Le changement climatique; effet de serre et climat du futur document d’accompagnement pour des activités pédagogiques





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LE CHANGEMENT CLIMATIQUE ;
EFFET de SERRE et CLIMAT DU FUTUR

Document d’accompagnement pour des activités pédagogiques

Ce document ne prétend pas être exhaustif. Il s’agit plutôt d’identifier les composantes majeures du sujet, de présenter quelques documents importants et de donner des références utiles pour élargir le champ des activités. Chacun, en fonction du niveau et de ses objectifs d’enseignement, pourra sélectionner au sein des informations suivantes ce qui lui semble le plus adapté pour la mise en place d’activités pédagogiques sur le thème du changement climatique de l’effet de serre et du climat du futur.


UN CONSTAT: LE RECHAUFFEMENT DE LA PLANETE


Il y a une vingtaine d'années, de nombreux scientifiques s'interrogeaient sur l'existence ou non d'un « réchauffement climatique » avéré. Les observations et mesures effectuées ces dernières années ont levé le doute sur cette question : augmentation lente, égale à 0,74°C en un siècle, des températures moyennes enregistrées par les stations météorologiques du monde entier, diminution de l'étendue et de l'épaisseur de la banquise arctique, recul des glaciers, augmentation significative du niveau de la mer, autant d'indices sont venus confirmer la réalité du réchauffement climatique.




Evolution de la température moyenne annuelle à la surface de la Terre, de 1880 à 2005.
La référence « zéro » correspond à la moyenne des températures annuelles de 1951 à 1980.
Origine : NASA Goddard Institute for Space studies (GISS)

L’expertise du GIEC : Plusieurs milliers de chercheurs du monde entier contribuent à l'élaboration des rapports scientifiques par les experts du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat, organisme qui fait autorité dans le domaine de l'étude du réchauffement climatique. Le GIEC a été créé en 1998 par l'Organisation météorologique Mondiale et le Programme des Nations Unies pour l'Environnement, avec pour mission d'évaluer l'information scientifique sur les changements climatiques, leurs impacts et les mesures de prévention et d'adaptation envisageables. Le GIEC partage le prix Nobel de la Paix 2007 avec l’ex-vice président des Etats-Unis, Al Gore.
Le GIEC est également connu sous le sigle IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).

Pour en savoir plus :
http://www.ipcc.ch/languages/french.htm
http://www.effet-de-serre.gouv.fr/la_synthese_des_rapports_du__giec


Et en 2007 ?

D'après les climatologues de la NASA (Goddard Institute for Space Studies, GISS), l'année 2007 a été la seconde année la plus chaude sur Terre en 100 ans, ex-aequo avec 1998. Ce sont surtout les régions de haute latitude qui ont été affectées par ce réchauffement auquel on peut corréler les observations effectuées au cours de l'été et concernant la régression importante de la banquise arctique.




Anomalies de la température moyenne annuelle à la surface de la Terre,en 2007.
La référence « zéro » correspond à la moyenne des températures annuelles de 1951 à 1980.
Origine : NASA Goddard Institute for Space studies (GISS)

Et pour la France, quel constat ?

La France n’échappe pas à la règle générale, les observations réalisées dans les stations de Météo-France traduisent la même tendance que celle qui prévaut pour la planète, ainsi que le montre le document ci-après  qui exprime la température annuelle moyenne en France depuis 1900  et précise l’écart à la moyenne de référence 1971 – 2000.
Référence : http://www.meteofrance.com/pub-adm/display/000/002/105/21052.pdf



LE CLIMAT DE LA TERRE


Le climat de la Terre résulte d'interactions complexes essentiellement entre l'atmosphère et les océans. Au cours des temps, il a présenté une variabilité importante qui a pu être mise en évidence par différents indicateurs. A titre d'exemple, les forages de glace effectués dans l'Antarctique ont permis de remonter des carottes emprisonnant des bulles d'air de plusieurs centaines de milliers d'années et l'analyse de ces échantillons a contribué de façon importante à l'étude du climat et de ses variations sur une longue échelle de temps





Variations de la température, et des teneurs atmosphériques en dioxyde de carbone et en méthane au cours des 400 000 dernières années.
Résultats obtenus à partir de carottages glaciaires effectués jusqu’à à 3500 m de profondeur à Vostok, en Antarctique
(d’après LGGE/LSCE, M. Petit et al, Nature V. 399, juin 1999)
remarque :
- ppmv : partie par million en volume ; par exemple, 300 ppmv de CO2 représentent 200 cm3 de CO2 par m3 d’air.
- ppmbv : partie par billion (1 million de millions) en volume ; par exemple, 1000 ppbv de CH4 représentent 1 mm3 de CH4 par m3 d’air.


