Terminale · Enseignement scientifique
Devoir surveillé n°3 — La complexité du système climatique
Ce contrôle évalue la compréhension des mécanismes de régulation du climat, des rétroactions et de l'influence des activités humaines.
1h30 · Difficile · 3 exercices · Barème sur 20 points
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Sujet
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Exercice 1 — Rétroactions climatiques (8 points)
1. Définissez ce qu'est une rétroaction (ou feedback) dans le système climatique.
2. Prenez l'exemple de la rétroaction de l'albédo liée à la banquise. Décrivez précisément la boucle de rétroaction impliquée dans le cas d'un réchauffement initial. Est-elle positive ou négative ? Justifiez votre réponse.
3. Citez un autre exemple de rétroaction positive et un exemple de rétroaction négative dans le système climatique. Pour chacun, expliquez brièvement le mécanisme.
Exercice 2 — Analyse de données paléoclimatiques (7 points)
Le graphique (non reproduit) présente l'évolution de la température moyenne globale et de la concentration en CO₂ atmosphérique sur les 800 000 dernières années, déduites de l'analyse des carottes de glace.
1. Décrivez la corrélation observée entre les deux courbes.
2. Ces données permettent-elles d'affirmer que la variation de CO₂ est la cause des variations de température des cycles glaciaires-interglaciaires ? Argumentez.
3. La concentration actuelle en CO₂ dépasse 410 ppm. Comparez cette valeur aux maxima observés sur le graphique (environ 300 ppm). Que peut-on en conclure ?
Exercice 3 — Modélisation et incertitudes (5 points)
Les modèles climatiques globaux (GCM) simulent l'évolution du climat en fonction de différents scénarios d'émissions de gaz à effet de serre (GES).
1. Pourquoi utilise-t-on plusieurs scénarios (ex: RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5) et non une seule prévision ?
2. Citez deux sources d'incertitude majeures des projections climatiques, liées aux modèles eux-mêmes.
3. Malgré ces incertitudes, quel résultat robuste et convergent tous les modèles simulent-ils pour le XXIe siècle en réponse à une augmentation des GES ?
Corrigé et barème
Le total du barème est de 20 points. Les réponses rédigées admettent plusieurs formulations pertinentes ; compare le raisonnement, pas seulement les mots.
Exercice 1 — Rétroactions climatiques : 8 points
1. Une rétroaction est un processus par lequel un effet influence sa propre cause, amplifiant (rétroaction positive) ou atténuant (rétroaction négative) la perturbation initiale du système.
2. Rétroaction de l'albédo banquise (positive) : Un réchauffement initial → Fonte de la banquise → Diminution de la surface blanche réfléchissante (albédo) → Augmentation de la surface sombre (océan) qui absorbe plus de rayonnement solaire → Réchauffement accru → Amplification de la fonte. La boucle amplifie la perturbation initiale, c'est une rétroaction positive.
3. Exemple positif : Rétroaction de la vapeur d'eau. Réchauffement → Plus d'évaporation → Plus de vapeur d'eau (gaz à effet de serre) dans l'atmosphère → Renforcement de l'effet de serre → Réchauffement accru.
Exemple négatif : Rétroaction du rayonnement. Réchauffement → Émission de rayonnement infrarouge par la surface augmentée (loi de Stefan-Boltzmann) → Perte d'énergie accrue vers l'espace → Atténuation du réchauffement.
Exercice 2 — Analyse de données paléoclimatiques : 7 points
1. On observe une forte corrélation : les périodes de forte température (interglaciaires) correspondent à des concentrations élevées en CO₂, et les périodes froides (glaciaires) à de faibles concentrations. Les deux paramètrès varient de manière synchrone.
2. Non, la corrélation n'implique pas nécessairement la causalité. Les données montrent une relation étroite, mais les mécanismes d'interaction sont complexes. Le CO₂ est un gaz à effet de serre qui amplifie les variations climatiques (rétroaction positive), mais le facteur déclenchant initial des cycles est lié aux paramètrès orbitaux de la Terre (théorie de Milankovitch). Le CO₂ agit comme un amplificateur, pas forcément comme la cause première.
3. La valeur actuelle (410 ppm) est nettement supérieure aux maxima naturels des 800 000 dernières années (≈300 ppm). Cette rupture par rapport aux variations naturelles passées est un indicateur fort de l'influence des activités humaines (combustion d'énergies fossiles, déforestation) sur la composition de l'atmosphère.
Exercice 3 — Modélisation et incertitudes : 5 points
1. On utilise plusieurs scénarios car ils représentent différentes trajectoires socio-économiques futures possibles, conduisant à des niveaux d'émissions de GES très variables. L'évolution future des émissions dépend de choix politiques, technologiques et économiques qui sont incertains. Les scénarios explorent cette gamme de possibilités.
2. Deux sources d'incertitude : la représentation des processus à petite échelle (ex : nuages, convection) dans les mailles des modèles ; la modélisation des rétroactions climatiques (ex : rôle des nuages, cycle du carbone) dont l'amplitude exacte est difficile à quantifier.
3. Un résultat robuste et convergent de tous les modèles est que l'augmentation de la concentration des GES entraîne un réchauffement climatique global à la surface de la Terre. La température moyenne mondiale augmentera, même si l'amplitude précise du réchauffement dépend du scénario et des modèles.
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