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Le climat Notions de base sur le climat

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Présentation au sujet: "Le climat Notions de base sur le climat"— Transcription de la présentation:

1 Le climat Notions de base sur le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale Le climat Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°1 diapositive n°1

2 Notion de changement d’état
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Notion de changement d’état Concepts thermodynamiques : équilibres de phase de l'eau vapeur Chaleur latente de fusion: Lf = 0, J kg-1 Chaleur latente d’évaporation: Le = 2,5.106 J kg-1 Chaleur latente de sublimation: Ls = 2, J kg-1 évaporation sublimation condensation condensation solide solidification solide liquide liquéfaction Il faut 8 fois plus d’énergie pour sublimer 1 kg de glace que pour le faire fondre Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°2 diapositive n°2

3 Humidité de l’air et saturation
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Humidité de l’air et saturation Concepts thermodynamiques : condensation dans l’atmosphère Notion d’humidité spécifique et d’humidité relative 1 kg d’air peut transporter une certaine quantité d’eau (capacité de stockage) : Humidité spécifique à saturation : capacité maximale de stockage Par exemple: qsat = 20 g d’eau Humidité spécifique = masse d’eau stockée 5 g d’eau Ici : dans 1 kg d’air on a l’humidité spécifique q = 5 g d’eau / kg d’air L’humidité relative Rh = 5 / 20 = 25% (du stockage possible) Si q = qsat = 20 g d’eau / kg d’air alors toute ajout fera déborder => condensation Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°3 diapositive n°3

4 Humidité de l’air et température
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Humidité de l’air et température Concepts thermodynamiques : condensation dans l’atmosphère Humidité spécifique à saturation est fonction de T : la capacité du seau augmente avec T T diminue : q reste constant mais qsat diminue donc Rh diminue q = 5 g d’eau / kg d’air Lorsque T est suffisamment faible pour que qsat = 5 g d’eau / kg d’air Alors Rh = 100% il y a condesation FORMATION des NUAGES : En refroidissant suffisamment une masse d’air formation de gouttelettes ou cristaux de glace et déclenchement des précipitations (= lorsque ceux-ci sont assez gros pour chuter) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°4 diapositive n°4

5 Quelques conclusions sur l’humidité
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Quelques conclusions sur l’humidité Il faut fournir de l’énergie pour permettre l’évaporation Plus il faut chaud l’air peut contenir/transporter d’eau En refroidissant l’air on peut provoquer la condensation (former des nuages) En réchauffant : les nuages peuvent se réévaporer Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°5 diapositive n°5

6 Notion de rayonnement casserole Plaque chauffante : rayonne
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Notion de rayonnement Evaporation = demande d’énergie casserole Cellules de convection Plaque chauffante : rayonne Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°6 diapositive n°6

7 Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Notion de rayonnement Rayonnements de courtes et grande longueur d’onde Lincident Sincident Lémis Sréfléchi Surface du sol casserole Plaque chauffante : rayonne Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°7 diapositive n°7

8 Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Notion de rayonnement Rayonnements de courtes et grande longueur d’onde Sréfléchi Lincident Sincident Lémis Surface du sol Spectre d’émission : Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°8 diapositive n°8

9 Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Notion de rayonnement Rayonnement de grandes longueurs d’onde émis Lo = 235 W m-2 Rayonnement solaire réfléchi Sr = 107 W m-2 Rayonnement solaire incident Si = 342 W m-2 Lo = σT4  Température d’équilibre (sommet de l’atmosphère) = Lo compense exactement (Si-Sr = 235 W m-2) ce qui correspond à une T de -19°C Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°9 diapositive n°9

10 Circulations atmosphériques
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Circulations atmosphériques Hypothèse: terre « sans rotation » tropopause Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°10 diapositive n°10

11 Circulations atmosphériques
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Circulations atmosphériques Hypothèse: terre en rotation Flux d’Ouest au moyennes latitudes Force d’inertie de Coriolis Flux d’Est à l’équateur Cellule de Hadley Transport des dépressions des moyennes latitudes Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°11 diapositive n°11

