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Le climat passé, présent et futur
Reconstituer les climats anciens, comprendre le réchauffement actuel et modéliser les climats futurs (programme de Tle, thème « Science, climat et société »).
À propos de cette page
Ces exercices corrigés sur « Le climat passé, présent et futur » en terminale permettent de s'entraîner et de vérifier ses acquis en enseignement scientifique. Ils suivent le programme officiel de terminale et sont classés par difficulté (facile, moyen, difficile). Au programme : Reconstituer les climats du passé : les archives naturelles, Les proxies et l'étalonnage des indicateurs, Les variations climatiques passées et leurs causes, Le cycle du carbone et son rôle dans le climat. Écris ta réponse puis clique sur « Vérifier » : la correction est immédiate et tolère majuscules, espaces et ponctuation. Cet entraînement aide à mémoriser les méthodes, repérer ses erreurs et gagner en confiance avant un contrôle. Exercices gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour réviser enseignement scientifique en terminale.
Exercices corrigés, classés du plus simple au plus complexe. Cherche d'abord seul au brouillon, puis déplie la correction détaillée pour vérifier ta méthode et tes raisonnements.
Exercice 1 — Vocabulaire des paléoclimats
Définis avec précision chacune des notions suivantes du thème climat.
- Qu'appelle-t-on une « archive naturelle » du climat ? Donne deux exemples.
- Définis ce qu'est un « proxy » climatique.
- Que signifie « étalonner » un proxy et pourquoi est-ce indispensable ?
1. Une archive naturelle est un objet géologique ou biologique qui a enregistré des informations sur l'environnement de son époque. Exemples : carottes de glace polaire, sédiments marins (foraminifères), cernes d'arbres, pollens.
2. Un proxy est une grandeur mesurable (physique, chimique ou biologique) conservée dans une archive, qui sert d'indicateur indirect d'une variable climatique passée (température, précipitations, teneur en CO₂). Exemple : le rapport isotopique $\delta^{18}\text{O}$.
3. Étalonner (calibrer) un proxy, c'est mesurer sur la période actuelle la relation qui lie ce proxy à la variable climatique recherchée, afin de pouvoir l'appliquer au passé. C'est indispensable car le proxy ne donne pas directement la température : il faut connaître la loi de correspondance. On suppose ensuite (principe d'actualisme) que cette relation est restée valable dans le passé.
2. Un proxy est une grandeur mesurable (physique, chimique ou biologique) conservée dans une archive, qui sert d'indicateur indirect d'une variable climatique passée (température, précipitations, teneur en CO₂). Exemple : le rapport isotopique $\delta^{18}\text{O}$.
3. Étalonner (calibrer) un proxy, c'est mesurer sur la période actuelle la relation qui lie ce proxy à la variable climatique recherchée, afin de pouvoir l'appliquer au passé. C'est indispensable car le proxy ne donne pas directement la température : il faut connaître la loi de correspondance. On suppose ensuite (principe d'actualisme) que cette relation est restée valable dans le passé.
Exercice 2 — Lecture du graphique température-CO₂
À l'aide du graphique « Température et CO₂ reconstitués » du cours (carottes de glace), réponds aux questions suivantes.
- Que constate-t-on quand on compare la courbe de température et la courbe de CO₂ sur les 400 000 dernières années ?
- Quelle est la valeur approximative du CO₂ lors des maxima interglaciaires passés, et quelle est sa valeur actuelle ?
- En quoi la valeur actuelle de CO₂ est-elle remarquable par rapport au passé ?
1. Les deux courbes varient de façon couplée (en parallèle) : aux périodes chaudes correspondent de fortes teneurs en CO₂, et aux périodes froides de faibles teneurs. Il existe une corrélation étroite entre température et concentration en CO₂.
2. Lors des maxima interglaciaires passés, le CO₂ atteignait environ 280-290 ppm. La valeur actuelle est d'environ 420 ppm (lue ~42 sur l'axe ×10 ppm du graphique).
3. La valeur actuelle (420 ppm) dépasse très largement tous les maxima interglaciaires des 400 000 (et même 800 000) dernières années. Jamais, sur cette période, l'atmosphère n'a contenu autant de CO₂ : la situation actuelle est sans précédent.
2. Lors des maxima interglaciaires passés, le CO₂ atteignait environ 280-290 ppm. La valeur actuelle est d'environ 420 ppm (lue ~42 sur l'axe ×10 ppm du graphique).
3. La valeur actuelle (420 ppm) dépasse très largement tous les maxima interglaciaires des 400 000 (et même 800 000) dernières années. Jamais, sur cette période, l'atmosphère n'a contenu autant de CO₂ : la situation actuelle est sans précédent.
