Changement Climatique : l action de l homme? Spécialité SGE 2004/2005 Clément CHALENCON 6 Janvier 2005
- Le climat est une interaction complexe entre les différents compartiments de la Terre (atmosphère, biosphère, lithosphère et hydrosphère). - Cette complexité est un obstacle à la compréhension des phénomènes climatiques. Difficulté d interpréter l impact des activités humaines sur le climat. - Le problème de l origine des modifications affectant le climat reste sujet à discussion et interfère avec les intérêts politiques et économiques de certains pays. - Création groupes de travail sur le sujet (ex: le GIEC: groupe intergouvernemental d experts sur l évolution du climat) 2
I. Les climats passés: la paléoclimatologie 1. Les outils d analyse 2. Les facteurs intervenant sur le climat 3. Les enseignements de la paléoclimatologie II. 1850-2005, Un climat en pleine évolution 1. Les constats 2. L action anthropique sur le climat 3. De nombreuses incertitudes III. Le climat à venir 1. La mise au point de modèles climatiques 2. La limite de nos connaissances 3. Les conséquences à envisager 3
I. Les climats passés: la paléoclimatologie 4
1. Les outils d analyse Les carottages dans les calottes glaciaires - Mesures du δ 18 O connaissance des variations de températures sur plusieurs milliers d années - Mesures de la teneur relative en gaz présent (CO2, CH4, ) données précises sur les conditions de températures et de pressions partielles en différents gaz. 5
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Forrages dans les sédiments lacustres et marins - Mesures du δ 18 O sur des millions d années - Etude des dépôts sédimentaires: connaissance des périodes de transgressions et de régressions - Etude des micro-organismes (foraminifères) connaissance de la salinité, conditions biochimiques du milieu 9
Palynologie - Réalisation de spectres polliniques: Pollen fossilisable dans les sédiments Association d un groupe de pollens à des conditions climatiques particulières - 99% des pollens recensés sont situés dans un rayon de 10 km 10
Les coraux - Datation de l échantillon grâce aux alternances entre bandes claires et sombres - Estimation des variations de temperatures grâce aux traceurs géochimiques contenus dans leur squelette carboné 11
Dendrochronologie Mesures du développement des faisceaux libéro-ligneux Utilisé pour des variations de températures sur des échelles de temps plus réduites. Importance de la variabilité locale de la température 12
2. Les facteurs intervenant sur le climat La valse astronomique des climat: Théorie astronomique de Milutin Milankovitch: explique la récurrence des cycles glaciaires/interglaciaires L excentricité: mesure la forme de l orbite de la terre L obliquité: inclinaison de l axe de rotation de la terre. La précession climatique tient au fait que la terre oscille comme une toupie, son axe de rotation décrit un cône autour de la direction perpendiculaire au plan de l orbite. 13
Source ENS 14
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L effet de serre Définition d un gaz à effet de serre: Gaz transparent à la lumière visible mais opaque pour une majeure partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre 16
L effet de serre Les gaz à effet de serre (GES): Composition de l atmosphère Relation avec l élévation de Température Durée de vie H 2 O 3000 ppmv 55 % 2 semaines CO 2 380 ppmv 40 % Un siècle CH 4 1,8 ppmv Dizaine d année N 2 O 0,3 ppmv 2 % Plusieurs siècles O 3 0,03 ppmv Courte 17
L effet de serre 18
Terme A: énergie solaire ascendante Terme B: rayon réfléchi Terme C: rayon qui vont «chauffer» la Terre Terme D: rayonnement infra-rouge émis par la surface de la Terre Terme E: évaporation de l eau de surface (refroidit la surface), évapore en moyenne 3 mm d eau par jour. Terme F: réchauffement de l air par le sol Terme H: rayon chauffant la surface Terme G: rayon absorbé par l atmosphère Terme I: rayonnement infrarouge émis par l atmosphère Terme K: absorption du rayonnement infrarouge qui est est émis par la surface = effet de serre Terme J+L: perte par rayonnement infrarouge dans l espace 19
