À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en terminale sur « Comprendre et agir face au changement climatique » suit le programme officiel de spécialité svt de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'effet de serre : mécanisme naturel et perturbation anthropique, Les archives climatiques : reconstituer les paléoclimats, Preuves actuelles du changement climatique, Les facteurs du changement climatique actuel. 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 terminale à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · L'effet de serre : mécanisme naturel et perturbation anthropique
2 · Les archives climatiques : reconstituer les paléoclimats
3 · Preuves actuelles du changement climatique
4 · Les facteurs du changement climatique actuel
5 · Les modèles climatiques et scénarios du GIEC
6 · Conséquences du réchauffement sur les systèmes naturels et humains
7 · Atténuation et adaptation : vers des solutions
8 · Les enjeux de la transition énergétique et de la géopolitique climatique
1L'effet de serre : mécanisme naturel et perturbation anthropique
L'effet de serre est un phénomène naturel indispensable à la vie sur Terre. Sans lui, la température moyenne de notre planète serait d'environ $-18°C$ au lieu de $+15°C$ actuellement.
Définition. L'effet de serre est le processus par lequel certains gaz de l'atmosphère (gaz à effet de serre, GES) absorbent une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et le réémettent dans toutes les directions, réchauffant ainsi la surface et les basses couches de l'atmosphère.
Le bilan radiatif de la Terre repose sur un équilibre entre :
- l'énergie solaire reçue (rayonnement visible et UV absorbé par la surface)
- l'énergie infrarouge émise par la Terre vers l'espace
Les principaux gaz à effet de serre naturels sont :
| Gaz | Formule | Source principale |
|---|
| Vapeur d'eau | H₂O | Évaporation océanique |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | Respiration, décomposition, volcans |
| Méthane | CH₄ | Fermentation, zones humides |
| Protoxyde d'azote | N₂O | Dénitrification des sols |
Attention ! La vapeur d'eau est le GES naturel le plus abondant, mais c'est sa concentration en CO₂ qui détermine principalement les variations climatiques à long terme, car elle contrôle la quantité de vapeur d'eau par rétroaction.
Depuis la révolution industrielle (~1850), les activités humaines ont massivement augmenté les concentrations atmosphériques des GES :
- CO₂ : de 280 ppm (préindustriel) à plus de 420 ppm en 2023
- CH₄ : concentration multipliée par 2,5 depuis 1750
- N₂O : concentration multipliée par 1,2 depuis 1750
À retenir. Le forçage radiatif est la perturbation du bilan radiatif terrestre exprimée en $W/m^2$. L'augmentation des GES induit un forçage positif (réchauffement). Le forçage cumulé depuis 1750 est estimé à environ $+2,7 W/m^2$.
Évolution de la concentration en CO₂ atmosphérique depuis le début de l'ère industrielle, montrant la forte accélération au XXe siècle.
2Les archives climatiques : reconstituer les paléoclimats
Pour comprendre le changement climatique actuel, il est indispensable de le replacer dans le contexte des variations climatiques passées. Les paléoclimats sont reconstitués à partir d'archives naturelles appelées proxies.
Définition. Un proxy (ou indicateur indirect) est une donnée naturelle enregistrée dans des archives géologiques permettant de reconstituer les conditions climatiques passées.
Les carottes de glace
Les carottes glaciaires (Vostok, EPICA en Antarctique) permettent de remonter jusqu'à 800 000 ans en arrière. Elles contiennent des bulles d'air piégé qui conservent la composition atmosphérique ancienne. On y mesure :
- les concentrations en CO₂ et CH₄
- les variations isotopiques de l'eau ($\delta^{18}O$ et $\delta D$) corrélées aux températures passées
Exemple. La carotte EPICA (Dome C, Antarctique) a révélé que la corrélation entre CO₂ et température est très étroite sur 800 000 ans : aux périodes glaciaires, le CO₂ chute à ~180 ppm ; aux interglaciaires, il monte à ~280 ppm — et jamais au-dessus avant l'ère industrielle.
