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A14. Interactions réciproques entre biosphère et atmosphère
A11. La formation de l´atmosphère et de l´hydrosphère terrestre cor
A12. Premières traces de vie et oxygénation de l´atmosphère terrestre
A13. O2, ozone, ADN et protection des êtres vivants cor
A14. Interactions réciproques entre biosphère et atmosphère COR
A16- Mécanismes régulateurs de la température- forçages radiatifs passés cor
A17- Le réchauffement climatique global actuel cor
A18- La modélisation du climat
A19- Actions de l'Homme sur le climat
Mise en situation et enjeux
Mise en situation et enjeux
Les 19 dernières années font partie des 30 plus chaudes enregistrées depuis 120 ans. Ce réchauffement global est à l'origine des anomalies climatiques exceptionnelles observées : sécheresses, cyclones, inondations, etc...
Suisse : l’effondrement d’un glacier détruit le village de Blatten
Suisse : l’effondrement d’un glacier détruit le village de Blatten
Les millions de tonnes de glace et de roche qui ont enseveli la localité ont formé un lac artificiel, qui ne cesse de gonfler et risque d’inonder une partie de la vallée du Lötschental, selon les autorités locales.
Le Monde avec AFP
Publié le 29 mai 2025 à 08h13, modifié le 30 mai 2025 à 01h22
Rapport sur le climat et le développement du Maroc
Rapport sur le climat et le développement du Maroc
RABAT, 3 novembre 2022
Selon le rapport, le Maroc aurait besoin d’investir un total d’environ 78 milliards de dollars (en valeur actualisée) pour construire résolument une économie résiliente et à faibles émissions de carbone d’ici 2050. La bonne nouvelle, c’est que ces investissements pourraient se faire graduellement. Et si des politiques adéquates sont mises en place, le secteur privé pourrait assumer une grande partie des coûts.
Afin de déterminer les enjeux permettant entre autre au Maroc de se préparer au risques (inondations, sécheresses, pénuries, etc...) il est nécessaire de comprendre les mécanismes à l'origine des aléas météorologiques.
Les modèles climatiques utilisés entre autre par les climatologues du GIEC, se basent entre autre sur les connaissances sur l'évolution de l'atmosphère terrestre et les mécanismes expliquant ses variations passées, actuelles et permettent d'établir des prévision sur les climats futurs.
Vers le grand oral : S'approprier une problématique, identifier les connaissances associées et rechercher l'information utile
Les constats : lecture d'articles, informations....
on assiste à une augmentation de la fréquence et de l'intensité des événements météorologiques intenses,
la communauté scientifique s'organise (GIEC), pour informer en particulier les états afin qu'ils aient en leur possession des éléments pour prendre de décision,
les états s'organisent (COP) pour prendre de décisions.
Le questionnement : Qu'est-ce que le climat? Quels sont les arguments du GIEC? Comment expliquer les variations actuelles? ....
Les recherches : Attention aux sources! moteurs de recherches et IA ne sont pas des sources, ce sont des outils qui vous permettent d'accéder aux sources.
L'organisation de la réponse.
Comment expliquer le dérèglement climatique observé actuellement?
Qu'est-ce que le climat?
Qu'est-ce que le climat?
Rappels de collège et de seconde
La météorologie correspond aux conditions atmosphériques à un endroit et à un moment donnés. La météo prend en compte les précipitations, la température, vitesse des vents, la pression atmosphérique, l'humidité, l'ensoleillement, etc.....La météo est prévisible à court terme ce qui permet de prévenir les populations d’éventuels risques (tempêtes, canicules, inondations, etc...).
Le climat correspond à des conditions atmosphériques (les mêmes que celles de la météorologie) en une région donnée sur une échelle de temps longue (30 ans). On distingue 3 grandes zones climatiques sur Terre. La répartition des climats selon la latitude est due à une inégale répartition du rayonnement solaire à la surface de la Terre.
1.1 - L’atmosphère terrestre et la vie
1.1 - L’atmosphère terrestre et la vie
Puisque le climat dépend des conditions atmosphériques, cherchons à comprendre ce qu'est l'atmosphère. Comment s'est-elle formée? L'atmosphère terrestre est unique, pourquoi? Quel est le lien avec la vie sur Terre? ....
