La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

TXL-6014 Perturbations globales des cycles biogéochimiques II: le réchauffement global/ lappauvrissement de la couche dozone Bernadette Pinel-Alloul Université.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "TXL-6014 Perturbations globales des cycles biogéochimiques II: le réchauffement global/ lappauvrissement de la couche dozone Bernadette Pinel-Alloul Université."— Transcription de la présentation:

1 TXL-6014 Perturbations globales des cycles biogéochimiques II: le réchauffement global/ lappauvrissement de la couche dozone Bernadette Pinel-Alloul Université de Montréal 6 octobre 2005

2 Plan de cours Réchauffement global/GES Leffet de serre: un phénomène nécessaire à la vie sur terre Les gaz à effet de serre et leurs propriétés radiantes: le dioxyde de carbone (CO 2 ), le méthane (CH 4 ), loxyde nitreux (N 2 O), les CFCs Les modèles climatiques: comment sont-ils construits? Le climat de demain

3 Plan de cours (suite) Les impacts sur lenvironnement élévation du niveau des mers impacts au niveau de la cryosphère les provinces écoclimatiques

4 1.Leffet de serre: un phénomène naturel indispensable à la vie sur Terre

5 Le système climatique Radiation solaire Albedo

6 Facteurs régissant le climat Radiation solaire (albedo) et cycles solaires Composition de latmosphère (GES, aérosols, vapeur deau) Volcanisme (CO 2, aérosols) Présence des glaces polaires et des banquises Échanges radiatifs avec les océans et courants océaniques –Gulf stream, Labrador, el Nino, la Nina, etc) Échanges radiatifs avec les continents et utilisation des terres (feu, déboisement, agriculture) Émissions anthrophiques de GES –transports, utilisation des combustibles fossiles, CFCs

7 Thermosphère Troposphère Stratosphère Mésosphère Source: NASA Structure verticale de latmosphère terrestre

8 Source: NASA Tropo- Méso- Strato- Structure verticale de latmosphère terrestre Gradient thermique Couche dozone Absorption des UVs Gradient thermique Reémission des IRs

9 Composition de la troposphère Néon - 1,82×10 -3 % Hélium - 5,24×10 -4 % Krypton - 1,14×10 -4 % Xénon - 8,7×10 -6 % + 1 à 3% (v/v) vapeur deau Méthane (CH 4 ) Oxyde nitreux (N 2 O) Ozone (O 3 ) < 0.1% GES

10 L effet de serre: un phénomène naturel 342 W m W m -2 Absorption UVs PAR: nm

11 Absorption des UVs Réflection des Infra-Rouges

12 Climats planétaires

13 2. Le réchauffement global à la surface de la Terre: une réalité?

14 Variations à long terme de la température à la surface de la Terre Périodes glaciaires Périodes inter-glaciaires

15 Variations GES Millénaire 400 ans stabilité Augmentation GES Fin 1800

16 Entre 90 et 98: croissance annuelle de 1,3% de l utilisation d énergie primaire croissance annuelle de 1,6% dans les pays développés croissance annuelle de 2,3 à 5,5% pour les pays en voie de développement diminution de 4,7% dans les pays en voie de transition vers l économie de marché (industriel vers service)

17 Au cours du 20e siècle, la température moyenne à la surface du globe a augmenté de 0,6±0,2°C Globalement, il est fort probable que les années 1990 soient la décennie la plus chaude depuis 1861, et 1998 l année la plus chaude Moyenne Hémisphère nord

18 3. Les gaz à effet de serre et leurs propriétés radiantes

19 Exemples de GES affectés par les activités anthropiques Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001

20 Potentiel de réchauffement des principaux GES par rapport au CO 2 Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001

21 Contribution de chacun des GES au forçage anthropique Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, % 15% 6% 17% 7% CO 2 Autres CFC CFC 11 et 12 Méthane N2ON2O

22 Augmentation [CO 2 ] atmosphère = moitié du taux des émissions de combustibles carbonés Post-glaciaire Pré-industriel Post-industriel 500 millions années 25 millions années 400 mille années

