I- Les gaz à effet de serre

1- Un réchauffement indéniable

 

 

En 2015, la hausse des températures mondiales a atteint +1°C par rapport à l'ère pré-industrielle. Le 12 décembre de cette même année se tenait à Paris la COP 21 réunissant 186 pays dans le but de trouver un accord afin de baisser leurs émissions de gaz à effet de serre et de limiter la hausse à moins de 2 °C.

 

Pb : qu'est ce que cet "effet de serre" ? quels sont les gaz impliqués dans le réchauffement ?

2- Incrimination des gaz à effet de serre

© 1996 Etheridge et al., 1996, J.G.R., modifié. Document de Jean Marc Barnola, Laboratoire CNRS de Glaciologie, Univ. Joseph Fourier, Grenoble.

"L'effet de serre" est le réchauffement de la Terre par la réémission vers le sol des infra-rouges absorbés par certains gaz atmosphériques. Sans ce phénomène, notre planète aurait une température moyenne de -18°C. L'effet de serre est donc bénéfique à la vie sur Terre. Ce qui inquiète les scientifiques, c'est l'augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère terrestre qui contribue au réchauffement climatique. Les principaux gaz à effet de serre émis par l’activité humaine sont : la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) ; le méthane (CH4) ; le protoxyde d’azote(ou N2O) ; l'ozone (O3). les chlorofluorocarbures (CFC), le perfluorométhane (CF4)...

Remarque : dans les basses couches de l'atmosphère, l'ozone est un gaz qui amplifie l'effet de serre et dans les hautes couches, il filtre certaines radiations solaires dangeureuses pour les êtres vivants (d'où notre inquiétude quand un "trou" est constaté dans la couche d'ozone...)

Doc d'appel :

Enregistrement isotopique issu du forage océanique ODP 659 sur les 3.5 derniers Millions d'années donnant une indication sur la variation du volume des glaciers continentaux sur Terre. Sur les 700 00 derniers milliers d'années, les cycles glaciaires sont marqués par des cycles intenses de ~100 000 ans (100 ka). Avant, d'autres cycles moins intenses sont présents mais ont une période plus proche de 41 000 ans (probablement reliée à l'obliquité). Source : Benjamin levrard adapte de Tiedemman et al., 1994

Pb : Comment expliquer la périodicité des stades glaciaires et interglaciaires à une époque ou l'Homme ne produisait pas de gaz à effets de serre ?

2- Des mécanismes amplificateurs

Activité : à partir logiciel "Vostok", mettre en relation les courbes tracées à partir des carottages : températures- "delta" ¹⁸O, températures- CO2, température- CH4

Comment expliquer que dans certains cas l’augmentation de température précède celle du CO2 ?

Rappels de 2nde :

le CO2 peut être contenu dans :

- l'hydrosphère sous forme de CO2 dissous.
- la biosphère sous forme de matière organique (absorbé par photosynthèse et rejeté par respiration)
- la lithosphère (roches carbonées et carbonatées). Il est également rejeté lors du volcanisme.

Pour la biosphère : respiration et photosynthèse peuvent être augmentées par la température, mais dans un écosystème à l’équilibre, le bilan de la respiration et de la photosynthèse est nul : cette hypothèse est donc à rejeter.
Pour le volcanisme : pas d’influence de la température externe sur cette activité interne du globe. Cette hypothèse est également à rejeter.

Il ne reste qu'une hypothèse : l’augmentation de température induit une diminution de la solubilité du CO2 dissous dans l’hydrosphère et donc un passage de ce CO2 vers l’atmosphère.

Si cette hypothèse est vraie, alors en augmentant la température d’une eau on doit constater une diminution du CO2 en solution.

EXAO :

 

La concentration du CO2 dans l'atmosphère est en équilibre avec celle de l'océan. Lorsque la température augmente, la solubilité du CO2 dans l'océan diminue et du CO2 passe de l'océan dans l'atmosphère ce qui induit une augmentation de l'effet de serre.

 

3- L'albédo

TP : une approche expérimentale de l'albédo

L’albédo est l’un des facteurs qui contrôle la température de surface de la Terre. L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par la surface de la Terre sur l'énergie solaire incidente. Actuellement 30 % de l'énergie solaire arrivant sur toute la surface de la Terre est réfléchie vers l'espace. On a donc un albédo de 0,3.

Pb : Quel(s) est (sont) le(s) facteur(s) susceptibles de faire varier l’albédo ?

Hypothèse : l’albédo varie en fonction de la couleur du corps qui reçoit le rayonnement.

Si cette hypothèse est vraie, la végétation de couleur verte (et qui absorbe donc le rouge et le bleu) devrait avoir un albédo plus faible que celui de la neige (blanche, donc qui n’absorbe aucune longueur d’onde de la lumière).

Vérification par radiomètre sur feuilles, sable, papier blanc pour neige, papier bleu pour océan, sol, sable.

Source : http://www-surf.larc.nasa.gov/surf/pages/bbalb.html

NB : Measurements at a sea platform have shown that the Ocean Surface Albedo (OSA) is very dynamic and highly variable

La neige et la glace ont un albédo supérieur à celui de la végétation ou de l'eau. Par conséquent, lors d’une période glaciaire, l'albédo moyen de la Terre va augmenter. La quantité d'énergie solaire absorbée par la Terre va donc diminuer et renforcer ainsi le refroidissement initial. On est en présence d'un mécanisme amplificateur ou encore d'une rétroaction positive. L'albédo est l'un des facteurs qui contrôle la température de surface de la Terre. Il est fonction entre autres du couvert végétal et de l'extension des calottes polaires qui eux-mêmes dépendent de la température.

III- Bilan

Les modèles numériques prennent en compte de nombreux paramètres. Certains de ces paramètres exercent un forçage positif (ex : augmentation des gaz à effet de serre) : ils tendent à augmenter la température globale. D'autres exercent au contraire un forçage négatif (ex : poussières dans la haute atmosphère) : ils tendent à diminuer la température globale. Tous les modèles prévoient une augmentation de la température de 2 à 4 °C d'ici 2100 mais ces résultats doivent être exploités avec prudence car il reste beaucoup d'inconnues dans les équations...