12 Circulations atmosphériques : dans le détail
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Circulations atmosphériques : dans le détail Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°12 diapositive n°12

13 Circulations atmosphériques
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Circulations atmosphériques Zones de subsidence sub-tropicales (déserts et très forte évaporation) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°13 diapositive n°13

14 Circulations atmosphériques
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Circulations atmosphériques Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°14 diapositive n°14

15 Circulations atmosphériques : dans le détail
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Circulations atmosphériques : dans le détail Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°15 diapositive n°15

16 Obliquité et saisonnalité
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Obliquité et saisonnalité Été hémisphère Sud Été hémisphère nord Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°16 diapositive n°16

17 Rayonnement sur terre Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Rayonnement sur terre Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°17 diapositive n°17

18 Exemple: climat tropical
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat  Régimes climatiques Température, précipitation, humidité, vent moyen Saisonnalité Variabilité climatique locale/régionale/globale (ex. El Niño) Exemple: climat tropical Toujours humide Alternance saisons : humide - sèche Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°18 diapositive n°18

19 Importance de l’atmosphère : effet de serre
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Importance de l’atmosphère : effet de serre Sréfléchi Sommet de l’atmosphère particule Apport d’énergie supplémentaire vers la surface Sincident Surface du sol Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°19 diapositive n°19

20 Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Bilan d’énergie = 235 Sans l’effet de serre : 235 W m-2 Tsurface ~ -19°C (glace recouvrerait la terre  chute de T à -100°C) Principal gaz à effet de serre = vapeur d’eau 342 107 324 195 40 168 67 Evaporation 78 24 Chaleur sensible 390 Bilan avec effet de serre : 390 W m-2  Tsurface ~ +15°C Surface du sol Apport d’énergie à la surface : Tsurface > Tsommet_atmosphère Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°20 diapositive n°20

21 Importance de chaque gaz à effet de serre
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Importance de chaque gaz à effet de serre spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le système Terre-atmosphère vers l'espace Part absorbée en fonction du gaz Vapeur d'eau (H2O) Émission Surface (théorique) Gaz carbonique (CO2) Ozone (O3)   Méthane (CH4) Émission Vers l’espace (en noir) Protoxyde d'azote (N2O) Oxygène (O2) Eau : tout est déjà absorbé CO2, CH4 : il reste encore à absorber CFC : purement anthropique Augmentation de l’eau a peu d’effet, contrairement à CO2, CH4 ou CFC Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°21 diapositive n°21

22 Importance de l’eau / réchauffement climatique
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Importance de l’eau / réchauffement climatique Albédo des nuages et écran au rayonnement solaire Cumulonimbus : Effet < 0 sur T Cirrus : Effet > 0 sur T Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°22 diapositive n°22

23 Le système climatique : ensemble des interactions
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Le système climatique : ensemble des interactions Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°23 diapositive n°23

24 Le système climatique : sa modélisation
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Le système climatique : sa modélisation Aujourd’hui modèles couplés avec océan Modèle atmosphérique = résolution des équations de dynamique, thermodynamique Équation d’état (gaz parfait) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°24 diapositive n°24

25 Le climat Notions de base sur le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale Le climat Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°25 diapositive n°25

26 Qu’est-ce que le changement climatique
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Qu’est-ce que le changement climatique Différence entre variabilité et changement climatique période de référence Variabilité climatique Climat moyen Changement Climatique = changement des propriétés statistiques persistant sur plusieurs décennies Évolution des extrêmes Tout à la fois Évolution fréquence des événements Évolution de la moyenne Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°26 diapositive n°26

27 Variabilité naturelle : rôle de l’insolation
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Variabilité naturelle : rôle de l’insolation E = excentricité = “allongement” de l’ellipse T = “obliquité”= angle entre l’axe de rotation de la terre et celui de son ellipse autour du soleil P = precession des équinoxes = changement dans la direction de l’axe en un point de l’orbite Appelés les cycles de Milankovitch : Joue sur la durée des saison et l’intensité de l’insolation au cours des saisons Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°27 diapositive n°27

