Terminale · SVT · Chapitre 5
Les climats de la Terre : comprendre le passé pour agir aujourd'hui
- bilan radiatif et effet de serre
- indicateurs paléoclimatiques
- isotopes de l'oxygène
- archives glaciaires
- paramètres orbitaux de Milankovitch
- rétroactions
- Carbonifère, Crétacé et PETM
- cycle du carbone et forçage radiatif
Ce que tu sauras faire
- Établir le bilan radiatif d'une planète, justifier le facteur 4 par le rapport entre disque intercepteur et sphère émettrice, calculer la température d'équilibre de la Terre par la loi de Stefan-Boltzmann, et interpréter l'écart de 33 °C avec la température réelle comme la mesure de l'effet de serre naturel.
- Expliquer le mécanisme de l'effet de serre par la différence entre le rayonnement solaire de courtes longueurs d'onde et le rayonnement infrarouge terrestre, savoir que le diazote et le dioxygène n'y contribuent pas, et distinguer la vapeur d'eau, rétroaction commandée par la température, des gaz à effet de serre qui constituent un forçage.
- Définir un indicateur paléoclimatique, énoncer pour les isotopes de l'oxygène, les pollens, la densité stomatique et les cernes ce qui est mesuré, ce qui en est déduit et à quelle condition, et savoir que le varie en sens opposés dans la glace et dans les tests de foraminifères.
- Décrire le carottage glaciaire, expliquer pourquoi les bulles d'air fournissent la seule mesure directe de l'atmosphère du passé, citer la fourchette de 180 à 300 ppm parcourue sur 800 000 ans, et tenir compte de l'écart d'âge entre l'air et la glace ainsi que de la perte de résolution en profondeur.
- Nommer les trois paramètres orbitaux avec leurs périodes, expliquer qu'ils modifient la répartition de l'insolation et non l'énergie totale reçue, justifier le rôle critique de l'insolation d'été aux hautes latitudes nord, et énoncer que l'hypothèse astronomique rend compte des périodes mais non de l'amplitude.
- Définir une rétroaction et un forçage, classer les principales rétroactions du système climatique par signe et par temps caractéristique, expliquer que le signe positif d'une boucle n'implique pas un emballement, et distinguer une rétroaction négative d'une régulation intentionnelle.
- Relier le Carbonifère, le Crétacé et le maximum thermique du passage Paléocène-Éocène à des variations de la teneur en CO₂, décrire les trois signatures sédimentaires du PETM, et expliquer le thermostat des silicates ainsi que la raison pour laquelle sa lenteur le rend inopérant à l'échelle d'un siècle.
- Démontrer l'origine fossile du carbone ajouté depuis 1750 à partir de quatre mesures indépendantes, répartir les émissions actuelles entre atmosphère, océan et biosphère continentale, interpréter le déséquilibre du bilan comme une incertitude, et effectuer les conversions entre gigatonnes de carbone, gigatonnes de CO₂ et ppm.
Au programme du chapitre
- Le bilan radiatif : d'où vient le chiffre de −18 °C
- Reconstituer un climat que personne n'a mesuré
- Les archives glaciaires : la seule mesure directe de l'air d'autrefois
- Le rythme des glaciations : les paramètres orbitaux
- Les rétroactions : pourquoi une petite cause donne une grande conséquence
- Le climat aux temps géologiques : trois crises et un thermostat lent
- Le cycle du carbone aujourd'hui : d'où vient le CO₂, et où va-t-il
- Modèles, attribution et scénarios : ce qu'un modèle prouve, et ce qu'il ne prouve pas
- Le finalisme en climatologie : la Terre ne régule rien
Exercices corrigés
Exercice 1
Un camarade affirme : « Dans les carottes de glace, le CO₂ augmente après la température. Il ne peut donc pas être la cause du réchauffement. » Réponds-lui en distinguant ce qui est exact dans son observation et ce qui ne l'est pas dans sa conclusion.
Un coup de pouce
Sépare toujours le déclencheur de l'amplificateur, et demande-toi si l'ordre observé autrefois est aussi l'ordre observé aujourd'hui.
