Climatologie

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La climatologie, branche de la géographie physique, est l'étude du climat, c'est-à-dire la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes dans le temps. L'étude du temps à court terme est le domaine de la météorologie. Il n'existe pas de climatologue, mais que par abus de langage on appelle souvent les météorologues climatologues.

En règle générale, le climat ne varie pas, ou assez peu, en un endroit donné du globe, sur une durée de l'échelle du siècle. Mais sur des temps géologiques, le climat peut changer considérablement. Par exemple, la Scandinavie a connu plusieurs périodes glaciaires dans le dernier million d'années. L'étude des climats passés est la paléoclimatologie. Cette étude en fonction de l'histoire humaine s'appelle climatologie historique.

La climatologie est constituée d'une multitude disciplines scientifiques. On y retrouve entre autres les astrophysiciens qui s'intéressent à la quantité d'énergie solaire reçu par la terre, les dynamiciens de l'atmosphère qui s'intéressent au échanges d'énergie entre les différentes couches de l'atmosphère, les chimistes de l'atmosphère (aérologue) qui étudie la composition de l'air, d'océanographes, de glaciologues, de vulcanologues, des géophysiciens, des biochimiste, de biologistes... C'est l'addition du savoir de chacune de ces disciplines qui permet d'obtenir une compréhension globale de l'histoire de notre climat, ainsi que de permettre de faire des projections pour prédire statistiquement son évolution.

Carte simplifiée des climats sur terre

La connaissance de nombreux paramètres, comme la température à différentes altitudes, l'influence des gaz à effet de serre, l'humidité relative, l'évaporation océanique, est nécessaire pour produire des modèles climatiques numériques et anticiper les changements du climat que l'on peut prévoir à plus ou moins long terme (30 ans).

Si la climatologie s'intéresse essentiellement à l'étude et à la classification des climats existants sur terre, une partie de la discipline traite aussi de l'interaction entre climat et société ; que ce soit l'influence du climat sur l'Homme ou de l'Homme sur le climat.

L'Homme et le climat : histoire de la climatologie[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Histoire du climat avant 1850.

Avant le XVIIe siècle[modifier | modifier le code]

Avant l'observation systématique du temps, il existait déjà un sens inné du climat dans le sens d'une moyenne auquel il était possible de comparer les événements climatiques (ex : décrire une tempête comme forte sous-entend de savoir ce qu'est une tempête moyenne). L'agriculture nécessite aussi une connaissance empirique du climat, par exemple, de la mousson.

En Europe, les premières traces écrites de climatologie datent de la Grèce antique. Par exemple, Xenophon décrit précisément le climat d'Athènes dans Les Revenus et s'intéresse aux liens entre plantes et climat, Herodote s'interroge sur le mécanisme des crues du Nil et Aristote fait le lien entre une Terre sphérique et une diminution de la température vers le nord et le sud (à cause de l'angle que font les rayons du Soleil avec la Terre)[1]. En 334 avant JC, ce même auteur publie aussi Meterologica[2], un traité sur la météorologie qui fera autorité sur le sujet jusque dans les années 1700[3].

En Chine, la première mention connue du climat date de la dynastie Xia (XXIe siècle-XVIe siècle av. J.-C.) sous la forme d'un texte d'environ 400 mots appelé Xia Xiao Zheng. Ce texte décrit les conditions météorologiques moyennes de chaque mois de l'année[3]

Entre le XVIIe siècle et le XIXe siècle[modifier | modifier le code]

L'invention du thermomètre dans les années 1600 en Italie marque le commencement de mesures de température régulières[4], indispensables à la climatologie moderne. L'invention du baromètre et du pluviomètre suivent rapidement en 1643 et 1639[3]. Le premier réseau de mesures météorologiques fut créé en 1653 par Ferdinand II de Médicis en Toscane[3] . Puis, en 1664, commence à Paris la plus longue série d'observation météorologique connue[3].

En 1683, Edmond Halley publie une carte mondiale des vents basé sur ses expéditions marines. Il décrit en 1686 le principe de la mousson et des Alizés[3]. Ensuite, George Hadley lie en 1735 les Alizés et la rotation de la Terre par ce qui s'appelle aujourd'hui la/les cellule de Hadley. En Amérique, en 1785, Benjamin Franklin publie la première carte du Gulf Stream et lie ce phénomène à l'action du vent[5].

