Bouclier Thermique Slides Deck Bouclier Thermique
Comprendre la mécanique de l'effet de serre
Session 1 : Physique du Rayonnement | 2 Heures
Pourquoi fait-il bon sur Terre ?
01 / Introduction
Le constat
Sans atmosphère, la température moyenne à la surface de la Terre serait de -18°C.
La réalité
Grâce à l'effet de serre naturel, elle est d'environ +15°C.
L'effet de serre n'est pas un problème en soi, c'est un mécanisme vital. Le problème est son intensification.
+33°C
Gagnés par l'effet de serre naturel
Le Mécanisme Physique
02 / Physique
1. Rayonnement Solaire
Le Soleil émet de l'énergie (lumière visible, UV). L'atmosphère est en grande partie transparente à ces ondes courtes.
2. Émission Infrarouge
La Terre absorbe l'énergie, se réchauffe et réémet de l'énergie sous forme de rayonnement Infrarouge (IR) (ondes longues).
3. Piégeage des Gaz
Les Gaz à Effet de Serre (GES) absorbent les IR et en réémettent une partie vers la surface de la Terre.
Les Gaz Responsables (GES)
03 / Chimie
Gaz Formule Source Naturelle / Humaine Pouvoir de réchauffement Vapeur d'eau \(H_2O\) Évaporation (Principal contributeur naturel) - Dioxyde de Carbone \(CO_2\) Respiration, Combustion énergies fossiles 1 (Référence) Méthane \(CH_4\) Élevage, Décharges, Zones humides ~28-30 Protoxyde d'Azote \(N_2O\) Agriculture (engrais) ~265
Attention : Bien que le \(CO_2\) ait un pouvoir plus faible que le \(CH_4\), il est présent en bien plus grande quantité et reste très longtemps dans l'atmosphère.
Le Bilan Radiatif
04 / Équilibre
Entrant
342 \(W/m^2\)
Équilibre ?
Sortant
342 \(W/m^2\)
Si Entrant = Sortant, Température stable.
Bouclier Thermique Activité Fiche Observatoire Climat
Session 1 : Bouclier Thermique
Nom :
Date :
1
Analyse du mécanisme
Observez le schéma de l'effet de serre présenté en classe. Expliquez avec vos propres mots la différence entre le rayonnement solaire incident et le rayonnement infrarouge terrestre en termes d'origine et de longueur d'onde.
Vrai ou Faux ?
L'effet de serre est uniquement dû aux activités humaines.
V
F
L'atmosphère est transparente aux rayonnements infrarouges.
V
F
Le CO2 est le seul gaz responsable de l'effet de serre.
V
F
Le Saviez-vous ?
La surface de la Lune, dépourvue d'atmosphère, subit des variations de température extrêmes : de -173°C la nuit à +127°C le jour. C'est l'absence d'atmosphère qui empêche toute régulation thermique.
2
Calcul du bilan énergétique
Le bilan radiatif de la Terre est la différence entre la puissance reçue du Soleil et la puissance réémise vers l'espace. On considère les données suivantes (valeurs moyennes simplifiées en \(W/m^2\)) :
Puissance solaire arrivant au sommet de l'atmosphère : \(P_{inc} = 340 \, W/m^2\)
Albédo terrestre (partie réfléchie directement) : \(A = 30\%\)
Puissance réémise par la surface et l'atmosphère vers l'espace : \(P_{sort} = 238 \, W/m^2\)
a) Calculez la puissance solaire effectivement absorbée par le système Terre-Atmosphère (\(P_{abs}\)).
Formule : \(P_{abs} = P_{inc} \times (1 - Albédo)\)
b) Calculez le bilan radiatif global (\(B = P_{abs} - P_{sort}\)).
c) Interprétez le résultat : le système est-il à l'équilibre, en train de chauffer ou de refroidir ? Justifiez.
3
Gaz à Effet de Serre
Complétez le tableau suivant en utilisant les informations du cours pour comparer l'impact des différents gaz.
Gaz Pouvoir de réchauffement (PRG) Durée de séjour \(CO_2\) ~ 100 ans \(CH_4\) (Méthane) ~ 30
Question de réflexion : Pourquoi le \(CO_2\) est-il considéré comme le gaz le plus problématique alors que son PRG est le plus faible de la liste ?
Bouclier Thermique Teacher Guide Guide Enseignant
Session 1 : Bouclier Thermique
REF: CLIM-S1-PROF
Objectifs Pédagogiques
Distinguer rayonnements visible et infrarouge.
Expliquer le mécanisme de l'effet de serre naturel.
Calculer et interpréter un bilan radiatif simple.