Cette connaissance de la variabilité du climat de la Terre au cours du temps est indispensable pour être en mesure d'identifier si le réchauffement climatique récemment constaté présente un caractère exceptionnel ou s'il s'inscrit dans des cycles climatiques naturels et connus. Les variations de CO2 et de CH4 accompagnent les grands cycles glaciaires. Ces derniers ne sont pas aléatoires, mais induits par les modifications périodiques de l’orbite terrestre et du rayonnement solaire reçu par la Terre. L’augmentation récente et forte du CO2 atmosphérique échappe à ces oscillations à longue période et pose la question du rôle joué par les activités humaines.

Le dioxyde de carbone dans l’atmosphère au cours des temps :

Les variations de la teneur atmosphérique en CO2 sont au cœur de discussions opposant les nombreux scientifiques convaincus du réchauffement climatique et les quelques sceptiques qui affirment que la concentration en CO2 a toujours varié au cours des millénaires et veulent ignorer la partie « bleu foncé » de la courbe ci-dessous.





La courbe ci-dessus représente la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, en ppmv (partie par million en volume), depuis - 700 000 ans jusqu’à présent.
(cf « 800 000 ans d’histoire du climat lus dans la glace »
http://www.cea.fr/var/plain/storage/original/application/2094bd9b4f6ec6990144ca8f7554a119.pdf


Ce document est issu du rapport intitulé : « Les bases scientifiques physiques du changement climatique : groupe de travail 1 du GIEC » téléchargeable à l’adresse suivante :
http://ipcc-wg1.ucar.edu/index.html

Pour en savoir plus sur l’analyse des glaces : Consulter l’article de Valérie Masson-Delmotte et Jérôme Chappellaz, « Au cœur de la glace : les secrets du climat », revue « La météorologie »  de mai 2002.
http://www.smf.asso.fr/Ressources/Masson-Delmotte37.pdf


L'EFFET DE SERRE

L'effet de serre est souvent hâtivement désigné comme responsable du réchauffement climatique. En réalité, l'effet de serre est un phénomène naturel lié à la présence de gaz atmosphériques, tels que la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone, le méthane, qui piègent le rayonnement infrarouge émis par la Terre. Cet effet de serre permet à l'atmosphère de se maintenir à une température moyenne de 15°C et sans lui, la température moyenne de la Terre serait de l'ordre de - 18°C !

Ce qui inquiète actuellement la communauté scientifique est le constat d'une augmentation continue de la concentration des gaz à effet de serre, et le fait que cet accroissement résulte des activités humaines. Parmi les gaz à effet de serre, c’est le dioxyde de carbone qui apporte la plus forte contribution anthropique et c’est la raison pour laquelle il est le centre d’intérêt de cette problématique.





Ci-dessus : gros plan sur l’accroissement de la teneur atmosphérique en dioxyde de carbone
(Origine : GIEC)


Le dioxyde de carbone (qui a toujours été présent de façon naturelle dans l’atmosphère) est produit en très grande quantité par les feux de forêts par la combustion des hydrocarbures qui constituent l'essentiel des carburants utilisés dans les centrales thermiques, pour les transports routiers, aériens et maritimes ainsi que pour le chauffage domestique.

