Exercices Comprendre les conséquences du réchauffement climatique et les possibilités d’actions

Quel type de rayonnement contribue au réchauffement de l’atmosphère terrestre ?
Décrivez ce processus.

Thomas, un ami à vous, habite Paris et regarde un reportage sur le réchauffement climatique et ses conséquences. Dans ce documentaire est expliqué le Plan climat pour Paris dont l’un des objectifs est de réduire de 50 % les émissions locales de gaz à effet de serre par rapport à 2004. Thomas vous demande comment les activités humaines peuvent avoir une influence sur l’effet de serre et pourquoi les réduire est important.

Répondez-lui en expliquant dans un premier temps ce qu’est l’effet de serre.

Introduction de l’activité :

Depuis plusieurs décennies l’étude du climat actuel de la Terre semble indiquer un réchauffement important du climat avec des conséquences potentiellement importantes sur les populations humaines. Afin de pouvoir mettre en place des stratégies de lutte et d’atténuation du réchauffement climatique, les scientifiques doivent obtenir un consensus sur l’évolution du climat. L’obtention d’un consensus est cruciale pour mettre en place des actions individuelles et collectives afin de limiter l’impact du réchauffement climatique. L’objet de cette première activité est de comprendre comment la communauté scientifique peut aboutir à un modèle robuste sur les causes et les conséquences du changement climatique.

Document 1 : Des recherches in-situ

On observe sur cette photographie une bouée Atlas, un profileur Argo Deep Arvor et une bouée SVP. Ces instruments ont été déployés dans le cadre de Coriolis sur la mission PIRATA FR30.
La bouée Atlas est une station météo-océanique positionnée en plein océan. Elle mesure un nombre important de paramètres atmosphériques (température, humidité, pluviométrie, pression, vitesse et direction du vent) et océaniques (température, salinité et pression) grâce à son câble équipé de capteurs entre la surface et 500 mètres de profondeur. Le profileur Argo Deep Arvor mesure la température, la salinité et la concentration en oxygène dissous depuis la surface jusqu’à 4000 mètres de profondeur. Grâce à ses 4000 flotteurs profilants, le programme Argo permet d’alimenter le suivi des masses d’eau profondes, qui jouent un rôle clé dans le changement climatique. La bouée SVP, pour Surface Velocity Profiler, mesure la température de la mer. Selon les modèles de bouée SVP, celle-ci peut également mesurer la salinité ou la pression atmosphérique. Si le profileur Deep Arvor récolte ses données en profondeur, la bouée SVP fait ses relevés en surface.

Le programme PIRATA (Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic) est un programme initié et mené depuis 1997 en commun par la France, le Brésil et les Etats-Unis, qui surveille et étudie les conditions océaniques et météorologiques en Atlantique tropical. L’Ifremer participe à la composante française de ce programme, labellisé Service National d’Observation, dont l’IRD est maître d’œuvre de la coordination et des campagnes à la mer, aux côtés de Météo France et de l’INSU/CNRS.

🧪 Démarche expérimentale : L’apport des satellites 📝

Démarche :
À l’aide de l’application Google Earth, il est dorénavant possible de suivre l’évolution morpho-géologique sur une période temps donnée de plusieurs lieux sur le globe.

Protocole :
1. Aller sur l’application Google Earth.
2. Cliquer sur l’onglet « Timelapse ».
3. Cliquer sur l’onglet « Réchauffement planétaire ».
4. L’application permet de visualiser l’évolution de 10 sites dans le monde.

Document 2 : L’aide précieuse des supercalculateurs

Les années 1990 voient l’avènement des supercalculateurs permettant l’intégration de milliard de données pour mieux suivre le climat. Leur puissance de calcul a été multipliée par 10 millions en 30 ans pour atteindre 20 780 000 000 000 000 calculs par seconde en 2022 (source : Météo France). Les modèles climatiques fonctionnent par maillage tridimensionnel, plus la maille de calcul est petite plus le modèle sera précis. Leurs calculs sont basés sur les lois fondamentales de la physique, du mouvement des fluides et de la chimie. Actuellement, environ 100 modèles climatiques indépendants sont utilisés par 50 laboratoires de climatologie dans le monde.

Document 3 : Le GIEC

Consulter le document mis à disposition sur le site www.ecologie.gouv.fr :

https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/ONERCLivretMieuxcomprendreleGIEC2018.pdf

D’après l’étude des documents 1 et 2 et de la démarche expérimentale, quels sont les différents outils utilisés par les scientifiques pour suivre l’évolution du climat actuel ?

Introduction de l’activité :

Depuis plus d’un siècle les activités humaines et principalement les émissions de $\text{CO}_2$ liées à l’industrie semblent être responsables de l’accélération du réchauffement climatique. Pour mesurer cela, les climatologues utilisent plusieurs indices et en particulier la température de l’eau et de l’air et le pH des océans. Ces déséquilibres créés par le réchauffement climatique infligent aux populations animales et végétales des variations brutales de leur milieu de vie et ne sont pas toujours capables de trouver rapidement des stratégies d’adaptation pour y répondre. Dans cette activité, nous proposons de découvrir les effets directs de ces modifications sur un écosystème marin et sur les populations humaines.

