Cycles de Milankovitch : Variations lentes et régulières des paramètres orbitaux de la Terre affectant la réception d'énergie solaire.
- Identifier les trois paramètres orbitaux
- Expliquer leurs variations cycliques
- Montrer comment ils affectent le rayonnement reçu
- Relier aux changements climatiques
Variation de la forme de l'orbite (0.005 à 0.058) sur 100 000 ans
Inclinaison de l'axe terrestre (22.1° à 24.5°) sur 41 000 ans
Orientation de l'axe dans l'espace sur 23 000 ans
Modifie la distribution saisonnière et latitudinale de l'énergie solaire
Initie les grandes glaciations et interglaciations
Les cycles de Milankovitch affectent la répartition de l'énergie solaire sur Terre, provoquant des variations climatiques à long terme comme les glaciations.
• Excentricité : 100 000 ans, influence sur l'intensité annuelle
• Obliquité : 41 000 ans, influence sur les saisons
• Précession : 23 000 ans, influence sur la saisonnalité
ENSO : Ensemble de variations couplées océan-atmosphère dans le Pacifique équatorial.
Échauffement inhabituel des eaux du Pacifique équatorial central et oriental
Refroidissement inhabituel des mêmes eaux
Température de surface → circulation atmosphérique → vents → circulation océanique
Influence les précipitations, températures et vents à l'échelle mondiale
Événements tous les 2 à 7 ans, durée de 9 à 12 mois
ENSO est une oscillation naturelle du système océan-atmosphère pacifique affectant le climat mondial avec des impacts sur les précipitations et températures.
• El Niño : TS > +0.5°C dans Niño 3.4 pendant 5 mois consécutifs
• La Niña : TS < -0.5°C dans Niño 3.4
• Indice ONI : Moyenne mobile 3 mois de l'anomalie de TS
Éruption volcanique : Injection de gaz et de particules dans l'atmosphère affectant le bilan radiatif.
Dioxyde de soufre oxydé en acide sulfurique formant des aérosols
Aérosols de sulfates dans la stratosphère (20-30 km)
Aérosols réfléchissent la lumière solaire, augmentant l'albédo
Réduction de l'énergie absorbée par la surface terrestre
Effet persistant 1-3 ans selon l'ampleur de l'éruption
Les éruptions volcaniques injectent des aérosols dans la stratosphère, augmentant l'albédo et provoquant un forçage radiatif négatif temporaire.
• Index de volcanisme : Forcing = -25 × log(quantité de SO₂)
• Éruption Pinatubo : -0.5 W/m² de forçage en 1991-1993
• Durée d'effet : 1-3 ans selon ampleur
Activité solaire : Variations dans l'émission d'énergie du Soleil affectant le rayonnement reçu par la Terre.
Variations du nombre de taches solaires et de l'activité magnétique
Varie de ±0.1% au cours du cycle (±1.36 W/m²)
ΔF = ΔS₀/4 = ±0.34 W/m² (division par 4 pour surface sphérique)
Réponse de ~0.1°C pour 0.34 W/m² de forçage
Effet mineur comparé aux forçages anthropiques actuels
L'activité solaire varie cycliquement, modifiant légèrement la constante solaire et produisant un forçage radiatif de ±0.34 W/m².
• Constante solaire : 1361 W/m² ± 0.1%
• Forçage : ΔF = ΔS₀/4
• Comparaison : Forçage solaire << anthropique
Amplitude des variations : Importance des changements de température associés à chaque phénomène.
±5-10°C globalement sur 100 000 ans
±0.1-0.5°C globalement, ±2-3°C localement
-0.2 à -0.5°C globalement pendant 1-3 ans
±0.1°C globalement pour le cycle de 11 ans
+1.1°C depuis l'ère préindustrielle (plusieurs fois plus que naturel)
Les variations naturelles ont des amplitudes variables : Milankovitch (±5-10°C), ENSO (±0.1-0.5°C), volcanisme (-0.2 à -0.5°C), solaire (±0.1°C).
