Le climat
I. Météorologie et Climatologie
La météorologie est la science qui évalue le temps qu’il fait ou qu’il va faire à très court terme en étudiant la couche d’air (troposphère) située au dessus de nous. Elle définit les valeurs de la température, des précipitations, de la pression, de la nébulosité, etc. Les prévisions utilisent des modèles régulièrement mis à jour.
La climatologie est la science qui étudie l’ensemble des phénomènes météorologiques qui caractérisent l’état moyen de l’atmosphère dans sa totalité en un lieu donné et sur une longue période de temps (au moins 30 ans) et un grand territoire.
II. L’atmosphère
L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse qui entoure la Terre dont la surface est recouverte à 70% par les océans. Elle est composée principalement de diazote (78%) et de dioxygène (21%), 0,93 % d’argon, 0,039 % de dioxyde de carbone et de traces d’autres gaz. L’atmosphère, en particulier la couche d’ozone, protège la vie sur Terre.
L’atmosphère terrestre est découpée en plusieurs couches :
– la troposphère, 0 à 12 km,
– la stratosphère, 12 à 50 km, où se situe la couche d’ozone,
– la mésosphère, 50 à 85 km,
– la thermosphère. 85 à 700 km,
– l’exosphère au-delà de 700 km,
L’atmosphère absorbe le rayonnement solaire ultraviolet, réchauffe la surface de la terre par la rétention de chaleur (effet de serre) et réduit les écarts de température entre le jour et la nuit.
III. Les types de climat
1. À l’échelle mondiale cinq types sont définis
Le climat froid
Ce climat existe aux pôles et en haute altitude de montagnes.
Les régions polaires, régions les plus éloignées de l’équateur ont des températures froides toute l’année, 10°C au maximum en été :et souvent -60°C en hiver.
En montagne, pour chaque 100 mètres d’altitude, la température chute d’environ 0,6 °C. En altitude, l’air ascendant se dilate en raison de la diminution de la pression. En se dilatant, il devient de plus en plus froid car la dilatation nécessite de l’énergie puisée dans la chaleur transportée. La très haute altitude est le lieu de la « neige éternelle.
Le climat tempéré
Avec ce climat, les températures sont douces en hiver et chaudes en été. Il concerne le bord des océans, entre les tropiques et les cercles polaires.
Le climat continental
Il est caractérisé par des saisons contrastées. Les étés y sont courts et chauds tandis que les hivers y sont longs et froids. Les précipitations de pluie et de neige y sont très abondantes. La température moyenne en janvier se situe autour de -9 °C et en juillet autour de 18 °C.
On le rencontre dans l’hémisphère nord, entre les tropiques et les cercles polaires, et à l’intérieur des terres.
Le climat tropical
Il se caractérise par des températures très chaudes jamais en dessous de 18°C. On le trouve entre les tropiques, près de l’équateur. Dans les régions où les pluies sont abondantes toute l’année, la végétation luxuriante forme des jungles. Dans les régions plus sèches, la végétation est moins abondante et forme la savane.
Le climat désertique
Il se caractérise par une sécheresse et une aridité permanente toute l’année qui restreignent le développement de la vie animale et végétale. On observe de très grandes différences de températures entre le jour et la nuit (parfois jusqu’à 50 °C). Il concerne les régions des tropiques. Il y a des déserts chauds, comme le Sahara et des déserts froids, comme en Mongolie.
2. À l’échelle régionale
Dans ce cas, les régions s’étendent sur quelques centaines de milliers de km2 à quelques millions de km2. En France, il y a trois climats régionaux : climat méditerranéen, climat océanique et climat tempéré.
3. À l’échelle locale
Ces climats très peu étendus dépendent du relief local, de la présence ou non de végétation, de la proximité d’une ville ou d’une forêt ou d’une étendue d’eau.
4. Microclimats
Ces climats concernent de très petites étendues.
