Fiche de révision : Climat, effet de serre et rétroactions

📋 Plan du Cours

1. Système climatique et bilan radiatif
2. Évolution du climat et indices
3. Gaz à effet de serre et absorption
4. Émissions humaines de gaz à effet de serre
5. Albédo et rétroaction glaciaire
6. Forçage radiatif et rétroactions
7. Permafrost et végétation

📖 1. Système climatique et bilan radiatif

🔑 Notions clés & Définitions

• Système climatique : Ensemble des interactions entre les océans, l'atmosphère et le sol.
• Bilan radiatif : Quantification de l'énergie reçue et perdue par le système climatique terrestre, au niveau de l'atmosphère, du sol et des océans.

★ À maîtriser

📌 Lorsque le bilan radiatif est équilibré, la température moyenne de la planète reste stable.

Compléments

• L'effet de serre atmosphérique permet à la Terre d'avoir une température globale d'environ 15 °C.

📖 2. Évolution du climat et indices

★ À maîtriser

• La température mondiale augmente sur les périodes 1900-1950 et 1970-2010, tandis qu'elle reste stable entre 1850-1900 et 1950-1970.

• Les réponses du cours associent la hausse des températures à la fonte des glaces et à l'élévation du niveau des océans.

• Les carottages de glace en Antarctique permettent d'étudier les bulles d'air et de reconstituer la composition atmosphérique au moment de la formation de la glace.

Compléments

• La période 1961-1990 est la période de référence correspondant à une anomalie de température nulle.

• La température mondiale est estimée à partir des données des stations météorologiques et de mesures satellitaires.

• Les carottages de glace permettent de déterminer la teneur atmosphérique en CO₂ sur les 800 000 dernières années.

💡 Astuce mémo

Réchauffement → recul des glaces et élévation du niveau marin

📖 3. Gaz à effet de serre et absorption

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Capacité d'un gaz à absorber le rayonnement lumineux reçu.

★ À maîtriser

📌 La climatologie étudie les variations climatiques sur des durées allant de quelques années à plusieurs millions d'années, tandis que la météorologie étudie les variations sur quelques heures à quelques jours.

📌 Un gaz contribue à l'effet de serre s'il est transparent à la lumière visible du Soleil et absorbe les infrarouges émis par la Terre entre 4 µm et 40 µm.

• La surface terrestre chauffée par le Soleil émet un rayonnement infrarouge que les gaz à effet de serre peuvent absorber, contribuant ainsi au réchauffement de l'atmosphère.

📐 Formule - La loi de Wien relie la longueur d'onde du maximum d'émission d'un corps noir à sa température selon $\lambda_{\max} T = k$, avec $k = 2{,}90 \times 10^{-3}\ \mathrm{m\cdot K}$.

Compléments

• La contribution d'un gaz à effet de serre dépend de sa concentration atmosphérique, de son pouvoir de réchauffement global sur 100 ans et de sa durée de séjour dans l'atmosphère.

💡 Astuce mémo

Lumière solaire transmise, infrarouge terrestre absorbé

📖 4. Émissions humaines de gaz à effet de serre

🔑 Notions clés & Définitions

• CO₂ équivalent : Unité qui permet de comparer les émissions de différents gaz à effet de serre selon leur pouvoir de réchauffement global.

★ À maîtriser

• Par convention, le pouvoir de réchauffement global du CO₂ vaut 1 ; celui de la vapeur d'eau vaut 8, celui du méthane 21 et celui du protoxyde d'azote 310.

• Les secteurs auxquels le cours attribue une grande part de la surproduction humaine de gaz à effet de serre sont :

  • l'industrie
  • l'énergie
  • les transports
  • l'agriculture

Compléments

• Les durées moyennes de séjour atmosphérique indiquées sont de 100 ans pour le CO₂, 8 jours pour la vapeur d'eau, 12 ans pour le méthane et 120 ans pour le protoxyde d'azote.

• Dans le monde, une émission totale de 50 Gt CO₂ équivalent dont 14 % proviennent des transports correspond à 7 Gt CO₂ équivalent émises par les transports.

📖 5. Albédo et rétroaction glaciaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Albédo : L'albédo est la fraction de l'énergie solaire globale réfléchie par une surface, exprimée en pourcentage ou par un nombre de 0 à 1.

★ À maîtriser

• La fonte des glaciers et des calottes polaires diminue l'albédo, ce qui réduit la réflexion de l'énergie solaire et favorise le réchauffement.

Compléments

• L'albédo moyen terrestre est d'environ 0,3, et il varie selon le type de surface.

• Les principaux éléments participant à l'albédo terrestre sont :

  • les nuages
  • la neige
  • la glace
  • les aérosols

• L'albédo de la glace est de 0,30 à 0,40, celui de la neige tassée de 0,40 à 0,70 et celui de la neige fraîche de 0,75 à 0,90.

💡 Astuce mémo

Fonte des glaces → albédo diminué → énergie absorbée accrue

📖 6. Forçage radiatif et rétroactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Forçage radiatif : GIEC - Équilibre entre le rayonnement solaire entrant et les émissions de rayonnement infrarouge sortant de l'atmosphère, mesuré en W/m².
• Facteur de forçage : Paramètre dont la variation produit un forçage radiatif.

📝 Points essentiels

📌 Lorsque le système climatique reçoit plus d'énergie radiative qu'il n'en émet, le forçage est positif et la température augmente ; s'il en reçoit moins, le forçage est négatif et la température diminue.

📌 Une rétroaction est positive lorsque la modification d'un facteur de forçage augmente la température, et négative lorsqu'elle la diminue.

• L'accumulation de gaz à effet de serre perturbe l'équilibre radiatif et contribue à l'élévation de la température globale.

💡 Astuce mémo

Forçage positif : température en hausse ; négatif : température en baisse

📖 7. Permafrost et végétation

🔑 Notions clés & Définitions

• Permafrost : Sol gelé en permanence dans les régions arctiques, qui piège notamment du méthane produit par la décomposition de matière organique ancienne.

★ À maîtriser

• Le réchauffement entraîne la fonte du permafrost et peut libérer les gaz carbonés qu'il piège, ce qui constitue une rétroaction positive.

• En été dans l'hémisphère Nord, la végétation absorbe du CO₂ par photosynthèse, ce qui entraîne une baisse mondiale du taux de CO₂ émis par rapport à la moyenne annuelle.

Compléments

• Le permafrost représente 25 % des terres émergées de l'hémisphère Nord et a accumulé 1 700 milliards de tonnes de carbone d'origine végétale depuis la dernière glaciation.

• Le carbone accumulé dans le permafrost est estimé à deux fois la quantité de carbone actuellement présente dans l'atmosphère.

💡 Astuce mémo

Dégel du permafrost → libération de carbone ; végétation → absorption de CO₂