Fiche de révision : Introduction à la Biodiversité et Climat

📋 Plan du Cours

1. Biodiversité : niveaux, écosystèmes et niches
2. Mesurer la biodiversité : pièges et méthodes
3. GIEC : rôle, rapports et processus d’évaluation
4. Effet de serre : mécanisme et rôle des GES
5. Autres gaz à effet de serre et PRG
6. Activités humaines et évolution du CO2
7. Projections climatiques et risques GIEC
8. Temps long : stratigraphie et uniformitarisme
9. Cycles de Milankovitch et étude du climat passé
10. Quaternaire : dernier maximum glaciaire et Holocène
11. Croissance économique préindustrielle et capitaliste
12. Responsabilités communes mais différenciées

📖 1. Biodiversité : niveaux, écosystèmes et niches

🔑 Notions clés & Définitions

• Biodiversité : La biodiversité regroupe la variabilité du vivant à plusieurs niveaux, des gènes aux espèces, jusqu’aux habitats et aux interactions entre organismes.
• Biodiversité génétique : La biodiversité génétique correspond à la diversité des gènes au sein d’une population ou entre populations d’une même espèce, utile pour s’adapter.
• Biodiversité spécifique : La biodiversité spécifique désigne la variété et le nombre d’espèces présentes dans un écosystème, qui soutiennent l’équilibre des chaînes alimentaires.
• Biodiversité écosystémique : La biodiversité écosystémique correspond à la diversité des habitats, liée à la capacité des organismes à survivre, se reproduire et évoluer.
• Écosystème : Un écosystème est une communauté d’êtres vivants qui interagissent entre eux et avec des éléments non vivants et leur environnement.

📝 Points essentiels

• Trois niveaux de biodiversité sont distingués : génétique, spécifique et écosystémique.
• La biodiversité génétique augmente la capacité d’une espèce à s’adapter aux changements de l’environnement.
• La biodiversité spécifique maintient l’équilibre des chaînes alimentaires grâce à la diversité d’espèces.
• La biodiversité écosystémique renforce la capacité de survie et de reproduction des organismes via des habitats variés.
• Un écosystème inclut des êtres vivants (plantes, animaux…) et des éléments non vivants (air, eau) avec des interactions comme la prédation et des flux de matière (ex. respiration).
• En écologie, les facteurs abiotiques sont des influences non vivantes (température, lumière) tandis que les facteurs biotiques sont des interactions entre êtres vivants (ex. prédation).

💡 Astuce mémo

Gènes–Espèces–Habitats : G-E-H = adaptation, équilibre, survie.

📖 2. Mesurer la biodiversité : pièges et méthodes

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce invasive : Une espèce invasive est un organisme introduit hors de son aire d’origine qui s’établit et perturbe les écosystèmes locaux.
• Pollution atmosphérique : La pollution atmosphérique regroupe des émissions qui dégradent l’air et peuvent affecter l’environnement à grande échelle.
• Pollution sonore : La pollution sonore correspond à des niveaux de bruit qui perturbent les organismes et modifient leur répartition et leurs performances biologiques.
• Services écosystémiques : Les services écosystémiques sont les contributions des écosystèmes au bien-être humain issues d’interactions entre composantes vivantes et non vivantes.
• Biodiversité à trois niveaux : La biodiversité se décrit à trois niveaux : diversité génétique, diversité des espèces et diversité des écosystèmes.

📝 Points essentiels

• Les espèces invasives peuvent être favorisées par le commerce et réduire la biodiversité locale en modifiant les communautés d’espèces.
• Le frelon asiatique et le moustique tigre sont deux exemples d’insectes invasifs cités comme impactant la biodiversité.
• La pollution atmosphérique liée à la combustion d’énergies fossiles libère notamment des oxydes d’azote, associés à des effets comme la dégradation de la couche d’ozone et des pluies acides.
• La pollution par le plastique augmente les risques de blessures et contribue à la présence de microplastiques.
• Le bruit agit directement en diminuant le succès reproducteur, ce qui réduit le nombre d’individus, et indirectement en modifiant la densité locale de populations (ex. mésanges) avec des effets en cascade sur d’autresesp
• Les services écosystémiques sont classés en approvisionnement, régulation, culturel et soutien, et ils ne dépendent pas d’une seule espèce mais de l’ensemble de la biodiversité.