IV. Le système climatique
Notre climat est régit par un ensemble complexe, le système climatique, sous l’effet du rayonnement solaire. Cinq éléments le compose : l’atmosphère, la lithosphère et plus particulièrement la pédosphère (couche la plus externe de la Terre, sols émergés continentaux), l’hydrosphère (océans), la cryosphère (glaces) et la biosphère (ensemble des écosystèmes de la Terre) interagissent en permanence à travers de nombreux processus physiques, chimiques ou biologiques.
1 Radiations solaires, 2 Gaz et particules volcaniques, 3 Évaporation et transpiration, 4 Interactions Terre/air, 5 Vents, 6 Interactions océans/air, 7 Courants, 8 Évaporations, 9 Interactions océans/glace, 10 Précipitations, 11 Interactions glace/air.
V. Les paramètres du climat
1. Le rayonnement solaire
L’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport à l’écliptique détermine la quantité d’énergie solaire reçue. Plus l’énergie reçue est importante, plus il fait chaud. À l’équateur, les rayons solaires sont perpendiculaires à la surface terrestre, l’énergie reçue est plus importante qu’au niveau des pôles où les rayons solaires sont reçus obliquement.
2. La proximité d’une mer ou d’un océan
À proximité d’une mer ou d’un océan les pluies sont plus abondantes.
3. L’altitude
Plus une région est haute, plus il y fait froid.
Le changement climatique
Depuis une trentaine d’années, le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) évalue l’état des connaissances sur l’évolution du climat, ses causes, ses impacts. Les scientifiques qui le composent publient régulièrement des rapports sur l’évolution du réchauffement climatique, le 6ème rapport date de 2023.
Le changement climatique est le résultat du réchauffement de la planète depuis des millénaires. Toutefois ce réchauffement a considérablement augmenté avec le développement de l’industrie. Il est lié à l’activité humaine, on parle de réchauffement d’origine anthropique. La rétention par la terre de la chaleur émise par le soleil est due aux gaz à effet de serre (GES).
Pour comprendre le réchauffement climatique, il faut en rechercher les causes afin de l’atténuer ou trouver des moyens d’adaptation.
I. La compréhension du réchauffement climatique
1. Les causes
L’augmentation des températures entraînent des variations climatiques et déstabilisent l’équilibre de la nature. Elle a un rôle négatif sur le vivant. Cette augmentation est principalement d’origine anthropique avec l’émission de gaz à effet de serre qui proviennent principalement de :
– l’utilisation de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz)
– la production de carburant pour les transports (principalement les voitures, mais aussi l’aviation ou le transport maritime
– la production d’électricité et de chaleur par la combustion de combustibles fossiles en particulier pour le fonctionnement des bâtiments
– le secteur manufacturier et l’industrie
– la déforestation
– la production de denrées alimentaires
– la surconsommation
Émission de gaz à effet de serre dans le monde par domaines d’activités
Les pays les plus émetteurs de GES dans le monde sont la Chine, les Etats-Unis, la Russie, l’Inde, l’Europe et le Japon. Des pays à faible densité de population comme le Canada, l’Arabie saoudite et l’Australie sont aussi très émetteurs de GES.
1.1. L’effet de serre
L’effet de serre est un phénomène naturel causé par les échanges d’énergie entre le soleil et la Terre.
La Terre reçoit en permanence de l’énergie du soleil. La partie de cette énergie qui n’est pas réfléchie par l’atmosphère, notamment les nuages ou la surface terrestre, est absorbée par la surface terrestre qui se réchauffe. En contrepartie, les surfaces et l’atmosphère émettent du rayonnement infra-rouge, d’autant plus intense que les surfaces sont chaudes. Une partie de ce rayonnement est absorbée par certains gaz et par les nuages, c’est le phénomène de l’effet de serre. L’autre partie est émise vers l’univers et la température de la Terre s’ajuste pour trouver un équilibre entre l’énergie du soleil absorbée en permanence et celle réémise sous forme de rayonnement infra-rouge. Une augmentation des gaz à effet de serre suite aux activités de l’homme piège une partie de ce rayonnement, ce qui provoque une hausse de la température des surfaces jusqu’à trouver un nouvel équilibre.
