Relations Terre - Soleil

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Relations Terre - Soleil

• ou comment les relations Terre-Soleil sont
  lunatiques

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Lhomme et sa Terre

• Léquilibre qui permet à lhomme de survivre sur
  la Terre est conditionné par l histoire et les
  conditions que le Soleil lui impose.

• Ceci permet à lêtre humain et à tout ce qui fait
  la vie dexister dans lenvironnement terrestre
  que lon appelle le climat.

• Lévolution de celui-ci est un facteur essentiel
  de lhistoire de lhumanité, par les conditions
  de vie, qui déterminent directement les choix des
  groupes humains migrations, cultures,
  conquêtes...

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Le climat

• Les composantes du climat sont entre autres

• locéan

• les continents

• latmosphère

• les nuages

• les glaciers

• les lacs et rivières

• la biomasse

• la banquise

• les influences humaines
• . . .

La variabilité et lévolution sont sous-jacentes
à toutes ces composantes.
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Le rôle du Soleil

• Le Soleil napparaît que par linsolation

Mais cest le maître d œuvre du système.
Nous parlerons ici de ces variations dues

• au Soleil lui-même

• aux mouvements de la Terre et ses perturbations
  dans lenvironnement du système solaire

et aussi

• des périodicités ainsi engendrées

• de la mesure et de lobservation de ses variations

• des conséquences sur le climat

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Ses influences sur la Terre

• la gravité

• orbite de la Terre

• marées

• le rayonnement électromagnétique

• éclairement, énergie reçue

• jour et nuit

• saisons

• chimie de latmosphère

• les particules émises

• vent solaire, chauffage de latmosphère,
  cosmonucléides (10Be, 14C , 36Cl)

• le champ magnétique

• lignes de force du champ magnétique du Soleil

• état de lionosphère

Ces influences peuvent évoluer par les
changements de lenvironnement interplanétaire et
interstellaire.
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Variations de lorbite terrestre et leurs
conséquences
Lobservation et les paramètres de la mécanique
céleste permettent de déterminer les grands
cycles de variations

• Précession effet gyroscopique de laxe de la
  Terre / au plan de lécliptique

• Rotation du périhélie (?)

• Excentricité de lorbite de la Terre (e)

• Inclinaison de laxe de rotation de la Terre (i
  ou ?)

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Périodes des révolutions de la Terre
Repère étoiles fixes
Année sidérale durée de la révolution de la
Terre / aux étoiles Ts 365j 6h 9min 9,7s
365,256363 j
Repère point vernal
Année tropique intervalle de temps entre 2
équinoxes Tt 365j 5h 48min 45s 365,242193 j
Repère périhélie de lorbite
Année anomalistique durée pour retourner au
périhélie Ta 365j 6h 13min 53s 365,259638 j
Tt lt Ts le point ? rétrograde.
Ta gt Ts le périhélie avance.
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Rétrogradation du point vernal précession
Précession effet gyroscopique de laxe de la
Terre / au plan de lécliptique
Entraîne un changement global des positions des
étoiles, mais pas du parcours apparent du Soleil.
Calcul de la période ?
Temps mis pour aller de ? en ? '
Ts - Tt 365,256363 - 365,242193 0,013670 j
Ce qui correspond à un angle de
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Précession et orbite de la Terre
La précession naffecte pas la forme de lorbite.
Mais elle change la position des équinoxes et des
solstices sur l orbite A la même époque de
lannée, la distance Terre-Soleil change La
durée des saisons varie.
Mais, par rapport aux étoiles, le point vernal
aura lui aussi tourné de 150.
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Rotation du périhélie
Le périhélie ayant avancé, lannée anomalistique
est plus grande que lannée sidérale
Temps pour aller de P en P ?
Tp - Ts 365,259638-365,256363 0,003275 j
Période du cycle ?
Déplacement annuel du périhélie angle PSP
Effet ?
Change la distance Terre Soleil à une même époque
de lannée.
Cet effet se combine à la précession
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Précession et rotation du périhélie
Les saisons se définissent par rapport au point
vernal (? ).
Le décalage de lorbite par rapport à ce point
résulte de la précession et de lavance du
périhélie cest la précession climatique.
Période de déplacement du périhélie par rapport
au ? ?
Déplacement annuel du périhélie par rapport au ?

précession périgée résultante
0,013670 0,003279 0,016949 / an
La dissymétrie des saisons a donc une période
denviron 21 000 ans.
Une perturbation de 400 000 ans de période se
superpose.
On observe alors deux périodes de 19000 et 23000
ans
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Les variations modulées par l excentricité
variable
Précession et périhélie
La combinaison des deux phénomènes précédents
donne la précession climatique. Elle est définie
par la variation de l'angle entre le périhélie et
l'équinoxe de printemps.
Analyse spectrale
La période de 21 000 ans est décomposée par la
modulation de variations à longs termes.
Analyse spectrale
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Effets de la rotation du périhélie
En 2000, le périhélie est proche du solstice
dhiver. Quelle est la différence d insolation
due aux variations de distance entre les
solstices ?
L équation de lellipse donne les distances au
périhélie et à laphélie
L énergie reçue étant inversement
proportionnelle au carré de la distance
Au moment de la saison froide, lhémisphère nord
(solstice dhiver) reçoit 7 de plus dénergie
que le sud (au solstice dhiver). Lhiver y est
moins rigoureux. Inversement en été, la saison
est moins chaude.
Ce phénomène est atténué par les grand courants
de circulation en altitude qui amène de la
chaleur de léquateur vers les pôles.
Tt lt Ts le point ? rétrograde. Ta gt Ts Le
périhélie avance.
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Effets de la rotation du périhélie
Quamène la rotation du périhélie ?