💡 Astuce mémo

Invasif + air + bruit = humains perturbent l’écosystème ; biodiversité = 3 étages (gènes, espèces, milieux) qui soutiennent les 4 services.

📖 3. GIEC : rôle, rapports et processus d’évaluation

🔑 Notions clés & Définitions

• GIEC : Le GIEC est un organisme qui évalue l’état des connaissances scientifiques sur le climat et ses impacts, puis produit des rapports destinés aux décideurs.
• Summary for policymakers : Le Summary for policymakers est une synthèse du rapport du GIEC rédigée pour être directement exploitable par les responsables politiques.
• Forçage radiatif : Le forçage radiatif correspond à l’écart entre l’énergie reçue par la Terre et l’énergie renvoyée vers l’espace.
• Scénarios SSP : Les scénarios SSP sont des trajectoires socioéconomiques utilisées pour projeter l’évolution future des émissions de gaz à effet de serre.
• Reason for Concern : Reason for Concern est une catégorie du GIEC qui relie l’ampleur du réchauffement à des niveaux de risques croissants.

📝 Points essentiels

• Le forçage radiatif positif signifie que la Terre reçoit plus d’énergie qu’elle n’en renvoie, ce qui favorise le réchauffement.
• Les projections climatiques du GIEC reposent sur des calculs de forçage radiatif et sur des hypothèses d’émissions issues de scénarios socioéconomiques.
• Dans les projections, le calcul utilise uniquement les émissions de gaz à effet de serre pour déterminer l’évolution du forçage radiatif.
• Les courbes de projection du GIEC peuvent différer selon les hypothèses de forçage radiatif, ce qui modifie l’intensité du réchauffement.
• Le GIEC relie l’augmentation de la température à des risques plus élevés, regroupés sous Reason for Concern.
• Le GIEC indique que dépasser 1,5°C ou 2°C accroît fortement la gravité des impacts, et que l’objectif de l’accord de Paris vise un réchauffement bien en dessous de 2°C et proche de 1,5°C.

💡 Astuce mémo

Forçage radiatif = Recevoir − Renvoyer ; plus il est positif, plus le réchauffement et les risques montent (Reason for Concern).

📖 4. Effet de serre : mécanisme et rôle des GES

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz à effet de serre : Gaz atmosphériques qui absorbent puis réémettent le rayonnement infrarouge, ce qui retient de la chaleur dans le système climatique.
• Concentration de CO2 : Mesure de la quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, utilisée pour estimer l’intensité de l’effet de serre.
• Forçage radiatif : Indicateur de la variation nette d’énergie reçue et émise par le système Terre, exprimant l’impact d’un changement (dont les GES) sur le climat.
• Limites planétaires : Cadre qui évalue des seuils pour plusieurs processus terrestres, afin d’identifier des zones de risque d’irréversibilité pour les équilibres naturels.
• Changements climatiques : Dimension des limites planétaires évaluée à partir de la concentration de CO2 et du forçage radiatif, comme signal de dérèglement du système climatique.

📝 Points essentiels

• Les impacts humains sur le climat ne se résument pas à CO2 : l’évaluation des limites planétaires considère aussi d’autres processus environnementaux.
• Le cadre des limites planétaires (Stockholm Resilience Center) a défini 9 limites et des seuils associés à des équilibres naturels pouvant devenir irréversibles.
• En septembre 2023, une alerte indique que 6 des 9 limites planétaires seraient dépassées.
• Les 9 limites planétaires sont des indicateurs interdépendants, donc un dépassement peut amplifier d’autres dérèglements.
• La limite « changements climatiques » est évaluée via la concentration de CO2 et le forçage radiatif.
• Les limites planétaires ont évolué entre 2009 et 2015 : le nombre de limites dépassées est passé de 3 à 4 selon l’évaluation rapportée.

💡 Astuce mémo

GES = « piège à chaleur » : plus CO2 augmente, plus le forçage radiatif pousse le climat vers un déséquilibre.