Voir la correction pas à pas
1. Ce qui est exact. L'observation est réelle : au début des déglaciations, dans les carottes antarctiques, la remontée du CO₂ paraît suivre celle de la température locale avec un décalage de quelques siècles. L'estimation de ce décalage a été révisée avec le progrès des méthodes de datation, mais son existence n'est pas contestée. Commence par le reconnaître : une copie qui nie l'observation perd sa crédibilité.
2. La faute de logique. « Si B suit A, B ne cause pas A » suppose qu'un phénomène n'a qu'une seule cause et qu'elle agit une fois pour toutes. Dans une boucle de rétroaction, une grandeur est d'abord conséquence, puis cause. Le déclencheur d'une déglaciation n'est pas le CO₂ : c'est la variation de l'insolation d'été aux hautes latitudes nord, imposée par les paramètres orbitaux. Ce réchauffement initial réduit la solubilité des gaz dans un océan qui se réchauffe et modifie la circulation océanique : du CO₂ est libéré, et ce CO₂ renforce l'effet de serre.
3. Trois arguments à donner. D'abord, le forçage orbital seul est trop faible : sans le CO₂ et sans la rétroaction d'albédo, les modèles ne reproduisent pas les 5 à 7 °C d'écart entre maximum glaciaire et interglaciaire. Ensuite, le réchauffement de déglaciation est global et à peu près synchrone entre les deux hémisphères, alors que le forçage orbital est très contrasté selon la latitude et la saison : il faut un relais qui se mélange à l'échelle du globe, et le CO₂ en est un. Enfin la situation actuelle est inverse : le CO₂ augmente d'abord, pour une raison identifiée et mesurée, et la température suit.
4. La conclusion à écrire. « Au cours des déglaciations, le CO₂ n'est pas le déclencheur mais l'amplificateur. Un amplificateur agit nécessairement après le déclencheur — c'est sa définition — et cela ne le prive d'aucun effet. »
2. La faute de logique. « Si B suit A, B ne cause pas A » suppose qu'un phénomène n'a qu'une seule cause et qu'elle agit une fois pour toutes. Dans une boucle de rétroaction, une grandeur est d'abord conséquence, puis cause. Le déclencheur d'une déglaciation n'est pas le CO₂ : c'est la variation de l'insolation d'été aux hautes latitudes nord, imposée par les paramètres orbitaux. Ce réchauffement initial réduit la solubilité des gaz dans un océan qui se réchauffe et modifie la circulation océanique : du CO₂ est libéré, et ce CO₂ renforce l'effet de serre.
3. Trois arguments à donner. D'abord, le forçage orbital seul est trop faible : sans le CO₂ et sans la rétroaction d'albédo, les modèles ne reproduisent pas les 5 à 7 °C d'écart entre maximum glaciaire et interglaciaire. Ensuite, le réchauffement de déglaciation est global et à peu près synchrone entre les deux hémisphères, alors que le forçage orbital est très contrasté selon la latitude et la saison : il faut un relais qui se mélange à l'échelle du globe, et le CO₂ en est un. Enfin la situation actuelle est inverse : le CO₂ augmente d'abord, pour une raison identifiée et mesurée, et la température suit.
4. La conclusion à écrire. « Au cours des déglaciations, le CO₂ n'est pas le déclencheur mais l'amplificateur. Un amplificateur agit nécessairement après le déclencheur — c'est sa définition — et cela ne le prive d'aucun effet. »
Exercice 2
On te dit : « Le climat de la Terre a toujours varié, et bien plus fortement qu'aujourd'hui. » Les deux affirmations sont vraies. Montre pourquoi la conclusion « il n'y a donc rien de nouveau » ne s'en déduit pas.
Un coup de pouce
Calcule une variation par unité de temps dans les deux cas avant de rédiger quoi que ce soit.
Voir la correction pas à pas
1. Accorder ce qui est vrai. Oui : le Crétacé était nettement plus chaud, sans calotte polaire permanente ; oui, le PETM a connu un réchauffement de 5 à 8 °C. Un raisonnement qui commence par nier des faits établis est perdu d'avance.
