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1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le climat
diapositive n°1
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale
diapositive n°1Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Notion de changement d’étatConcepts thermodynamiques : équilibres de phase de l'eau
vapeur
solide liquide
liquéfaction
solidificationévaporation
condensationsubl
imat
ion
cond
ensa
tion
solid
eChaleur latente de fusion:Lf = 0,334.106 J kg-1
Chaleur latente d’évaporation:Le = 2,5.106 J kg-1
Chaleur latente de sublimation:Ls = 2,834.106 J kg-1
Il faut 8 fois plus d’énergie pour sublimer 1 kg de glace que pour le faire fondre
diapositive n°2diapositive n°2Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Humidité de l’air et saturationConcepts thermodynamiques : condensation dans l’atmosphère
Si q = qsat = 20 g d’eau / kg d’air alors toute ajout fera déborder => condensation
Notion d’humidité spécifique et d’humidité relative
Humidité spécifique à saturation : capacité maximale de stockagePar 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)
1 kg d’air peut transporter une certaine quantité d’eau (capacité de stockage) :
diapositive n°3diapositive n°3Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Humidité de l’air et températureConcepts thermodynamiques : condensation dans l’atmosphère
Humidité spécifique à saturation est fonction de T : la capacité du seau augmente avec T
q = 5 g d’eau / kg d’air
T diminue : q reste constant mais qsat diminue donc Rh diminue
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)
diapositive n°4diapositive n°4Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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
diapositive n°5diapositive n°5Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
casserole
Plaque chauffante : rayonne
Notion de rayonnement
Cellules de convectionEvaporation = demande d’énergie
diapositive n°6diapositive n°6Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Sincident Lincident
Lémis
Rayonnements de courtes et grande longueur d’onde
Sréfléchi
Surface du sol
casserole
Plaque chauffante : rayonne
Notion de rayonnement
diapositive n°7diapositive n°7Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Sincident Lincident Lémis
Rayonnements de courtes et grande longueur d’onde
Sréfléchi
Surface du sol
Notion de rayonnement
Spectre d’émission :
diapositive n°8diapositive n°8Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Rayonnement solaire incident Si = 342 W m-2
Rayonnement solaire réfléchi Sr = 107 W m-2
Rayonnement de grandes longueurs d’onde émis Lo = 235 W m-2
Notion de rayonnement
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
diapositive n°9diapositive n°9Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
tropopause
Hypothèse: terre « sans rotation »
diapositive n°10diapositive n°10Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
Flux d’Est à l’équateur
Flux d’Ouest au moyennes latitudes
Force d’inertie de Coriolis
Hypothèse: terre en rotation
Cellule de Hadley
Transport des dépressions des moyennes latitudes
diapositive n°11diapositive n°11Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques : dans le détail
diapositive n°12diapositive n°12Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
Zones de subsidence sub-tropicales(déserts et très forte évaporation)
diapositive n°13diapositive n°13Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques
diapositive n°14diapositive n°14Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Circulations atmosphériques : dans le détail
diapositive n°15diapositive n°15Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Obliquité et saisonnalité
diapositive n°16diapositive n°16Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Été hémisphère nord Été hémisphère Sud
Rayonnement sur terre
diapositive n°17diapositive n°17Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
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100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
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01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
RayonnementPôle Nord
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RayonnementTropique Nord
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Rayonnement France
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RayonnementEquateur
Régimes climatiques
Exemple: climat tropical
Toujours humide
Alternance saisons : humide - sèche
•Température, précipitation, humidité, vent moyen • Saisonnalité• Variabilité climatique locale/régionale/globale (ex. El Niño)
diapositive n°18diapositive n°18Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
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Importance de l’atmosphère : effet de serre
Sincident
Sréfléchi
Surface du sol
particule
Sommet de l’atmosphère
Apport d’énergie supplémentaire vers la surface
diapositive n°19diapositive n°19Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Bilan d’énergie
Surface du sol
342107
Apport d’énergie à la surface : Tsurface > Tsommet_atmosphère
324
19540
168
67 Evaporation
78 24
Chaleur sensible
= 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
390