📖 5. Autres gaz à effet de serre et PRG

🔑 Notions clés & Définitions

• PRG : Le PRG est un indicateur qui compare l’effet réchauffant d’un gaz à effet de serre à celui du CO2 sur une durée donnée.
• Gaz à effet de serre : Les gaz à effet de serre sont des constituants atmosphériques qui absorbent le rayonnement infrarouge et favorisent le réchauffement.
• Rétroaction positive : La rétroaction positive est un mécanisme où le réchauffement renforce la présence de gaz à effet de serre, ce qui amplifie encore le réchauffement.
• Rapport isotopique 18O/16O : Le rapport 18O/16O est une mesure isotopique utilisée pour reconstituer les variations de température passées à partir de l’eau océanique et des glaces.

📝 Points essentiels

• Le PRG sert à comparer l’impact climatique de différents gaz à effet de serre en les rapportant au CO2 sur une même période.
• Les gaz à effet de serre absorbent l’infrarouge atmosphérique, ce qui augmente la température plutôt que de la diminuer.
• Dans les transitions glaciaire↔interglaciaire, une rétroaction positive relie hausse des gaz à effet de serre et hausse des températures.
• L’atmosphère contribue à environ 40% du changement entre phase glaciaire et interglaciaire via des échanges liés au CO2 et à la chaleur des océans.
• Le réchauffement postglaciaire typique est d’environ 8°C en Antarctique sur ~6000 ans (≈0,13°C/siècle) et d’environ 4°C en moyenne planétaire sur ~6000 ans (≈0,07°C/siècle).

💡 Astuce mémo

PRG = « Pour Réchauffer, on Compare au CO2 » ; Rétroaction positive = « Gaz ↑ → chaleur ↑ → Gaz ↑ »

📖 6. Activités humaines et évolution du CO2

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz à effet de serre : Ensemble de gaz atmosphériques qui retiennent une partie du rayonnement infrarouge et contribuent au réchauffement climatique.
• Réchauffement postglaciaire : Période de hausse des températures qui suit la fin d’une glaciation, observée sur plusieurs millénaires.
• Holocène : Période géologique récente marquée par des conditions climatiques relativement stables, utilisée comme référence pour comparer le CO2.
• Période préindustrielle : Période de référence avant l’industrialisation, utilisée pour mesurer l’augmentation du CO2 et du réchauffement.
• Révolution industrielle : Transformation des moyens de production à grande échelle, associée à l’essor de la production de masse et à l’usage massif des énergies fossiles.

📝 Points essentiels

• Le refroidissement naturel à l’échelle glaciaire est associé à des changements liés aux gaz à effet de serre.
• Après le dernier maximum glaciaire, le réchauffement en Antarctique atteint environ 8°C sur ~6000 ans, soit ~0,13°C par siècle.
• Après le dernier maximum glaciaire, le réchauffement moyen planétaire atteint environ 4°C sur ~6000 ans, soit ~0,07°C par siècle.
• La variation typique du CO2 sur les cycles glaciaire-interglaciaire se situe entre ~170 et ~300 ppm.
• La variation typique des températures moyennes planétaires sur ces cycles est d’environ 4 à 7°C sur ~800 000 ans.
• Comparaison CO2 : ~420 ppm aujourd’hui contre ~280 ppm à l’Holocène, et le maximum sur 800 000 ans était ~300 ppm.

💡 Astuce mémo

Cycle glaciaire = CO2 entre 170 et 300 ppm ; aujourd’hui CO2 ~420 ppm, donc “hors norme” par rapport aux variations passées.

📖 7. Projections climatiques et risques GIEC

🔑 Notions clés & Définitions

• GIEC : Le GIEC est un organisme international chargé d’évaluer l’état des connaissances sur le climat et ses impacts, ainsi que les options de réduction des émissions.
• Convention-cadre des Nations unies sur les changements clim : La Convention-cadre est un traité international qui encadre la coopération mondiale contre le changement climatique.
• Protocole de Kyoto : Le Protocole de Kyoto est un accord international visant la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
• Accord de Paris : L’Accord de Paris est un accord international qui organise la réponse collective au changement climatique à partir de 2015.
• Responsabilités communes mais différenciées : Le principe de responsabilités communes mais différenciées répartit l’effort climatique selon les situations et capacités des pays.