L’atmosphère primitive de la Terre était différente de celle d’aujourd’hui. Sa transformation au cours des 4,6 milliards d’années est liée aux processus géologiques et biologiques.
Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante de celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère primitive.
Sa température moyenne et sa pression atmosphérique de surface ont permis il y a l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère.
Aux facteurs physiques et géologiques (activité́ solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes .
A- L'importance des océans dans l'évolution de l'atmosphère.
A- L'importance des océans dans l'évolution de l'atmosphère.
Dégazage
Dégazage
Condensation de l'eau
Condensation de l'eau
Dissolution du dioxyde de carbone
Dissolution du dioxyde de carbone
L'atmosphère s'est formée et se forme encore lors du dégazage de la Terre. Elle est alors majoritairement composée de vapeur d'eau de de dioxyde de carbone. Ces deux gaz à effets de serre sont responsables de la température élevée en surface, +de 1500°C.
L'étude du dégazage des météorites (chondrites), des gaz volcaniques permet d'émettre une première théorie/
Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée de N2, CO2 et H2O.
Les cendres en haute atmosphère limitent le rayonnement solaire, la température diminue autour de 350°C, dans les conditions de pression atmosphérique importante, la vapeur d'eau se condense.
Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction très rapide (à l’échelle des temps géologiques) de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère initiale, les océans recouvrent toute la surface de la Terre. La vapeur d'eau (gaz à effet serre) diminue. Le refroidissement de l'atmosphère et des océans s'accélère.
Le dioxyde de carbone atmosphérique passe en solution dans les océans (formation des carbonates, calcaires), l'effet de serre diminue encore plus, le refroidissement s'accélère.
B- L'importance du vivant dans l'évolution de l'atmosphère.
B- L'importance du vivant dans l'évolution de l'atmosphère.
Les stromatolithes actuels et passés témoignent de la présence de cyanobactéries, organismes photosynthétiques
Dans l’hydrosphère ainsi formée s’est développée la vie.
Les premières traces de bactéries photosynthétiques sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années.
Par leur métabolisme photosynthétique, ces bactéries ont contribué à l’oxygénation de l’atmosphère terrestre il y a 2,4 milliards d’années.
Bilan de la photosynthèse
Evolution de O2, indices.
Evolution de O2, indices.
La photosynthèse et donc le dioxygène apparaissent dans les océans il y a environ 4 milliard d'années (Age des plus anciens fer rubané et fossiles de stromatolithes).
Entre 2, 5 et 2 milliard d'années, le dioxygène passe dans l'atmosphère (âge des premiers sols rouges continentaux).
C- L'importance de l'atmosphère dans l'évolution du vivant.
C- L'importance de l'atmosphère dans l'évolution du vivant.
Les interactions entre l’atmosphère et la biosphère ont contribué à des modifications de la biodiversité. Les sources et puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd’hui essentiellement liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux combustions.
1- Ozone, oxygène et évolution du vivant
1- Ozone, oxygène et évolution du vivant
Evolution des concentration des gaz atmosphériques
Evolution des concentration des gaz atmosphériques
Il y a environ 1 milliard d'années, la concentration en oxygène devient suffisante en haute atmosphère (25 Km, stratosphère) pour que le dioxygène soit transformé en ozone. être transformé en ozone.
Concentration actuelle en 03 en fonction de l'altitude
L'ozone a pour propriété d'absorber le rayonnement de faible longeur d'ondes (UV).
L'ozone a pour propriété d'absorber le rayonnement de faible longeur d'ondes (UV).
Le rayonnement UV est un facteur mutagène important. Les mutations de l'ADN sont sources de cancers.
Concentration en O2 et O3 en fonction du temps et évolution des espèces.
Il y a 500 millions d'années, la concentration d'ozone est proche de celle observée actuellement. Protégés par la couche d'ozone les être vivants colonisent les continents. La vie apparait en dehors des océans.
L'apparition des végétaux terrestres va contribuer à l'augmentation rapide il y 500 millions d'années de l'O2.