Le rayonnement solaire traverse l’espace et l’atmosphère terrestre. Une partie est absorbée par la surface de la terre qui à son tour émet un rayonnement infrarouge, le reste est réfléchi vers l’atmosphère (réverbération). Une partie du rayonnement terrestre s’échappe vers l’espace, le reste est piégée dans l’atmosphère par les gaz à effets de serre (GES) qui renvoient le rayonnement vers la surface terrestre. Les GES forment une « barrière » dans l’atmosphère. L’ accumulation de rayons augmente la température de la couche d’air au-dessus de la surface de la terre et constitue une réserve de chaleur qui permet la vie sur Terre. Sans cet effet de serre, il ferait -18 °C sur Terre.
Flux d’énergie en W/m2
1.2. Les principaux gaz à effet de serre (GES
La vapeur d’eau est le gaz à effet de serre le plus important ( 83 % de l’effet de serre naturel). Elle provient de l’évaporation de l’eau des lacs, des océans, de la transpiration des arbres (évapotranspiration). Sa durée de séjour dans l’atmosphère est de quelques jours, elle intervient peu dans l’effet de serre anthropogène.
Le CO2 (dioxyde de carbone): La majeure partie du CO2 présent dans l’atmosphère provient principalement de la combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon et gaz) dans les transports, la production d’électricité, l’industrie et l’habitat. Les autres sources sont la déforestation (surtout en zones tropicales), les brûlis des étendues herbeuses et les activités industrielles (fabrication de la chaux et du ciment. Il fait partie du cycle du carbone sur la planète. Il représente près des 2/3 des émissions mondiales de gaz à effet de serre induites par les activités humaines et reste une centaine d’années dans l’atmosphère. De ce fait la mesure de l’effet des autres gaz à effet de serre est en équivalent CO2 (Tonne d’Équivalent CO2 d’un gaz = quantité du gaz × Potentiel de réchauffement global du gaz souhaité).
Bien qu’une faible proportion de CO2 soit dans l’atmosphère (0,04 %) une variation de sa concentration joue un rôle dans le changement climatique.
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Cycle biogéochimique du carbone
Au niveau des océans, le transfert du CO2 de l’atmosphère vers l’océan est :
* physique par dissolution du gaz dans l’eau de mer et sont transport vers les fonds au gré des courants marins. (pompe à carbone physique),
* biologique, le plancton végétal en suspension dans la couche de surface de l’océan accumule du carbone (pompe à carbone biologique). Le plancton par photosynthèse absorbe du CO2, rejette du dioxygène (O2) et produit de la matière organique. Certaines espèces (Cocolithophores), pour leur squelette, utilisent les carbonates. Les organismes morts sédimentent et stockent donc du carbone.
Le méthane (CH4) provient de la fermentation de la matière organique (cadavres d’animaux, plantes mortes, marécages). Les ruminants en sont une source importante (pets des animaux). Les autres sources sont la culture du riz, les décharges d’ordures ou encore les exploitations pétrolières et gazières. Bien que détruit dans l’atmosphère, sa demi-vie est de 10 ans, son pouvoir réchauffant est 28 fois plus important que celui du CO2 sur cent ans et 82 fois plus sur vingt ans. 1 tonne de méthane = 25 tonnes équivalent CO2. Avec la hausse des températures, les émissions de méthane issues des lacs, des rivières ou du permafrost vont augmenter. Pour l’instant, cela reste négligeable par rapport à l’émission de CO2 due à la combustion d’énergie fossile par les êtres humains.
Le protoxyde d’azote (N2O) provient essentiellement de l’agriculture intensive, des engrais chimiques et des zones humides. La production d’aliments pour bétail et certains procédés chimiques interviennent aussi.
L’ozone (O3) provient essentiellement de la combustion d’énergies fossiles pour le transport et des solvants ménagers et industriels.
Les gaz fluorés (comme le fréon) utilisés par l’industrie, essentiellement dans les réfrigérateurs, les climatiseurs, les bombes aérosol et les mousses industrielles sont des composés créés par l’Homme.