Les autres archives
| Archive | Indicateur | Période accessible |
|---|
| Sédiments marins | Foraminifères, $\delta^{18}O$ calcite | Millions d'années |
| Cernes de croissance des arbres | Largeur et densité des cernes | Quelques milliers d'années |
| Coraux | Croissance, isotopes Sr/Ca | Centaines d'années |
| Spéléothèmes | $\delta^{18}O$ des stalactites | Centaines de milliers d'années |
Astuce méthode. Les variations de $\delta^{18}O$ dans les glaces sont négatives pendant les périodes froides (car les molécules $^{18}O$ sont plus lourdes et s'évaporent moins). Une valeur de $\delta^{18}O$ plus négative = climat plus froid.
3Preuves actuelles du changement climatique
Les données instrumentales accumulées depuis la fin du XIXe siècle et les observations directes fournissent des preuves convergentes et indiscutables d'un réchauffement climatique global en cours.
Hausse des températures
La température moyenne mondiale a augmenté d'environ $+1,1°C$ depuis la période préindustrielle (1850-1900). La quasi-totalité des années les plus chaudes jamais enregistrées ont eu lieu après 2000. Les dix dernières années constituent la décennie la plus chaude jamais mesurée.
Modifications du cycle de l'eau
- Intensification des précipitations dans les zones déjà humides
- Sécheresses accrues dans les zones subtropicales
- Modification des régimes des rivières (crue plus précoce liée à la fonte nivale)
Fonte des glaces
- Réduction de l'étendue de la banquise arctique ($-13\ \%$ par décennie depuis 1979)
- Recul généralisé des glaciers de montagne (fonte de 20 à 40 m par an sur certains fronts)
- Fonte de la calotte groenlandaise : perte de ~280 Gt/an
Élévation du niveau des mers
Le niveau moyen des mers a augmenté d'environ 20 cm depuis 1900, et l'accélération est nette depuis les années 1990 : le taux actuel est de ~3,7 mm/an. Cette élévation résulte de deux phénomènes :
- la dilatation thermique des océans (~40% de la hausse)
- la fonte des glaciers et calottes polaires (~60%)
Attention ! La fonte de la banquise (glace flottante) ne contribue PAS à l'élévation du niveau des mers (principe d'Archimède). Seule la fonte des glaces continentales (Groenland, Antarctique, glaciers de montagne) y contribue.
Anomalie de température mondiale depuis 1880 montrant l'accélération du réchauffement depuis 1980 (source : données NOAA/NASA).
4Les facteurs du changement climatique actuel
Les scientifiques distinguent les facteurs naturels et les facteurs anthropiques pour expliquer les variations climatiques.
Facteurs naturels
- Variations orbitales (cycles de Milanković) : variations de l'excentricité de l'orbite (100 000 ans), de l'obliquité de l'axe terrestre (41 000 ans) et de la précession des équinoxes (26 000 ans) → responsables des cycles glaciaires-interglaciaires
- Activité solaire : variations de la luminosité solaire (cycles de 11 ans)
- Volcanisme : éruptions majeures → injection de SO₂ dans la stratosphère → aérosols sulfatés → refroidissement temporaire
Facteurs anthropiques
L'attribution scientifique du réchauffement actuel aux activités humaines repose sur des méthodes de détection-attribution :
- Émissions de GES : combustion des énergies fossiles, déforestation, agriculture, ciment
- Aérosols (suies et sulfates) : effet refroidissant partiel compensant une partie du réchauffement
- Changements d'usage des sols : déforestation réduit l'albédo et la captation de CO₂
Attribution scientifique. Les modèles climatiques reproduisent le réchauffement observé uniquement quand on inclut les émissions anthropiques. Les facteurs naturels seuls ne suffisent pas à expliquer la tendance observée depuis 1950, et notamment l'accélération depuis 1980.
