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N°3 - L’activité humaine est-elle d’une puissance qui explique le réchauffement? - niv 2

N°3 - L’activité humaine est-elle d’une puissance qui explique le réchauffement? - niv 2

En formation de niveau Bac, on n'étudiera pas ce dossier.



Entre 1975 et 2005, on a constaté un réchauffement d’au moins 0,5 [K] « au sol » de la planète.

A elle seule, l’activité humaine a-t-elle été d’une puissance suffisante pour fournir la chaleur nécessaire au réchauffement des milliards de tonnes de roches, d’eau et d’air concernés ?

Un calcul rigoureux serait très complexe, car pour calculer la quantité d’énergie correspondant à une hausse de 0,5 [K] au niveau du sol et de la surface des océans, il nous faudrait :

  • Tenir compte de l’augmentation concomitante des pertes énergétiques vers l’espace
  • Tenir compte du « stockage énergétique » que représente l’augmentation de la vapeur d’eau et de la convection dans l’atmosphère et les océans.
  • Tenir compte de la fonte des glaces « éternelles », de l’évolution de la couverture nuageuse et de la modification de l’émissivité correspondante de la planète.
  • De l’éventuel accroissement des incendies de forêts
  • Disposer de l’évolution verticale de la température au sein de l’atmosphère et de la fine couche concernée de la croûte terrestre et des océans.

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La 1ère  figure montre les variations saisonnières de température du sol surtout sensibles sur les 15 premiers mètres de profondeur (source Dimplex).
La 2ème figure (à gauche) montre l’atténuation des fluctuations de température de l’atmosphère avec la profondeur et le décalage dans le temps de la transmission.
La figure 3ème figure (à droite) montre :

  • En A l’évolution de la température à proximité immédiate d’un pergélisol (sous-sol gelé en permanence)
  • En B et C l’évolution de la température dans un sol depuis longtemps dégelé, à proximité du pergélisol, montrant le réchauffement sur les premières dizaines de mètre de profondeur.

Source : Empreintes paléothermiques du sous-sol site du BRGM


Pour les océans, la situation est plus mouvante, mais la stratification y joue son rôle.

En 1ère approche, nous allons effectuer une estimation grossière en admettant que la hausse de 0,5 [K] à proximité du sol s’est répercutée sur toute l’atmosphère et seulement pour moitié sur les 15 premiers mètres de roches et d’eau en superficie de la terre.

De plus, nous allons particulièrement négliger l’augmentation des pertes thermiques vers l’espace, augmentation que l’on suspecte d’être contrariée par l‘augmentation de l’effet de serre.


Question

Q1: Calculez en Joules la quantité de chaleur correspondant à une hausse homogène de 0,5 [K] de toute l’atmosphère et de 0,25 [K] des 15 premiers mètres de roches et d’eau en superficie de la terre.
Sans tenir compte de l’augmentation concomitante des pertes d’énergie vers l’espace, calculez à quelle puissance thermique correspond ce réchauffement constaté sur les 30 dernières années.
Données:
  • Masse de l’atmosphère : 5,13 x 1018 [kg]
  • Chaleur massique de l’air : 1000 [J/kg.K]
  • Surface de la terre : 5,10 x 1014 [m²]
  • Masse volumique moyenne en superficie des océans et de la croûte terrestre : 1580 [kg/m³]
  • Chaleur massique moyenne en superficie des océans et de la croûte terrestre : 3315 [J/kg.K]

Q = 1,26 x 1022[J]
P = 1,33 x 1013 [W] que l’on peut comparer à la puissance mondiale actuelle d’énergie de 1,5 x 1013 [W] en 2008.


Explication :

  • Chaleur correspondant au réchauffage de 0,5 [K] de l’atmosphère

Q = M x C x ΔT = 5,13 x 1018 x 1000 x 0,5 = 2,57 1021 [J]

  • Chaleur correspondant au réchauffage de 0,25 [K] des 15 premiers mètres en superficie des océans et de la croûte terrestre :

M = 5,10 x 1014 x 15 x 1580 = 1,21 x 1019 [kg]
Q = M x C x ΔT = 1,21 x 1019 x 3315 x 0,25 = 1 x 1022 [J]

  • Total

Q = 1022 + 2,57 x 1021 = 1,26 x 1022 [J]

 

  • Puissance correspondant à un réchauffement en 30 ans :

P = Q/t
P = 1,26 x 1022 / 365 x 24 x 3600 x 30 = 1,33 x 1013 [W] que l’on peut comparer à la puissance mondiale actuelle d’énergie de 1,5 x 1013 [W] en 2008.

Remarque : la prise en compte d’une augmentation de la quantité de vapeur d’eau stockée dans l’atmosphère durant la période ne modifie que très légèrement le résultat.



Evidemment, le calcul est trop rapide pour être parfaitement juste. Il montre cependant qu’une puissance « aussi faible » que celle que nous dégageons peut, sous certaines conditions, expliquer le réchauffement en cours « à la surface » de la terre.

Mais il reste toujours à lever une grosse ambiguïté puisque au début du siècle dernier, la planète a été soumise à une augmentation de la puissance solaire absorbée de plusieurs dizaines de fois supérieure à celle que génère notre activité en 2008, sans entraîner une hausse supérieure à quelques dixièmes de degré.