À propos de cette page
Ce cours de svt (2nde) en seconde sur « Le climat passé et présent » suit le programme officiel de svt (2nde) de seconde. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Le climat, un système en perpétuelle évolution, Les indicateurs du climat passé : les proxies climatiques, Les carottes de glace : archives du passé, Les cycles glaciaires-interglaciaires et les paramètres orbitaux. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde à réussir en svt (2nde).
Au programme
1 · Le climat, un système en perpétuelle évolution
2 · Les indicateurs du climat passé : les proxies climatiques
3 · Les carottes de glace : archives du passé
4 · Les cycles glaciaires-interglaciaires et les paramètres orbitaux
5 · L'effet de serre naturel et les gaz à effet de serre
6 · La corrélation CO₂ – température : les données des carottes de glace
7 · Les autres archives climatiques : pollens, coraux, spéléothèmes
1Le climat, un système en perpétuelle évolution
Le climat désigne l'ensemble des conditions atmosphériques moyennes (température, précipitations, vents) caractérisant une région sur une longue période (≥ 30 ans). Il se distingue de la météo qui décrit l'état de l'atmosphère à court terme.
Définition. Le système climatique est l'ensemble des interactions entre cinq composantes : l'atmosphère, l'hydrosphère (océans, lacs), la cryosphère (glaces), la lithosphère (roches) et la biosphère (êtres vivants). Toute perturbation de l'une modifie les autres.
Les archives géologiques montrent que le climat terrestre a connu des variations importantes depuis la formation de la Terre il y a ~4,5 milliards d'années : périodes chaudes (optimums climatiques) et périodes froides (glaciations) se sont succédé, à des échelles de temps très différentes.
Repère. On distingue plusieurs échelles de temps :
- Millions d'années (Ma) : grandes glaciations (ex. Carbonifère, Quaternaire)
- Milliers d'années (ka) : cycles glaciaires-interglaciaires (cycles de Milankovitch)
- Siècles / décennies : variations historiques et récentes
2Les indicateurs du climat passé : les proxies climatiques
On ne dispose pas de relevés instrumentaux pour les périodes géologiques lointaines. Les scientifiques utilisent donc des indicateurs indirects, appelés proxies climatiques (proxy = substitut), qui ont enregistré les conditions passées dans des archives naturelles.
Définition. Un proxy climatique est un indicateur biologique, chimique ou physique conservé dans une archive naturelle, dont on peut déduire des informations sur les températures, précipitations ou composition de l'atmosphère passées.
| Archive naturelle | Proxy utilisé | Information obtenue |
|---|
| Glaces polaires (carottes) | Bulles d'air, isotopes $\delta^{18}O$, $\delta D$ | Température, composition de l'air |
| Sédiments marins | Foraminifères, isotopes $\delta^{18}O$ | Température des océans, volume des glaces |
| Pollens fossiles | Spectres polliniques | Végétation, donc climat |
| Coraux | Squelette, isotopes | Température de surface, pH |
| Spéléothèmes | Couches de stalagmites | Pluviométrie passée |
| Cernes d'arbres | Largeur et densité des cernes | Croissance = température + humidité |
Attention ! Un proxy ne donne jamais une mesure directe de la température. Il faut des fonctions de transfert étalonnées sur des données actuelles pour convertir la valeur du proxy en valeur climatique quantifiée.
3Les carottes de glace : archives du passé
Les carottes de glace sont des cylindres de glace extraits par forage dans les inlandsis polaires (Antarctique, Groenland). Chaque couche annuelle de neige compactée correspond à une époque précise : plus on fore profond, plus on remonte dans le temps.
