Le climat passé et présent

Exercice 1 — Proxies climatiques et archives naturelles
Éléments de réponse attendus :
1. Un proxy climatique est un indicateur indirect du climat passé conservé dans une archive naturelle, à partir duquel on peut déduire des informations sur les conditions climatiques d'une époque révolue (température, précipitations, composition de l'atmosphère). Exemples d'archives : carottes de glace (isotopes de l'oxygène/deutérium, bulles d'air) ; sédiments lacustres ou tourbières (pollens fossiles) ; sédiments marins (coquilles de foraminifères) ; stalactites/stalagmites (spéléothèmes) ; squelettes de coraux ; cernes d'arbres. 2 points pour la définition + 2 exemples distincts.
2. Un proxy ne donne pas directement la température. Il faut établir des fonctions de transfert (ou équations de calibration) : on compare les valeurs actuelles du proxy avec les températures mesurées de façon instrumentale, puis on extrapole ces relations au passé. Ces fonctions comportent des incertitudes. 2 points pour l'idée de calibration/fonction de transfert et la notion d'incertitude.

Exercice 2 — Les carottes de glace et le principe isotopique
Éléments de réponse attendus :
1. L'eau est composée de molécules contenant ${}^{16}\mathrm{O}$ (léger) et ${}^{18}\mathrm{O}$ (lourd). Lors de l'évaporation, l'eau légère ($\mathrm{H_2{}^{16}O}$) s'évapore préférentiellement. En période froide, les nuages transportés vers les pôles perdent encore plus rapidement leur eau lourde lors des précipitations successives : la neige polaire est donc très appauvrie en ${}^{18}\mathrm{O}$ → δ¹⁸O bas = climat froid. En période chaude, cet appauvrissement est moindre → δ¹⁸O élevé = climat chaud. 1 point pour le mécanisme de fractionnement isotopique + 1 point pour chaque interprétation (basse/élevée).
2. Les glaces les plus anciennes se trouvent en grande profondeur : la neige s'accumule en surface et compacte les couches sous-jacentes, donc plus on fore profond, plus on remonte dans le temps. 1 point.
3. Au choix : concentration en CO₂, CH₄, N₂O dans les bulles d'air ; teneur en poussières ; dépôts de cendres volcaniques ; δD (deutérium). 1 point.

Exercice 3 — Les paramètres orbitaux de Milankovitch
Éléments de réponse attendus :
1. Les trois paramètres (1 point chacun) :

• Excentricité (~100 000 ans) : variation de la forme de l'orbite terrestre (cercle → ellipse plus ou moins allongée). Modifie la différence entre distances au périhélie et à l'aphélie.
• Obliquité (~41 000 ans) : variation de l'angle entre l'axe de rotation terrestre et la perpendiculaire au plan de l'écliptique (entre ~22° et ~24,5°). Contrôle le contraste des saisons.
• Précession des équinoxes (~23 000 ans) : rotation de l'axe de rotation terrestre en cône (comme une toupie). Modifie la saison lors de laquelle la Terre est au périhélie.

Exercice 4 — L'effet de serre et le bilan radiatif
Éléments de réponse attendus :
1. La Terre reçoit le rayonnement solaire (visible/UV) et réémet de l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge. Certains gaz atmosphériques (H₂O, CO₂, CH₄, N₂O) absorbent ce rayonnement infrarouge et le réémettent dans toutes les directions, dont vers la surface. Ce phénomène réchauffe la surface (+33 °C). Sans effet de serre, la température moyenne serait d'environ −18 °C au lieu de +15 °C. 1 point pour le mécanisme + 1 point pour la température (−18 °C).
2. L'effet de serre naturel est dû aux GES présents naturellement dans l'atmosphère et est indispensable à la vie. L'effet de serre additionnel (anthropique) est causé par l'augmentation des concentrations de GES depuis la révolution industrielle (combustion de fossiles, déforestation, agriculture…). Cette augmentation amplifie l'effet de serre naturel et provoque un réchauffement supplémentaire non naturel. 1 point pour la distinction claire.

Exercice 5 — Synthèse : interpréter des données paléoclimatiques
Éléments de réponse attendus :
Identification des périodes (1 point) : À −20 ka, le δ¹⁸O est le plus bas (−42 ‰) et le CO₂ le plus faible (190 ppm) → c'est le maximum glaciaire (dernier maximum glaciaire, LGM). À −120 ka et au présent (0 ka), les valeurs sont plus élevées (δ¹⁸O ~ −33/−34 ‰, CO₂ ~ 280 ppm) → ce sont des interglaciaires. À −80 ka, les valeurs sont intermédiaires → période de transition ou interstade.
Convergence des proxies (2 points) : Les deux indicateurs évoluent dans le même sens : quand le δ¹⁸O baisse (période froide), le CO₂ baisse aussi (corrélation positive). Cette cohérence entre deux archives indépendantes (glace polaire enregistrant les précipitations vs. bulles d'air) renforce la fiabilité des reconstructions. Elle illustre la corrélation température-CO₂ observée sur 800 000 ans dans les données EPICA. 1 point pour l'identification correcte + 2 points pour l'explication de la convergence.