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GÉRARD BELTRANDO

Les climats

Processus, variabilité et risques

Collection U

Géographie

Illustration de couverture : Toits de maisons inondées. © Philip Wallick Corbis

Maquette de couverture : L"Agence libre

Mise en pages : Nord Compo

Cartographie : Aurélie Boissière

Illustrations : Tom Sam You

(pages 12, 13, 21, 39, 48, 51, 52, 57, 67, 72, 87, 91, 128, 129, 143)

Armand Colin

21 rue du Montparnasse

75006 Paris

www.armand-colin.fr

© Armand Colin, 2004

© Armand Colin, 2011

ISBN : 972-2-200-27261-6

Tous droits de traduction, adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l"autorisation de l"éditeur, est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d"une part, les reproductions strictement réservées à l"usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective et, d"autre part, les courtes citations justifi ées par le caractère scientifi que ou d"information de l"oeuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 122-4, L. 122-5 et L. 335-2 du Code de la propriété intellectuelle).

Introduction

L? ????? (du latin tempestas, qui correspond à l"ambiance perçue par lhomme, à un instant donné) et le climat (du grec klima, qui désigne l"incli- naison du Soleil au-dessus dun point terrestre et sous-entend lidée de durée) intéressent lhomme depuis lAntiquité. Celui-ci a su, plus ou moins facile- ment, en tirer pro“ t pour son développement, mais de tout temps, il a aussi subi les e ets néfastes des variations du temps et du climat: si la mousson est moins active, ce sont plusieurs centaines de millions de personnes qui sont rapidement a ectées, si une inondation arrive brutalement, elle peut en- importants sont consacrés pour lobservation du temps et pour la prévision météorologique, cependant, les dégâts imputables aux aléas atmosphériques restent souvent aussi importants que dans le passé. Aujourdhui, grâce à linformation en temps quasi réel, lindividu qui sin- forme peut avoir une idée des conséquences des événements atmosphériques extrêmes qui a ectent la planète. Même si la couverture médiatique est loin dêtre proportionnelle à limportance des phénomènes dommageables (une tornade qui a ecte une commune française peut mobiliser autant les mé- dias quune sécheresse qui anéantit des milliers de personnes en Afrique ou en Asie), la profusion dimages marque les esprits, invite à la discussion, au responsabilisent un peu vite tous ceux qui nont pas pris de mesures de pré- cautions e caces pouvant limiter les risques, les sou rances humaines et le gâchis “ nancier. Pourtant, lanalyse des événements passés montre que la plupart des phé- nomènes atmosphériques dommageables pour lhomme se sont déjà produits et, plus dune fois, ils ont eu des intensités aussi fortes que ceux qui a ectent lhomme aujourdhui. Si malgré les progrès de la prévision météorologique (quelques heures à quelques jours) les conséquences restent souvent drama- tiques, cest avant tout parce que nos sociétés modernes sont bien di érentes de celles qui les ont précédées: il y a plus de personnes âgées, souvent isolées

4Les climats

et vulnérables, qui ont du mal à supporter les vagues de chaleur ; l"homme occupe beaucoup plus que dans le passé les zones inondables, où les ter- rains sont certes souvent plus faciles à aménager et parfois moins chers; les cultures à haute valeur ajoutée, concentrée dans des bassins de production, Les aléas du temps sont mal vécus, les catastrophes paraissent plus fré- quentes et la peur de lavenir préoccupe lhomme. Les scienti“ ques qui pré- voient des scénarios catastrophiques de changement climatique en relation avec laugmentation de la teneur en gaz à e et de serre ont beaucoup de succès. En prenant le devant de la scène, pour expliquer ce possible chan- gement, leurs discours ont pu créer la confusion dans lesprit de la popula- tion oubliant parfois que les phénomènes extrêmes sont tout à fait naturels, quils ont toujours existé et que lhomme moderne doit apprendre, comme ses ancêtres, à mieux gérer ses activités ou à aménager son espace en tenant compte de la nature. Si certains gaz et aérosols, rejetés par lhomme, menacent léquilibre climatique du futur, il faudra sadapter à ce changement climatique et/ou prendre des mesures diverses qui auront des répercussions économiques sur la société (limitation de la circulation automobile ou de lactivité de certains mat pour les décennies à venir, permet aujourdhui de mieux comprendre les nombreux processus qui régissent le fonctionnement de latmosphère, cependant, les incertitudes sur lavenir des climats restent de taille, ce qui ne facilite pas la prise de décisions e caces. Dans ce contexte, les politiques et les acteurs économiques se contentent trop souvent de mesures mineures sans grandes conséquences sur lactivité économique ou de tractations di- verses entre pays pollueurs du Nord et pays du Sud qui, pour le moment, sont moins responsables des modi“ cations de la chimie de lair. Le principe