Bilan avec effet de serre : 390 W m-2 Tsurface ~ +15°C
diapositive n°20diapositive n°20Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le système Terre-atmosphère vers l'espace
Vapeur d'eau (H2O)
Gaz carbonique (CO2)
Ozone (O3)
Méthane (CH4)
Protoxyde d'azote (N2O)
Oxygène (O2)
ÉmissionSurface(théorique)
ÉmissionVers l’espace(en noir)
Part absorbée en fonction du gaz
Importance de chaque gaz à effet de serre
Eau : tout est déjà absorbéCO2, CH4 : il reste encore à absorberCFC : purement anthropique
Augmentation de l’eau a peu d’effet, contrairement à CO2, CH4 ou CFC
diapositive n°21diapositive n°21Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Albédo des nuages et écran au rayonnement solaire
Importance de l’eau / réchauffement climatique
Cumulonimbus :Effet < 0sur T
Cirrus :Effet > 0sur T
diapositive n°22diapositive n°22Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le système climatique : ensemble des interactions
diapositive n°23diapositive n°23Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le système climatique : sa modélisation
Modèle atmosphérique = résolution des équations de dynamique, thermodynamiqueÉquation d’état (gaz parfait)
Aujourd’hui modèles couplés avec océan
diapositive n°24diapositive n°24Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale
diapositive n°25diapositive n°25Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Qu’est-ce que le changement climatique
Différence entre variabilité et changement climatique
période de référence
Variabilité climatique
Climat moyen
Évolution de la moyenne
Évolution fréquence des événements
Évolution des extrêmes Tout à la fois
Changement Climatique = changement des propriétés statistiques persistant sur plusieurs décennies
diapositive n°26diapositive n°26Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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
diapositive n°27diapositive n°27Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Cycles de milankovitch : impact sur le rayonnement
Variations d’insolation aux hautes latitudes nord (65°N) :
Cycles des glaciations :
Trois temps de phase
- Excentricité : cycle à 100 000 et 400 000 ans
- Obliquité : cycle à 41 000 ans
- Precession : cycle 19 000 et 23 000 ans
Derniers millions d’années: climat = cycles glaciaires/interglaciaire
diapositive n°28diapositive n°28Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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.
diapositive n°29diapositive n°29Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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 ? Multiséculaire? Multimillénaire? Rayonnement Rétroaction de l’albédo (étendue de la cryosphère) Circulations océaniques, stockage de CO2
Source : [IPCC, 2007]
diapositive n°30diapositive n°30Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
“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]
Variabilité climatique et ses causes
diapositive n°31diapositive n°31Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Source : [IPCC, 2007]
“J’ai du mal à penser que le CO2 puisse […]”
Lequel ? Anthropique ? Naturel ?
Changement climatique : peut avoir des causes naturelles OU/ET anthropique
Ex.: Variations naturelles du rayonnement solaire, volcanisme
Ex.: gaz à effet de serre (CO2, CH4, CFCs…)utilisation des sol (albédo des sols, carbones suie sur albédo de la neige)
CH4 est présent naturellement dans l’atmosphère
Variabilité climatique et ses causes
diapositive n°32diapositive n°32Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Combustibles fossiles
“J’ai du mal à penser que le CO2 puisse à lui seul expliquer le changement climatique”
Bien entendu que non (mais il y a consensus sur ce point même pour le 20e siècle)- 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- […]
Variabilité climatique et ses causes
diapositive n°33diapositive n°33Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Illustrations : dans le détail ce sont les gaz à effet de serre qui l’emportent
Source : [IPCC, 2007] Source : [IPCC, 2007]
Variabilité climatique et ses causes au 20e siècle
diapositive n°34diapositive n°34Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Augmentation de température au 21e s(IPCC, 2007)
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 CO
2, émissions
massives de CH4, désintégration de l'Antarctique de l'Ouest…)
Climat futur – Ce qui est prévu
diapositive n°35diapositive n°35Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Impact sur les glaciers : un recul
Point fixe (en x, y)
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
diapositive n°36diapositive n°36Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Conséquence sur les glaciersActuel :
(IPCC, 2007)
projections :Evolution du nivequ des mersExpansion thermique : +++Glaciers: ++Bilans de surface : Greonland : +
Antarctique : -Dynamique des grandes calottes : +
+50 à 120 cm à la fin du 21e siècle
diapositive n°37diapositive n°37Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interpréter certains messages avec prudence
“l’impact du recul de la calotte arctique sur le niveau des mers pourrait être de 4 m”
Quelles hypothèses ? 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)
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
