Fiche 21 : Le climat naturel sur terre Attac - CNCL - Groupe de travail Energie (version du 6-06-2015)

Le temps, la prévision météorologique et le climat

Le temps qu'il fait est défini par les conditions atmosphériques à un moment et à un endroit donné: pression, température, humidité de l'air, vitesse et direction du vent, précipitations (pluie, neige, grêle), ensoleillement (présence ou absence de nuages vents),.

La météorologie informe du temps qu'il fait et qu'il fera sur un temps court (de quelques heures à quelques jours) et sur un espace réduit (quelques centaines de km).

Le climat est la moyenne du temps qu’il fait. Suivant la norme de l’Organisation Météorologique Mondiale, le climat d’une région donnée est généralement défini en calculant cette moyenne sur une période de 30 ans. Les différents climats sur Terre (équatorial, désertique, polaire,…) sont caractéristiques de leur zone géographique et déterminés par les transferts d'énergie depuis l'équateur vers les pôles qui s'effectuent via l'atmosphère et les océans. Le climat naturel est celui qui s'établirait sans intervention humaine.

2) L'équilibre du climat: forçages et rétroactions

Le climat sur Terre serait en équilibre si l'énergie lumineuse que la Terre recevait du Soleil et celle qu'elle re-émettait vers l'espace étaient égales. La température moyenne sur Terre serait alors constante mais cette situation est rare.

Les climatologues appellent forçage toute source de perturbation de l'équilibre du climat. Ces forçages peuvent être naturels (variations de l'activité et de l'irradiance solaire, chutes de météorites, éruptions volcaniques…) ou anthropiques (émissions de gaz à effet de serre, changements d’utilisation des sols, etc.). Un forçage du le climat entraine souvent la modification d'un autre paramètre qui agit sur le climat. Cette modification, appelée rétroaction, peut amplifier ou atténuer la perturbation initiale. Par exemple, une augmentation de l'irradiance solaire induit un réchauffement, qui réduit la surface des glaces aux pôles et donc amplifie le réchauffement initial: cette rétroaction est alors dite « positive ». Une rétroaction sera « négative » si, au contraire, elle atténue la perturbation initiale.

3) Les flux d'énergie à travers l'atmosphère

L'énergie reçue par la Terre est d'environ 174 PW (1 PW=10¹⁵ W). Elle provient quasi-exclusivement du Soleil (à 99,97%). Du fait de la distance moyenne actuelle soleil-Terre, la puissance reçue sur une surface perpendiculaire au rayonnement est environ de 1360 W/m².

La Terre étant sphérique, sa surface irradiée est égale au quart de sa surface totale: c'est donc 340 W/m² en moyenne que reçoit la Terre. Une partie de cette énergie est réfléchie par les nuages et une autre filtrée par l'atmosphère, si bien que c'est environ 160 W/m² qui atteint la surface de la Terre. Il ne s'agit bien que d'une moyenne dans le temps et dans l'espace puisque la fraction réfléchie par cette surface (l'albédo) dépend de la nature et de la couleur de celle-ci: l'albédo est de l’ordre de 6% seulement pour les océans mais peut atteindre 90% pour le manteau neigeux. Sur les continents, l'albédo varie selon le type de sol et sa couverture: 40% pour le sable mais de 8 à 20 % pour la forêt. L'albédo amplifie en général le déséquilibre énergétique entre l'équateur et les pôles qui est dû d'abord à rotondité de la Terre.

L'énergie émise par la Terre vers l'espace l'est sous forme de rayonnement infrarouge à grande longueur d’onde du fait de sa faible température moyenne (≈15°C). Ce rayonnement entre en résonnance avec les molécules les plus grosses présentes dans l'atmosphère, celles qui contiennent trois atomes ou plus (cas de la vapeur d'eau, du gaz carbonique, du méthane et l'oxyde nitreux). C'est ainsi que ces gaz, dits à effet de serre, en absorbant une part de l'énergie infrarouge émise par la Terre et la renvoyant dans toutes les directions, amènent la température moyenne sur Terre à 15°C, alors qu'elle ne serait en leur absence que de -18°C.