28 Cycles de milankovitch : impact sur le rayonnement
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Cycles de milankovitch : impact sur le rayonnement Derniers millions d’années: climat = cycles glaciaires/interglaciaire Variations d’insolation aux hautes latitudes nord (65°N) : Cycles des glaciations : Trois temps de phase - Excentricité : cycle à et ans Obliquité : cycle à ans - Precession : cycle et ans Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°28 diapositive n°28

29 Cycles de milankovitch : importance des rétroactions
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Cycles de milankovitch : importance des rétroactions Insolation: perturbe cycle du carbone qui amplifie (en rétroaction) la perturbation - D’autres rétroactions sont aussi nécessaires: variations d’extension glace (albédo) : plus il fait froid plus l’étendue des surfaces enneigées et importante : reflète le rayonnement solaire variations du niveau des mers et circulations océaniques - Variations de CO2 ont lieu après variations de T, mais sans le CO2, l’ampleur des variations de T est inexplicable. Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°29 diapositive n°29

30 Quelle échelle de temps ?
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Variabilité climatique et ses causes Quelle échelle de temps ? “J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique” Multiséculaire? Multimillénaire? Rayonnement Rétroaction de l’albédo (étendue de la cryosphère) Circulations océaniques, stockage de CO2 Source : [IPCC, 2007] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°30 diapositive n°30

31 Quelle échelle de temps ?
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Variabilité climatique et ses causes “J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique” Quelle échelle de temps ? Au 20e siècle? futur? Source : [IPCC, 2007] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°31 diapositive n°31

32 Variabilité climatique et ses causes
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Variabilité climatique et ses causes Changement climatique : peut avoir des causes naturelles OU/ET anthropique Ex.: gaz à effet de serre (CO2, CH4, CFCs…) utilisation des sol (albédo des sols, carbones suie sur albédo de la neige) Ex.: Variations naturelles du rayonnement solaire, volcanisme Source : [IPCC, 2007] Combustibles fossiles “J’ai du mal à penser que le CO2 puisse […]” Lequel ? Anthropique ? Naturel ? CH4 est présent naturellement dans l’atmosphère Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°32 diapositive n°32

33 Variabilité climatique et ses causes
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Variabilité climatique et ses causes Bien entendu que non (mais il y a consensus sur ce point même pour le 20e siècle) “J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique” Autres gaz à effets de serre Nuages Aerosols (naturels ou non, ex.: éruptions volcaniques) Rayonnement solaire depuis le petit âge glaciaire (PAG) Utilisation des sols (albedo, carbone suie (sur la neige), et dégagement de CO2) […] Et au niveau multiséculaire et multimillénaire : Rayonnement solaire Circulation océaniques Cryosphère Volcans Dégazage des océans […] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°33 diapositive n°33

34 Variabilité climatique et ses causes au 20e siècle
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Variabilité climatique et ses causes au 20e siècle Illustrations : dans le détail ce sont les gaz à effet de serre qui l’emportent Source : [IPCC, 2007] Source : [IPCC, 2007] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°34 diapositive n°34

35 Climat futur – Ce qui est prévu
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Climat futur – Ce qui est prévu IPCC, 2007: - Augm. de T plus marquée : continent et hautes latitudes - Augm. de P : moyennes, hautes latitude et zone Equatoriale - Diminution de P en zone subtropicale Augmentation des vagues de chaleur (très probable) Augm. des précipitations extrêmes (très probable) Augm. des jours sans gel, jours chauds… (partiquement sûr) Augm. zones affectées par la sécheresse (probable) Augm. fréquence cyclones (probable) Reste de nombreuses Incertitudes sur d’éventuelles mauvaises surprises (arrêt du Gulf stream, emballement du CO2, émissions massives de CH4, désintégration de l'Antarctique de l'Ouest…) Augmentation de température au 21e s (IPCC, 2007) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°35 diapositive n°35