- 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
Pour note, Groenland : 7.3 m eq. niveau des mers Reste de grandes incertitudes sur la dynamique des glaciers
diapositive n°38diapositive n°38Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Types de scénarios (Source: IPCC, 2001) :
Ex.: A1 Ex.: A2
A1B, A1FI ou A1T
Hypothèses :• Croissance population : 9 milliards en 2050puis diminution• Croissance économique rapide• Nouvelles technologies énergétiquement efficaces• Interactions sociales et culturelles augmentent• Le « mode de vie » des habitants s’équilibre
• Utilisation des énergiesFI = Fossil IntensiveT = Utilisation intensive des non fossilesB = équilibre entre les 2
Hypothèses :• Evolution du monde hétérogène• Croissance population 15 milliards en 2100• Croissance et pénétration des technologies énergétiquement efficaces très variable selon les régions
Interpréter certains messages avec prudence
diapositive n°39diapositive n°39Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Types de modèles et processus pris en compte:
Source : [IPCC, 2007]
Interpréter certains messages avec prudence
diapositive n°40diapositive n°40Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Source : [IPCC, 2007]
Interpréter certains messages avec prudence
diapositive n°41diapositive n°41Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’etude du climat
Le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale
diapositive n°42diapositive n°42Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
L’eau sur terre
97 % eau salée 2.5 % eau douce
69 % glace/neige
L’eau sur terre (70% surface terrestre)
Autres~0.3 %
Groenland~10 %
Antarctique~89 %
dont
diapositive n°43diapositive n°43Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Element de la cryospère Surface
(106 km2)Volume (106 km3)
Equivalent / niveau des mers (m)
Neige sur les continents 1.9-45.2 0.0005-0.005 0.001-0.01
glace de mer 19-27 0.019-0.025 0
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 0
Calottes Groenland 1.7 2.9 7.3
Antarctique 12.3 24.7 56.6
sol gelé (temporairement) 5.9-48-1 0.006-0.065 0
Pergélisol 22.8 0.011-0.037 0.03-0.10
Place de la cryosphère sur terre (IPCC, 2007)
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)
10% des surfaces continentales & 7% des surfaces océaniques (en moyenne)
diapositive n°44diapositive n°44Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex1.: Neige et glace : albédo de la terre
© NSIDC, University of Colorado at Boulder
Répartition de la neige du 30 mars au 6 avril 2003 (données MODIS/Terra Snow cover)
Albédo = Sréfléchi / Sincident
diapositive n°45diapositive n°45Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex2.: Albédo et étendue des calottes
Aujourd’huiIl y a 20.000 ans
Californie – Photo J. Alean Central Park – Photo J. Alean
diapositive n°46diapositive n°46Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
%
Concentration de glace
Source : [IPCC, 2007] diapositive n°47diapositive n°47Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
Ex3.: Glace de mer ou banquise (répartition)
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Ex3.: Glace de mer et circulation océanique
Acteur fondamental du système climatique (ex.: banquise)
© CNES
Glace de mer
Convection
Salinité + élevée
Surface océan
diapositive n°48diapositive n°48Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
1. Notions de base sur le climat
2. Variabilité ou changement climatique?
3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique
4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le climat
Intervention auprès des Conseillers et Inspecteurs de l’éducation nationale
diapositive n°49diapositive n°49Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
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.
Intérêt porté aux glaciers
diapositive n°50diapositive n°50Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Antarctique : 12.6
Groenland : 1.7
CARTE GLIMS, Superficies IAHS-UNEP-UNESCO 1999, unité 106 km2
Autres ~ 0.5
Rappels : place des glaciers
Alpes ~ 0.003
diapositive n°51diapositive n°51Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
diapositive n°52
Inlandsis :
Photo : D. Six
Structure et forme très variées
Calottes de glace :
Photo : Michael Hambrey
Ice Shelf :
Larsen Ice Shelf - Terra Satellite - NASA
diapositive n°52diapositive n°52Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Glacier de vallée :
Photo : L. Reynaud
Glacier de cirque :
Photo : Michael Hambrey
Glacier suspendu :
Massif du Mont-Blanc. Aiguille du Tacul. Photo D. SIX
glace
Penterocheuse
neige
glace
Structure et forme très variées
diapositive n°53diapositive n°53Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Glacier de Piémont :Glacier couvert ou Noir :
Glacier Rocheux :
Chaîne Trans-Antarctique – Dry Valleys. Photo D. Six
Glacier rocheux – Chili. Photo V. Favier
Structure et forme très variées
diapositive n°54diapositive n°54Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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
1°
3°
4°2° 5°
Océan ou lac
diapositive n°55diapositive n°55Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Carotte de glace – Photo L. Augustin
1995
1864
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.
