Indicateurs des climats passés et actuels (1)

Étudier le climat passé permet de mieux comprendre le fonctionnement du système climatique, clé pour anticiper ses évolutions futures. Pour cela, les climatologues doivent disposer de séries d’observations sur la période la plus longue possible.

A la fin de la séance, je sais identifier des tendances d’évolution de la température sur plusieurs échelles de temps à partir de graphiques et je peux nommer d’autres indicateurs du climat global.

A/ Températures et indicateurs du climat global

La température moyenne de la Terre, calculée à partir de mesures in situ et depuis l’espace par des satellites, est l’un des indicateurs du climat global.

Doc.1 Première mesure thermométrique

En 1658, l’astronome Ismaël Boulliau est le premier savant français à recevoir un thermomètre, inventé récemment à Florence (il s’agissait d’un instrument à alcool portant 50 graduations). Le 25 mai 1658, il faisait 16 °C à midi, à Paris, 4 rue des Poitevins. Cette mesure est la première observation météo réalisée dans la capitale avec un vrai thermomètre. Du 25 mai de cette année au 19 septembre 1660, il mesure et note quotidiennement les températures parisiennes depuis l’hôtel de Thou, rue des Poitevins, où il loge. Ses mesures sont le point de départ de la plus longue série de températures mensuelles (1668-2012) basée sur des mesures réelles.

Premières lignes du cahier d’observation de Boulliau. La première mesure de température relevée en France, à Paris, le samedi 25 mai 1658 à midi était de 25 degrés florentins (soit 16 °C) – © Météo-France.

Doc.2 Le thermomètre, une histoire d’invention

Le premier thermomètre de l’histoire est le thermoscope inventé par Galilée en 1597. Il s’agit d’un instrument de mesure de la température basé sur le principe de la poussée d’Archimède et de la dilatation de la matière. La variation du niveau du liquide dans le tube capillaire dépend de la variation du volume, et donc de la température, de l’air enfermé dans le ballon (voir photo ci-contre) :

  • l’air du tuyau chauffe, se dilate et veut avoir une plus grande place. C’est pourquoi il presse l’eau et la fait descendre.
  • au contraire, quand l’air refroidit, il se condense, il vient à occuper moins de place et, l’eau remonte dans le tube.

Photo : Montage démonstratif d’un Thermoscope de Galilée Musée des Arts et Métiers

En 1654, Ferdinand II de Médicis, grand-duc de Toscane, inventa un instrument radicalement nouveau et créa le premier véritable thermomètre. Il prit en compte la variation de hauteur d’une colonne de liquide représentant la dilatation de ce liquide et non la dilatation de l’air. Le liquide choisi fut de l’esprit de vin (éthanol) teinté soit avec du sang-dragon1soit avec du kermès2pour rendre la colonne aisément visible. De plus, il scella le tube capillaire, si bien que les variations de hauteur observées ne dépendaient plus de la pression atmosphérique

L’invention des thermomètres modernes est attribuée au physicien allemand Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). En 1717, il remplace l’alcool par du mercure. Il invente également l’échelle de températures qui porte son nom. Il fixe à 32 °F la température de fusion de la glace et à 212 °F le point d’ébullition de l’eau sous pression atmosphérique normale.

En 1730, le physicien et naturaliste français René-Antoine Ferchault de Réaumur met au point un thermomètre à « esprit de vin », ancienne dénomination de l’éthanol, pour lequel il utilisait l’échelle 0-80, le zéro étant le point de congélation de l’eau, et le 80 est le point d’ébullition de l’alcool (esprit de vin), que Réaumur tendait à confondre avec le point d’ébullition de l’eau.

En 1742, le physicien suédois Anders Celsius (1701-1744) invente un thermomètre à mercure qui marquait 100° au point de congélation de l’eau et 0° au point d’ébullition de l’eau (dans le sens inverse de celui utilisé actuellement).

Doc.3 Une base nationale de données climatiques

Texte à trou à remplir avec la vidéo :

 

Pour assurer sa mission de conservation de la mémoire du climat, Météo-France assure la collecte, le contrôle et l’archivage des données climatiques dans une base nationale. Elle contient les données de métropole, d’outre-mer et des TAAF (Terres australes et antarctiques françaises) observées au sol, en mer ou en altitude ou par satellite. Les principales informations recueillies concernent la température, les précipitations, l’humidité, la pression atmosphérique, le vent et le rayonnement.

L’observation est la base de toute activité météorologique : prévision, étude du climat mais aussi la recherche. Étudier le climat c’est étudier l’évolution des caractéristiques de l’atmosphère et il est donc fondamental d’en conserver la mémoire. Il faut analyser et homogénéisé les données pour pouvoir les comparer. Il faut produire de longues séries fiables pour l’analyse des paramètres du climat. Les longues séries de mesures sont archivées dans les bases de données.

Les données antérieures du 17eme au 19eme siècle sont conservées dans des documents papiers. Depuis 2012, il existe un sauvetage de données historiques présentent archives nationales de Fontainebleau. Mieux connaître le climat passé, permet aux climatologues d’étudier et de comprendre les mécanismes du climat et son évolution.

Il ne suffit pas seulement de saisir les données. Une expertise climatologique et historique est nécessaire. Les données doivent être pertinentes et exploitables. Les réseaux étaient moins organisés et les mesures étaient moins précises. La mesure de température peut être réalisée avec des thermomètre à esprit de vin, au sud, en plein soleil . A partir de 1784, apparaît des mesures avec le thermomètre à mercure placé au nord.