36 Impact sur les glaciers : un recul
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Impact sur les glaciers : un recul T augmente  rétroactions  Fonte augmente  Précipitation liquide plutôt que solide  accumulation diminue Dégradation de l’albédo  Fonte augmente Recul  surface non englacée chauffent  T augmente encore plus Plus de poussières  albédo diminue  Fonte augmente Altitude surface en un point diminue  condition plus chaude moins épais  diminution vitesse écoulement  recul s’accélère Point fixe (en x, y) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°36 diapositive n°36

37 Conséquence sur les glaciers
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Conséquence sur les glaciers Actuel : projections : Evolution du nivequ des mers Expansion thermique : +++ Glaciers: ++ Bilans de surface : Greonland : + Antarctique : - Dynamique des grandes calottes : + +50 à 120 cm à la fin du 21e siècle (IPCC, 2007) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°37 diapositive n°37

38 Interpréter certains messages avec prudence
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interpréter certains messages avec prudence Que veut dire ce terme? La calotte arctique n’a pas de vraiment sens Il y a plusieurs calottes dans l’arctique (principalement : calotte Groenlandaise) il s’agit d’un amalgame avec la calotte Antarctique (où il en existe aussi plusieurs) “l’impact du recul de la calotte arctique sur le niveau des mers pourrait être de 4 m” Quelles hypothèses ? Il existe un intervalle de valeurs selon scénario et modèles. type de scénario considéré (divers types de scénarios A1B, A2, etc) - Processus pris en compte par modèles de climat ce terme inclue-t-il la banquise? - NON ! Car la fonte de la banquise n’a pas d’impact (direct) sur le niveau des mers Pour note, Groenland : 7.3 m eq. niveau des mers Reste de grandes incertitudes sur la dynamique des glaciers Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°38 diapositive n°38

39 Interpréter certains messages avec prudence
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interpréter certains messages avec prudence Types de scénarios (Source: IPCC, 2001) : Ex.: A1 Ex.: A2 Hypothèses : Croissance population : 9 milliards en 2050 puis diminution Croissance économique rapide Nouvelles technologies énergétiquement efficaces Interactions sociales et culturelles augmentent Le « mode de vie » des habitants s’équilibre Hypothèses : Evolution du monde hétérogène Croissance population 15 milliards en 2100 Croissance et pénétration des technologies énergétiquement efficaces très variable selon les régions Utilisation des énergies FI = Fossil Intensive T = Utilisation intensive des non fossiles B = équilibre entre les 2 A1B, A1FI ou A1T Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°39 diapositive n°39

40 Interpréter certains messages avec prudence
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interpréter certains messages avec prudence Types de modèles et processus pris en compte: Source : [IPCC, 2007] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°40 diapositive n°40

41 Interpréter certains messages avec prudence
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interpréter certains messages avec prudence Source : [IPCC, 2007] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°41 diapositive n°41

42 Le climat Notions de base sur le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale Le climat Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’etude du climat Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°42 diapositive n°42

43 L’eau sur terre (70% surface terrestre)
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat L’eau sur terre L’eau sur terre (70% surface terrestre) 97 % eau salée 2.5 % eau douce dont 69 % glace/neige Antarctique ~89 % Groenland ~10 % Autres ~0.3 % Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°43 diapositive n°43

44 Place de la cryosphère sur terre (IPCC, 2007)
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Place de la cryosphère sur terre (IPCC, 2007) 10% des surfaces continentales & 7% des surfaces océaniques (en moyenne) Element de la cryospère Surface (106 km2) Volume (106 km3) Equivalent / niveau des mers (m) Neige sur les continents glace de mer 19-27 glaciers de 0.51 à 0.54 de 0.05 à 0.13 de 0.15 à 0.37 Ice shelves 1.5 0.7 Calottes Groenland 1.7 2.9 7.3 Antarctique 12.3 24.7 56.6 sol gelé (temporairement) Pergélisol 22.8 Elément fondamental du système climatique : Feedback sol/atmosphère (albédo, vents catabatiques), Circulation océaniques Elément fondamental de l’environnement : Principale source d’eau douce continentale (75%) Ressources en eau (ex. Pérou, Pakistan) Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°44 diapositive n°44