Concepts Clés
Albédo Bilan Radiatif GES Infrarouge Flux d'énergie
Matériel Nécessaire
Vidéoprojecteur (Slides)
Fiches d'activité élèves
Déroulement de la séance (120 min)
00 - 20 min
Introduction & Brainstorming
Questionner les élèves sur la température terrestre. Pourquoi la Terre n'est-elle pas un glaçon ? Pourquoi Vénus est-elle si chaude ? Présentation des slides 1-2.
20 - 50 min
Cours Magistral : La Physique du Climat
Utiliser les slides 3-5 pour expliquer l'absorption atmosphérique. Insister sur le fait que l'atmosphère est sélective (laisse passer le visible, bloque les IR).
50 - 100 min
Activité Pratique (Fiche élève)
Travail en autonomie ou binôme. Le professeur circule pour aider aux calculs du bilan radiatif. Correction collective des 20 dernières minutes de cette phase.
100 - 120 min
Synthèse & Conclusion
Résumé des points essentiels. Annonce de la session suivante sur l'impact humain.
Correction de la Fiche Activité
Section 1 : Vrai/Faux
Faux : L'effet de serre est naturel, l'homme ne fait que l'amplifier.
Faux : Elle est opaque à la plupart des IR (grâce aux GES).
Faux : Vapeur d'eau, Méthane, etc., jouent aussi un rôle.
Section 2 : Calcul du Bilan
a) Puissance absorbée : \(P_{abs} = 340 \times (1 - 0.3) = 238 \, W/m^2\).
b) Bilan : \(B = 238 - 238 = 0 \, W/m^2\).
c) Interprétation : À l'équilibre parfait, la température reste stable. C'est l'état "naturel" pré-industriel.
Section 3 : Question de réflexion
Le \(CO_2\) est le plus problématique car : 1) Ses émissions sont massives (combustion fossile). 2) Sa durée de vie est très longue (siècles), créant un effet cumulatif que le méthane (plus puissant mais éphémère) n'a pas au même degré.
Alerte Carbone Slides Deck Alerte Carbone
L'Empreinte de l'Humanité
Session 2 : Forçage Radiatif & Cycle du Carbone
La courbe de Keeling
01 / Observation Directe
425 ppm (2025)
315 ppm (1958)
Évolution de la concentration de \(CO_2\) à Mauna Loa
Constat
Une augmentation exponentielle depuis la révolution industrielle.
PPM ?
Parties par million. Sur 1 million de molécules d'air, combien sont du \(CO_2\).
Les oscillations saisonnières sont dues à la "respiration" des forêts boréales (photosynthèse).
Forçage Radiatif
02 / Déséquilibre
"Le forçage radiatif est la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie émise par le système Terre-Atmosphère."
Bilan > 0
Si on ajoute des GES, on bloque plus d'énergie sortante. Le bilan devient positif : La Terre stocke de la chaleur.
Le Cycle du Carbone
03 / Flux
Puits Naturels
Océans, forêts et sols absorbent environ la moitié de nos émissions.
Sources Anthropiques
Combustion d'énergies fossiles (Charbon, Pétrole, Gaz) et Déforestation.
Le Stockage Géologique
Le carbone mis en circulation aujourd'hui était piégé sous terre depuis des millions d'années. Nous "réactivons" du carbone ancien.
SURPLUS
Atmosphère
Le surplus s'accumule ici, augmentant l'effet de serre.
Archives Glacées
04 / Remonter le temps
Carottes de glace
L'air emprisonné dans les bulles de glace permet d'analyser l'atmosphère d'il y a 800 000 ans.
Corrélation CO2 / Température
Les données de Vostok montrent que depuis 800 000 ans, les courbes de concentration en \(CO_2\) et de température globale sont presque parfaitement superposées .
"Plus il y a de CO2, plus il fait chaud. C'est une loi physique immuable."
Archives Glacées Activité Fiche 2 Observatoire Climat
Session 2 : Archives Glacées et Empreinte Carbone
Nom :
1
Analyse des carottes de glace
Les carottes de glace de Vostok (Antarctique) nous permettent de reconstituer l'atmosphère passée. Observez les données de concentration en \(CO_2\) et de température sur les 800 000 dernières années (document projeté).
a) Quelle relation pouvez-vous établir entre la concentration en \(CO_2\) et les variations de température ?
b) Historiquement, la concentration en \(CO_2\) oscillait entre 180 et 280 ppm. Aujourd'hui, elle dépasse 420 ppm. Calculez le pourcentage d'augmentation par rapport au maximum historique naturel.
2
Perturbation du cycle du carbone
Le carbone circule entre quatre réservoirs : l'atmosphère, l'hydrosphère (océans), la biosphère (êtres vivants) et la lithosphère (sols et roches). Les activités humaines modifient ces flux.