Energie apportée par : Température Terre La Terre : 0,1 W/m 2-243 C Le Soleil : 235 W/m 2-19 C Effet de serre naturel : 155W/m 2 +15 C Equilibre entre les pertes et l'énergie apportée 235W/m 2 20
3. Les enseignements de la climatologie La variabilité cyclique du climat Variation de la température en fonction du temps 100000 ans entre deux âge interglaciaire 21
Les connaissances sur le climat actuel Les conditions actuelles correspondent à un âge interglaciaire 22
Les phénomènes associés aux changements climatiques Corrélation entre les gaz à effet de serre et une augmentation de la température. 23
Les variations d insolation ne sont suffisantes pour expliquer de telles différences de températures. Action fondamental du CO 2, effet double du CO 2 : augmente température libération CO 2 des océans Niveau des mers: transgression en période interglaciaire regression en période glaciaire dépôt post-glaciaire important: moraine Modification des facteurs biotiques 24
La paléoclimatologie et le climat de demain Interprétation du climat actuel à partir des données anciennes. Connaissances des effets engendrés par une modification d un paramètre. Objectif: Modélisation du climat de demain à partir des climats précédent 25
II. 1850-2005 Un climat en pleine évolution 26
1. Les constats La fonte des glaciers En un siècle, les glaciers des Alpes ont reculé de plus de 25 %. Disparition de 50% des glaciers du Caucase en 100 ans 27
La fonte de la banquise Diminution de la surface de la banquise de 10 % en Arctique 28
Augmentation de la température moyenne Dans le monde : 0,5 C En Europe : 0,8 C La dernière décennie a été la plus chaude jamais enregistrée Augmentation du niveau de la mer 2,8 mm par an 29
2. L action anthropique sur le climat Les gaz à effet de serre Teneur en 1850 Teneur en 2000 Forçage radiatif CO 2 280 ppmv 380 ppmv CH 4 0,7 ppmv 1,8 ppmv 1,4W/m 2 Effet direct : 0,5W/m 2 Effet indirect : 0,7W/m 2 Absorbance des infra-rouges par le méthane 23 fois supérieure à celle du dioxyde de carbone 30
Les GES émis par les activités humaines Pouvoir de réchauffement global/co 2 6 gaz : CO 2 1 CH 4 43 N 2 O 253 hydrofluorocarbones 140 à 11700 CnHmFp Perfluorocarbones 6500 à 8700 CnF 2n+2 hexafluorure de souffre 23900 SF 6 31
Les émissions anthropiques des GES 32
Les émetteurs de gaz à effet de serre en France Agriculture/Sylviculture 18% 21% Traitement des déchets Transports 26% 3% 20% 12% Résidentiel Industrie manufacturière Industrie de l'énergie 33
La production d aérosols : La combustion des énergies fossiles entraîne la production simultanée de CO 2 et d aérosols souffrés Rôle d écran aux rayons solaires Les aérosols produits limitent l effet des gaz à effet de serre Cependant il est difficile de chiffrer de manière précise la compensation induit sur le forçage radiatif 34
Modification de l albédo : Définition : le rapport entre l énergie réfléchie par une surface considérée et l énergie incidente La fonte de la banquise entraîne une diminution de l albédo. Mais celle-ci est compensée par l augmentation de la réflectivité des continents. (ex: transformation d une forêt en champ de blé) 35
Mesure d albedo à la surface du globe 36
Bilan radiatif Forçage radiatif d origine anthropique : 3 W/m 2 s ajoute à un système en équilibre bouleversement dont on ne connaît pas les conséquences Source : J.Hansen et al, PNAS 37
3. De nombreuses incertitudes Le cycle de l eau Un réchauffement climatiques favorise l évaporation: le réchauffement induit par une augmentation de la teneur en CO 2 est approximativement doublé par l effet sur la vapeur d eau L augmentation de la teneur en vapeur d eau permet la formation de nuages. Globalement les nuages tendent à refroidir le climat. + rôle des aérosols dans la formations des nuages 38
L océan, une pompe à carbone L océan est un énorme réservoir de carbone de 40000 GT (contre 780 GT dans l atmosphère). L océan absorbe 2 des 7 GT de C produits. 3 mécanismes: Diffusion: CO2 diffuse dans les couches superficielles, dissolution sous forme de CO 3 2- /HCO 3 - Convection: brassage des océans, les eaux tropicales remontent jusqu au pôle et plongent en profondeur Pompe biologique: le plancton fixe le carbone qui précipite par la suite en profondeur. Problème de la capacité de stockage: simulation donne des puits saturés vers 2020-2030 39