Quelques exemples numériques :

- Une voiture moyenne rejette environ 200 g de CO2 par kilomètre parcouru !
Pour un kilométrage moyen annuel de 15000 km, cela représente une production de 3 tonnes de CO2. Quand on sait que plus de 500 milliards de kilomètres.véhicules (produit du nombre de véhicules par le kilométrage annuel moyen) sont parcourus par an en France, on peut estimer la quantité de CO2 rejetée dans l’atmosphère par la simple circulation automobile nationale.
- La consommation annuelle de gaz naturel pour le chauffage d’une maison individuelle de 150 m2 habitables correctement isolée est de l’ordre de 2000 à 3000 m3 (selon conditions climatiques). Le gaz naturel étant essentiellement du méthane, l’équation de la réaction de combustion du méthane fait apparaître que le volume de CO2 produit est égal au volume de CH4 consommé. Si pour simplifier le calcul, on part d’une hypothèse de consommation de 2500 m3 et d’un volume molaire dans les conditions de fonctionnement de 25 L, on constate que la quantité de CO2 rejeté est égale à 100 000 moles, ce qui correspond à 4,4 tonnes (la masse molaire du CO2 étant égale à 44 g/mole).

Les experts estiment que ce sont les combustions de charbon (dans les centrales thermiques) et d’hydrocarbures (centrales thermiques et transport) qui sont essentiellement responsables de l’accroissement brutal de la pente de la courbe précédente exprimant la teneur atmosphérique en dioxyde de carbone.

C'est cet effet de serre additionnel induit par les activités humaines qui est très probablement responsable du réchauffement climatique observé depuis quelques années. Ceci a conduit les scientifiques à estimer qu'il y a « une influence perceptible de l'homme sur le climat global ».

Contribution des différents gaz à effet de serre :



Effet de serre (en W.m-2) :

- vapeur d’eau : 100
- dioxyde de carbone : 50
- méthane : 1,7
- ozone : 1,3
- oxyde nitreux : 1,3

Les perturbations anthropiques de l’effet de serre concernent essentiellement le CO2 (55%), les CFC (24%) et le méthane (15%).


(D’après « Les changements anthropiques du climat », Jean-Louis Dufresne, Laboratoire de Météorologie dynamique, Institut Pierre Simon Laplace, LMD/IPSL)





Pour en savoir plus sur l'effet de serre, une animation et des explications sur le site du Commissariat à l'Energie Atomique :
http://www.cea.fr/UserFiles/File/Animations/aLaLoupe/climat/atmosphere.htm


Expériences simples :

1. Mise en évidence du CO2 atmosphérique :



Le passage forcé de l'air dans l'eau de chaux conduit à un trouble rapide de cette solution, caractérisant ainsi la présence de dioxyde de carbone dans l'air.
(d’après le site Educnet/meteo
http://160.92.130.159/meteo/eaubonne/html/eaub34.htm

2. Mise en évidence de l’effet de serre :


Le montage s’inspire du «châssis» du jardinier. Deux boites en carton identiques sont découpées selon le schéma ci-dessus et leurs parois intérieures sont recouvertes d’une mince feuille d’aluminium (de type alimentaire, par ex.). On dispose dans chacune d’elles un bécher contenant un même volume d’eau à la même température initiale dont on note la valeur. L’ouverture de la boite B est recouverte d’un film plastique ou d’une plaque de verre. Les deux boites sont exposées au soleil, puis au bout de quelques dizaines de minutes (selon la saison et l’heure de la journée), on relève la température de l’eau dans les deux récipients.

Remarque : les expériences parfois proposées pour montrer l’effet de serre généré par le CO2 ne sont pas réellement probantes à l’échelle du laboratoire.

LE CLIMAT DU FUTUR ET LA LIMITATION DE L’EFFET DE SERRE


1. Le réchauffement climatique va très probablement se poursuivre.






.


Ci-contre  : projections de réchauffement climatique, d’après R. Kandel.
Pour en savoir plus sur cette évolution, un dossier très complet :
http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier179-4.php


Différents modèles ont été établis par des organismes scientifiques différents, notamment par le GIEC, et appliqués aux différents scénarios d’émission de gaz à effet de serre envisagés (réduction de l’émission, progression faible, progression forte…, cf. schémas ci-après).
Quel que soit le scénario envisagé, une hausse de température est à prévoir, plus forte au 21ème siècle qu'au 20ème siècle.