Une mesure n’est jamais enregistrée seule. Elle est enregistrée avec le contexte de la mesure, le lieu de la mesure, la date de la mesure, l’emplacement du capteur et le type de capteur. Ces conditions de la mesures sont saisies dans un ordinateur. Cela aide à homogénéiser les données brutes, c’est à dire à les corriger pour pouvoir les comparer au fil du temps. Ces données sont traitées au sein d’une zone climatique homogène. Elles sont comparées dans le temps à l’aide d’outils statistiques. Il faut être capable de différencier les variations propres aux évolutions du climat aux variations liées à des modifications liées au contexte de la mesure. Lorsqu’une longue série de données est identifiée, on cherche à la prolonger en complétant avec des données anciennes et en préservant la mesure dans la zone.

La mémoire du climat est la base de la validation et de la calibration des modèles du climat. La mémoire du climat permet d’affiner les simulations climatiques à l’échelles régionales pour des études de risques et d’impact climatique.

Doc.4 Évolution de la différence entre la température moyenne d’avril à septembre et la moyenne de température correspondante du XIXe siècle (15,7 °C).

Pour chaque fluctuation pluridécennale, les barres rouges indiquent la moyenne des températures de la séquence chaude et les barres bleues la moyenne des températures de la séquence froide – © Météo-France.Doc.5 Variations de la température moyenne à la surface de l’hémisphère nord (par rapport à la moyenne enregistrée pendant la période 1961-1990) au cours des 1 300 dernières années

Graphique obtenue à partir de 12 reconstitutions (représentées en couleur) fondées sur de multiples données climatiques indirectes, sensibles à la température (cernes de croissance des arbres, forage de glace…) et d’enregistrements instrumentaux (représentés en noir). D’après le 4e rapport du GIEC, 2007.

  1. Présentez sous la forme d’un texte ou d’un schéma comment les climatologues caractérisent le climat d’une région du monde. (doc 1 à 5)
  2. D’après la vidéo et le doc 2, expliquer pourquoi il n’est pas possible de comparer les mesures de température réalisées avec le thermomètre à esprit de vin et celles prises par un thermomètre à mercure ?
  3. En vous aidant du doc 2 et de la vidéo, pour interpréter correctement les mesures et les comparer, qu’est il est nécessaire de prendre en compte ?
  4. Qu’illustre le graphique du doc4 concernant l’évolution de la température en France.
  5. Que montre le document 5 concernant l’évolution de la température depuis plus de 1000 ans.

Bilan : Depuis 1850, on constate une tendance claire au réchauffement, et même une accélération de celui-ci. Au XXe siècle, la température moyenne du globe a augmenté d’environ 0,6 °C et celle de la France métropolitaine de plus de 1 °C. Il en existe d’autres : volume des océans, étendue des glaces et des glaciers, cernes de croissance des arbres, forage de glace.

1substance résineuse rougeâtre produite par diverses espèces végétales, connu depuis plus de 2000 ans

2minéral connu depuis l’Antiquité où il était utilisé comme pigments rouges


Savoir

La température moyenne de la Terre, calculée à partir de mesures in situ et depuis l’espace par des satellites, est l’un des indicateurs du climat global. Il en existe d’autres : volume des océans, étendue des glaces et des glaciers…

 

Savoir faire

Identifier des tendances d’évolution de la température sur plusieurs échelles de temps à partir de graphiques.

Correction

  1. Les climatologues caractérisent le climat d’une région en  relevant quotidiennement des données météorologiques à un instant donné : vitesse du vent, direction du vent, pluviométrie, température, hygrométrie, la pression, la nébulosité. Ils recueillent les données prises en mer, au sol, grâce aux satellites ou grâce aux cernes de croissance des arbres, au  forage de glace, grâce aux stations météorologiques fixes au sol ou sur des bouées en mer ou de radar météorologique.
  2. Les mesures prises avec le thermomètre à esprit de vin ont été réalisées en plein soleil, au sud. Celles avec le thermomètre à Mercure, en plein nord. De plus, ce thermomètre à mercure a des graduations précises.
  3.  Il est nécessaire de prendre en compte les conditions dans lesquelles les mesures de température ont été faites : caractéristiques des capteurs, localisation exacte, environnement de la mesure, unités de mesure… Ces informations, appelées métadonnées, sont essentielles tant pour les observations d’aujourd’hui que pour celles du passé. Au même titre que les mesures, elles sont enregistrées dans la base nationale de données climatiques car c’est grâce à elles que les climatologues peuvent constituer des séries temporelles cohérentes et qualifiées.
  4. Une alternance de douze phases chaudes et froides d’une durée moyenne de 30 ans est mise en évidence, ainsi qu’une envolée récente des moyennes de température dont l’amplitude dépasse les fluctuations du passé. Cette dernière indique qu’à partir de 1988, le réchauffement climatique se distingue des fluctuations pluridécennales de températures.
  5. si l’on regarde l’évolution de la température moyenne dans l’hémisphère nord depuis la fin du haut Moyen-âge, on peut identifier une période légèrement plus chaude entre l’an 950 et 1250 (« l’optimum médiéval ») et une période plus froide entre 1450 et 1850 (« le petit âge glaciaire »).

http://www.meteofrance.fr/climat-passe-et-futur/le-rechauffement-observe-a-l-echelle-du-globe-et-en-france

 

 

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