Exercice 3 — Déclencheur et amplificateur des cycles glaciaires
Réponds aux questions sur les causes des variations climatiques passées.
- Quels sont les trois paramètres orbitaux de la théorie de Milankovitch ?
- Quel est le rôle de ces paramètres orbitaux dans l'alternance glaciaire/interglaciaire ?
- Pourquoi dit-on que le CO₂ est un « amplificateur » et non un « déclencheur » des cycles glaciaires passés ?
1. L'excentricité de l'orbite (période ~100 000 ans), l'obliquité de l'axe de rotation (~41 000 ans) et la précession des équinoxes (~23 000 ans).
2. Ces paramètres modifient la quantité et la répartition saisonnière et géographique de l'énergie solaire reçue par la Terre. Ils constituent le forçage initial (déclencheur) qui déclenche le passage d'une période glaciaire à interglaciaire.
3. Le forçage orbital est trop faible pour expliquer à lui seul l'ampleur des variations de température observées. Le réchauffement (ou refroidissement) initial provoque une variation du CO₂ (dégazage ou stockage océanique) et de l'albédo, qui à leur tour renforcent le changement. Le CO₂ amplifie donc un signal déjà déclenché par l'orbite : c'est un amplificateur via une rétroaction positive, pas le déclencheur.
2. Ces paramètres modifient la quantité et la répartition saisonnière et géographique de l'énergie solaire reçue par la Terre. Ils constituent le forçage initial (déclencheur) qui déclenche le passage d'une période glaciaire à interglaciaire.
3. Le forçage orbital est trop faible pour expliquer à lui seul l'ampleur des variations de température observées. Le réchauffement (ou refroidissement) initial provoque une variation du CO₂ (dégazage ou stockage océanique) et de l'albédo, qui à leur tour renforcent le changement. Le CO₂ amplifie donc un signal déjà déclenché par l'orbite : c'est un amplificateur via une rétroaction positive, pas le déclencheur.
Exercice 4 — Le cycle du carbone perturbé
Réponds aux questions sur le cycle du carbone et l'effet des activités humaines.
- Cite les quatre grands réservoirs de carbone du cycle.
- Indique deux flux naturels qui échangent du carbone avec l'atmosphère.
- Les émissions humaines de carbone fossile s'élèvent à environ 10 GtC/an. Sachant que l'océan et la biosphère en absorbent à peu près la moitié, quelle quantité s'accumule dans l'atmosphère chaque année ?
- Explique pourquoi le carbone fossile « compte en plus » dans le cycle, contrairement au CO₂ échangé par la photosynthèse et la respiration.
1. L'atmosphère, la biosphère (végétaux et animaux), les sols/matière organique, et les océans (auxquels on peut ajouter les roches sédimentaires sur le temps long).
2. La photosynthèse (la biosphère prélève du CO₂ atmosphérique) et la respiration/décomposition (restitution de CO₂) ; la dissolution dans l'océan est un troisième exemple accepté.
3. Si l'océan et la biosphère absorbent la moitié de 10 GtC/an, soit 5 GtC/an, il reste $10 - 5 = 5$ GtC/an qui s'accumulent dans l'atmosphère.
4. Le CO₂ de la photosynthèse/respiration provient d'un carbone déjà présent dans le cycle rapide : ces flux s'équilibrent à l'état naturel (le carbone prélevé est restitué). Le carbone fossile, lui, était stocké hors du cycle rapide depuis des millions d'années (charbon, pétrole, gaz). Le brûler réintroduit un carbone « supplémentaire » que les puits naturels n'absorbent qu'en partie : il déséquilibre le cycle et fait croître la teneur atmosphérique.
2. La photosynthèse (la biosphère prélève du CO₂ atmosphérique) et la respiration/décomposition (restitution de CO₂) ; la dissolution dans l'océan est un troisième exemple accepté.
3. Si l'océan et la biosphère absorbent la moitié de 10 GtC/an, soit 5 GtC/an, il reste $10 - 5 = 5$ GtC/an qui s'accumulent dans l'atmosphère.
4. Le CO₂ de la photosynthèse/respiration provient d'un carbone déjà présent dans le cycle rapide : ces flux s'équilibrent à l'état naturel (le carbone prélevé est restitué). Le carbone fossile, lui, était stocké hors du cycle rapide depuis des millions d'années (charbon, pétrole, gaz). Le brûler réintroduit un carbone « supplémentaire » que les puits naturels n'absorbent qu'en partie : il déséquilibre le cycle et fait croître la teneur atmosphérique.
Exercice 5 — Modèles climatiques et validation
Réponds aux questions sur le principe et la fiabilité des modèles climatiques.
