Proposition d'exposé pour l'ADS d'entraînement

La première séance d'entraînement portait sur un texte extrait du n°33 des Reflets de la Physique, intitulé "Composition atmosphérique et bilan radiatif". Nous avons analysé ensemble les différentes idées essentielles que l'on devait extraire de ce texte.

Vous trouverez ci-dessous une proposition pour la problématique et le plan, avec les idées à répartir dans les différentes parties du plan + qq ordres de grandeurs ! Les idées très importantes sont en italique.

 

Problématique : Comment l'augmentation de la concentration des GES influence-t-elle la température moyenne de la Terre, alors que l'absorption par l'atmosphère des IR émis par le sol est déjà saturée ?

Intro sur origine anthropique du réchauffement climatique (on peut citer le GIEC et les différentes conférences mondiales qui ont eu lieu pour essayer de limiter les émissions de CO2). Citer l'ordre de grandeur du réchauffement moyen sur le dernier siècle : 0,7 °C

1. Description des échanges d'énergie
- flux solaire moyen entrant sur Terre 340W/m2
- flux du rayonnement sortant vers l'espace 340 W/m2 => insister sur le constat qu'en régime permanent la puissance entrante est égale à la puissance sortante (conservation de l'énergie)
- sol reçoit 500 W/m2 et en réémet autant
- effet de serre : le rayonnement solaire traverse bien l'atmosphère, est absorbé par le sol et est réémis sous forme d'IR
- l'atmosphère est opaque aux IR : presque tous les IR émis par le sol sont absorbés par l'atmosphère (40 W/m2 sort dans la fenêtre atmosphérique). Citer ici les odg de température de la Terre avec/sans atmosphère (-18°C / 15°C).
- Transition : s'il y a déjà suffisamment de GES pour stopper tous les IR émis par le sol, en quoi l'augmentation de leur concentration peut-elle contribuer au réchauffement climatique ?

2. Influence de la concentration en GES : forçage radiatif
-en régime permanent, l'atmosphère réémet toute l'énergie des IR qu'elle absorbe : la moitié vers le sol, la moitié vers l'espace
- les IR émis par une tranche de la basse atmosphère sont absorbés par les couches supérieures : ces IR-là restent sur Terre, ils ne contribuent pas au flux sortant vers l'espace. Plus la tranche d'atmosphère considéré est située à haute altitude, plus elle va contribuer au flux sortant vers l'espace
- pour simplifier on peut définir une altitude effective d'émission (du flux sortant dans l'espace) : on raisonne comme si tous les IR sortant de la Terre étaient émis à cette altitude
- la température de l'air diminue avec l'altitude, donc plus l'altitude effective d'émission est haute, plus la température d'émission est basse
- Loi Stephan-Boltzmann : le flux émis est proportionnelle à la puissance 4 de la température d'émission
- l'aumgentation de la concentration en GES augmente la valeur de l'altitude effective (évident), donc diminue la température d'émission des IR, donc diminue le flux sortant vers l'espace, donc flux entrant > flux sortant (système = toute la Terre, sol + atmosphère) : c'est ce qu'on appelle le forçage radiatif.

3. Du forçage radiatif au réchauffement climatique
- on entre alors dans un régime transitoire : il y a plus d'énergie qui entre sur Terre qu'il n'en sort, le climat va s'adapter de manière à rétablir l'égalité entre flux entrant et flux sortant pour revenir en régime permanent
- l'altitude effective d'émission étant grosso modo fixée par la concentration en GES, le climat ne peut pas intervenir sur cette altitude. La seule réponse possible du climat reste donc l'augmentation de la température au niveau de cette altitude d'émission (d'après Stephan-Boltzmann, si T augmente alors le flux sortant augmente). La dépendance de la température avec l'altitude n'étant pas modifiée (le texte ne dit pas pourquoi), toute la colonne d'air est réchauffée, notamment l'air au niveau du sol.

4. Influences relatives des différents GES et évolution dans le temps
- le CO2 n'est pas le GES dont le PRG est le plus grand (loin de là)
- sa contribution au forçage radiatif est qd mm la plus grande (environ facteur 2 par rapport aux halocarbures, qui arrivent en 2e position)
- les aérosols expliquent que la température n'ait pas encore beaucoup augmentée, mais ça ne devrait pas durer
- les variations temporelles du flux solaire sont très loin de pouvoir expliquer le réchauffement climatique, très faibles devant les variations des cause anthropiques (i.e. dues à l'homme)

Conclusion : Il faut synthétiser en qq phrases l'essentiel de la réponse à la problématique :
L'augmentation de la concentration des GES augmente l'altitude effective d'émission des IR sortant de la Terre. Cela provoque une baisse du flux sortant, donc un forçage radiatif. Le climat réagit de manière à rétablir l'égalité entre flux entrant et sortant en augmentant la température de la Terre. En se fiant aux évolutions de ces concentrations durant les deux derniers siècles, on ne voit pas ce qui pourrait stopper cet effet dans le proche avenir. Les enjeux géopolitiques sont tels que les avertissements de la communauté scientifique n'arrivent pas à infléchir la politique énergétique au niveau mondial.

Remarque : la partie 4 n'est pas très très importante. Donc si on est à court de temps, on peut passer dessus rapidement. Cela rend l'exposé plus flexible.