Fiche de révision : Climat et bilan radiatif

📋 Plan du Cours

1. Système climatique et bilan radiatif
2. Évolution observée du climat
3. Climatologie et preuves du CO₂
4. Gaz à effet de serre
5. Rayonnement terrestre et loi de Wien
6. Émissions humaines de gaz à effet de serre
7. Forçage radiatif et albédo
8. Rétroactions climatiques

📖 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’atmosphère permet, par effet de serre, une température globale terrestre d’environ 15 °C.

📖 2. Évolution observée du climat

★ À maîtriser

• Depuis environ 150 ans, la communauté scientifique constate une augmentation de la température globale de l’ordre de 1 °C.

• Le cours associe la hausse des températures à la fonte des glaciers et à l’élévation du niveau des mers et des océans.

Compléments

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

• Les données de température mondiale proviennent des stations météorologiques et de mesures effectuées depuis l’espace par satellite.

• La révolution industrielle est proposée comme un épisode économique à mettre en corrélation avec l’évolution de la température mondiale.

💡 Astuce mémo

Hausse des températures → fonte des glaces et élévation du niveau marin.

📖 3. Climatologie et preuves du CO₂

🔑 Notions clés & Définitions

• Climatologie : Étude des variations de paramètres tels que le niveau marin, la température globale et la fonte des glaciers sur des durées allant de quelques années à quelques millions d’années.
• Météorologie : Étude des variations sur des durées courtes, de quelques heures à quelques jours.

★ À maîtriser

• Les carottages de glace en Antarctique permettent d’estimer la teneur atmosphérique en CO₂ sur les 800 000 dernières années grâce aux bulles d’air emprisonnées lors de la formation de la glace.

• Le cours relie l’augmentation du CO₂ atmosphérique depuis environ 1975 aux variations de température et à leurs conséquences, notamment la fonte des glaces et la hausse du niveau des océans.

Compléments

• Les bulles d’air emprisonnées dans la glace renseignent sur la composition de l’atmosphère au moment où la glace s’est formée.

💡 Astuce mémo

Climatologie : longues durées ; météorologie : heures ou jours.

📖 4. Gaz à effet de serre

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Capacité d’une substance à absorber le rayonnement lumineux reçu.

★ À maîtriser

📌 Pour participer à l’effet de serre, un gaz atmosphérique doit être transparent à la lumière visible du Soleil et absorber les infrarouges émis par la Terre, entre 4 µm et 40 µm.

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

• Le pouvoir de réchauffement global (PRG) évalue l’impact d’un kilogramme de gaz sur l’effet de serre sur une durée de 100 ans, et le PRG du CO₂ est fixé à 1 par convention.

Compléments

• Le tableau du cours donne les PRG suivants :

  • CO₂ 1
  • vapeur d’eau 8
  • méthane 21
  • protoxyde d’azote 310

• Le tableau du cours indique des durées moyennes de séjour atmosphérique de :

  • 100 ans pour le CO₂
  • 8 jours pour la vapeur d’eau
  • 12 ans pour le méthane
  • 120 ans pour le protoxyde d’azote

💡 Astuce mémo

Lumière solaire transmise → infrarouge terrestre absorbé.

📖 5. Rayonnement terrestre et loi de Wien

★ À maîtriser

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

Compléments

• Dans la loi de Wien, $\lambda_{\max}$ est la longueur d’onde du maximum d’émission, exprimée en mètres, et $T$ est la température de surface du corps noir, exprimée en kelvins.

• Pour une surface terrestre à 15 °C, le cours utilise une température d’environ 288 K et obtient une longueur d’onde maximale d’émission d’environ 1,0 × 10⁻³ m, située dans l’infrarouge et non dans le visible.

📖 6. Émissions humaines de gaz à effet de serre

🔑 Notions clés & Définitions

• CO₂ équivalent : Unité permettant de comparer les émissions de différents gaz à effet de serre sur la base de leur pouvoir de réchauffement global.

★ À maîtriser

• Le cours identifie parmi les grandes sources humaines de gaz à effet de serre :
  • l’industrie
  • la production d’énergie
  • les transports
  • l’agriculture

Compléments

• Dans l’exemple de calcul du cours, les transports représentent 14 % de 50 Gt CO₂ équivalent dans le monde, soit 7 Gt CO₂ équivalent.

• Dans l’exemple européen du cours, les transports représentent 21 % de 4,5 Gt CO₂ équivalent, soit environ 0,945 Gt CO₂ équivalent.

• Le cours attribue à la part plus faible de l’électricité dans les émissions françaises, par rapport à l’Europe, l’usage important du nucléaire, qui produit peu de CO₂ et presque pas de gaz à effet de serre.

📖 7. Forçage radiatif et albédo

🔑 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.
• Albédo : Fraction de l’énergie solaire globale réfléchie par une surface ; cette grandeur sans dimension est exprimée en pourcentage ou par une valeur de 0, lorsque toute la lumière est absorbée, à 1, lorsqu’elle est entièrement réfléchie.

★ À maîtriser

📌 Un forçage radiatif est positif si le système climatique reçoit plus d’énergie radiative qu’il n’en émet, ce qui entraîne une hausse de température ; il est négatif dans le cas contraire et la température diminue.

Compléments

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

• Les principaux éléments participant à l’albédo terrestre cités dans le cours sont :

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

• Le tableau du cours donne un albédo de 0,75 à 0,90 pour la neige fraîche, contre 0,05 à 0,15 pour la surface de la mer.

💡 Astuce mémo

Fonte des glaces → albédo diminué → absorption solaire accrue.

📖 8. Rétroactions climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rétroaction : Effet en retour produit par la variation d’un facteur de forçage ; positive si elle augmente la température et négative dans le cas contraire.
• Facteur de forçage : Paramètre dont la variation produit un forçage radiatif.

★ À maîtriser

• La fonte des glaciers et des calottes polaires diminue l’albédo, ce qui favorise l’absorption de l’énergie solaire et renforce le réchauffement.

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, soit deux fois plus que la quantité de carbone actuellement présente dans l’atmosphère.

• Le permafrost piège des éléments carbonés gazeux, notamment du méthane produit par la décomposition de matière organique ; sa fonte peut libérer ces gaz et contribuer à une rétroaction positive.

• En été dans l’hémisphère Nord, la végétation absorbe du CO₂ par photosynthèse, ce qui s’accompagne d’une baisse du taux mondial de CO₂ émis par rapport à la moyenne annuelle.

💡 Astuce mémo

Rétroaction positive : amplifie le réchauffement ; négative : le réduit.

📊 Tableaux de synthèse

Repères du pouvoir de réchauffement global