Exemple. Après l'éruption du Pinatubo (1991), la température mondiale a chuté de $-0,5°C$ pendant 2 ans en raison des aérosols stratosphériques — ce refroidissement temporaire est très différent de la tendance de fond au réchauffement.
À retenir. Le consensus scientifique (GIEC AR6, 2021) est sans ambiguïté : le réchauffement actuel est sans équivoque et l'influence humaine est la cause principale du réchauffement observé depuis le milieu du XXe siècle.
5Les modèles climatiques et scénarios du GIEC
Les modèles climatiques sont des simulations numériques qui reproduisent les interactions entre l'atmosphère, les océans, les surfaces continentales, la cryosphère et la biosphère.
Définition. Le GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat, IPCC en anglais) est l'organisme scientifique intergouvernemental qui évalue les connaissances sur le changement climatique. Il produit des rapports d'évaluation (AR) tous les 6-7 ans.
Les scénarios RCP/SSP
Pour projeter les évolutions futures, le GIEC utilise des scénarios d'émissions basés sur des trajectoires socio-économiques :
| Scénario | Description | Réchauffement à 2100 |
|---|
| SSP1-1.9 | Transition rapide vers la durabilité, neutralité carbone ~2050 | +1,0 à +1,8°C |
| SSP2-4.5 | Voie intermédiaire, efforts modérés | +2,1 à +3,5°C |
| SSP5-8.5 | Forte dépendance aux fossiles, aucune action | +3,3 à +5,7°C |
Attention ! Les scénarios ne sont PAS des prévisions mais des projections conditionnelles : ils dépendent des choix humains d'émissions de GES. Le scénario « business as usual » n'est pas une fatalité.
Le budget carbone
Pour limiter le réchauffement à $+1,5°C$ avec 50% de probabilité, le budget carbone restant est d'environ 500 Gt CO₂ à partir de 2020. Au rythme actuel (~40 Gt/an), ce budget sera épuisé en une douzaine d'années.
Projections de l'anomalie de température mondiale selon trois scénarios du GIEC (SSP). Les fourchettes d'incertitude ne sont pas représentées.
6Conséquences du réchauffement sur les systèmes naturels et humains
Le changement climatique engendre des impacts qui touchent tous les systèmes naturels et humains. Ces impacts sont d'ores et déjà observés et s'intensifieront avec la hausse des températures.
Impacts sur les écosystèmes
- Déplacement des aires de répartition : espèces migrant vers les pôles ou en altitude
- Phénologie : décalage de la floraison, du départ en migration (jusqu'à 2-3 semaines plus tôt)
- Blanchissement des coraux : la hausse de température de seulement $+1°C$ sur quelques semaines provoque l'expulsion des zooxanthelles et peut tuer le corail
- Extinction d'espèces : jusqu'à 50% des espèces menacées d'extinction si réchauffement dépasse $+3°C$
Impacts sur la mer
- Acidification : absorption du CO₂ atmosphérique → formation d'acide carbonique → baisse du pH ($\Delta pH \approx -0,1$ unité depuis 1850)
- Expansion de zones hypoxiques (mortes)
- Modification des courants thermohalins (AMOC en affaiblissement)
Impacts sur les sociétés humaines
- Menace sur la sécurité alimentaire (rendements agricoles)
- Inondations et submersions côtières (800 millions de personnes vivent à moins de 10 m d'altitude)
- Vagues de chaleur plus fréquentes et intenses (surmortalité, incendies)
- Déplacements de populations (réfugiés climatiques)
Exemple. Le récif de la Grande Barrière australienne a subi des épisodes de blanchissement massif en 1998, 2002, 2016, 2017, 2020 et 2022, affectant à chaque fois des dizaines à des centaines de kilomètres de corail.
7Atténuation et adaptation : vers des solutions
Face au changement climatique, deux stratégies complémentaires sont mobilisées : l'atténuation (réduire les causes) et l'adaptation (réduire les impacts).
