Thème 3 — Climats passés, présents et futurs

Probabilité 2026 : ★★★★★ — Apparu dans 8 sessions Métropole sur 8 (2022-2025). Sujet d'actualité majeure (GIEC AR6, COP).

Climats passés (paléoclimats)

Méthodes d'étude

Indicateurs paléoclimatiques (proxies) :

• Pollens fossiles (palynologie) : reconstituent la végétation, donc le climat de l'époque.
• Glaces polaires (carottes du Groenland, Antarctique, jusqu'à 1 million d'années) : bulles d'air piégées = composition atmosphérique passée.
• Isotopes de l'oxygène ($\delta^{18}O$) dans glaces et carbonates marins : indicateur de température (rapport $^{18}O/^{16}O$ varie avec T°).
• Cernes des arbres (dendrochronologie) : sur 10 000 ans.
• Sédiments lacustres et marins : foraminifères, microfossiles.

Le Quaternaire (-2,6 Ma à aujourd'hui)

Cycles glaciaires-interglaciaires d'environ 100 000 ans :

• Période glaciaire : ~80 000 ans, T° moyenne -8°C par rapport à aujourd'hui.
• Période interglaciaire : ~20 000 ans, T° plus chaude.

Dernier maximum glaciaire : il y a 21 000 ans. Interglaciaire actuel (Holocène) : depuis ~11 700 ans.

Causes des variations naturelles

Paramètres orbitaux (Milankovitch, 1920) :

• Excentricité de l'orbite terrestre (cycle 100 000 ans).
• Obliquité de l'axe de rotation (cycle 41 000 ans).
• Précession des équinoxes (cycle 21 000 ans).

Ces variations modifient l'insolation reçue par la Terre selon la latitude et la saison.

Activité solaire : minimum de Maunder (1645-1715) correspond au Petit Âge Glaciaire.

Volcanisme : grandes éruptions (Tambora 1815, Pinatubo 1991) refroidissent temporairement par injection d'aérosols dans la stratosphère.

Climat actuel et changement anthropique

Effet de serre

Mécanisme : rayonnement solaire visible traverse l'atmosphère, est absorbé par la surface terrestre, qui réémet en infrarouge. Les gaz à effet de serre (GES) absorbent partiellement cet IR et le réémettent dans toutes les directions, réchauffant la basse atmosphère.

Sans effet de serre : T° moyenne Terre = -18°C (calculs astrophysiques). Avec effet de serre naturel : T° moyenne = +15°C. Effet de serre additionnel anthropique : +1,2°C depuis 1850 (GIEC AR6, 2021).

Principaux GES anthropiques

Concentration CO₂ : 280 ppm (1750, préindustriel) → 420 ppm (2024). Concentration CH₄ : 700 ppb → 1 920 ppb.

Effets observés (GIEC AR6)

• Température mondiale : +1,2°C depuis 1850.
• Niveau des mers : +20 cm depuis 1900, accélération récente.
• Acidification océans : pH -0,1 (≈ +30% d'ions H⁺).
• Recul des glaciers : 90% des glaciers reculent.
• Événements extrêmes : canicules, sécheresses, méga-feux, inondations plus fréquents.

Projections

Géologie : tectonique et magmatisme

Tectonique des plaques

12 plaques majeures + ~50 micro-plaques. Mouvements de l'ordre de quelques cm/an.

Frontières :

• Divergente (dorsales océaniques) : formation de croûte océanique. Magmatisme basaltique.
• Convergente (subduction ou collision) : destruction de croûte ou formation de chaînes.
• Coulissante (faille transformante) : ex. faille de San Andreas.

Magmatisme

Subduction : croûte océanique froide plonge sous croûte continentale. Fusion partielle du manteau hydraté → magmas andésitiques visqueux → volcans explosifs (Mt St-Helens, Pinatubo, ceinture de feu Pacifique).

Dorsales : remontée de manteau chaud → décompression → fusion partielle → magmas basaltiques fluides → volcans effusifs.

Points chauds (Hawaii, La Réunion, Yellowstone) : remontées profondes indépendantes des plaques.