Principe isotopique. L'eau ($\mathrm{H_2O}$) est composée de molécules contenant des isotopes de l'oxygène : ${}^{16}\mathrm{O}$ (léger, abondant) et ${}^{18}\mathrm{O}$ (lourd). En période froide, les nuages s'appauvrissent plus vite en ${}^{18}\mathrm{O}$ lors des précipitations : la neige polaire est alors appauvrie en ${}^{18}\mathrm{O}$. Le rapport $\delta^{18}\mathrm{O}$ (écart à une référence) diminue → climat froid. Il augmente → climat chaud.
Les carottes permettent aussi d'analyser directement l'air ancien piégé dans des bulles lors de la compaction de la neige : on mesure les concentrations en $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{N_2O}$ de l'atmosphère passée.
Exemple. La carotte de Vostok (Antarctique, forée jusqu'à 3 623 m) couvre 420 000 ans. La carotte EPICA atteint 800 000 ans d'archives. Ces données ont permis de reconstituer 8 cycles glaciaires-interglaciaires.
4Les cycles glaciaires-interglaciaires et les paramètres orbitaux
Les données des carottes de glace révèlent une alternance rythmique de périodes glaciaires (refroidissement global, extension des calottes) et de périodes interglaciaires (réchauffement, recul des glaces), avec une périodicité dominante d'environ 100 000 ans.
L'astronome serbe Milutin Milankovitch (1879–1958) a proposé que ces cycles sont pilotés par des variations des paramètres orbitaux de la Terre qui modifient la répartition du rayonnement solaire reçu (insolation).
Les trois paramètres de Milankovitch- Excentricité de l'orbite (~100 000 ans) : la Terre tourne sur une ellipse plus ou moins allongée autour du Soleil.
- Obliquité (axe de rotation, ~41 000 ans) : l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et la perpendiculaire au plan de l'écliptique varie entre ~22° et ~24,5° (actuellement ~23,5°).
- Précession des équinoxes (~23 000 ans) : l'axe de rotation de la Terre décrit un cône (comme une toupie).
Astuce. Les paramètres de Milankovitch expliquent le déclenchement des glaciations mais pas leur ampleur totale. Des mécanismes amplificateurs (albédo, CO₂, circulation thermohaline) sont nécessaires pour expliquer les variations de ±5 °C à l'échelle globale.
5L'effet de serre naturel et les gaz à effet de serre
La Terre reçoit le rayonnement solaire (principalement visible et UV) et réémet un rayonnement infrarouge (thermique). Certains gaz atmosphériques absorbent ce rayonnement infrarouge et le renvoient vers la surface : c'est l'effet de serre.
Définition. L'effet de serre naturel est le phénomène par lequel certains gaz de l'atmosphère (principalement $\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{N_2O}$) absorbent le rayonnement infrarouge terrestre et le réémettent dans toutes les directions, dont vers la surface. Sans lui, la température moyenne de la Terre serait d'environ −18 °C au lieu de +15 °C.
Le bilan radiatif de la Terre peut s'écrire de manière simplifiée. L'énergie reçue du Soleil est :
$$P_{\text{reçue}} = \frac{C_S \times \pi R^2 \times (1-A)}{4}$$
où $C_S \approx 1361 \, \mathrm{W \cdot m^{-2}}$ est la constante solaire, $R$ le rayon terrestre et $A$ l'albédo (fraction de rayonnement réfléchi, $A \approx 0{,}30$). À l'équilibre, l'énergie reçue est égale à l'énergie émise.
| Gaz à effet de serre (GES) | Formule | Source naturelle principale | Pouvoir de réchauffement (PRG) |
|---|
| Vapeur d'eau | $\mathrm{H_2O}$ | Évaporation des océans | Variable (amplificateur) |
| Dioxyde de carbone | $\mathrm{CO_2}$ | Respiration, volcans | 1 (référence) |
| Méthane | $\mathrm{CH_4}$ | Zones humides, termites | ~28 |
| Protoxyde d'azote | $\mathrm{N_2O}$ | Sols, océans | ~273 |
Attention ! L'effet de serre naturel est indispensable à la vie. Ce qui pose problème, c'est l'effet de serre additionnel (ou anthropique) causé par l'augmentation des concentrations de GES depuis la révolution industrielle.