Atténuation : ensemble des actions visant à réduire les émissions de GES ou à augmenter leur captation (puits de carbone), afin de limiter l'ampleur du changement climatique.
Adaptation : ensemble des ajustements des systèmes naturels ou humains en réponse aux changements climatiques observés ou prévus, afin d'en réduire les effets négatifs ou d'en exploiter les bénéfices.
Stratégies d'atténuation
- Transition énergétique : remplacement des énergies fossiles par les renouvelables (solaire, éolien, hydraulique)
- Efficacité énergétique : isolation thermique, véhicules électriques, sobriété
- Captation du carbone : reforestation, sols agricoles, technologies CCS (Carbon Capture and Storage)
- Agriculture bas-carbone : réduction de l'élevage intensif, agroécologie
Stratégies d'adaptation
- Diguettes, digues et protections côtières contre la submersion
- Variétés agricoles résistantes à la chaleur et à la sécheresse
- Plans de canicule (urbanisme, zones de fraîcheur, végétalisation)
- Gestion intégrée des ressources en eau
Astuce. L'atténuation agit sur les causes du changement climatique ; l'adaptation agit sur les conséquences. Les deux sont nécessaires et non interchangeables : même avec une atténuation efficace, des changements déjà engagés nécessitent l'adaptation.
Carte mentale des deux grandes familles de solutions face au changement climatique : atténuation et adaptation.
8Les enjeux de la transition énergétique et de la géopolitique climatique
La lutte contre le changement climatique est à la fois un défi scientifique, technologique, économique et géopolitique.
Accords internationaux
- Convention-cadre de l'ONU sur les changements climatiques (CCNUCC, 1992) : cadre multilatéral de négociation
- Protocole de Kyoto (1997) : premier accord contraignant de réduction des GES pour les pays industrialisés
- Accord de Paris (2015) : engage 196 parties à limiter le réchauffement bien en dessous de $+2°C$, et si possible à $+1,5°C$ ; chaque pays soumet des NDC (Contributions Déterminées au niveau National)
La notion de neutralité carbone
L'objectif de neutralité carbone (« net-zéro ») à l'horizon 2050 (UE, France) ou 2060 (Chine) signifie que les émissions de GES devront être compensées par des captations équivalentes (forêts, CCS…). Cela nécessite une réduction de $45\%$ des émissions mondiales d'ici 2030 par rapport à 2010.
Exemple. La France s'est fixée un objectif de neutralité carbone en 2050 (loi Énergie-Climat de 2019) et doit réduire ses émissions à 80 Mt CO₂ éq/an d'ici là (contre ~400 Mt en 2019).
Inégalités et justice climatique
Les pays les plus vulnérables (petits États insulaires, pays d'Afrique subsaharienne) sont souvent ceux qui ont le moins contribué aux émissions historiques. La question de la justice climatique et des financements (fond vert pour le climat) est centrale dans les négociations internationales.
À retenir. L'Accord de Paris repose sur le principe des responsabilités communes mais différenciées : tous les pays doivent agir, mais les pays développés (qui ont le plus émis historiquement) ont une responsabilité plus grande.
★À retenir
En bref :
• L'effet de serre renforcé résulte de l'augmentation des GES (CO₂, CH₄, N₂O) due aux activités humaines depuis 1850.
• Les archives climatiques (carottes de glace, sédiments, cernes) montrent que le réchauffement actuel est sans précédent sur 800 000 ans.
• Les preuves instrumentales : $+1,1°C$ depuis la période préindustrielle, fonte des glaces, montée des eaux de ~20 cm.
• Le GIEC propose des scénarios (SSP) selon les choix d'émissions. Rester à $+1,5°C$ nécessite la neutralité carbone avant 2050.
• Deux stratégies complémentaires : atténuation (réduire les causes) et adaptation (réduire les impacts).
• L'Accord de Paris (2015) engage 196 pays à limiter le réchauffement bien en dessous de $+2°C$.