En 1838 Claude Pouillet puis Joseph Tyndall attribuent l'effet de serre naturel à la vapeur d'eau et au gaz carbonique. Pouillet affirme qu'une modification de leurs quantité dans l'atmosphère doit se traduire par un changement climatique[6],[7].

En 1882, dans un des premiers livres sur le sujet[8], Julius von Hann définit la climatologie comme étant la science des états de l’atmosphère. Il sépare ainsi la climatologie de la météorologie qu'il définit comme la science de l’atmosphère (au moment présent). Dans ce traité, la climatologie se présente sous deux formes: l'étude de l'état moyen de l'atmosphère (classification des climats...) et l'étude des écarts à cette moyenne[9].

En 1895, Svante Arrhenius lie l'augmentation du CO2 dans l'atmosphère et un réchauffement sensible de la Terre. Il se base pour cela sur les observations de la lune faites dans l’infrarouge qui donnent une estimation des capacités d’absorption de la vapeur d'eau et du CO2. Malgré des calculs inexacts, il énonce un des premières lois sur l'effet de serre: Si la quantité d’acide carbonique augmente en progression géométrique, l’augmentation de la température suivra, presque avec une progression arithmétique[10]. Il donne pour ordre de grandeur 4 °C en plus pour un doublement du CO2 dans l'air.

Depuis le XIXe siècle[modifier | modifier le code]

Malgré les avancées du XIXe siècle, la climatologie n'a, au début d'une XXe siècle, qu'un impact limité[11]. On étudie surtout les moyennes climatiques, par exemple à travers une classification mondiale des climats[11].

Durant la deuxième guerre mondiale, principalement à cause du développement de l'aviation, le réseau de mesures météorologiques s'améliore. L’intérêt pour la météorologie augmente[11] ce qui pousse aussi à un regain d’intérêt pour la climatologie. Le développement de l'informatique permet aussi la création des premiers modèles climatologiques comme, par exemple, celui de Norman Phillps en 1956[12].

Les domaines d'études[modifier | modifier le code]

Les grands éléments du système climatique[modifier | modifier le code]

L'atmosphère[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Atmosphère terrestre.
Coupe verticale de l'atmosphère terrestre

Atmosphère : du grec atmos -vapeur humide- et sphère On entend souvent par le terme atmosphère, la première de ses couches, à savoir la troposphère. L'atmosphère est une enveloppe gazeuse fondamentale à l'existence des êtres vivants et de la vie en milieu terrestre. Celle-ci joue également un rôle majeur dans le cycle de l'eau. (évaporation=précipitation)

L'air en son sein est défini en termes de température, pression, charge humide et mouvements ou direction(horizontaux et verticaux).

La partie de l'atmosphère la plus proche de la Terre est donc la troposphère, dans laquelle se jouent les principaux phénomènes météorologiques. Cette couche de l'atmosphère n'apparaît pas régulière dans la mesure où l'on observe une épaisseur plus importante au niveau de l'équateur (17 à 18 km).

Structure thermique atmosphérique et couches

On notera la présence de gradients thermiques qui varient sur une échelle horizontale de la troposphère jusqu'à la ionosphère. Jusqu'à environ 15 km d'altitude la température diminue (troposphère supérieure)

L'air, dans cette basse couche (8 à 9 km) est soumis à d'importantes turbulences. Cette instabilité a pour origine les reliefs ainsi que les contrastes thermiques générés par les grands ensembles continentaux et océaniques. La tropopause constitue la limite supérieure de la troposphère. La température moyenne y est de −57 °C.

La stratosphère

De 15 à 50 km. La température se remet à augmenter doucement. La cause est simple et provient de l'absorption par l'ozone des rayons Ultra Violet qu'elle contient. Le courant-jet, courant horizontal majeur trouve sa place dans cette stratosphère. La stratopause est la limite supérieure de cette couche.

La mésosphère

De 50 à 80 km.

Le gradient thermique redevient négatif. Il le devient à 80 km d'altitude d'environ −65 °C. La mésopause constitue sa limite supérieure.

