À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en terminale sur « Le climat et ses variations » 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 : Le climat : définition et paramètres, Les indicateurs paléoclimatiques, La carotte de glace : un enregistreur privilégié, Les cycles climatiques et les paramètres orbitaux de Milanković. 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 · Le climat : définition et paramètres
2 · Les indicateurs paléoclimatiques
3 · La carotte de glace : un enregistreur privilégié
4 · Les cycles climatiques et les paramètres orbitaux de Milanković
5 · Les forçages radiatifs et rétroactions
6 · L'empreinte humaine sur le climat actuel
7 · Conséquences et projections climatiques
1Le climat : définition et paramètres
Le climat désigne les conditions atmosphériques moyennes (température, précipitations, ensoleillement, vents) observées sur une région sur une longue période (généralement ≥ 30 ans), par opposition à la météo qui décrit l'état instantané de l'atmosphère.
Définition. Le système climatique regroupe cinq composantes en interaction permanente : l'atmosphère, l'hydrosphère (océans, eau liquide), la cryosphère (glaces), la lithosphère (surface terrestre) et la biosphère.
Les principaux paramètres climatiques mesurés sont :
- La température : moyenne, amplitude diurne et saisonnière ;
- Les précipitations : quantité, répartition temporelle ;
- L'ensoleillement : durée et intensité ;
- L'humidité relative et les vents dominants.
Le bilan énergétique terrestre est central : la Terre reçoit un flux solaire entrant (courte longueur d'onde) et réémet de la chaleur vers l'espace (infrarouges, longue longueur d'onde). L'équilibre de ce bilan détermine la température moyenne globale.
Astuce. Retenez la distinction climat ≠ météo : le climat est une statistique sur le long terme (30 ans minimum selon l'OMM), la météo est une mesure ponctuelle.
2Les indicateurs paléoclimatiques
Pour reconstituer le climat du passé (avant les mesures instrumentales), on utilise des indicateurs paléoclimatiques : des enregistrements naturels qui témoignent indirectement des conditions climatiques.
Définition. Un indicateur paléoclimatique (ou proxy climatique) est tout vestige naturel dont les propriétés physiques ou chimiques varient avec les paramètres climatiques et permettent de les reconstituer.
| Indicateur | Archive | Grandeur reconstruite | Résolution temporelle |
|---|
| Rapport isotopique $\delta^{18}O$ | Carottes de glace, foraminifères | Température, volume des glaces | Décennale à millénaire |
| Concentration en CO₂ et CH₄ | Bulles d'air (carottes de glace) | Composition atmosphérique | Centennale |
| Cernes d'arbres (dendrochronologie) | Troncs fossiles ou actuels | Température, humidité | Annuelle |
| Spéléothèmes (stalactites) | Grottes calcaires | Précipitations, température | Décennale |
| Assemblages polliniques | Tourbes, sédiments lacustres | Végétation, température, humidité | Centennale |
| Coraux (squelette) | Récifs coralliens | Température océanique de surface | Annuelle à mensuelle |
Exemple. Le rapport $\delta^{18}O$ dans les foraminifères planctoniques : lors des périodes froides, l'eau légère $^{16}O$ s'accumule dans les glaces continentales, enrichissant l'eau océanique en $^{18}O$. Les foraminifères qui y vivent voient leur test enrichi en $^{18}O$, ce qui permet de reconstituer les variations de volume des inlandsis.
Attention ! Les indicateurs paléoclimatiques ne mesurent pas directement le climat : ils doivent être étalonnés par comparaison avec des données instrumentales modernes avant d'être extrapolés dans le passé.
Les principaux proxies climatiques utilisés en paléoclimatologie.
3La carotte de glace : un enregistreur privilégié
Les carottes de glace constituent l'archive paléoclimatique la plus informative pour les derniers 800 000 ans. Elles sont prélevées dans les inlandsis polaires (Antarctique, Groenland) et les glaciers de montagne par forage.
Définition. Une carotte de glace est un cylindre de glace extrait par forage, dont les couches successives enregistrent les conditions atmosphériques au moment de leur formation (précipitations neigeuses successives).
Chaque couche de glace emprisonne des informations multiples :
- Les bulles d'air : elles contiennent des échantillons directs de l'atmosphère ancienne, permettant de mesurer les concentrations en $\text{CO}_2$, $\text{CH}_4$ et $\text{N}_2\text{O}$ ;
- Le rapport isotopique $\delta^{18}O$ ou $\delta D$ de la glace : corrélé à la température de condensation des précipitations ;
- Les aérosols et poussières : témoignent de l'activité volcanique et de l'aridité ;
- Le béryllium 10 ($^{10}\text{Be}$) : produit par les rayons cosmiques, il renseigne sur l'activité solaire.