2. Première réponse — l'existence de causes naturelles ne dit rien de la cause actuelle. C'est une faute de logique élémentaire : on n'explique pas un incendie en rappelant que la foudre existe. Il faut, dans chaque cas, identifier la cause par la mesure. Or la cause actuelle est identifiée par quatre mesures indépendantes qui convergent — baisse du atmosphérique, baisse du carbone 14, baisse du dioxygène, absorption de carbone par l'océan.
3. Deuxième réponse — la vitesse. C'est l'argument central. Les 5 à 8 °C du PETM se sont installés en quelques milliers d'années. Le CO₂ a gagné environ 100 ppm en 5 000 à 10 000 ans lors des déglaciations, soit 0,01 à 0,02 ppm par an ; il gagne aujourd'hui 2,4 ppm par an, plus de cent fois plus vite. Ce n'est pas la valeur atteinte qui est sans précédent récent, c'est le taux. Et c'est bien le taux qui compte pour les écosystèmes : une aire de répartition peut se déplacer de quelques kilomètres par an, pas de quelques centaines.
4. Troisième réponse — le contenu des périodes citées. Les grands épisodes de variation rapide sont précisément ceux qui s'accompagnent d'extinctions. Le PETM a vu disparaître une grande partie des foraminifères benthiques. Citer ces épisodes pour se rassurer revient à choisir les plus mauvais exemples possibles.
5. La formule à retenir. « Ce n'est pas l'amplitude qui est inédite, c'est la vitesse — et c'est la vitesse qui empêche l'adaptation. »
2. Première réponse — l'existence de causes naturelles ne dit rien de la cause actuelle. C'est une faute de logique élémentaire : on n'explique pas un incendie en rappelant que la foudre existe. Il faut, dans chaque cas, identifier la cause par la mesure. Or la cause actuelle est identifiée par quatre mesures indépendantes qui convergent — baisse du atmosphérique, baisse du carbone 14, baisse du dioxygène, absorption de carbone par l'océan.
3. Deuxième réponse — la vitesse. C'est l'argument central. Les 5 à 8 °C du PETM se sont installés en quelques milliers d'années. Le CO₂ a gagné environ 100 ppm en 5 000 à 10 000 ans lors des déglaciations, soit 0,01 à 0,02 ppm par an ; il gagne aujourd'hui 2,4 ppm par an, plus de cent fois plus vite. Ce n'est pas la valeur atteinte qui est sans précédent récent, c'est le taux. Et c'est bien le taux qui compte pour les écosystèmes : une aire de répartition peut se déplacer de quelques kilomètres par an, pas de quelques centaines.
4. Troisième réponse — le contenu des périodes citées. Les grands épisodes de variation rapide sont précisément ceux qui s'accompagnent d'extinctions. Le PETM a vu disparaître une grande partie des foraminifères benthiques. Citer ces épisodes pour se rassurer revient à choisir les plus mauvais exemples possibles.
5. La formule à retenir. « Ce n'est pas l'amplitude qui est inédite, c'est la vitesse — et c'est la vitesse qui empêche l'adaptation. »
Les pièges à éviter
- Traiter le calcul de −18 °C comme une erreur, au lieu d'y voir le témoin qui rend l'effet de serre mesurable.
- Attribuer le facteur 4 du bilan radiatif à l'exposant de la loi de Stefan-Boltzmann, ou aux quatre saisons.
- Inverser le sens de lecture du entre la glace et les tests de foraminifères.
- Compter la vapeur d'eau parmi les causes du réchauffement actuel, sous prétexte qu'elle est le premier gaz à effet de serre.
Pour aller plus loin
SVT dans les autres classes
Réviser autrement
- SVT : toutes les révisions — de la cinquième à la terminale
- Toutes les matières de la terminale
- Réviser le bac — les chapitres classés par épreuve
- Préparer un devoir ou un DS — tous les chapitres, toutes les classes