glaciaire, les calottes faites d'eau douce débordent sur les océans, se fragilise nt et forment des icebergs .

la fonte des icebergs dans l'océa n Atlant ique Nord perturbe alors la salinité de l'eau :l'eau douce en se mélangeant diminue la densité de l'eau océanique.

Les eaux ainsi formées ont tendance à rester à la s urface.

Cette perturbation des caractéristiques des eaux de surface modifie alors profondément la circulation thermohaline : • les eaux chaudes de surface plongent plus au sud, modifiant le climat européen en le refroidis sant ; • la circulation thermohaline de surface apporte moins de chaleur dans l'hémisphère nord que dans l 'hém isphère sud.

l a chaleur s'accum ule dans l'hémisphère sud.

Cette modification de la circulation océanique dans l'hémisphère nord entraînerait alors d e fortes variations climatiques : plusieurs degrés d'écart en moyenne, sur des périodes courtes de l'ordre de quelques dizaines d 'années .

Finalement , ces pertu rbations mettent en évidence le caractère particulièrement sensible de la circulation atlantique nord et son rôle dans la régulation climatique de I 'Europe .le Gulf Stream est l'exem ple même de la fragi lité de l'équilibre du climat.

En effet, ce courant qui réchauffe le Royaume-Uni et l'Europe de l'Ouest circule à la manière d'un tapis roulant : il plonge au nord et reflue en surface au sud, suiva nt un mouvement continu .

Si la salinité des eaux est modifiée -ce qui arrive en cas de fonte des glaces -.

ce mécanisme est rompu :l'eau, insuffisamment saline, ne plonge plus .

Avec la disparition des effets du Gulf Stream, le climat de la France risquerait de s'apparenter à celui du Canada (Vancouver est à la m ême latitud e que la Rochelle}, et ce à cause ...

d'un réchauffement.

INFLUENCE DES PERTURBATION ANTHROPIQUES t:activité humaine s'est développée au point de faire varier des paramètres internes du système climatique, et les scientif ique s s'appliquent à mesurer et prévoir les impacts éventuels de cette activité sur l'évol ution du climat terrestre.

t:exemple des gaz.; effet de serre permet de cerner les difficultés principales que rencontre la communauté scient ifique dans l'esti mation des risques de bouleversement climatique lié à un déséquilibre d'origine anthropique .

Actuellement , le rôle des gaz à effet de serre est évident dans la régu lation de la température de surface de l a Terre .

Mais il est aussi évident que l'activité humaine produit des gaz a effet de serr e en grande quantité .

D an s quelle proportion cette production peut-elle bouleverser les équ ilibre s climatiques actuels? Pour répondre à cette question , les scientifiques observent les comportements passés du climat pour mettre au point des modèles climatiques .

Gaz à effet de serre et température de surface les étude s menées dans les années 80 sur des échantillons de carottes de glace forées à Vostok (Antarctique ) ont donné un enre gistrement simultané de la variabilité climatique en Antarct ique et d e l'évo lution de la concentration des gaz à effet de serre durant les quatre dernières périodes de glaciatio n .

les résultats ont montré que chaque période chaude est accompagnée d'une hausse des concentrations des gaz à effet de serre et que chaque période froide est accompagnée d'une baisse de ces concentrations .

Ce constat n 'indique pas que la variation des conce ntrations influe directement sur les variations climatiques ou inversement que les variations climatiques modifient les concentrations .

Cependant , des modèles climatiques scientifiques reproduisant très fidèlement les évolutions du passé ont permi s de quantifier théoriquement la part de refroidissement due à la baisse des concentrations des gaz à effet de serre : sur une baisse de 5 degrés, 1,5 degré serait directement lié à ce phénomène .

Ces modèles ont aussi permis de constater que le refroidissement lors de ces périodes de variations est beaucoup plus marqué dans les hautes latitude s de l'hémisphère nord que dans l'hémisphère sud.

Évolutions et observations En observant la variation de la concentration de dioxyde de carbone sur les 40 000 dernières années.

on identifie quatre phase s : • une première période de 20 000 ans durant laquelle la concentratio n est relati vement stable, ne subissant que de faibles variations ; • une seconde période de 10 000 ans où cette concentration augmente ; • une troisième période de 10 ooo ans ou cette concentrat ion se stabilise ; ·une quatrièm e période où l'on observe au cours des 150 dernières années une augmentation extrêmement rapide de la concentrat ion de dioxyde de carbone due aux activités anthrop iques.