23 Le cycle du carbone: les perturbations anthropiques Fig. 2. Budgets globaux de CO 2 (en PgC/an). Les valeurs révisées (IPCC, 2001) des principaux flux sont en rouge: les valeurs positives indiquent les flux vers l atmosphère; les valeurs négatives indiquent une prise en charge du CO 2 à partir de l atmosphère (source: IPCC, 2001). 6.3± ± ±0.7 Puits de carbone Séquestration

24 Océan=puits de carbone Fig. 5. Profils verticaux des concentrations de CO 2 au niveau de l Atlantique nord à la station GEOSECS 37 et au niveau du Pacifique nord au niveau de la station GEOSECS 214 (source: Mann et Lazier, 1991). Fig. 4. Circulation thermohaline dans l océan Atlantique. Séquestration Carbone Eaux profondes

25 Cycle terrestre du carbone Fig.6. Cycle du carbone terrestre. Par rapport au cycle du carbone océanique, une grande partie du cycle du C se déroule localement, au sein des écosystèmes. =turnover pour les différentes composantes de la matière organique du sol (source: IPCC, 2001). Humus Production primaire Décomposition Carbone fossile Combustibles fossiles Émissions anthropiques

26 Concentrations atmosphériques de CH mille années cycles de périodes glaciaires et interglaciaires Post-glaciaireMillénaire Centennaire Taux de changement

27 Concentrations atmosphériques de N 2 O Millénaire Centennaire

28 Les CFC sont non seulement de puissants gaz à effet de serre, mais aussi des destructeurs très efficaces d ozone En vertu du Protocole de Montréal (1987) bannissement de ces substances appauvrissant la couche d ozone (SACO) Les CFCs Produits de synthèse augmentation x 5 en 40 ans

29 Substituts des CFCs Les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et les hydrofluorocarbures (HFC) sont les produits de remplacement des CFCs Les HCFC et les HFC sont tous des gaz à effet de serre (GES) et leur contribution au réchauffement global pourrait être encore plus nuisible à l environnement que leurs effets sur l ozone Augmentation très importante depuis 1990

30 Forçage radiatif moyen du climat pour l année 2000, comparativement à 1750 Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001

31 4. Les modèles climatiques et les différents scénarios d émission

32 Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001 Complexification des modèles climatiques

33 Fig. 1. Estimations des températures annuelles moyennes à la surface de la Terre (source: IPCC, 2001). Les modèles climatiques sont-ils fiables? Facteurs naturelsFacteurs anthropiques Tous les facteurs naturels et anthropiques Meilleur ajustement

34 Les différents scénarios d émission Fig. 2. Différentes directions des scénarios SRES (« Special Report on Emissions Scenarios ») pour divers indicateurs (source: IPCC, 2001).

35 Projections des émissions des GES

36 Fig. 4. Projections des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone, CO 2 (haut), de méthane, CH 4 (milieu) et d oxyde nitreux, N 2 O (bas) résultant des six scénarios d émissions du SRES (« Special Report on Emissions Scenarios ») (source: IPCC, 2001). Meilleurs scénarios B1, A1T, B2 Pires scénarios A1F1, A1B

37 5. Le climat de demain

38 Selon l IPCC l augmentation de la température à la surface du globe, d ici 2100 va se situer entre 1,4°C et 5,7°C Fig. 1. Projections de l IPCC (2001). L enveloppe 1 correspond au réchauffement (par rapport à 1990) calculés en appliquant un modèle climatique à l ensemble des scénarios d émission; l enveloppe 2 en appliquant plusieurs modèles. 1 2 Pré-industriel Post-industriel projections

39 Fig. 2. Réchauffement prévu pour les scénarios d émissions A2 (haut) et B2 (bas) comparant les températures moyennes pour la période à celles de (source: IPCC, 2001). Réchauffements majeurs jusquà 6-8 degrés en zones polaires arctiques Scénario A2 Scénario B2

40 Fig. 3. Modifications du ruissellement annuel moyen en 2050 ( ) comparé à la période , selon deux modèles de circulation générale atmosphère-océan du Hadley Centre (UK Met Office), pour un scénario d augmentation à 1% par an de la concentration effective du CO 2 (source: IPCC, 2001). Ruissellement annuel Scénario daugmentation 1% de CO2 par an Sécheresse Fonte des glaces ouragans inondations