45 Ex1.: Neige et glace : albédo de la terre
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Ex1.: Neige et glace : albédo de la terre Albédo = Sréfléchi / Sincident Répartition de la neige du 30 mars au 6 avril 2003 (données MODIS/Terra Snow cover) © NSIDC, University of Colorado at Boulder Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°45 diapositive n°45

46 Ex2.: Albédo et étendue des calottes
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Ex2.: Albédo et étendue des calottes Il y a ans Aujourd’hui Californie – Photo J. Alean Central Park – Photo J. Alean Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°46 diapositive n°46

47 Ex3.: Glace de mer ou banquise (répartition)
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Ex3.: Glace de mer ou banquise (répartition) Concentration de glace % Source : [IPCC, 2007] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°47 diapositive n°47

48 Ex3.: Glace de mer et circulation océanique
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Ex3.: Glace de mer et circulation océanique Acteur fondamental du système climatique (ex.: banquise) Surface océan Glace de mer Salinité + élevée Convection © CNES Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°48 diapositive n°48

49 Le climat Notions de base sur le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale Le climat Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°49 diapositive n°49

50 Intérêt porté aux glaciers
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Intérêt porté aux glaciers Définition : Masse naturelle de neige et de glace provenant de la transformation de neige, permanente à l’échelle humaine (Lliboutry, 1965) Comprend : - les calottes de glace (Antarctique, Groenland, Patagonie, Islande) - les glaciers de type « alpins » Ne comprend pas : - la glace de mer (banquise), - le pergélisol, - les lacs ou les rivières gelés, - les glaciaires qui se développent au fond des gouffres. Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°50 diapositive n°50

51 Rappels : place des glaciers
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Rappels : place des glaciers Groenland : 1.7 Autres ~ 0.5 Alpes ~ 0.003 Antarctique : 12.6 CARTE GLIMS, Superficies IAHS-UNEP-UNESCO 1999, unité 106 km2 Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°51 diapositive n°51

52 Structure et forme très variées
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Structure et forme très variées Inlandsis : Ice Shelf : Photo : D. Six Calottes de glace : Larsen Ice Shelf - Terra Satellite - NASA Photo : Michael Hambrey Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°52 diapositive n°52 diapositive n°52

53 Structure et forme très variées
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Structure et forme très variées Glacier de vallée : Glacier de cirque : Glacier suspendu : Massif du Mont-Blanc. Aiguille du Tacul. Photo D. SIX neige Photo : Michael Hambrey glace Pente rocheuse Photo : L. Reynaud glace Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°53 diapositive n°53

54 Structure et forme très variées
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Structure et forme très variées Glacier de Piémont : Glacier couvert ou Noir : Chaîne Trans-Antarctique – Dry Valleys. Photo D. Six Glacier Rocheux : Glacier rocheux – Chili. Photo V. Favier Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°54 diapositive n°54

55 Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Formation 1° - Neige accumulée pendant l’hiver (ou saison humide) ne font pas complètement en altitude « Zone d’accumulation » 2° - Transformation neige en névé puis glace « Métamorphisme » 3° - Écoulement névé et glace vers le bas « Dynamique » 4° - Fonte en surface en bas du glacier « Zone d’ablation » 5° - Si front dans océan ou lac: Vêlage + fonte basale Océan ou lac Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°55 diapositive n°55