de précaution, en se heurtant à lintérêt immédiat de certains, est loin dêtre

la règle générale.

Cet ouvrage sorganise en trois parties:

...la première décrit les principaux mécanismes de base qui régissent le climat en montrant que ceux-ci interviennent à diverses échelles de temps et despace; ...la deuxième, après quelques considérations sur lévolution de la clima- tologie et sur ses relations avec la météorologie, décrit les caractéristiques et la répartition des grands ensembles climatiques du globe; ...la dernière est consacrée aux risques et aux catastrophes pour lhomme des excès du temps et du climat en prenant soin de distinguer ceux qui af- fectent lhumanité depuis ses origines de ceux qui pourraient être liés à un possible changement climatique.

PREMIÈRE PARTIE

Les mécanismes

climatiques nombreux processus de natures diverses (thermodynamiques, physico-chi- su samment compris, dautres sont bien identi“ és et ils jouent un rôle pré- pondérant dans lexplication de la variabilité du temps et par conséquent du climat (le climat est dé“ ni comme la synthèse sur le long terme des condi- tions météorologiques, voir DeuxièmePartie). Linclinaison des rayons du Soleil, variable suivant la latitude et la saison en fonction de la rotation de la Terre, explique linégale répartition des bilans thermiques à la surface des terres et des mers ainsi que dans latmosphère (voir chap. 1). Sur des périodes plus longues, les variations de la rotation de la Terre autour du Soleil contribuent aussi à lexplication dune partie de la variabilité climatique. Lanalyse des échanges dénergie dans le système Terre- Océan-Atmosphère constitue le point de départ de toute explication de la répartition des climats dans lespace. Lenveloppe " uide de la planète ...locéan et latmosphère... par ces mou- vements tend à rétablir léquilibre énergétique entre les régions "excéden- taires» en énergie par rapport à la moyenne planétaire et celles qui sont

"dé“ citaires» (voir chap. 2). Latmosphère et locéan interagissent lun par

rapport à lautre, mais les propriétés et la mémoire de ces deux " uides sont di érentes. Cela conditionne le fonctionnement du système couplé quils constituent et permet dexpliquer dautres modes de variabilité du climat. Latmosphère est en mouvement perpétuel, la composante horizontale de ce mouvement permet le transfert dénergie et de vapeur; la composante verticale permet la condensation de la vapeur au sein de perturbations carac- térisées par des systèmes nuageux pouvant aboutir à des précipitations (voir chap. 3). Le cycle de leau permet une redistribution de leau douce et par conséquent de la vie sur les continents. Sans être exhaustive, cette première partie présente donc les principaux facteurs naturels qui permettent de comprendre la variabilité spatiale et tem- porelle du climat à diverses échelles.

Chapitre 1

Énergie solaire

et température dans le système

Terre-Océan-Atmosphère

L? S????? perd de la chaleur en émettant un rayonnement dont une infi me partie entre dans latmosphère de la Terre. Latmosphère ainsi que la surface de la planète (océan et continent) absorbent une partie de ce rayonnement incident qui arrive dans les courtes longueurs donde, puis elles émettent à leur tour un rayonnement vers lespace mais celui-ci est émis dans des lon- gueurs beaucoup plus grandes. La di érence entre les deux explique le et de serre naturel sans lequel la vie, telle que nous la connaissons, naurait jamais existé. À léchelle annuelle moyenne, le bilan global entre le rayonnement solaire incident et le rayonnement infrarouge tellurique (émis par la planète) est quasi nul; la température moyenne de la Terre est en équilibre. À des échelles de temps beaucoup plus longues, des facteurs externes à la planète contribuent à lexplication de la variabilité climatique qui est aussi tributaire dautres facteurs qui sont, eux, internes à la planète (voir chap. 2).