📝 Points essentiels

• La révolution industrielle marque l’origine de la crise environnementale et climatique via l’essor des énergies fossiles et la hausse des émissions de GES.
• Le développement économique a été permis par l’exploitation des ressources naturelles et l’usage massif du charbon et du pétrole.
• Les conséquences environnementales (déforestation, baisse de biodiversité, pollution air et eau, accumulation de GES) tardent à être prises en compte.
• Le processus de développement économique est hétérogène : il démarre en Grande-Bretagne, puis en Europe et aux États-Unis, tandis que d’autres pays industrialisent plus tard.
• L’industrialisation planifiée par objectifs de production concerne notamment l’URSS et l’Europe de l’Est, puis la chute de l’URSS entraîne une crise économique et sociale majeure.
• La décolonisation après la Seconde Guerre mondiale jusqu’à la fin du siècle contribue à de fortes disparités de développement, avec des décollages comme la Corée du Sud, l’Amérique du Sud et l’Afrique du Sud.

💡 Astuce mémo

GIEC = « Évaluer » (1988) puis cadre (1992) → Kyoto (1997) → Paris (2015).

📖 8. Temps long : stratigraphie et uniformitarisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Bilan carbone : Le bilan carbone est une évaluation des émissions de gaz à effet de serre émises ou captées sur une année par une organisation ou un territoire.
• Gaz à effet de serre liés à l’alimentation : La part des GES liés à l’alimentation correspond aux émissions associées aux activités alimentaires dans le bilan carbone.
• Limites planétaires : Les limites planétaires désignent des seuils globaux à ne pas dépasser pour préserver des équilibres majeurs de la planète.
• Agriculture biologique : L’agriculture biologique est un mode de production qui évite les intrants d’origine chimique et les organismes modifiés.
• Circuits courts : Les circuits courts sont des circuits de commercialisation qui rapprochent producteurs et consommateurs pour réduire la déconnexion liée à la mondialisation.

📝 Points essentiels

• Un bilan carbone mesure, sur une année, la quantité de GES émis ou captés par les activités d’un territoire ou d’une organisation.
• En 2019 (ADEME), les GES liés à l’alimentation représentent 24% du bilan carbone.
• La production agricole constitue 66% du bilan lié à l’alimentation, via l’élevage, la fabrication/usage d’engrais azotés et la consommation d’énergie.
• Le transport représente 19% du bilan, notamment via le transport routier de marchandises et le transport maritime/aérien.
• Au-delà du climat, les systèmes agro-alimentaires affectent aussi la biodiversité, perturbent les cycles de l’azote et dégradent la qualité de l’eau.
• Le modèle agro-industriel se caractérise par une forte dépendance à la chimie et au pétrole, et par la mondialisation des flux qui éloigne producteurs et consommateurs.

💡 Astuce mémo

Bilan carbone = 24% alimentation, dont 66% production agricole et 19% transport : 24 → 66 → 19.

📖 9. Cycles de Milankovitch et étude du climat passé

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycles de Milankovitch : Ensemble de variations astronomiques de la Terre qui modifient la répartition et l’intensité du rayonnement solaire reçu au cours du temps.
• Climat passé : Ensemble des conditions climatiques antérieures reconstruites à partir d’indices physiques conservés dans les archives naturelles.
• Rayonnement solaire : Énergie transportée par le Soleil jusqu’à la Terre, dont la puissance reçue dépend de la surface considérée.
• Fusion thermonucléaire : Réaction nucléaire où des noyaux légers fusionnent, libérant une grande quantité d’énergie sous forme de rayonnements.
• Archives climatiques : Supports naturels (par exemple dépôts et signaux physiques) qui conservent des informations sur l’évolution du climat.

📝 Points essentiels

• La puissance moyenne du rayonnement solaire reçu par la surface terrestre est d’environ 240 W·m⁻².
• L’énergie reçue se calcule en multipliant la puissance par la durée d’ensoleillement.
• La source de l’énergie du Soleil est la fusion thermonucléaire entre noyaux d’hydrogène.
• Au centre du Soleil, la température est d’environ 15 millions de degrés, ce qui ionise le gaz et forme un plasma.
• La fusion au cœur du Soleil conduit à la formation de deutérium puis d’hélium, avec émission de rayons gamma.
• L’énergie produite est ensuite transportée vers les zones proches de la surface par rayonnement et par convection liée au mouvement de la matière.