56 indicateur climatique
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Glacier comme : archive climatique indicateur climatique Glacier d’Argentière Carotte de glace – Photo L. Augustin 1864 1995 Variations de température, méthane, et concentrations en dioxyde de carbone, Antarctique (adapté de Sowers and Bender, 1995; Blunier et al., 1997; Fischer et al., 1999; Petit et al., 1999), cf. IPCC 2001. : -1.4 km Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°56 diapositive n°56

57 Empilement des couches d’une année sur l’autre
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Archive climatique : retour sur sa formation Zone de formation, en général dans : - zones froides (haut en altitude ou latitude) - zones humides (proches de l’océan) Empilement des couches d’une année sur l’autre Photo : V. Favier Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°57 diapositive n°57

58 Formation A. de la neige en névé Transformation de la neige en névé
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Formation Transformation de la neige en névé A. de la neige en névé Neige fraîche Quelques jours Quelques mois Quelques semaines noir : air gris : glace Agents de transformation : vent, tassement, fonte®el, sublimation&condensation Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°58 diapositive n°58

59 Formation Transformation du névé à la glace B. du névé à la glace :
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Formation Transformation du névé à la glace B. du névé à la glace : Frittage Fonte et regel (si fonte en surface) Compression Close-off Vapeur d’eau Pont de glace Cohésion de frittage © ANENA noir : air gris : glace Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°59 diapositive n°59

60 Vostok, 150 m Vostok, 1800 m Formation Notions de base sur le climat
Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Formation Vostok, 150 m Vostok, 1800 m Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°60 diapositive n°60

61 AEROSOL GAZ TRACE Surface dépôt humide dépôt sec
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat dépôt humide AEROSOL GAZ TRACE dépôt sec Surface Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°61 diapositive n°61

62 Analyses réalisées neige névé Bulles emprisonnées Glace Air emprisonné
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Analyses réalisées neige névé Bulles emprisonnées Glace Air emprisonné Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°62 diapositive n°62

63 Analyses réalisées Eau Impuretés : H2O poussières, H218O sel, HDO
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Analyses réalisées Impuretés : poussières, sel, pollution, volcanisme Eau H2O H218O HDO Air CO2 CH4… Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°63 diapositive n°63

64 Les isotopes stables de l’eau : abondances, notation
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Les isotopes de l’eau Les isotopes stables de l’eau : abondances, notation Oxygène: 16O (99,63 %), 17O (0,0375 %), 18O (0,1995 %) Hydrogène: 1H (99,9852 %), 2H (D) (0,0148 %) Dans l’eau de mer : 18O/16O = 0.2 % et D/H = % Formes principales de la molécule d’eau: H216O, H218O, HD16O Standard Mean Ocean Water Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°64 diapositive n°64

65 Les isotopes de l’eau 18O/16O -5%o -1%o -3%o -4%o -2%o Calotte Océan
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Les isotopes de l’eau Pression de vapeur de H218O plus faible que H2O les lourds se condensent préférentiellement 18O/16O -5%o -1%o -3%o -4%o -2%o Calotte Océan Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°65 diapositive n°65

66 Le thermomètre isotopique
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Le thermomètre isotopique D’après [Johnsen et al., 1989] et [Lorius et Merlivat, 1977] Estimation précipitations passées Température Pression de vapeur saturante Précipitation Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°66 diapositive n°66

67 Interprétation : Température
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interprétation : Température Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°67 diapositive n°67

68 Interprétation : comment dater l’échantillon
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interprétation : comment dater l’échantillon Décompte des années (couches supérieures) Datation absolue : radioactivité artificielle (essais nucléaires : ex. 137Cs, 90Sr) Radiactivité 210Pb : Analyse de la décroissance radioactive Horizons repères : éruptions volcaniques majeures (qqs milliers d’années) Modélisation écoulement glaciaire et accumulation (amincissement couches) Par corrélation avec un autre enregistrement Utilisation de la théorie astronomique de Milankovitch Forages profonds Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°68 diapositive n°68

69 Interprétation : comment dater l’échantillon
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interprétation : comment dater l’échantillon le glaciologue ne dispose pas de méthodes de datation absolue Preunkert et al., 2000 Col du Dôme Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°69 diapositive n°69