BIOSPHÈRE / SOLS
OCÉANS
ATMOSPHÈRE
LITHOSPHÈRE (FOSSILE)
Consigne : Tracez des flèches pour représenter les flux naturels (bleu) et les flux anthropiques (rouge). Indiquez pourquoi l'extraction du carbone lithosphérique pose un problème de bilan global.
3
Calcul du Forçage Radiatif
Depuis 1750, l'augmentation des GES a provoqué un forçage radiatif positif. En 2020, on estime ce forçage à environ \(+2.7 \, W/m^2\).
Impact :
"Chaque \(m^2\) de la surface terrestre reçoit en permanence 2,7 Watts de plus qu'il n'en évacue."
Synthèse Finale
Expliquez le lien de causalité entre :
Combustion fossile → Forçage radiatif → Hausse des températures.
Alerte Carbone Teacher Guide 2 Guide Enseignant
Session 2 : Alerte Carbone
REF: CLIM-S2-PROF
Objectifs de Séance
Analyser des données de paléoclimatologie.
Comprendre la notion de forçage radiatif.
Identifier les flux du cycle du carbone.
Notions Scientifiques
PPM Courbe de Keeling Vostok Anthropique Réservoirs
Focus Méthode
L'analyse graphique est au cœur de cette séance. Les élèves doivent apprendre à corréler deux variables (CO2 et Température) sur des échelles de temps très longues.
Déroulement (120 min)
00 - 30 min
Observation : Keeling & Vostok
Présenter les données actuelles (slides 1-2). Faire le lien avec le passé (slide 5). Insister sur l'aspect exceptionnel de la période actuelle.
30 - 60 min
Cours : Mécanique du Forçage
Définir le forçage radiatif. Expliquer comment l'augmentation des GES modifie le bilan de la séance 1 (Bilan > 0). Slides 3-4.
60 - 110 min
Atelier : Archives & Cycle
Réalisation de la fiche activité. Discussion sur les "puits de carbone" et pourquoi ils ne suffisent plus face aux émissions fossiles.
Correction Fiche Activité 2
1. Archives de Vostok
Corrélation : Les variations sont synchrones. Le CO2 agit comme un amplificateur thermique majeur.
Calcul % : Max historique = 280 ppm. Actuel = 420 ppm.
2. Cycle du Carbone
Les flux rouges (anthropiques) viennent du réservoir fossile (lithosphère) vers l'atmosphère.
Point crucial : Ce carbone était "hors circuit" (cycle long). En le brûlant, on l'injecte dans le "cycle court" (air/eau/vie) à une vitesse bien supérieure à la capacité d'absorption des puits naturels.
Erreur classique d'élève :
Confondre "Trou dans la couche d'ozone" et "Effet de serre". Bien rappeler que l'ozone (stratosphérique) nous protège des UV, tandis que l'effet de serre concerne les IR. Ce sont deux phénomènes physiques distincts.
Cap Sur Demain Slides Deck 3 Cap Sur Demain
Défis, Rétroactions et Solutions
Session 3 : Scénarios Climatiques et Adaptation
Un Monde qui Change
01 / Conséquences
Montée des Eaux
Due à la dilatation thermique de l'eau et à la fonte des glaces continentales (calottes et glaciers).
Événements Extrêmes
Canicules plus fréquentes, tempêtes plus intenses et modifications des régimes de précipitations.
Biodiversité
Déplacement des aires de répartition, acidification des océans et risques d'extinctions massives.
Enjeux Humains
Sécurité alimentaire, santé (propagation de maladies) et migrations climatiques.
Boucles de Rétroaction
02 / Amplification
L'Albédo
Fonte des glaces → Surface plus sombre (océan) → Plus d'absorption → Plus de chaleur → Plus de fonte.
RÉTROACTION POSITIVE
Le Permafrost
Dégel des sols arctiques → Libération de \(CH_4\) et \(CO_2\) → Augmentation de l'effet de serre → Plus de réchauffement.
Le cercle vicieux du climat
Les Scénarios du GIEC
03 / Le Futur
Température globale d'ici 2100
RCP 2.6
+1.5°C à +2°C
"Scénario optimiste"
RCP 4.5
+2.5°C à +3°C
RCP 8.5
+4°C à +5°C
"Poursuite des tendances"
Le choix de notre futur dépend de la rapidité de la transition énergétique mondiale.
Agir Maintenant
04 / Leviers d'Action
Atténuation
Réduire les émissions à la source.
Énergies décarbonées
Efficacité énergétique
Sobriété (modes de vie)
Protection des puits
Adaptation
Se préparer aux changements inévitables.