💡 Astuce mémo

Fusion = Soleil chauffe→plasma→gamma→transport (rayonnement + convection) ; puis énergie reçue = 240 W·m⁻² × durée.

📖 10. Quaternaire : dernier maximum glaciaire et Holocène

🔑 Notions clés & Définitions

• Dernier maximum glaciaire : Période du Quaternaire correspondant à l’extension maximale des glaces durant la dernière grande glaciation.
• Holocène : Époque géologique récente du Quaternaire, marquée par le retrait des glaces et des climats plus tempérés.
• Quaternaire : Période géologique récente caractérisée par des cycles climatiques et des variations environnementales rapides.
• Évolution climatique : Enchaînement des changements de température et de conditions environnementales qui modifie les milieux au cours du Quaternaire.

📝 Points essentiels

• Le Quaternaire est structuré par des alternances glaciaire/interglaciaire qui transforment fortement les paysages et les écosystèmes.
• Le dernier maximum glaciaire correspond au moment où les glaces atteignent leur extension la plus importante de la dernière glaciation.
• Le passage au Holocène s’accompagne d’un retrait des glaces et d’une stabilisation relative des conditions climatiques par rapport aux phases glaciaires.
• Les variations climatiques du Quaternaire influencent directement la répartition des espèces et les dynamiques d’écosystèmes.
• Les changements du Quaternaire laissent des traces dans les archives naturelles (sédiments, dépôts, indicateurs environnementaux) permettant de reconstituer l’histoire climatique.

💡 Astuce mémo

GM→Glace Max puis H→Holocène (retrait des glaces).

📖 11. Croissance économique préindustrielle et capitaliste

🔑 Notions clés & Définitions

• Budget carbone mondial : Le budget carbone mondial désigne la quantité totale de CO2 (et équivalents) encore compatible avec un objectif de température donné.
• Neutralité carbone : La neutralité carbone correspond à un équilibre entre les émissions de gaz à effet de serre et leur compensation/absorption à l’échelle visée.
• Pacte Green Deal : Le Green Deal est l’engagement de l’Union européenne visant une trajectoire de réduction des émissions jusqu’à la neutralité carbone.
• Équation de Kaya : L’équation de Kaya décompose les émissions de CO2 en facteurs liés à l’énergie, au carbone, au niveau de vie et à la population.
• Décroissance : La décroissance regroupe des positions qui privilégient une réduction volontaire et structurelle de la production/consommation pour limiter les impacts.

📝 Points essentiels

• Le GIEC indique que le budget carbone mondial est extrêmement limité et s’épuise en moins de 30 ans au rythme actuel, voire en moins de 10 ans pour viser 1,5 °C.
• L’Union européenne vise la neutralité carbone en 2050 via le pacte « Green Deal ».
• Le Green Deal prévoit une réduction des émissions de 55 % d’ici 2030 par rapport à 1990.
• L’équation de Kaya relie les émissions à l’intensité carbone, à l’intensité énergétique, au PIB par habitant et à la population.
• Le débat oppose deux visions : décroissance et croissance durable, dans un contexte d’urgence climatique.
• L’équation de Kaya sert à identifier quels leviers (carbone, énergie, niveau de vie, population) peuvent réduire les émissions.

💡 Astuce mémo

Budget carbone = « compte à rebours » : rythme actuel → <30 ans (ou <10 ans pour 1,5 °C).

📖 12. Responsabilités communes mais différenciées

🔑 Notions clés & Définitions

• Neutralité carbone : Objectif climatique visant à équilibrer les émissions nettes de gaz à effet de serre à l’échelle d’un pays ou d’une zone, pour atteindre zéro émission nette.
• Pacte Green Deal : Programme de l’Union européenne qui fixe une trajectoire de décarbonation, avec des objectifs chiffrés à court et moyen terme.
• Identité de Kaya : Décomposition des émissions de CO2 en quatre facteurs qui indiquent quels leviers agir sur l’intensité carbone, l’intensité énergétique, le PIB par habitant et la population.
• Décroissance : Courant qui considère que la réduction des émissions exige de réduire l’activité économique, en remplaçant la croissance par d’autres formes de prospérité.
• Croissance durable : Vision qui cherche à concilier progrès sociaux et respect des limites planétaires grâce à l’innovation et au découplage des émissions par rapport à la croissance.