Glacier d’Argentière
1864-2004: -1.4 km
indicateur climatique
Glacier comme :
archive climatique
diapositive n°56diapositive n°56Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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
diapositive n°57diapositive n°57Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
FormationTransformation de la neige en névé
Neigefraîche
Quelquessemaines
Quelquesjours
Quelquesmois
A. de la neige en névé
Agents de transformation : vent, tassement, fonte®el, sublimation&condensation
noir : airgris : glace
diapositive n°58diapositive n°58Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
FormationTransformation du névé à la glace
noir : airgris : glace
B. du névé à la glace : - Frittage- Fonte et regel (si fonte en surface)- Compression
Close-off
Vapeur d’eau
Vapeur d’eau
Pont de glace
Cohésion de frittage © ANENA
diapositive n°59diapositive n°59Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Vostok, 150 m Vostok, 1800 m
Formation
diapositive n°60diapositive n°60Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
AEROSOLGAZ TRACE
dépôt humide
dépôt sec
Surface
diapositive n°61diapositive n°61Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Analyses réalisées
GlaceBulles emprisonnées
Air emprisonné
neige
névé
diapositive n°62diapositive n°62Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
EauH2OH2
18OHDO
AirCO2
CH4…
Impuretés :poussières,
sel,pollution,
volcanisme …
Analyses réalisées
diapositive n°63diapositive n°63Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. 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 = 0.015 %
Formes principales de la molécule d’eau:
H216O, H2
18O, HD16O
0001*1
OO
OO
(‰) Oδ
SMOW
16
18ech
16
18
18
Standard Mean Ocean Water
diapositive n°64diapositive n°64Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
18O/16O
-1%o -3%o
-2%o
-4%o
-5%o
Calotte
Océan
Pression de vapeur de H218O plus faible que H2O
les lourds se condensent préférentiellement
Les isotopes de l’eau
diapositive n°65diapositive n°65Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Le thermomètre isotopique
D’après [Johnsen et al., 1989] et [Lorius et Merlivat, 1977]
Température Pression de vapeur saturante Précipitation
Estimation précipitations passées
diapositive n°66diapositive n°66Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : Température
diapositive n°67diapositive n°67Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : comment dater l’échantillon
1. Décompte des années (couches supérieures)
2. Datation absolue : radioactivité artificielle (essais nucléaires : ex. 137Cs, 90Sr)
3. Radiactivité 210Pb : Analyse de la décroissance radioactive
4. Horizons repères : éruptions volcaniques majeures (qqs milliers d’années)
5. Modélisation écoulement glaciaire et accumulation (amincissement couches)
6. Par corrélation avec un autre enregistrement
7. Utilisation de la théorie astronomique de Milankovitch
Forages profonds
diapositive n°68diapositive n°68Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : comment dater l’échantillonle glaciologue ne dispose pas de méthodes de datation absolue
Col
du
Dôm
eP
reu
nker
t et
al.,
200
0
diapositive n°69diapositive n°69Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
neige
névé
Glace
Dans la partie neige et névé la calotte est perméable
à l’air
L’air emprisonné est plus jeune que la glace qui l’entoure
D’après B. Jourdain
Interprétation : problème de datation des gaz
diapositive n°70diapositive n°70Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Interprétation : Température
diapositive n°71diapositive n°71Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Glacier comme indicateur climatique
1864 1896
1995Glacier d’Argentière
1864-2004: -1.4 km
diapositive n°72diapositive n°72Intervention auprès des Conseillers et Inspecteur de l’Éducation Nationale – Le climat
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
Petit Age glaciaire dans les Andes
1686 +/- 14
1703+/- 12
1734 +/- 12
1765 +/- 101808 +/- 10
1825 +/- 10
1843+/- 9
1871 +/- 9
1912 +/- 9
Glacier Sud du Charquini
(photo V. Jomelli)
D’après [Rabatel et al.,, 2005]
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?
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat
• SUPPLÉMENTS
Glacier
Atmosphère
Rayonnement net (R)
S↓ S↑
L↓ L↑
LE et H
Flux turbulents de chaleur
Fusion/regel : ΔQ
Interactions entre l’atmosphère et le glacier = bilan d’énergie de surface
Equation du bilan d’énergie de surface
conduction
Influence directe de T
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Bilan radiatif
incidence
Nord( Sud dans HN)
Sud( Nord dans HN)
Les courtes longueurs d’onde Les grandes longueurs d’onde
L↓ fort L↓ faible
Pas de regel nocturne
regel nocturne
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Glacier
LE et H
Flux turbulents de chaleur
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
Turbulence et flux:
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
u
Rugosité de surface ?
Conditions de stabilité de la couche limite
atmosphérique ?
?
Flux turbulents de chaleur
Augmentation de la capacité de mélange (i.e.:
diffusion turbulente)
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
• 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
Quels sont les processus en cause ?
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
1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
Source : [Preunkert, 2001]
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
Intérêt d’une action globale
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1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
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]
Intérêt d’une action globale
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1. Notions de base sur le climat2. Variabilité ou changement climatique?3. Rôle de la cryosphère dans le système climatique4. Intérêt des glaciers dans l’étude du climat - Suppléments
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