Pr

1
Les causes des variations naturelles du climat
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
2
1 Des causes multiples
Le climat de la Terre na pas cessé de changer au
cours des temps géologiques
Lévolution climatique est liée aux contraintes
subies par notre planète
Il existe 3 types de variations naturelles du
climat
Variations périodiques à long terme (variations
astronomiques)
Variations périodiques à court terme (taches
solaires)
Variations non périodiques à court terme
(volcanisme)
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
3
2 Variations périodiques à long terme
Dans les conditions actuelles, la variation
saisonnière du rayonnement solaire est fonction
de la position de la Terre par rapport au Soleil
Décembre
Juillet
Laxe des pôles forme un angle de 2327 avec la
normale (perpendiculaire) au plan de lécliptique
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
4
Périhélie
Aphélie
La distance Terre Soleil (en moyenne 149.106
km) varie denviron 5.106 km entre les positions
de périhélie (proche) et daphélie (éloigné)
Lorbite terrestre nest donc pas un cercle mais
une ellipse
Les paramètres orbitaux du rayonnement solaire
sont en perpétuel changement selon des cycles
emboîtés de longueurs différentes qui modifient
largement les conditions densoleillement
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
5
a Notion de cycles et de périodes
La théorie astronomique des variations du climat
a été reconnue dans les années 1970 sur la base
de calculs effectués par le physicien serbe
Milankovitch dès 1927
Les longues séries chronologiques établies à
partir de létude des sédiments marins et des
carottes de glace ont conforté cette théorie
Cela fait apparaître des périodicités de
100 ka
41 ka
22 ka
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
6
Une courbe, quelle quelle soit, se présente
toujours comme la somme de courbes périodiques
Les phénomènes naturels ne sont jamais la somme
exacte de courbes périodiques il existe
toujours un résidu (bruit)
Ces courbes périodiques sont définies par
La période
Lamplitude
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
7
Selon la théorie astronomique du climat, une
période glaciaire est une période favorable à
lextension des glaces dans lhémisphère Nord, où
se concentre actuellement la majeure partie des
terres émergées
Hémisphère Nord 40 de terres et 60 de mer
Hémisphère Sud 20 de terres et 80 de mer
Cette période favorable correspond à un minimum
de rayonnement solaire pendant lété, insuffisant
pour faire fondre la neige hivernale
Selon cette théorie, les périodes glaciaires
correspondent donc à des périodes où le Pôle Nord
est éloigné du Soleil
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
8
b Variation de lexcentricité de lorbite
terrestre
Le mouvement de révolution de la Terre autour du
Soleil est perturbé par les autres planètes qui
gravitent autour du Soleil
Ainsi, lorbite passe dune forme presque
circulaire à une ellipse plus ou moins aplatie
La variation de lexcentricité na pas dépassé 7
(1,5 aujourdhui 3,5 il y a 100 ka)
La périodicité moyenne est de 100 ka elle varie
de 90 à 120 ka Il existe aussi un cycle à 440 ka
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
9
c Variation de linclinaison de laxe des pôles
Aujourdhui, langle formé par laxe des pôles et
la normale au plan de lécliptique séloigne très
lentement de 2327 pour se redresser vers 2326
Selon une périodicité moyenne de 41 ka, la valeur
de cet angle varie au maximum de 3 entre 22 et
25
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
10
Lorsque langle augmente (axe plus incliné),
lhémisphère Nord est plus froid en hiver mais
surtout plus chaud en été car il est alors plus
proche du Soleil
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
11
Pendant lété, une forte inclinaison accroît le
réchauffement polaire
Les variations extrêmes de lobliquité se
traduisent par un écart de 14 de lénergie reçue
en été dans les hautes latitudes
Inversement, une faible inclinaison (axe
redressé) diminue la quantité dénergie reçue par
le Pôle Nord en été
Cette situation sest présentée il y a 22 ka,
avec une inclinaison proche de 2210
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
12
d Variation de la direction de laxe des pôles
La Terre nest pas sphérique, mais se présente
sous la forme dun ellipsoïde aplati aux pôles et
renflé à léquateur cette forme est due à la
rotation
Lattraction gravitationnelle des autres planètes
du système solaire engendre une lente giration de
la Terre autour de son axe, qui oscille alors
comme une toupie
Plan de lorbite (écliptique)
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
13
Cette oscillation déplace lentement la position
des solstices et des équinoxes sur lellipse
parcourue par la Terre et change le moment où la
planète est à la périhélie ou à laphélie
On parle de précession des équinoxes
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
14
t 0
t 11 ka
Hivers plus doux
Etés plus chauds
La périodicité moyenne de ce phénomène est de 22
ka elle varie de 19 à 23 ka
Linversion totale de laxe des pôles seffectue
en une période de 11 ka
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
15
e Que retenir des liens entre modifications des
paramètres orbitaux et changements climatiques ?