Activités humaines, CFC et destruction de la couche d'ozone
Schéma simplifié de la transformation de l'oxygène en ozone
Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène de la stratosphère peut se dissocier, engageant une transformation chimique qui aboutit à la formation d’ozone. Cet ozone stratosphérique absorbe une partie du rayonnement.
Les activités humaines ont un impact important sur la couche d'ozone stratosphérique. La production massive de CFC entraine la destruction de l'ozone.
Pour la première fois et pour le moment la seule de son histoire, 163 pays ont ratifié le protocole de Montréal qui interdit la production et donc l'utilisation des gaz nocifs pour l'effet de Serre. Depuis on note une nette amélioration au niveau du trou de la couche d'ozone observé au dessus de l'Antarctique.
2- Interactions réciproques entre biosphère et atmosphère
2- Interactions réciproques entre biosphère et atmosphère
La composition de l'atmosphère est a peu près stable depuis environ 500 millions d'années.
Cette stabilité est la conséquence de l'équilibre une entre production et consommation des gaz qui la compose.
Cycle du dioxyde de carbone et de l'oxygène à l'échelle des métabolismes
Le cycle du carbone dans le vivant :
Il est consommé (fixé dans le molécule organiques) par la photosynthèse.
Il est produit (oxydation et libération d'énergie) par la respiration.
Le cycle de l'oxygène:
Il est produit par la photosynthèse et consommé par la respiration.
Cycle du dioxyde du carbone et de l'oxygène à l'échelle de écosystème.
Variations à l'échelle de la vie d'une forêt
L'équilibre entre production et consommation peut varier en fonction par exemple de l'âge de la forêt, de la fréquence ou de l'importance des incendies.
Les arbres en vie consomme le CO2 et produisent de l'O2 (photosynthèse= source d'O2);
Les arbres morts, ou plutôt les organismes qui permettent sa décomposition et la formation du sol produisent du CO2 et consomme de l'O2 (respiration et fermentation),
Les forêts subissent naturellement des incendies qui consomment ponctuellement de grandes quantité d'O2 et produisent du CO2 (combustion = piots d'O2).
Variations à l'échelle géologique Fougère Pecopteris (carbonifère, 300 millions d'années)
Les plus anciens fossiles complets de plantes vasculaires, continentales connus date du Silurien, 425 millions d’années. La couche d'ozone stratosphérique est pratiquement formée. Rapidement les premiers sols se forment, la forêt envahit la majorité du supercontinent. La photosynthèse est à son maximum.
La concentration en dioxygène atteint 30%, le dioxyde de carbone atmosphérique diminue, il fixé dans la biomasse par la photosynthèse, puis dans les roches fossiles (charbon et pétrole).
Reconstitution d'une forêt du carbonifère, fougères et libellules géantes.
Variations du dioxygène et du dioxyde carbone atmosphérique au cours des temps géologiques.
Bilan évolution de l'atmosphère
Bilan évolution de l'atmosphère
1.2 — La complexité du système climatique
1.2 — La complexité du système climatique
Le système climatique et son évolution dans le temps résultent de plusieurs facteurs naturels et d’interactions entre océans, atmosphère, biosphère, lithosphère et cryosphère. Il est nécessaire de prendre en compte ces interactions à différentes échelles spatiales et temporelles (de l’année au million d’années, voire davantage).
Le système climatique présente une variabilité spontanée et réagit aux perturbations de son bilan énergétique par des mécanismes appelés rétroactions.
Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme. Les notions d’équilibre radiatif de la Terre et d’effet de serre atmosphérique, étudiées en classe de première, sont mobilisées.
A- Le climat et ses indicateurs
A- Le climat et ses indicateurs
La climatologie étudie les variations du climat local ou global à moyen terme (30 années minimum) ou long terme (siècle , période géologique).
La météorologie étudie les phénomènes atmosphériques qu’elle prévoit à court terme (heures, jours, semaines).
Les deux utilisent les mêmes paramètres physiques de l'atmosphère : températures, pression atmosphérique, hygrométrie, vitesse des vents, pluviométrie, nébulosité mais sur des durées différentes.
La surveillance du climat global est calculée à partir de mesures de terrain et depuis l’espace par des satellites. Il en existe d’autres : niveau des océans, étendue des glaces polaires et des glaciers, etc.