L'ionosphère ou thermosphère De 80 à 100 km environ. Les températures augmentent fortement. On assiste à l'intérieur de cette couche atmosphérique au phénomène de dissociation des molécules d'hydrogène et de dioxygène. La thermopause, limite supérieure, reste floue.

Le rôle de l'énergie solaire[modifier | modifier le code]

Répartition de l'énergie solaire reçue au sol sur le globe.

L'effet de serre[modifier | modifier le code]

Effet de Serre.png
Article détaillé : Effet de serre.

La circulation atmosphérique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Circulation atmosphérique.

Les changements climatiques[modifier | modifier le code]

Plus de pluies en Europe occidentale, multiplication de mini tornades de type tropical[13] dans des zones tempérées[14], risque de sécheresse et de désertification de la péninsule Ibérique[15], modification du Gulf stream entraînant une possible rupture de la circulation thermohaline ... les effets les moins facilement prédictibles sont les plus significatifs, à savoir : à partir de quel seuil de rupture s'enclenche une boucle de rétroaction[16] qui, une fois lancée, échappera à toute tentative humaine pour la juguler ?

Ces aspects induisent des réflexions pour agir sur le climat, qui reviendraient à expérimenter sur ce terrain ce qui est scientifiquement confiné à une expérience de laboratoire : lire géo-ingénierie.

Risques, aléas et vulnérabilité des sociétés face au climat[modifier | modifier le code]

La question de l'impact de l'évolution du climat sur le milieu dans lequel évolue nos société est essentielle. Une des réponses des spécialistes est d'étudier le passé climatique de la Terre (les glaciations et les périodes interglaciaires par exemple) pour en tirer des enseignements (voir paléoclimat), et d'utiliser des modèles de simulation du climat pour tenter d'extrapoler les conséquences d'évolution de certains paramètres (typiquement la température moyenne). Les risques identifiés sont principalement les conséquences d'une augmentation rapide de la température (0,5° durant le XXe siècle, à comparer à une augmentation de 1° en 1000 ans lors des périodes de transition interglaciaire)[17]. Les conséquences de cette augmentation de température sont l'augmentation du niveau des océans (avec les risques d'inondation des zones côtières), l'accroissement de la désertification, la modification du régime des moussons, l'extinction d'espèces et la diminution de la biodiversité essentiellement[17].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Pierre de Félice, L'Histoire de la Climatologie, L'Harmattan, 2006
  2. Aristote, Meteorologica available online [1] in english
  3. a, b, c, d, e et f E. Linacre, Climate data and resources: a reference and guide, Routhledge, 1992
  4. IPCC, Climate Change 2007: Working Group I: The Physical Science Basis, Chapter 1.3.2 Global Surface Temperature
  5. NOAA, http://oceanexplorer.noaa.gov/library/readings/gulf/gulf.html visité le 23 août 2011
  6. http://arjournals.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.energy.25.1.441
  7. John Tyndall, Heat considered as a Mode of Motion http://www.archive.org/details/heatconsideredas00tynduoft (500 pages; year 1863, 1873).
  8. J.Hann,Handbuch der Klimatologie, Wien, 1882
  9. A.Douguedroit, la "révolution scientifique" de la climatologie pendant la seconde moitié du XXe siècle: Le paradigme de l'état du système climatique, Annales de l’Association Internationale de Climatologie, vol 2, 2005
  10. .(en) Svante Arrhenius, « On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground », Philosophical Magazine and Journal of Science, vol. 5, no 41,‎ avril 1896, p. 237-276 (lire en ligne)[PDF]
  11. a, b et c A. Hufty, Introduction à la climatologie, De Boeck Université, Canada,2001
  12. N.Phillips. "The general circulation of the atmosphere: a numerical experiment". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 82 (352): 123–154, 1956.
  13. Exemple à Gérardmer dans les Vosges, le 1er juillet 2012.
  14. Les tornades en France et dans le monde.
  15. (es) L'hiver 2011/2012 aura été le plus sec vécu en Espagne depuis 70 ans.
  16. Exemple de rupture : dégel des sols du permafrost en Sibérie orientale, libérant les quantités de méthane contenues dans les tourbières, un gaz 9000 fois plus contributeur que le C02 à l'effet de serre. Source : Saison Brune
  17. a et b La terre menacée, un laboratoire à risques, Stephen Schneider, (ISBN 978-2-012-353541)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]