La carotte de Vostok (Antarctique, 3 623 m, forée dans les années 1990) a fourni des données sur 420 000 ans. La carotte EPICA Dome C s'étend sur 800 000 ans. Ces archives montrent une alternance régulière de périodes glaciaires et interglaciaires.
Exemple. La corrélation entre $\text{CO}_2$ et température reconstituée à partir de la carotte Vostok : les concentrations en $\text{CO}_2$ oscillent entre 180 ppm (périodes glaciaires) et 280 ppm (interglaciaires), en phase avec les variations de température ($\Delta T \approx 8$ à $10\,°\text{C}$ entre glaciaire et interglaciaire à Vostok).
Variation schématique du CO₂ atmosphérique sur 420 000 ans (données Vostok simplifiées). Les pics correspondent aux périodes interglaciaires.
Astuce. Le $\delta^{18}O$ est défini par rapport à un standard VSMOW : $\delta^{18}O = \left(\frac{(^{18}O/^{16}O)_{\text{éch}}}{(^{18}O/^{16}O)_{\text{std}}} - 1\right) \times 1000$ (en ‰). Plus $\delta^{18}O$ est élevé (enrichissement en $^{18}O$), plus la période était froide et les glaces importantes.
4Les cycles climatiques et les paramètres orbitaux de Milanković
L'analyse des archives paléoclimatiques révèle des cycles climatiques réguliers. Le climatologue Milutin Milanković (début du XXe siècle) a montré que trois paramètres orbitaux de la Terre modulent l'insolation reçue et commandent les cycles glaciaires-interglaciaires.
Les trois paramètres orbitaux de Milanković :- L'excentricité ($e$) : variation de la forme de l'orbite terrestre autour du Soleil (de quasi circulaire à légèrement elliptique). Cycles : 100 000 ans et 400 000 ans.
- L'obliquité ($\varepsilon$) : variation de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre par rapport au plan orbital (entre 22,1° et 24,5°). Cycle : 41 000 ans. Gouverne le contraste saisonnier.
- La précession des équinoxes : rotation lente de l'axe terrestre (comme une toupie) déterminant la saison à laquelle la Terre est au périhélie. Cycle : 23 000 ans.
Ces trois paramètres se combinent pour modifier l'insolation estivale à 65° N (été boréal), paramètre clé : un été froid dans les hautes latitudes nord empêche la fonte des neiges accumulées en hiver, ce qui entraîne l'extension des calottes glaciaires, une augmentation de l'albédo et un refroidissement amplifié.
Exemple. Le cycle dominant de 100 000 ans (excentricité) correspond bien aux alternances glaciaires-interglaciaires des 800 000 dernières années observées dans les carottes de glace. Toutefois, la variation d'énergie due à l'excentricité seule est faible (≈ 0,1 %) : des rétroactions (albédo, CO₂) amplifient l'effet orbital initial.
Durées des cycles orbitaux de Milanković. L'excentricité (100 000 ans) est le cycle dominant dans les archives glaciaires des 800 000 dernières années.
Attention ! Les cycles de Milanković expliquent les cycles glaciaires-interglaciaires des derniers 800 000 ans, mais ne suffisent pas à expliquer la rapidité du réchauffement climatique actuel, qui est beaucoup trop rapide pour être d'origine orbitale.
5Les forçages radiatifs et rétroactions
Le climat peut être perturbé par des forçages radiatifs, c'est-à-dire des modifications du bilan énergétique de la Terre. Ils sont mesurés en watts par mètre carré (W·m⁻²). Un forçage positif réchauffe, un forçage négatif refroidit.
Définition. Le forçage radiatif (FR) est la variation du flux net de rayonnement au sommet de l'atmosphère due à une perturbation externe (modification de la composition atmosphérique, de l'activité solaire, etc.).
| Forçage | Type | FR estimé (W·m⁻²) |
|---|
| Augmentation du CO₂ (préindustriel → actuel) | Anthropique | +2,2 à +3,0 |
| CH₄ (méthane) | Anthropique | +0,5 à +0,7 |
| N₂O | Anthropique | +0,2 |
| Aérosols sulfatés (industriels) | Anthropique | −0,5 à −1,0 |
| Activité solaire | Naturel | +0,05 à +0,1 |
| Éruptions volcaniques | Naturel (transitoire) | −1 à −5 (bref) |
Les rétroactions climatiques amplifient ou atténuent la réponse initiale :
- Rétroaction vapeur d'eau (positive) : un réchauffement augmente l'évaporation → plus de vapeur d'eau (GES) → réchauffement supplémentaire ;
- Rétroaction albédo-glace (positive) : réchauffement → fonte des glaces → albédo diminue → absorption accrue → plus de réchauffement ;
- Rétroaction nuages (complexe) : les nuages bas refroidissent (réflexion solaire), les nuages hauts réchauffent (piège infrarouge) ;
- Rétroaction CO₂-végétation : à court terme, la végétation absorbe plus de CO₂ (fertilisation) mais le dégel du pergélisol libère du CO₂ et CH₄ (rétroaction positive).