Une observation de la température moyenne de l'hémisp hère nord montre clairement qu'en parallèle la temp érature a augmenté de 0,6 degré en moyenne au cours du vingtième siècle, ce qui repr ésente une anomalie unique en amplitude sur une période aussi courte .

Cette augmentation moyenne de la température n'est pas uniforme : certaines région s du g lobe n'ont pas subi d'évo lution de température alors que d'autres comme l'Europe ont connu une hausse de plus d 'un degré en moyenne .

Quoi qu'il en soit, la coexistence de ces deux anomalies patentes sur la même période de temps met en évidence une corrélation certaine entre l'augmentation des gaz anthropiques et l'augme ntation de température .

LES MODÈLES INFORMATIQUES ET LIS PRÉVISIONS Les modèles climatiques sont des programmes informatiques intégrant les équations mathématiques des lois physiques qui gouvernent les comportements atmosphériques.

Ces équations mathématiques sont appliquées sur un système de maillage en trois dimensions qui découpe l'atmosphère en éléments de quelques centaines de kilomètres de côté : chaque maille possède des conditions particulières (nuage , relief, océan ...

) et des valeurs initiales (pres sion, temp érature .

nature e t concentration des gaz.

humidité, vent.

..

) fixées par les mesures scientifiques.

Une fois les conditions fixées pour chacune des mailles , le modèle peut tourner : il calcule à intervalle de temps régulier l'évolutio n des gaz et des paramètre s de chaqu e maille .

Les différents modèles et les sources d'incertitude • Il existe une quinzaine de modèles climatiques dans le monde, tous ces modèles n 'étant pas identiques .

les théories de la mécanique et de la dynamiq ue des fluides sont validées par tous , les équation s de base sont les m êmes , mais les systèmes de résolution par l'informatique varient suivant les organismes de recherche : la vitesse de résolutio n est donc variable et il peut y avoir de légères différences pour des évolutions calculées sur de très grandes échelles de temps.

les modèles diffèrent sur la prise e n compte de certains paramètres dont les influences sur le climat sont mal cernées : la biosphère, le rayonnement et l'abs orption de la couche nuageuse.

la production et l'absorption du gaz carbonique par les océans ...

• Il exist e aussi des sources d'Incert itude que l'on ne peut pas nier, comme celles concernant les émissions anthropiques futures des gaz à effet de serre et aérosols .

Dans ce cas.

les scienti­ fiques sont obligés d'extrapoler sur la base de scénari os politiques , économiques et géographiques au niveau international.

Ces scénarios sur l'évo lution probable des gaz à effet de serre sont fournis par 1'/ntergo vernmenta/ Panel on Climate Change ( 1 PCC) , groupe mis en place notamment par le G 7 et l'ONU.

• Il subsiste d'autres incertitudes inhéren tes aux méthodes appliquées dans la réalisation des modèles : on ne peut pas décrire le comportement de c haque molécule de gaz, il est donc nécessa ire de faire des simplifications .

Les simplificat ions sont souvent utilisées dans les travau x scientifiques , mais certaines peuv ent avoir des incidences capitales sur le comportement du modèle.

Par exemp le, une simp lification consistait à ignorer l'interface océan-atmosphère, alors qu'aujourd'hui cette interface est un pilie r de la compréhension des comportements atmosphériques .

Une conclusion convergente Malgré les différences dans la concep tion de ces modèles, malgré les différen tes simplifications qu'ils utilisent , malgré l'influence mal compri se de certains param ètres, et malgré les marges d'erre ur, tous les modèl es tendent à une conclusion de même nature : l'homme , par son activité , modifie le climat.

De plus , dans les modélisations d e l'évolution climatique à venir , les activ ités anthropiques semblent engend rer une élévation substantielle (de 2 à 5 degrés suivant les modèles ) de la température moyenne mondiale.

Il faut remarquer qu'au regard des évolutions passées du climat , un changement de température moyenne de plus d'un degré a toujours été lié à des bouleversements majeurs du système climatique terrestre .. »