📝 Points essentiels

• L’UE vise la neutralité carbone à l’horizon 2050 via le Green Deal, avec une réduction des émissions de 55 % d’ici 2030 par rapport à 1990.
• Le débat oppose décroissance et croissance durable, en lien avec la compatibilité entre croissance économique et respect des limites planétaires.
• L’identité de Kaya exprime les émissions comme produit de l’intensité carbone, de l’intensité énergétique, du PIB par habitant et de la population.
• Les décroissants jugent les progrès techniques trop lents pour un découplage absolu et défendent une société post-croissance.
• La décroissance repose sur sobriété énergétique, réduction volontaire de production et consommation, relocalisation, et redistribution du travail.
• Les décroissants affirment que seule une baisse du PIB permettrait de respecter les engagements climatiques de l’Accord de Paris.

💡 Astuce mémo

Kaya = Carbone × Énergie × Richesse × Habitants (4 leviers).

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de biodiversité

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre facteur abiotique (température, lumière) et facteur biotique (prédation, interactions entre êtres vivants).
2. Croire que la biodiversité se limite aux espèces : oublier les niveaux génétique et écosystémique.
3. Mélanger niche écologique et habitat : la niche inclut l’ensemble des facteurs d’interaction et la capacité d’adaptation.
4. Penser que le bruit n’agit que directement : il agit aussi indirectement en modifiant la densité locale des populations.
5. Confondre météo et climat : la météo varie au quotidien, le climat se mesure sur plusieurs années (30 ans).
6. Croire que l’effet de serre est “mauvais” en soi : il maintient une température moyenne stable (15°C) et le problème vient du forçage radiatif positif.
7. Interpréter PRG comme “effet réel” identique : c’est un indicateur comparatif à une durée donnée par rapport au CO2.

✅ Checklist Examen

1. Définir biodiversité et distinguer précisément les trois niveaux (génétique, spécifique, écosystémique) avec leur rôle.
2. Expliquer ce qu’est un écosystème et identifier ses composantes vivantes/non vivantes ainsi que des exemples d’interactions (prédation, flux de matière).
3. Définir niche écologique et relier niche ↔ capacité d’adaptation aux habitats.
4. Citer au moins deux méthodes de mesure de la biodiversité (pièges, capture-marquage-recapture, ADN environnemental) et préciser l’objectif (espèces/abondance/taille).
5. Expliquer les catégories de l’effondrement de la biodiversité (diversité écosystémique, spécifique, génétique) et donner une cause humaine associée.
6. Lister les 4 catégories de services écosystémiques (approvisionnement, régulation, culturel, soutien) et rappeler qu’ils dépendent de l’ensemble de la biodiversité.
7. Distinguer météo et climat, puis donner un exemple de phénomène influençant les conditions météorologiques locales (ex. El Niño).
8. Décrire le GIEC : rôle, création (1988), organisation des groupes de travail, et ce que contient un rapport (synthèse sans incitation politique).
9. Expliquer le mécanisme de l’effet de serre : rôle des GES, albédo, forçage radiatif (reçu − renvoyé) et sens du forçage radiatif positif.
10. Relier CO2 et cycle du carbone : sources/puits (océans, biosphère) et conséquences (acidification, baisse d’absorption, rétroaction positive).
11. Définir PRG et donner l’idée de conversion en équivalent CO2 (multiplication par le PRG selon la période).
12. Rappeler les repères climatiques : variations typiques CO2 (170–300 ppm) et températures (4–7°C) sur cycles glaciaire/interglaciaire, puis comparer au CO2 actuel (~420 ppm).
13. Expliquer comment les projections du GIEC sont construites : scénarios socioéconomiques (SSP), usage des émissions pour calculer le forçage radiatif, et lien avec Reason for Concern.
14. Présenter les limites planétaires : nombre (9), rôle des seuils, interdépendance, et repères temporels (2009, septembre 2023, évolution 2009→2015).