70 Interprétation : problème de datation des gaz
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interprétation : problème de datation des gaz neige Dans la partie neige et névé la calotte est perméable à l’air névé L’air emprisonné est plus jeune que la glace qui l’entoure Glace D’après B. Jourdain Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°70 diapositive n°70

71 Interprétation : Température
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Interprétation : Température Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°71 diapositive n°71

72 1864 1896 1995 Glacier comme indicateur climatique 1864-2004: -1.4 km
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Glacier comme indicateur climatique 1864 1896 Glacier d’Argentière 1995 : -1.4 km Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°72 diapositive n°72

73 Glacier Sud du Charquini
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat Petit Age glaciaire dans les Andes 1686 +/- 14 1703+/- 12 1734 +/- 12 1765 +/- 10 1808 +/- 10 1825 +/- 10 1843+/- 9 1871 +/- 9 1912 +/- 9 Glacier Sud du Charquini (photo V. Jomelli) Bolivie: PAG (2nde moitié du 17ème siècle) Utilisation de modèles très simple basés sur caractéristiques du bilan de masse des glaciers Comment joue T,P? D’après [Rabatel et al.,, 2005]

74 SUPPLÉMENTS

75 Flux turbulents de chaleur
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Equation du bilan d’énergie de surface Interactions entre l’atmosphère et le glacier = bilan d’énergie de surface Rayonnement net (R) Flux turbulents de chaleur Influence directe de T L↓ L↑ Atmosphère LE et H S↓ S↑ Glacier Fusion/regel : ΔQ conduction

76 Bilan radiatif Les grandes longueurs d’onde
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Bilan radiatif Les courtes longueurs d’onde Les grandes longueurs d’onde incidence Nord ( Sud dans HN) Sud ( Nord dans HN) L↓ fort L↓ faible Pas de regel nocturne regel nocturne

77 Flux turbulents de chaleur
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Flux turbulents de chaleur LE et H Glacier Turbulence et flux: diffusion moléculaire / diffusion turbulente Exemple : sucre dans le café sans cuillère / avec cuillère Applications usuelles: Flux de chaleur sensible: souffler sur sa soupe Flux de chaleur latente: froid ressnti si mouillé avec/sans du vent

78 Flux turbulents de chaleur
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Flux turbulents de chaleur u Conditions de stabilité de la couche limite atmosphérique ? ? Augmentation de la capacité de mélange (i.e.: diffusion turbulente) Rugosité de surface ?

79 Quels sont les processus en cause ?
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Quels sont les processus en cause ? T n’est pas la seule variable à regarder, l’ensemble des flux intervient T souvent plus une conséquence qu’un cause du bilan d’énergie Le rayonnement solaire est souvent la principale variable explicatrice de l’ablation (albédo) Les glaciers tempérés sont très sensibles aux variations du climat Dans les Alpes? Recul = forte ablation au cours des années très chaudes et sèches T élevée l’été et rayonnement solaire intense expliquent principalement le recul actuel

80 Intérêt d’une action globale
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Intérêt d’une action globale Évolution des teneurs en SO42- au col du Dôme (Mont Blanc) Concentration en sulfates: - Facteur 10 entre été et hiver - Été = provenance locale - Hiver = Europe - Diminution après 1980 : combustibles désulfurés Source : [Preunkert, 2001] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°80 diapositive n°80

81 Intérêt d’une action globale
Notions de base sur le climat Variabilité ou changement climatique? Rôle de la cryosphère dans le système climatique Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments Intérêt d’une action globale Fluor au col du Dôme – Massif du mont Blanc Industrie de l’aluminium : F provenant de l’électrolyse de l’alumine Augmentation années 30 puis Guerre 39-45 Chute 1970 : installation de « filtres » Fluor dans les neiges d’été Emissions Fluor France+Suisse Source : [Preunkert, 2001] Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat diapositive n°81 diapositive n°81


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