Document 1 : Présentation des coraux

Les coraux sont des organismes marins fixés, constitués d’une partie molle qu’on appelle le polype et d’une partie rigide et calcaire, le pied. Dans les mers chaudes et peu profondes sous climat tropical, les coraux vivent en symbiose avec une algue unicellulaire dinoflagellé appelée zooxanthelle. Ces algues unicellulaires utilisent les déchets du métabolisme des coraux pour faire la photosynthèse et en échange elles fournissent aux coraux de l’oxygène.
Cependant, en période de stress, les coraux ne sont plus à même de réaliser cette précieuse symbiose. Les zooxanthelles, qui donnent leur couleur marron/vert caractéristique aux coraux, sont alors expulsés et les coraux blanchissent. Les coraux sont des espèces marines très sensibles, les changements de température, de salinité, d’acidité ou de turbidité de l’eau de mer peuvent induire un stress métabolique induisant leur blanchissement.

Document 2 : Le phénomène El Nino

Le phénomène El Nino qui est un phénomène naturel a priori indépendant du réchauffement climatique, serait un fort déclencheur d’épisode de blanchiment des coraux du fait de l’augmentation brutale de la température des eaux par variation de la circulation des masses d’eaux océaniques. Les deux plus grands épisodes de blanchiment ont eu lieu en 1998 en causant la mort de 16 % des récifs coralliens du monde et le second entre 2014 et 2015, touchant plus de 38 % des récifs du monde.

Document 3 : Évolution de la température de surface des océans depuis 1880

Document 4 : Acidification des océans

D’après le GIEC, l’acidification des océans est amenée à se poursuivre d’ici la fin du XXI^e siècle. L’acidification des eaux marines présente un risque majeur pour les récifs coralliens, les mollusques et certains types de planctons en raison de leur structure calcaire ou de leur coquille. Ainsi, associé au réchauffement des eaux marines, à la pollution ou encore à l’eutrophisation des milieux aquatiques, ce phénomène menace l’équilibre de nombreux écosystèmes.

D’après les documents 1 à 3, dans quelles mesures et comment la température des océans peut-elle être responsable du blanchiment des coraux ?

Parcours guidé :

• Le phénomène El Nino est-il seul responsable ?
• Comment l’augmentation des températures dues au réchauffement climatique s’associe-t-elle à des phénomènes naturels tel qu’El Nino ?

Introduction de l’activité :

L’augmentation continuelle des températures et des émissions en carbone emmène les États et les collectivités locales à trouver dès à présent des stratégies de lutte et d’adaptation face au réchauffement climatique. Le ministère de l’écologie définit l’adaptation au changement climatique comme telle : « S’adapter au changement climatique c’est se préparer aux conséquences du changement climatique pour limiter les dégâts éventuels et profiter des opportunités ». L’objet de cette activité est de comprendre l’organisation politique de la mise en œuvre des stratégies d’adaptation mais également de voir quelles actions efficaces peuvent être menées à plus petite échelle pour répondre à une problématique locale.

Document 1 :Températures en zones urbaines et rurales (d’après Météo France)

Document 2 : Îlots de chaleur urbain

Dans la vidéo ci-dessous, Julien Bouyer présente le phénomène d’îlot de chaleur urbain.

Document 3 : Albédo des matériaux urbains

L’albédo d’une surface définit son pouvoir réfléchissant. Plus un matériau sera noir, plus il sera en capacité d’absorber de la chaleur et plus son albédo sera faible.

Document 4 : Projets architecturaux d'atténuation de la chaleur urbaine

D’après le document 2 et sachant que les communes de Bordeaux et de Saint-Médard-en-Jalles sont distantes d’une dizaine de kilomètres, quelle(s) hypothèse(s) peut-on émettre afin d’expliquer les différences de températures observées durant l’été 2022 ?

Parcours guidé :

• Qu’observez-vous concernant les relevés de température effectués dans ces deux villes ?
• D’après la carte les deux villes présentent-elle la même urbanisation ?

Introduction de l’activité :

Pour faire face au réchauffement climatique les États se regroupent depuis les années 1990 sous diverses organisations permettant une lutte conjointe. Toutefois, il semble de plus en plus évident que les citoyens prennent personnellement conscience de ce phénomène et réfléchissent individuellement à des stratégies d’actions pour aider dans la lutte contre le réchauffement climatique. Avec nos modes de vie, souvent différents et contraints par nos diverses activités professionnelles et personnelles, chacun trouvera des axes d’amélioration qui lui seront propres pour contribuer à la sauvegarde de notre climat.
Dans cette activité, nous proposons de réaliser un état des lieux de notre empreinte carbone personnelle et d’étudier comment et dans quelle mesure des petites modifications dans nos habitudes de vie peuvent grandement améliorer les choses.

🧪 Démarche expérimentale : Calcul de mon empreinte carbone 📝

Dans cette première partie, nous proposons de calculer individuellement notre empreinte carbone selon nos grandes habitudes de vie : transport, alimentation, consommation d’énergie etc… Pour cela, le gouvernement met à notre disposition le simulateur de l’Agence de la transition écologique « Nos gestes climat » pour que chacun d’entre nous puisse avoir une estimation de son bilan carbone afin d’en tirer les conclusions nécessaires et mettre en œuvre si besoin certaines stratégies d’adaptation.

Protocole :
1. Cliquer sur ce lien.
2. Cliquer sur « Je calcule mon empreinte carbone ».
3. Cliquer sur « Faire le test ».
4. Répondre aux questions pour chaque item.

Résultats :
Chaque élève obtient son empreinte carbone personnelle, avec les principaux secteurs de consommation de carbone correspondant à ses habitudes de vie.

À l’aide des résultats obtenus grâce au simulateur de l’Ademe, dressez un bilan personnel des axes d’amélioration possible de votre empreinte carbone.