• Échelle de temps : Plus longue = amplitude plus grande
• Local vs global : Effets locaux peuvent être plus intenses
• Anthropique : Plus rapide et plus intense que naturel
Rétroactions : Réponses du système climatique qui amplifient ou atténuent un changement initial.
Amplifient le changement initial (ex: vapeur d'eau, fonte des glaces)
Atténuent le changement initial (ex: formation de nuages)
Plus chaud → plus d'évaporation → plus de vapeur → plus d'effet de serre
Plus chaud → fonte glace → moins d'albédo → plus d'absorption
Rétroactions positives dominent dans le système climatique
Les rétroactions positives amplifient les variations climatiques naturelles, tandis que les rétroactions négatives les atténuent.
• Rétroaction vapeur d'eau : ~+1.0 W/m²/K
• Rétroaction albédo : ~+0.3 W/m²/K
• Somme totale : ~+1.5-2.0 W/m²/K
Calottes glaciaires : Grandes masses de glace influençant le climat par leur albédo et leur masse thermique.
Surface blanche réfléchit ~80% du rayonnement (contre 10% pour sol)
Grandes masses de glace stabilisent les températures locales
Fonte → moins d'albédo → plus chaud → plus de fonte
Fusion absorbe de l'énergie, ralentissant le réchauffement
Fonte affecte la circulation thermohaline
Les calottes glaciaires influencent le climat par leur albédo élevé et leur rôle dans les rétroactions positives de fonte.
• Albédo glace : ~0.8 vs ~0.1 pour surface foncée
• Chaleur latente : 334 kJ/kg pour fusion
• Rétroaction : Processus auto-renforçant
Couverture nuageuse : Affecte le bilan radiatif par réflexion du rayonnement solaire et absorption de l'infrarouge.
Nuages réfléchissent le rayonnement solaire (effet de refroidissement)
Nuages absorbent et réémettent l'infrarouge (effet de réchauffement)
Nuages bas : refroidissement net, Nuages hauts : réchauffement net
Changements dans la couverture nuageuse influencent le climat
Les nuages constituent la principale source d'incertitude
Les nuages affectent le climat par leur double rôle : réflexion du rayonnement solaire et absorption de l'infrarouge terrestre.
• Forçage nuageux : ~-20 W/m² (refroidissement net)
• Nuages bas : Albedo ~0.8, réchauffement ~0.5°C
• Nuages hauts : Transparents visible, opaques IR
Échelles de temps : Différentes durées sur lesquelles se manifestent les variations climatiques.
Activité solaire, cycles de 11 ans
ENSO, oscillations naturelles
Oscillations multidecennales (AMO, PDO)
Changements orbitaux, cycles de Milankovitch
Cycles glaciaire-interglaciaire
Les variations climatiques naturelles se manifestent à différentes échelles de temps : 11 ans (solaire), 2-7 ans (ENSO), 20-100 000 ans (Milankovitch).
• Échelle courte : Oscillations internes (ENSO)
• Échelle longue : Forçages externes (orbitaux)
• Amplitude : Plus grande à longue échelle
Comparaison : Analyse des différences entre variations naturelles et anthropiques.
Solaire: ±0.1 W/m², Volcanique: -0.1 W/m² (moyen), Orbital: ±0.05 W/m²
CO₂: +1.8 W/m², Total: +2.3 W/m² (2011 vs 1750)
Anthropique: +1.1°C en 270 ans, Naturel: ±5°C sur 10 000 ans
Naturel: Uniforme, Anthropique: Plus fort aux pôles, nuit
Modèles confirment que les changements récents sont anthropiques
Les variations anthropiques sont beaucoup plus rapides et intenses que les variations naturelles, avec des signatures spatiales distinctes.
• Forçage anthropique : ~2.3 W/m² vs ~0.1 W/m² naturel
• Rapidité : 100 fois plus rapide que naturel
• Attribution : Modèles confirment origine anthropique