Digues et gestion de l'eau
Agriculture résiliente
Urbanisme rafraîchi (îlots)
Systèmes d'alerte précoce
Enjeux et Leviers Activité Fiche 3 Observatoire Climat
Session 3 : Enjeux et Leviers d'Action
Nom :
1
Les boucles de rétroaction
Complétez le schéma logique suivant pour illustrer la rétroaction de l'albédo, puis expliquez pourquoi on qualifie cette boucle de "positive".
Hausse Température
Fonte des glaces
Baisse de l'Albédo
Plus d'absorption solaire
Réchauffement accentué
Explication :
2
Montée du niveau marin
Deux mécanismes principaux contribuent à la hausse du niveau des océans. Cochez les bonnes affirmations :
La fonte de la banquise (glace de mer) fait monter le niveau de l'eau.
La dilatation thermique de l'eau (l'eau chaude prend plus de place) contribue pour environ 30%.
Seule la fonte des glaciers continentaux et des calottes polaires impacte le niveau marin.
Le saviez-vous ?
En fondant, la banquise ne fait pas monter le niveau de l'eau (Principe d'Archimède : le glaçon déplace déjà son volume d'eau). Par contre, elle modifie l'albédo et la salinité. C'est la fonte des glaces posées sur le continent qui s'ajoute au volume océanique.
3
Atténuation vs Adaptation
Classez les mesures suivantes dans le bon levier d'action.
Atténuation
Adaptation
Liste : Développer le vélo, Construire des digues, Isoler les bâtiments, Planter des espèces résistantes à la sécheresse, Énergie solaire, Relocaliser des habitations côtières.
Cap Sur Demain Teacher Guide 3 Final Guide Enseignant
Session 3 : Cap Sur Demain
REF: CLIM-S3-PROF
Objectifs de Séance
Comprendre les boucles de rétroaction.
Distinguer les causes de la montée des eaux.
Différencier atténuation et adaptation.
Notions Clés
GIEC Permafrost Rétroaction RCP Scénarios Atténuation
Conseil Pédagogique
Cette séance peut être anxiogène. Il est crucial de passer du temps sur les leviers d'action (solutions) pour montrer que le futur dépend de choix politiques et individuels.
Déroulement (120 min)
00 - 40 min
Impacts & Rétroactions
Expliquer les boucles de rétroaction positive. Utiliser les slides 2-3. Insister sur le fait que la rétroaction "positive" signifie qu'elle amplifie le phénomène, pas qu'elle est bénéfique.
40 - 60 min
Le GIEC et les scénarios
Présenter les modèles RCP (slide 4). Expliquer que les modèles sont des projections basées sur des hypothèses d'émissions futures.
60 - 100 min
Activité Solutions
Fiche activité sur les solutions. Discussion en classe : quel monde en 2100 ? Correction de la fiche.
100 - 120 min
Évaluation Finale
Distribution du Quiz de Sortie (15 min) pour valider l'ensemble des connaissances de la séquence.
Correction Fiche Activité 3
1. Rétroaction Albédo
Une rétroaction positive est un processus qui s'auto-entretient et amplifie la perturbation initiale. Ici, la hausse de température provoque la disparition de la glace blanche (réfléchissante) au profit de l'océan sombre (absorbant), ce qui réchauffe davantage la Terre.
2. Montée des eaux
Affirmations correctes : 2 et 3.
3. Atténuation vs Adaptation
Atténuation :
Vélo / Transports décarbonés
Isolation des bâtiments
Énergie solaire
Adaptation :
Digues
Espèces résistantes
Relocalisation côtière
Observatoire Climat Quiz Final 4 Final Évaluation Finale
Observatoire Climat : Séquence Complète
Nom :
Consigne : Pour chaque question, cochez la seule réponse exacte. (1 point par question)
1. Sans l'effet de serre naturel, la température moyenne sur Terre serait de :
0°C
-18°C
+15°C
2. Le rayonnement réémis par la Terre vers l'atmosphère est de type :
Visible
Ultraviolet
Infrarouge
3. Quel gaz a le pouvoir de réchauffement global (PRG) le plus élevé ?
\(CO_2\)
\(CH_4\)
\(N_2O\)
4. Le forçage radiatif actuel de la Terre est :
Positif
Négatif
Nul (à l'équilibre)
5. Laquelle de ces actions est une mesure d'ADAPTATION ?
Passer à l'énergie éolienne pour réduire les émissions.
Construire des digues pour protéger les villes côtières.
Planter des forêts pour capter le carbone atmosphérique.
Question de synthèse (5 points)
Expliquez brièvement comment la fonte des glaces polaires crée une boucle de rétroaction positive qui accélère le réchauffement climatique.