Le stockage du CO 2 dans des réservoirs naturels : La biosphère: équilibre entre le carbone stocké dans la biomasse et la déforestation dégradation de roche: consommation de CO 2 pour l altération des roches exemple de l altération d un pyroxène calcique: CaSiO 3 + H 2 O+ 2 CO 2 SiO 2 + Ca 2+ +2 HCO 3-40
Le rôle de l activité solaire L éclairement solaire n est pas constant. Variation de 0,1% avec des cycles de 11 ans Période actuelle de fort éclairement explique 1/4 voir 1/3 de l échauffement actuelle 2 hypothèses liées aux corrections apportées aux mesures : augmentation globale de l éclairement cycle normal Vérification des 2 hypothèses à la fin du prochain cycle. 41
Difficulté pour connaître l impact exacte de l homme sur le climat actuel. Le devenir des GES le mode d action des gaz rôle des réservoirs forçage radiatif solaire Un réchauffement est observé On estime que la contribution du CO 2 au réchauffement climatique est de 60 % 42
Source : GIEC 43
III. Le climat à venir 44
1. La mise au point des modèles climatiques Les données Les climats passés ont permis la mise au point des modèles utilisés. Ces modèle s appuient sur des principes physiques: description de la planète (relief, distribution des types de sol ), forçages (ensoleillement), constantes physiques couplage modèles atmosphériques et océaniques 45
Création d un maillage Taille variable selon l échelle de l étude - plusieurs centaines de kilomètres à l échelle mondiale - 50 km à l échelle locale 46
Les différents scénarios du GIEC de l évolution des GES Source GIEC 47
Les différents scénarios du GIEC de l évolution des GES 48
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Limites des modèles Modèle uniquement radiatif ne tenant pas compte : - des cycles des éléments (carbone, azote ) - des glaces et les mouvements d eaux profonds - de l hydrologie et de la végétation des sols continentaux - des nuages Avantages des modèles Amélioration continue des modèles de prédictions Donne une base de réflexion sur des hypothèses climatiques 50
Exemple de modèle 51
Les résultats des modèles 5,8 C 1,4 C 52
2. Le Gulf Stream - courant de surface océanique chaud et relativement salé, prenant naissance près de la côte Est des Etats Unis, à la convergence du courant de Floride et du courant des Antilles. 53
2. Le Gulf Stream Un réchauffement globale entraînera la fonte de la banquise, créant aussi un ralentissement de la circulation océanique thermohaline, lié à une diminution de la salinité de l'atlantique nord. Comme cette circulation transporte énormément d'énergie, son ralentissement peut réchauffer des régions et en refroidir d'autres. les conséquences régionales seront différentes du réchauffement global attendu. De plus ce processus ne sera pas forcement linéaire mais pourra basculer bruralement dans un nouveau état de stabilité. 54
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3. Les conséquences liées au changement climatique L augmentation de la température moyenne mondiale aura pour conséquences - des températures maximales et minimales plus élevées - des précipitations plus intenses sur de nombreuses régions - des sécheresses estivales accrues - une augmentation de l intensité des pointes de vent lors des cyclones 56
L augmentation de la fréquence des catastrophes naturelles (tempêtes, inondations, ) une élévation du niveau de la mers (prévision moyenne de 80 cm) qui entrainera un recul des côtes, une extension significative des terrains submergés de façon permanente, et un élargissement de la salinisation des nappes souterraines et des sols Sur la santé humaine un accroissement des maladies à vecteur»( transmises par les moustiques, les tiques, etc ) 57
Conclusion Le climat: système complexe soumis à l inertie Aujourd hui tous les pays reconnaissent l impact de l homme sur les modifications climatiques. Mais le protocole de Kyoto ne fait pas l unanimité. 58
Conclusion 59
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