Astuce. La sensibilité climatique représente l'augmentation de température prévue pour un doublement du CO₂. Elle est estimée entre 2,5 et 4 °C selon le GIEC (rapport AR6, 2021), valeur centrale : 3 °C.
6L'empreinte humaine sur le climat actuel
Depuis la révolution industrielle (milieu du XIXe siècle), les activités humaines ont profondément modifié la composition de l'atmosphère, entraînant un réchauffement sans précédent par rapport aux cycles naturels.
Preuves de l'origine anthropique :
- Augmentation du CO₂ : de 280 ppm (préindustriel) à plus de 420 ppm en 2023, vitesse sans précédent dans les 800 000 ans de données glaciaires ;
- Signature isotopique du carbone : la combustion de carbone fossile (appauvri en $^{13}\text{C}$ et exempt de $^{14}\text{C}$) provoque un appauvrissement progressif de l'atmosphère en ces isotopes (effet Suess) ;
- Augmentation rapide de la température : +1,1 °C depuis l'ère préindustrielle (données GIEC AR6), taux 10 fois supérieur aux transitions glaciaires naturelles ;
- Modèles climatiques : seule l'inclusion des forçages anthropiques dans les modèles reproduit le réchauffement observé (les forçages naturels seuls ne suffisent pas).
Exemple — La courbe de Keeling. Charles David Keeling a mesuré la concentration en CO₂ à l'observatoire de Mauna Loa (Hawaï) depuis 1958. La courbe obtenue montre une augmentation continue (+2 ppm/an en moyenne récente) avec des oscillations saisonnières dues à la respiration de la biosphère continentale : CO₂ plus faible en été boréal (photosynthèse) et plus élevé en hiver.
Évolution du CO₂ atmosphérique mesuré à Mauna Loa depuis 1960. L'augmentation continue reflète les émissions fossiles humaines.
Attention ! Ne confondez pas forçage radiatif (W·m⁻²) et température (°C) : le forçage est la cause, la température en est la conséquence, après prise en compte de la sensibilité climatique et des rétroactions.
7Conséquences et projections climatiques
Le réchauffement climatique en cours entraîne de nombreuses conséquences, documentées par les observations et projetées par les modèles climatiques.
Conséquences observées :
- Hausse du niveau des mers : +20 cm depuis 1900 (dilatation thermique + fonte des glaces) ;
- Fonte des calottes et glaciers : réduction de l'Arctique en été, recul des glaciers montagnards ;
- Acidification des océans : absorption du CO₂ → formation d'acide carbonique → baisse du pH (de 8,2 à 8,1 depuis l'ère préindustrielle) ;
- Déplacement des zones climatiques : remontée vers les pôles et en altitude des espèces et des zones agricoles ;
- Événements extrêmes : canicules, sécheresses, précipitations intenses plus fréquentes.
Projections du GIEC (AR6, 2021) :
- Scénario optimiste (réduction rapide des émissions) : +1,5 à +2 °C en 2100 ;
- Scénario intermédiaire : +2 à +3 °C en 2100 ;
- Scénario pessimiste (émissions maintenues) : +3,5 à +5 °C en 2100.
Les scénarios SSP. Le GIEC (AR6) utilise des Shared Socioeconomic Pathways (SSP) combinant des hypothèses socio-économiques et des trajectoires d'émissions, de SSP1-1.9 (très faibles émissions) à SSP5-8.5 (émissions très élevées). Chaque SSP est associé à un forçage radiatif additionnel en 2100 (en W·m⁻²).
Astuce. Pour le bac, retenez le lien de causalité complet : émissions de GES → augmentation de l'effet de serre → forçage radiatif positif → hausse des températures → rétroactions positives → conséquences sur les écosystèmes et les sociétés.
★À retenir
En bref :
• Le climat est l'état statistique moyen de l'atmosphère sur ≥ 30 ans ; il est étudié grâce aux indicateurs paléoclimatiques (carottes de glace, foraminifères, pollen…).
• Les carottes de glace montrent des cycles glaciaires-interglaciaires de ~100 000 ans, expliqués par les paramètres orbitaux de Milanković (excentricité, obliquité, précession).
• Le forçage radiatif est une perturbation du bilan énergétique ; il peut être amplifié ou atténué par des rétroactions (vapeur d'eau, albédo-glace, nuages).
• Depuis 1850, les activités humaines ont fait passer le CO₂ de 280 à >420 ppm : le réchauffement actuel (+1,1 °C) est d'origine anthropique, prouvé par la signature isotopique et les modèles.
• Les conséquences incluent : montée du niveau des mers, fonte des glaces, acidification des océans, événements extrêmes plus fréquents.