- Sur quoi repose un modèle climatique ?
- Comment valide-t-on un modèle climatique avant de l'utiliser pour le futur ?
- Cite deux sources d'incertitude qui pèsent sur une projection climatique.
1. Un modèle climatique est un programme informatique qui résout, sur un maillage de la planète, les équations physiques décrivant l'atmosphère, les océans, les glaces et la biosphère (conservation de l'énergie et de la masse, dynamique des fluides).
2. On le valide en vérifiant qu'il reproduit des climats connus : le climat actuel et les climats passés reconstitués par les proxies. Un modèle qui reproduit fidèlement le passé et le présent est jugé fiable pour projeter le futur. Test clé : il ne reproduit le réchauffement 1850-2020 que si l'on inclut les émissions humaines de gaz à effet de serre.
3. Deux exemples parmi : la qualité et la résolution des données, les processus physiques encore mal représentés (par exemple les nuages ou la réaction de la biosphère), et surtout le choix du scénario d'émissions futur (qui dépend des décisions humaines).
2. On le valide en vérifiant qu'il reproduit des climats connus : le climat actuel et les climats passés reconstitués par les proxies. Un modèle qui reproduit fidèlement le passé et le présent est jugé fiable pour projeter le futur. Test clé : il ne reproduit le réchauffement 1850-2020 que si l'on inclut les émissions humaines de gaz à effet de serre.
3. Deux exemples parmi : la qualité et la résolution des données, les processus physiques encore mal représentés (par exemple les nuages ou la réaction de la biosphère), et surtout le choix du scénario d'émissions futur (qui dépend des décisions humaines).
Exercice 6 — Analyse de document scientifique : signature isotopique du carbone
Étudie le document suivant puis réponds aux questions en exploitant à la fois le document et tes connaissances.
- Document — « Le carbone de l'atmosphère contient une faible proportion d'isotope lourd ¹³C. Le carbone des combustibles fossiles, issu d'organismes ayant pratiqué la photosynthèse il y a des millions d'années, est appauvri en ¹³C (et totalement dépourvu de ¹⁴C, radioactif et disparu). Les mesures montrent que, depuis 1850, la proportion de ¹³C dans le CO₂ atmosphérique diminue régulièrement, en même temps que la concentration totale en CO₂ augmente. »
Question : Quelle est la double observation rapportée par le document depuis 1850 ? - Quelle information apporte la diminution de la proportion de ¹³C sur l'origine du CO₂ ajouté à l'atmosphère ?
- En quoi cette signature isotopique constitue-t-elle un argument en faveur de l'origine humaine du réchauffement actuel ?
1. Le document rapporte deux faits simultanés depuis 1850 : la concentration totale en CO₂ atmosphérique augmente, et la proportion de l'isotope lourd ¹³C dans ce CO₂ diminue régulièrement.
2. Le carbone fossile est appauvri en ¹³C (car issu d'une photosynthèse ancienne qui discrimine cet isotope). Si le CO₂ ajouté provient des combustibles fossiles, il « dilue » le ¹³C atmosphérique : on attend donc une baisse de la proportion de ¹³C, exactement ce qui est observé. La signature isotopique du CO₂ ajouté est donc bien celle du carbone fossile, et non d'une source volcanique ou océanique.
3. Le supplément de CO₂ responsable de l'intensification de l'effet de serre porte la « signature » du carbone fossile brûlé par l'Homme (appauvrissement en ¹³C, absence de ¹⁴C). Cela démontre que l'augmentation du CO₂ — moteur du réchauffement actuel — est due aux activités humaines (combustion d'énergies fossiles), et non à une cause naturelle. C'est un argument déterminant en faveur de l'origine anthropique du réchauffement.
2. Le carbone fossile est appauvri en ¹³C (car issu d'une photosynthèse ancienne qui discrimine cet isotope). Si le CO₂ ajouté provient des combustibles fossiles, il « dilue » le ¹³C atmosphérique : on attend donc une baisse de la proportion de ¹³C, exactement ce qui est observé. La signature isotopique du CO₂ ajouté est donc bien celle du carbone fossile, et non d'une source volcanique ou océanique.
3. Le supplément de CO₂ responsable de l'intensification de l'effet de serre porte la « signature » du carbone fossile brûlé par l'Homme (appauvrissement en ¹³C, absence de ¹⁴C). Cela démontre que l'augmentation du CO₂ — moteur du réchauffement actuel — est due aux activités humaines (combustion d'énergies fossiles), et non à une cause naturelle. C'est un argument déterminant en faveur de l'origine anthropique du réchauffement.
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