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
16
Le cycle à 100 ka est évident et se retrouve sur
toutes les courbes de longue durée
Il y a 125 ka, lexcentricité était de 2,
lobliquité proche de 24 et lété se situait en
périhélie avec une insolation dété supérieure de
13 aux conditions actuelles
Cette période était linterglaciaire précédant la
dernière glaciation du Würm
En revanche, il y a 105 ka, lexcentricité forte
était de 4, lobliquité faible de 2224 et
lété se situait proche de laphélie avec une
insolation dété inférieure de 9 aux conditions
actuelles
Le retour à des conditions interglaciaires aussi
chaudes quil y a 125 ka se situe il y a 6000 ans
et constitue loptimum climatique de lHolocène
Linsolation dété était légèrement supérieure à
lactuel et le niveau marin était légèrement plus
élevé quaujourdhui cest la transgression
flandrienne
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
17
3 Variations périodiques à court terme
Limpact des variations de lactivité solaire sur
lévolution du climat est toujours très discuté
mais les mesures par satellites depuis les années
1980 (bien que trop courtes) ont relancé le débat
Lobservation des taches solaires, depuis le
début du XVIIème siècle, montre une cyclicité
moyenne de 11 ans entre les maxima du nombre de
taches
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
18
Un rapport existe entre le nombre de taches et
lintensité de lactivité solaire le maximum de
rayonnement (Soleil actif) se produit en même
temps que le maximum de taches
Les zones libres de taches sont alors plus
brillantes et rayonnent davantage
Les variations de lintensité mesurées depuis
1978 par satellites ont atteint une amplitude de
0,3
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
19
Laugmentation des rayonnements UV fait augmenter
la production de carbone C14 à partir de lazote
N14
Ces variations de C14 sont enregistrées dans le
carbone fixé par les végétaux, notamment dans les
cernes de croissance des arbres
(dendrochronologie), et permettent de confirmer
le cycle de 11 ans entre 2 périodes de forte
activité solaire
Des modèles simples sont proposés pour un
changement de 1 de la constante solaire
(constante de Boltzman) dans ce cas, la
variation de température de lair en surface
serait de 0,6C
Dans le cas dun changement de 0,1 de la
constante solaire, la variation de température ne
serait plus que de 0,2C
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
20
Si lon se réfère aux années les plus chaudes
depuis le milieu du XXème siècle, on constate
quelles correspondent aux maxima dinsolation
1947
1958
1980
1991
2002-2003
Comment se place 2006 ?
Ce problème est largement débattu actuellement
car il semble déterminant au moment où lon se
préoccupe davantage de lamplification de la
température due aux gaz à effet de serre
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
21
3 Variations non périodiques à court terme
Les liens qui existent entre grandes éruptions
volcaniques et climat ont été mis en évidence il
y a bien longtemps
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
22
De très nombreuses études, confortées par de
récentes mesures par satellite, montrent que le
volcanisme est un facteur majeur de lévolution
des températures
Les effets météorologiques du volcanisme sont
fonction, non pas de labondance de lave, mais de
la densité, de létendue et de la persistance du
voile atmosphérique formé par les aérosols
Les aérosols sont des particules solides ou
liquides en suspension dans lair
Il existe 2 types daérosols volcaniques
Les aérosols silicatés
Les aérosols sulfatés
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
23
Les aérosols silicatés sont les poussières issues
des roches pulvérisées et créent des voiles de
poussières fines qui assombrissent le Soleil et
la Lune
Les aérosols sulfatés proviennent de la
transformation des gaz volcaniques soufrés
(dioxyde de soufre SO2), au contact de leau
(H20) atmosphérique, en gouttelettes dacide
sulfurique (H2SO4)
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
24
STRATOSPHERE
Tropopause (12-18 km)
Eruption volcanique puissante (les aérosols sont
éjectés dans la stratosphère et y restent 2- 3
ans tout en étant rapidement dispersés sur toute
une zone, voire la Terre entière) impact
climatique global avec affaiblissement du
rayonnement solaire direct et baisse des
températures en surface (effet moyen de -0.2C à
-0.4C)
Eruption volcanique peu puissante (les aérosols
sont éjectés dans la troposphère seulement et
sont lessivés par la pluie ou retombent vers le
sol au bout de quelques jours à quelques
semaines) impact climatique local/régional avec
affaiblissement du rayonnement solaire direct et
baisse transitoire des températures
TROPOSPHERE
Surface
Limpact climatique est renforcé dans le cas
dune éruption tropicale qui permet une diffusion
plus efficace des aérosols tout autour de la Terre
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue
25
On sait depuis 1982 que les aérosols sulfatés, en
raison de leur forte réflectivité (gouttelettes),
ont un plus grand impact thermique que les
cendres et les poussières silicatés
Ainsi, après léruption du volcan El Chichon au
Mexique en mars 1982, laccroissement de lalbédo
(réflexion de lénergie solaire) planétaire a été
de lordre de 10
Les éruptions volcaniques dont les projections
atteignent la stratosphère influencent de manière
incontestable le climat en provoquant une baisse
de la température
Mais le temps de réponse est conditionné par la
durée de propagation vers les zones polaires où
le déficit thermique est alors aggravé
Sujet en cours détude
4 Les causes des variations naturelles du climat
Planète bleue