Ci-contre : scénario B1 (faibles émissions de gaz à effet de serre) ; anomalies de température pour la période 2090-2099 comparée à 2000-2009






Ci-contre : scénario A2 (fortes émissions de gaz à effet de serre). Anomalies de température pour la période 2090-2099 comparée à 2000-2009


2. La limitation de l’émission des gaz à effet de serre :

Les conséquences d'un réchauffement climatique dont on sait maintenant qu'il risque de s'amplifier et de se prolonger risquent d'être lourdes pour l'humanité. Scientifiques, politiques et citoyens sont globalement conscients de la nécessité de prendre des mesures pour limiter le réchauffement de la planète, mais souvent individuellement peu enclins à mettre leurs idées en application.
Depuis le sommet de Rio, en 1992, qui appelait à la responsabilité internationale pour sauvegarder la planète, une prise de conscience du changement climatique a eu lieu, et des stratégies ont été proposées pour limiter l'émission des gaz à effet de serre. La dernière conférence internationale sur ce thème qui s’est déroulée à Bali en décembre 2007 a encore témoigné des divergences importantes entre nations et des difficultés à mettre œuvre une stratégie cohérente.

En France, suite à une proposition de loi émanant du Sénat, un observatoire national sur les effets du réchauffement climatique en France métropolitaine et dans les départements et territoires d'outre-mer a été créé en 2002. Un programme de lutte contre le changement climatique a été mis en place en 2003 par le ministère de l'écologie et du développement durable, avec pour objectif d'assurer dans une première étape la stabilité des émissions des gaz à effet de serre, puis de s'inscrire dans une réduction de ces émissions. Enfin, au cours de l’automne 2007, le « Grenelle de l’environnement », vaste chantier impliquant cinq mois de travail et 90 000 personnes s’est traduit par des propositions qui devraient être cadrées dans des textes législatifs au cours de 2008.

Pour en savoir plus : le site de la Mission interministérielle de l'effet de serre :
http://www.effet-de-serre.gouv.fr

Les objectifs affichés par les institutions pour limiter l'émission des gaz à effet de serre ne pourront toutefois être atteints sans une réelle implication de chacun des citoyens dans ses activités quotidiennes ainsi que dans une politique volontariste de mise en œuvre des énergies du futur.
Pour en savoir plus :

Netographie :



Comprendre le climat, par la Cité des Sciences :
http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/planete/climax/comprendre.php

Le changement climatique ; constat prévisions, par Météo-France :
http://www.meteofrance.com/FR/climat/rechauffement/rechauffementclimatique.jsp

Un simulateur climatique pour la France, période 2050 – 2100, réalisé par le magazine « Science et Vie » en collaboration avec Météo-France :
http://www.meteofrance.com/FR/actus/dossier/article.jsp?docid=35700

2007 en France : Bilan climatique 2007
Au fil des mois, au fil des saisons, écarts à la moyenne des températures et des précipitations, évènements météorologiques exceptionnels…
http://www.meteofrance.com/FR/actus/dossier/article.jsp?docid=38350

La décennie 1998-2007 : la plus chaude jamais enregistrée.
Communiqué n° 805 de l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM)
http://www.wmo.ch/pages/mediacentre/press_releases/pr_805_fr.html

Données climatologiques de l’année 2003, disponibles pour usage pédagogique :
sur le site Educnet/meteo (dossier climdata téléchargeable ; origine Météo-France)
http://160.92.130.159/meteo/data/datmet11.htm


Bibliographie :

Climat: jeu dangereux de Jean Jouzel (Directeur de l'Institut Pierre-Simon Laplace, Directeur de recherches au CEA) et Anne Debroise (Journaliste scientifique). Dunod - Collection Quai des Sciences - 220 pages – Paris - 2007.
Cet ouvrage, quasi incontournable, rédigé dans un style très convivial par un grand spécialiste et par une journaliste scientifique, tente de répondre à quelques questions cruciales : «Quel temps faisait-il hier? », «Quel est l'impact de l'activité humaine sur le climat? », «Dans quel monde vivront nos enfants? », «Que peut-on faire? »...
De très nombreux exemples illustrent le propos des auteurs qui nous aident à mieux comprendre les enjeux.

Qu’est-ce que l’effet de serre ? de Michel Petit, (vice-président du comité de l’environnement de l’Académie des sciences). Vuibert – Collection Planète vivante – 124 p Paris – 2004.
Cet ouvrage écrit par un spécialiste de la question, ancien représentant de la France au GIEC, permet de découvrir ce qu’est l’effet de serre et dans quelle mesure nous pouvons intervenir pour contenir le changement climatique dans des limites raisonnables.





JC janvier 2008

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