Indices des variations de températures récentes
Satellites
Vidéo,: Comment mesurer les paramètres depuis un satellite.
Météorologie.
Calculer et cartographier les mouvements de l'atmosphère d'heure en heure.
Climatologie.
Répartition des princaux climats actuels.
B- Le réchauffement de l'atmosphère et dérèglement climatique.
B- Le réchauffement de l'atmosphère et dérèglement climatique.
Le climat de la Terre présente une variabilité naturelle sur différentes échelles de temps. Toutefois, depuis plusieurs centaines de milliers d’années, jamais la concentration du dioxyde de carbone atmosphérique n’a augmenté aussi rapidement qu’actuellement.
Depuis un siècle et demi, on mesure un réchauffement de la température globale (environ +1°C).
Les variations passées, à l'échelle du million d'années par exemple (indice dans les glaces des pôles), montre une alternance de périodes, froides, les périodes glaciaires et de pics interglaciaires (de durée 10000 ans environ). D'après les données, la période actuelle est une période interglaciaire.
La différence entre les variations passées et celles mesurées depuis un siècle est la vitesse à laquelle l'atmosphère se réchauffe.
Entre une période glaciaire et une période interglaciaire l'atmosphère se réchauffe à une vitesse de 0,02° C pour 100 ans on arrive aujourd'hui à 1°C pour 150 ans soit un réchauffement 50 fois plus rapide.
Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine modifie de manière significative et rapide la composition atmosphérique.
Ces modifications affectent l’équilibre dynamique des enveloppes fluides de la Terre. Les conséquences de l’activité́ humaine sur la composition atmosphérique, celles qui sont déjà observées et celles qui sont prévisibles, sont multiples et importantes, tant pour l’humanité́ que pour les écosystèmes. Celui-ci est la réponse du système climatique à l’augmentation du forçage radiatif (différence entre l’énergie radiative reçue et l’énergie radiative é mise) due aux émissions de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère : CO2, CH4, N2O et vapeur d’eau, principalement.
Lorsque la concentration des GES augmente, l’atmosphère absorbe davantage le rayonnement thermique infrarouge émis par la surface de la Terre. Il en résulte une augmentation de la puissance radiative reçue par la surface terrestre de l’atmosphère. Cette puissance additionnelle entraîne une perturbation de l’équilibre radiatif qui existait à l’ère préindustrielle.
L’énergie supplémentaire associée est essentiellement stockée par les océans, mais également par l’air et les sols, ce qui se traduit par une augmentation de la température moyenne à la surface de la Terre et la montée du niveau des océans.
La différence entre l'énergie radiative reçue et émise est appelée forçage radiatif.
Il est positif, la température augmente;
il est négatif, la température diminue.
L’évolution de la température terrestre moyenne résulte de plusieurs effets amplificateurs (rétroaction positive), dont :
- l’augmentation de la concentration en vapeur d’eau (gaz à effet de serre) dans l’atmosphère ;
- la décroissance de la surface couverte par les glaces et la diminution de l’albédo terrestre ;
- le dégel partiel du permafrost provoquant une libération de GES dans l’atmosphère.
L’océan a un rôle amortisseur en absorbant à sa surface une fraction importante de l’apport additionnel d’énergie. Cela conduit à une élévation du niveau des océans causée par la dilatation thermique de l’eau. À celle-ci s’ajoute la fusion des glaces continentales.
Cette accumulation d’énergie dans les océans rend le changement climatique irréversible à des échelles de temps de plusieurs siècles.
L’océan joue également un rôle d’amortisseur en absorbant une partie du CO2 émis par les activités humaines.
À court terme, les organismes chlorophylliens constituent un puits de CO2, ce qui a donc un effet de rétroaction négative (stabilisatrice).
Le bilan radiatif et sa perturbation anthropique : estimation de l'impact de l'effet de serre et de l'effet parasol sur le bilan énergétique de la Terre. Les rayons solaires fournissent de l'énergie à la Terre. Une partie est directement ou indirectement reflétée vers l'espace tandis que la majorité est absorbée par l'atmosphère ou la surface du globe. La température actuelle à la surface de la Terre est due à la présence de GES qui renvoie vers le sol la majorité du rayonnement de surface
Source : GIEC, 2013
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