• Le changement cyclique de la dissymétrie
  densoleillement été hiver

• Dans un demi cycle, 10 000 ans environ, les
  effets seront inversés.

• Les contrastes sont les plus faibles lorsque le
  passage de la Terre au périhélie se fait vers les
  équinoxes.

• Ce fut les cas vers -3250, où le périhélie était
  à léquinoxe dautomne.
• Cétait le temps des premières pyramides.
• Les pyramides étaient-elle entourées de jardins
  verdoyants ?

Tt lt Ts le point ? rétrograde. Ta gt Ts Le
périhélie avance.
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Variations de lobliquité ou inclinaison de laxe
de rotation
Obliquité inclinaison de laxe de rotation de
la Terre par rapport à la normale au plan de
lécliptique.
Rappel si lobliquité était nulle, il ny
aurait pas de variation densoleillement sauf
celle due à lexcentricité, donc pratiquement pas
de saisons alternées entre le nord et le sud.
En plus du grand mouvement de précession qui
naffecte pas linclinaison, laxe de rotation
subit des variations sous leffet

• des perturbations gravitationnelles dues à la
  Lune, au Soleil et aux planètes (dissymétrie du
  bourrelet équatorial)

• des grands mouvements de déplacement des
  continents

• des mouvements de convection à lintérieur de la
  Terre

Lobliquité varie entre 21,5 et
24,5. Actuellement elle vaut 2326
23,43 Période du cycle 41 000 ans
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Variations de lobliquité(inclinaison de laxe
de rotation de la Terre  sur l écliptique )
Elle varie entre 21,5 et 24,5.
Et vaut actuellement 2326 23,44
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Variations de lobliquité(suite)
En moyenne annuelle, les variations de
l'insolation sont

• aux hautes latitudes, l'impact est de quelques
  pour cent.
• aux pôles en phase avec l'obliquité
• à l'équateur en opposition de phase.

Aux latitudes non tropicales, quand l'inclinaison
est plus forte, les étés sont plus chauds et les
hivers plus froids.
Au voisinage du pôle les variations d'inclinaison
se traduisent par une fluctuation de 14 de
l'énergie interceptée au solstice d'été.
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Variations de lexcentricité
Actuellement e 0,0167 et a tendance à décroître.
Période 100 000 ans (et 400 000 ans).
Effet direct sur lensoleillement global (très
faible) et sur la dissymétrie été-hiver.
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Variations de lexcentricité
Analyse spectrale
Effet sur lensoleillement (global sur un an)
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Variations de lexcentricité
Sur lannée, la différence est faible, quelques
0,1 de lénergie reçue. Mais entre les saisons,
leffet de différenciation est accentué.
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Toutes les influences directes sont regroupées
dans la théorie de Milankovitch (1930)
Les périodes de glaciation / réchauffement
devraient suivre les grandes variations de
lensoleillement dues aux paramètres de lorbite
de la Terre.

• une lente augmentation depuis sa naissance

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Les cycles provoqués par les variations des
éléments orbitaux sont des variations lentes et
sinusoïdales
En réalité, les effets sont très complexes et
sont perturbés par des rétroactions
amplificatrices ou modératrices

• composition atmosphérique

effet de serre (CO2, CH4)

• couvertures nuageuses avec

variations dalbedo

• variation des surfaces couvertes par les glaces

• échanges océans - atmosphère

temporisation par la masse des océans

• grands courants marins océaniques
• et sub-océaniques

transports de chaleur

• échanges biosphère / atmosphère

développement de la matière organique

• mouvements tectoniques
• avec orogénèse et subduction

oxydation des roches

• volcanisme

production de CO2

• . . . Et plus récemment, l activité humaine!

Les observations tirées des carottes dans les
sédiments des mers, des glaces polaires
permettent dobtenir les variations de
composition, de températures et ...
et l on observe des variations en dents de scie.
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Les glaciations sont lentes et les déglaciations
rapides
Nous sommes actuellement dans un âge
interglaciaire en attendant la prochaine
glaciation si les effets anthropiques ne
contrebalancent pas les effets naturels.
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Mais dans lanalyse de l abondance de H218O dans
les carottes des glaces polaires, qui est un bon
reflet de la température, lanalyse spectrale des
variations fait apparaître toutes les périodes
des phénomènes astronomiques.
La corrélation évolution du climat, variation de
l orbite de la Terre, ou théorie de Milankovitch
est donc bien établie.
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Lobservation aux échelles géologiques, montre
une évolution non périodique avec des
oscillations dont les amplitudes sont beaucoup
plus grandes que celles prédites.
A remarquer nous sortons dune période igloo
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Les géophysiciens et les paléontologues, en ont
conclu que les variations densoleillement sont
les effets déclencheurs de phénomènes
amplificateurs ou modérateurs, tels la
composition de latmosphère, la surface de glace
aux calottes polaires, etc.
Mais il est remarquable quau Quaternaire, il est
dénombré 17 cycles glaciation-réchauffement, tous
en phase avec les variations des éléments de
lorbite terrestre.
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FIN