41 6. Les impacts sur l environnement

42 Fig. 3. Projections des variations du niveau moyen des mers de 1990 à 2100 selon les différents scénarios d émissions envisagés (source: IPCC, 2001). Élévation du niveau des mers 0.2 – 0.8 m

43 Fig. 4. A) Anomalies de la couverture neigeuse mensuelle dans l hémisphère nord (incluant le Groenland) entre novembre 1966 et mai 2000; B) Anomalies saisonnières de la couverture de neige (en millions de km 2 (ligne continue) en fonction des anomalies de températures en °C (ligne pointillée). Anomalies de la couverture de neige Baisse depuis 1990 Glaces du Groenland Bonne corrélation avec hausse de température

44 Fig. 5. Anomalies mensuelles de l étendue des glaces de mer, de 1973 à 2000 (comparativement à la moyenne calculée entre 1973 et 1996) au niveau de l Arctique (source: IPCC, 2001). Fig. 6. Variation de l épaisseur moyenne de la glace pour différentes régions du globe entre la période de temps allant de 1958 à 1976 et celle allant de 1993 à 1997 (source: IPCC, 2001). Baisse depuis 1980 Glaces de mer surface Épaisseur (-1 à –2 m)

45 Fig. 7. Localisation des impacts physiques et biologiques liés aux changements climatiques et rapportés dans la littérature scientifique contemporaine (source: IPCC, 2001).

46 Les provinces écoclimatiques au Canada Fig. 8. Répartition des provinces écoclimatiques au Canada: a) à l heure actuelle; b) telle que prévues par suite du doublement de la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone, à l aide du modèle du Goddard Institute for Space Studies (source: Environnement Canada, 2003).

47 Impacts au niveau de l agriculture Fig. 9. Variations des des rendements de divers cultures suivant les différents scénarios climatiques (avec ou sans adaptation agronomique) (source: IPCC, 2001). Maïs BléRiz

48 Les CFC, la couche dozone et le rayonnement UV

49 Plan de cours Déplétion de la couche dozone/CFCs Cycle de lozone stratosphérique Variations spatio-temporelles de l ozone stratosphérique Les craintes entourant l intégrité de la couche d ozone Les facteurs responsables de la destruction de la couche d ozone Les impacts environnementaux

50 Mesure de lozone atmosphérique Spectophotomètre Brewer Unités Dobson Maximum Stratosphère 10 ppm Colonne d`ozone correspondant à 3 mm niveau de la mer

51 Source: NASA Répartition verticale de lozone Maximum Stratosphère 10 ppm

52 La molécule dozone Source: NASA

53 Cycle de lozone dans la stratosphère Source: Environnement Canada (1999), La couche dozone La formation et la destruction de lozone ont lieu simultanément. Dans une atmosphère non perturbée, ces processus séquilibrent mutuellement et les concentrations dozone se maintiennent dans des limites bien définies Photolyse

54 Répartition mondiale de lozone total dans la stratosphère Les vents stratosphériques transportent lozone de léquateur vers les pôles Source: OMM, 2003 Effets des brouillards arctiques a très basses température

55 Variations saisonnières de lozone au-dessus de lArctique Source: OMM, 2003 Accumulation en hiver Destruction en été

56 Variations saisonnières de lozone au-dessus de lAntarctique Source: OMM, 2003 Destruction en été Accumulation en hiver

57 Les craintes entourant lintégrité de la couche dozone

58 Fig. 1. Abondances moyennes de lozone en fonction de la latitude et de la saison pour a) et b) Les effets de lappauvrissement de lozone sont visibles dans le graphe b) ou les valeurs printanières sont plus basses tant dans lArctique que dans lAntarctique Source: Environnement Canada (2003), Létat de la couche dozone de lArctique

59 Source: Série nationale dindicateurs nvironnementaux, Environnement Canada (2003) Ozone stratosphérique

60 Source: NOAA Trou dozone Maximum au printemps Moyenne

61 Les facteurs responsables de la destruction de la couche dozone

62 Les substances appauvrissant la couche dozone (SACO ou ODS) Les Chlorofluorocarbures (CFC), le tétrachlorure de carbone, le méthylchloroforme et les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) sont des SACO contenant du chlore Les halons, le bromure de méthyle et les hydrobromofluorocarbures (HBFC) contiennent plutôt du brome, qui détruit aussi lozone