4) Les transferts d'énergie depuis les zones tropicales vers les pôles

Les circulations atmosphériques s'organisent selon trois zones en latitude par suite de la rotation de la Terre: Entre 0 et 30 ° de latitude, se forment les cellules de Hadley dont l'origine est la forte chaleur reçue du Soleil à l'équateur qui crée une zone de basse pression vers laquelle convergent les alizés. Du fait de l'évaporation, l'air chaud et humide qu'ils transportent monte, se condense à haute altitude et engendre les pluies intenses qui caractérisent des zones tropicales. Ainsi débarrassés de cette humidité, ces vents vont créer un peu plus au nord et un peu plus au Sud, des zones de haute pression très sèches: ce sont les ceintures désertiques. Entre les latitudes 30 et 60°, se développent les cellules de Ferrel à l'intérieur desquelles les vents d'ouest sont dominants. On trouve de l'air froid à basse altitude venant des pôles et en hauteur de l'air chaud venant de l'équateur. Les vents à l'intérieur des dépressions et des anticyclones tournant en sens inverse, il se crée à ces latitudes des zones où les vents changent fréquemment. Enfin entre 60 et 90 ° de latitude, on trouve les cellules polaires: l'air y est froid et lourd, créant ainsi des hautes pressions qui génèrent une circulation vers les plus faibles latitudes depuis les pôles vers l'équateur. Vers 60° de latitude, la température de l'air a suffisamment augmenté pour provoquer une ascendance..

La circulation océanique ou thermohaline relie tous les courants océaniques majeurs de la planète. Que ce soit dans l'Atlantique ou dans le Pacifique, les eaux de surface transportent de l'eau chaude depuis l'équateur vers les pôles, alors qu'en profondeur l'eau froide circule depuis

les pôles vers l'équateur. Ce transport d'énergie depuis la surface vers l'océan profond permet un stockage thermique important (l'océan stocke 1000 fois plus d'énergie que l'atmosphère pour un même volume, soit au total trois fois plus), mais très lentement ( de 500 à 1000 ans pour un tour complet!). Les océans jouent donc un rôle de régulateur thermique, mais aussi de transferts et de stockages des gaz à effet de serre.

5) Le climat naturel "récent" au quaternaire

Le climat "récent" est celui qui règne sur Terre depuis le début du quaternaire (2,6 millions d'années), donc avec la position des continents actuelle. Ce climat, connu depuis les derniers huit cent mille ans grâce aux analyses des carottes de glaces prélevées dans l'Antarctique à Vostok, subit des variations cycliques et simultanées des températures et de la teneur en gaz à effet de serre. La théorie astronomique de Milankovitch¹ les explique à partir des trois paramètres orbitaux de la Terre: 1) l'excentricité de l'orbite terrestre (distance Terre-Soleil, cycles de 100 000 et 400 000 ans, 2) l'inclinaison de son axe de rotation (existence des saisons, cycle de 21 000 ans et 3) les fluctuations autour de cette inclinaison (précession des équinoxes, cycle de 41 000 ans). A noter que la durée des périodes glaciaires (≈ 90 000ans) comme celle des interglaciaires (≈ 10 000 ans) peut varier fortement.

6) Le climat naturel très récent: l'holocène

L' holocène (l'interglaciaire actuel qui dure depuis 12000 ans) a connu de faibles fluctuations de température d'origine solaire² dont la plus connue a été le petit âge glaciaire (1450 à 1850). Aujourd'hui, certains scientifiques³ prévoient que l'holocène pourrait se prolonger encore de 30 à 70 000 ans, même sans forçage anthropique. Les rejets de GES actuels auraient-ils alors le temps de disparaitre complètement avant la prochaine ère glaciaire?

Les variations climatiques sur le long terme s'interprètent bien par les forçages solaires.

A court terme, la physique qui détermine le climat étant comprise, la prévision, si

nécessaire pou affronter la transition ^{F22 et 23} ne peut que s'améliorer.

Ref:1)www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim1/sysfacte/soleil/soleil1.htm;2)stockage.univbrest.fr/~daniault/UEL_Climat_C7_2.pdf; 3)"A quand la prochaine glaciation" A. Berger et MF Loutre, La Recherche n°368. A noter: F ⁱ renvoie à la fiche i et F ^ij à la sous-fiche j de la fiche i.