Rayonnement solaire et rayonnement

infrarouge tellurique Tout corps dont la température absolue n"est pas nulle (0 °K) et qui n"est pas un miroir parfait, émet un rayonnement électromagnétique. Ce rayonne- ment permet la transmission de lénergie, dans le vide ou dans un milieu ma- tériel, sous forme dondes caractérisées par leur longueur (1), leur fréquence (f) et leur vitesse (c, cette dernière est une constante “ xée à 300000 km.s -1 de sorte que 1 =c/f.

8Les climats

Les molécules d"air, d"eau et les poussières diff usent et absorbent des pourcentages importants de certaines radiations. Pour dautres, la traversée de latmosphère est plus facile: cest ce que lon appelle des "fenêtres ». Les deux principales sont autour de 0,3 à 2m, avec un maximum vers 0,5m (500nm) pour la lumière du Soleil et autour de 8 à 12m pour linfrarouge tellurique. Le Soleil, à une distance moyenne denviron 149,6millions de kilo- mètres de la Terre, est un corps noir (corps absorbant totalement les radiations quil reçoit) dont la température démission est denviron

5500-6000°K. Sa puissance de rayonnement par unité de surface (E) est

fonction de sa température absolue à la puissance quatre. Cest la loi de

Stefan-Boltzmann:

E =T 4 Avec:

E =puissance solaire moyenne, en W.m

-2 =constante dont la valeur est 5,67 10 -8 W.m -2 Le Soleil émet un " ux dénergie dont environ un demi-milliardième arrive dans latmosphère terrestre. Environ 99% de ce " ux entrant dans le système terrestre est de courtes longueurs donde. Son spectre va de lultraviolet au proche infrarouge, soit des valeurs comprises entre 0,3 et 2m pour lessen- tiel. La Terre a une température moyenne globale nettement plus faible que celle du Soleil (la température de la surface est denviron 288°K, soit environ

15°C), elle émet un rayonnement dans les grandes longueurs donde (4 à

100m) ce qui correspond à linfrarouge, avec un maximum de puissance

émise entre 8 et 12m: linfrarouge tellurique (IRT).

Le rayonnement solaire incident

La planète reçoit donc une infi me partie du " ux dénergie que le Soleil en- voie dans lespace. Ce " ux, arrivant dans les courtes longueurs donde, est ré" échi ou absorbé pour une part par latmosphère, pour lautre par la sur- face des terres et des mers. Il constitue la quasi-totalité de lénergie reçue par la Terre. La puissance totale moyenne de toutes les ondes solaires (entre

0,13 et 25m), à la limite supérieure de latmosphère sur une surface per-

pendiculaire au rayonnement, est voisine de 1370W.m -2 (environ 2 cal.cm -2 mn -1 ), alors que lénergie interne de la Terre nest que de 0,06W.m -2 (ce " ux ne représente quenviron le dix millième de celui venant du Soleil). Cette va- leur de 1370W.m -2 correspond à ce quon appelle la constante solaire (S). Lobservation de la surface du Soleil, montre lexistence de tâches qui pério- diquement peuvent modi“ er la quantité dénergie reçue au sommet de lat- mosphère; la valeur de la constante solaire nest donc pas rigoureusement identique à léchelle pluriannuelle. Sur des échelles de temps plus longues,

9Énergie solaire et température dans le système Terre-Océan-Atmosphère ?

d"autres cycles apparaissent, ils sont liés à la rotation de la Terre et sont res- ponsables de variations plus importantes des apports énergétiques. La puissance moyenne (E) reçue par unité de surface est donc denviron

340 à 342W.m

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