63 Les CFCs Ce sont les SACO les plus abondantes Développés dans les années 1920 pour remplacer le dioxyde de soufre comme gaz frigorigène Fin des années 40: utilisés comme gaz propulseurs dans les aérosols Produits chimiques très stables qui ne se décomposent pas dans la basse atmosphère Dans la stratosphère, ils sont décomposés par les UV libérant le chlore lozone Un seul atome de chlore peut détruire molécules ou plus dozone

64 Mécanismes daction des CFC (1)Cl 2 CF 2 + h Cl + ClCF 2 (2)Cl + O 3 ClO + O 2 (3)O 3 + h O 2 + O (4a)ClO + O Cl + O 2 Cl + O 3 ClO + O 2 O 3 + O 2O 2 (4b)ClO + NO Cl + NO 2 O 3 + Cl ClO + O 2 O 3 + NO NO 2 + O 2 action catalytique

65 Source: Environnement Canada (1999), La couche dozone

66 Source: Série nationale dindicateurs environnementaux, Environnement Canada (2003) Production de CFCs Offre de SACO Protocole de Montréal 1987

67 Source: Série nationale dindicateurs environnementaux, Environnement Canada (2003) Interdiction Persistance Longue durée de vie > 50 ans

68 Les HCFCs Fig. 1. Concentrations atmosphériques des principaux hydrochlorofluorocarbures Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001 La plupart des HCFC ont été développés comme produits chimiques de transition pour remplacer les CFC Les HCFC ont un potentiel dappauvrissement de 2 à 5% de celui des CFC

69 Formation des nuages stratosphériques polaires (PSC) Fig. 1. Les nuages stratosphériques polaires se forment dans la basse stratosphère quand les températures tombent en dessous de -80°C. Ils favorisent des réactions chimiques qui transforment des composés bromés et chlorés stables en substances destructrices de lozone plus actives ClNO 3 + HCl (glace) HNO 3 (glace) + Cl 2 (gaz) Activation de leffet destructeur du Chlore

70 Autres facteurs influant sur lappauvrissement de lozone dans lArctique Fig. 1. Quantité dozone (en unité Dobson) au niveau de la basse atmosphère (10-20 km) sur lArctique canadien Les fluctuations à long terme ont également été associées à divers processus naturels, dont les plus importants sont la renverse périodique des vents stratosphériques au-dessus de léquateur, les épisodes El Niño, le cycle des taches solaires et les éruptions volcaniques Variation naturelle SACO

71 Les impacts sur lenvironnement

72 Le rayonnement UV UV-A : pas très nocifs UV-B : trés nocifs

73 Source: Environnement Canada (2001), Appauvrissement de lozone et changement climatique: des problèmes liés En septembre 2000, le trou dozone de lAntarctique a atteint son extension maximale et il sest étendu, pour la première fois, au-dessus de grandes régions habitées du sud de lAmérique du Sud Pantagonie Argentine X

74 Laugmentation des rayonnements UV-B est elle une menace potentielle pour les forêts? Fig. 1. Effet des UV-B (kj j -1 ) sur la longueur inter-noeud terminale chez le sapin de Norvège après 35 jours dexposition Fig. 2. Effet des UV-B (kj j -1 ) sur le % de dioles dans la cire daiguille chez le sapin de Norvège après 35 jours dexposition Fig. 3. Effet des UV-B (kj j -1 ) sur le % chl a dans la cire daiguille chez le pin blanc après 63 jours dexposition Source: Proceedings of the workshop on atmospheric ozone, Downsview, Ont. (Mars 1997)

75 Fig. 1. Évolution de la distribution de la biomasse de phytoplancton dans les enclos du lac Jack de la mi- août à la fin septembre 1994 (Lean et al., ASLO meeting 1995) Absence dUV UV ambiants +20% UV Forte irradiation Baisse de biomasse Algues tolérantes Diatomées Cryptophytes