Reconstitution géologique

Métamorphisme : transformation minéralogique des roches sous pression et température élevées, sans fusion.

Les associations minérales (paragenèses) permettent de reconstituer les conditions P-T → histoire géologique d'une chaîne de montagnes.

Liens climat-géologie

Cycle long du carbone

Sur des millions d'années, le CO₂ est régulé par :

• Volcanisme : émission de CO₂.
• Altération des silicates : consomme le CO₂.
• Stockage en calcaires : carbonate de calcium sédimentaire.

Crise climatique du PETM (-56 Ma)

Paleocene-Eocene Thermal Maximum : +5 à 8°C en 10 000 ans, libération massive de CO₂ et CH₄ (origine débattue). Extinction marine importante.

Comparaison : le rythme actuel d'émissions est 10× plus rapide que le PETM.

Sujets-types 2026

Sujet 1 (Exercice 1) : Lien activités humaines / changement climatique

Documents : courbes CO₂ atmosphérique (carottes glaciaires + Mauna Loa), température mondiale, émissions anthropiques par secteur.

Consigne : Montrer que les activités humaines sont la cause principale du changement climatique observé.

Sujet 2 (Exercice 2) : Reconstitution paléoclimatique

Documents : profil isotopique $\delta^{18}O$ d'une carotte glaciaire, association avec données palynologiques.

Consigne : Reconstituer le climat de la période étudiée.

Sujet 3 : Tectonique et risque

Documents : carte de la ceinture de feu Pacifique, schéma de subduction, données sismiques.

Consigne : Expliquer la répartition des volcans et séismes.

Pièges à éviter

1. Confondre temps géologique et météo. Climat = moyennes sur ≥30 ans. Météo = court terme.
2. Confondre cycle court du carbone (océan-atmosphère-biosphère) et cycle long (géologique).
3. Penser que le CO₂ est le seul GES. CH₄ a un PRG 28× plus fort, N₂O 265×.
4. Confondre effet de serre naturel et additionnel. Le naturel maintient la vie. L'additionnel anthropique est la cause du réchauffement.
5. Oublier les rétroactions. Fonte des glaces → moins d'albédo → plus de chaleur absorbée (rétroaction positive). Dégel du pergélisol → libération CH₄ → réchauffement (rétroaction positive).

Données chiffrées

• Réchauffement depuis 1850 : +1,2°C (GIEC AR6, 2021).
• CO₂ : 280 ppm (1750) → 420 ppm (2024).
• CH₄ : 700 ppb → 1 920 ppb.
• Élévation mer : +20 cm depuis 1900.
• Acidification océans : pH -0,1 (+30% H⁺).
• Émissions CO₂ mondiales 2024 : 37 Gt/an.
• Trajectoire actuelle 2100 : +2,7°C (UNEP Gap Report 2024).
• Objectif Accord de Paris : <2°C, idéalement 1,5°C.

Q&R pour le tuteur IA

Q : Comment savoir si le CO₂ actuel vient bien des activités humaines ? R : Plusieurs preuves convergentes : (1) corrélation temporelle parfaite avec révolution industrielle ; (2) signature isotopique du carbone (déficit en $^{14}$C et $^{13}$C → origine fossile, pas volcanique) ; (3) cohérence avec inventaires d'émissions (BP, IEA) ; (4) baisse simultanée de l'oxygène (cohérent avec combustion).

Q : Pourquoi 1,5°C plutôt qu'un autre seuil ? R : Seuil scientifique au-delà duquel les risques climatiques deviennent disproportionnés (perte de coraux, fonte calotte groenlandaise, points de bascule). Fixé par l'Accord de Paris (2015) après lobbying des îles du Pacifique menacées par la montée des eaux.

Q : Le climat n'a-t-il pas toujours varié naturellement ? R : Oui mais à des rythmes 10-100× plus lents que l'actuel. Le réchauffement actuel est sans précédent par sa vitesse, pas par son amplitude absolue. Le problème n'est pas la T° finale mais la vitesse d'adaptation impossible pour les écosystèmes et sociétés.