6La corrélation CO₂ – température : les données des carottes de glace
L'analyse des carottes de glace EPICA (Antarctique) sur 800 000 ans montre une corrélation positive étroite entre les concentrations atmosphériques en $\mathrm{CO_2}$ et les variations de température.
- En période glaciaire : $[\mathrm{CO_2}] \approx 180 \, \mathrm{ppm}$ et température basse (ΔT ≈ −8 °C)
- En période interglaciaire : $[\mathrm{CO_2}] \approx 280 \, \mathrm{ppm}$ et température plus haute
- Aujourd'hui : $[\mathrm{CO_2}] > 420 \, \mathrm{ppm}$ (valeur sans précédent sur 800 000 ans)
Interprétation. Cette corrélation montre que le CO₂ est un amplificateur des variations climatiques initiées par les paramètres orbitaux. De plus, l'augmentation actuelle du CO₂ (due aux activités humaines) constitue une forçage climatique inédit.
7Les autres archives climatiques : pollens, coraux, spéléothèmes
Les carottes de glace n'existent que dans les régions polaires. D'autres archives climatiques permettent de reconstituer les paléoclimats à d'autres latitudes et à diverses échelles temporelles.
L'analyse pollinique. Les grains de pollen ont une paroi extrêmement résistante (sporopollénine) qui se conserve des milliers d'années dans les sédiments lacustres ou tourbières. Chaque espèce végétale produit un pollen caractéristique. En reconstituant le spectre pollinique (fréquences relatives des espèces) à différentes profondeurs, on déduit la végétation passée, et donc le climat (thermophile vs. boréal).
Exemple. En France, lors du dernier maximum glaciaire (~20 000 ans BP), les spectres polliniques montrent une végétation de type steppique/toundra (graminées, astéracées) au lieu des forêts tempérées actuelles, indiquant des températures de 8 à 12 °C inférieures aux valeurs actuelles.
Les coraux. Les coraux construisent leur squelette calcaire en extrayant les ions calcium et carbonate de l'eau de mer. La composition isotopique ($\delta^{18}\mathrm{O}$) et le rapport $\mathrm{Mg/Ca}$ du squelette enregistrent la température de surface de l'océan. Les couches annuelles (comme les cernes d'arbres) permettent une datation précise.
Les spéléothèmes. Les stalactites et stalagmites se forment par dépôt de calcite ($\mathrm{CaCO_3}$) dissous dans les eaux infiltrées. L'épaisseur des couches reflète la pluviométrie. La datation se fait par uranium-thorium ($^{230}\mathrm{Th}/^{234}\mathrm{U}$). Ces archives s'étendent souvent sur des centaines de milliers d'années.
Principe de cohérence. La confrontation de plusieurs proxies indépendants (glace + sédiments + pollens + coraux) permet de valider les reconstructions climatiques : si plusieurs archives convergent vers la même conclusion, elle est plus fiable.
★À retenir
À retenir :
• Le climat a toujours varié ; les archives géologiques montrent des cycles glaciaires-interglaciaires (~100 000 ans).
• Les proxies climatiques (carottes de glace, pollens, foraminifères, coraux, spéléothèmes) permettent de reconstituer les paléoclimats.
• Les carottes de glace (EPICA : 800 000 ans) enregistrent $\delta^{18}\mathrm{O}$, $\delta D$ et la composition des bulles d'air ($\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4}$).
• Les cycles glaciaires sont déclenchés par les paramètres orbitaux de Milankovitch (excentricité, obliquité, précession).
• L'effet de serre naturel (+33 °C) est dû aux GES ($\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{N_2O}$).
• Il existe une corrélation CO₂ – température sur 800 000 ans ; la concentration actuelle en $\mathrm{CO_2}$ (~422 ppm) est sans précédent.