76 Ozone troposphérique = important constituant du smog. Il se forme lorsque les oxydes dazote libérés par les combustibles carbonés brûlés réagissent à la lumière du soleil dans lair stagnant avec des composés organiques volatils provenant démanations de combustibles, de solvants, etc. Example de pollution locale (< 100 km): le smog photochimique Smog sur la vallée du bas Fraser

77 Relation entre ozone troposphérique et rayonnement UV Source: Environnement Canada (2001), Appauvrissement de lozone et changement climatique: des problèmes liés Formation dozone en basse atmosphère après forte irradiation UVs Ozone UV

78 Conditions d inversion thermique Barrière naturelle: Montagnes

79 Formation du smog photochimique Stratosphère Troposphère Réaction de la phase lumineuse NO 2 NO HO 2 RO 2 OH OR O3O3 O2O2 O2O2 O P.A.N

80 Inflammation des voies respiratoires après exposition à O 3

81 . Source: Proceedings of the workshop on atmospheric ozone, Downsview, Ont. (Mars 1997) Implications pour la santé humaine Hospitalisation corrélée pollution atmosphérique

82 7. Bref historique de la politique du climat

83 1972 Le climat fait son apparition sur la scène politique internationale à Stockholm 1975 Premiers programmes nationaux de recherche sur le changement climatique, après la publication des résultats de Keeling sur la croissance rapide des concentrations atmosphériques de CO Première conférence mondiale sur le climat organisée par lOMS à Genève: on y traite du renforcement anthropique des GES 1985 Signature de la convention de Vienne sur la protection de la couche dozone 1987 Signature du protocole de Montréal: arrêt de la production des CFCs 1990 Dépôt du premier rapport du GIEC sur les impacts probables dun changement climatique 1992 Sommet de Rio: la convention donne comme objectif ultime de stabiliser les concentrations des GES dans l atmosphère à un niveau qui empêche toute perturbation anthropique dangereuse

84 Le Protocole de Kyoto Conférence de Kyoto, décembre 1997: il s agit de s engager pour des réductions chiffrées des émissions de GES pour 2010 par rapport au niveau de 1990 objectifs du Protocole: -réduction globale de 5,2% des émissions de GES pour l ensemble des pays de l annexe I, -objectifs modulés par pays, -prise en compte des puits et réservoirs de carbone, -prône l utilisation accrue des sources d énergies renouvelables, -prévoit le commerce de droits d émission et d autres arrangements entre « Nord » et « Sud », -ces aménagements combattus pas l UE, ont reçu le soutien du groupe JUSCANZ et de la Russie Conférence de Kyoto, décembre 1997: il s agit de s engager pour des réductions chiffrées des émissions de GES pour 2010 par rapport au niveau de 1990 objectifs du Protocole: -réduction globale de 5,2% des émissions de GES pour l ensemble des pays de l annexe I, -objectifs modulés par pays, -prise en compte des puits et réservoirs de carbone, -prône l utilisation accrue des sources d énergies renouvelables, -prévoit le commerce de droits d émission et d autres arrangements entre « Nord » et « Sud », -ces aménagements combattus pas l UE, ont reçu le soutien du groupe JUSCANZ et de la Russie

85 L après Kyoto Arrivé à la fin de l année 2000 à la présidence des États-Unis, George W. Bush décide de retirer la signature des États- Unis du Protocole: décision justifiée en arguant que les rapports de l IPCC ne constituaient pas une base scientifique fiable pour de tels engagements (trop de variabilité) Le programme annoncé en 2002 par G.W. Bush pour limiter les émissions américaines de GES vise à diminuer de 18% d ici 2010 les emmissions de la production industrielle américaine Arrivé à la fin de l année 2000 à la présidence des États-Unis, George W. Bush décide de retirer la signature des États- Unis du Protocole: décision justifiée en arguant que les rapports de l IPCC ne constituaient pas une base scientifique fiable pour de tels engagements (trop de variabilité) Le programme annoncé en 2002 par G.W. Bush pour limiter les émissions américaines de GES vise à diminuer de 18% d ici 2010 les emmissions de la production industrielle américaine


Télécharger ppt "TXL-6014 Perturbations globales des cycles biogéochimiques II: le réchauffement global/ lappauvrissement de la couche dozone Bernadette Pinel-Alloul Université."

Présentations similaires


Annonces Google