Table des matières

AVANT PROPOS

Pourquoi ce livre ?

Climat, climats, paléoclimat, des définitions difficiles.

Partie I Eléments de climatologie

1. COMPOSITION ET PHYSIQUE DE L’ATMOSPHÈRE

1.1. Les gaz atmosphériques

1.2. Division de l’atmosphère en couches

2. L’ÉNERGIE DES CLIMATS

2.1. L'énergie solaire.

2.2. L'énergie géothermique.

2.3. Quelques lois du rayonnement.

Rayonnement du corps noir.

Corps non assimilables au corps noir.

3. UTILISATION GLOBALE DU RAYONNEMENT SOLAIRE PAR LA TERRE.

3.1. La traversée de l'atmosphère et l'arrivée au sol. L'albédo terrestre.

3.2. Transferts de chaleur, rayonnement infrarouge.

3.3. Effet de serre et effet de serre radiatif

4. RÉPARTITION DU RAYONNEMENT SOLAIRE À LA SURFACE DE LA TERRE.

4.1. L'orbite terrestre, les saisons.

4.2. Répartition géographique du rayonnement solaire au cours de l'année.

5. LES MOUVEMENTS DE L’ATMOSPHÈRE

5.1. La convection thermique.

5.2. La force de Coriolis.

5.3. Equilibre géostrophique et tourbillons.

5.4. La circulation générale atmosphérique

Pressions et vents en altitude.

Pressions et vents à moyenne et basse altitude.

6. L’EAU DANS L’ATMOSPHÈRE

6.1. La vapeur d’eau dans l’air

6.2. Chaleur sensible, chaleur latente

6.3. Gradients de température dans l’atmosphère

Gradient vertical de température, émagrammes

Gradient de température adiabatique

6.4. Stabilité ou instabilité de l’air

6.5. Condensation, précipitations

Conditions de la condensation, sursaturation

Précipitations (pluie, grêle, neige)

6.6. Brouillard, brume et nuages

Brouillard et brume

Nuages bas (base typiquement au-dessous de 2 km)

Nuages d’altitude moyenne (base typiquement entre 2 et 7 km)

Nuages de haute altitude (base typiquement entre 5 à 14 km)

Nuages à développement vertical

7. PERTURBATIONS

7.1. Masses d’air, fronts

7.2. Lignes de grains (Squall lines)

7.3. Cyclones extratropicaux

7.4. Cyclones tropicaux

7.5. Tornades

8. LE MILIEU OCÉANIQUE

8.1. Le rôle de l’océan

8.2. Salinité et densité des eaux

8.3. Banquise

8.4. Couche de mélange, thermocline, halocline, pycnocline

8.5. Zone de minimum d’oxygène

9. LES CIRCULATIONS OCÉANIQUES

9.1. Les circulations induites par le vent

Force de Coriolis et spirale d'Ekman

Upwellings

Upwellings côtiers

Upwellings équatoriaux

Tourbillons anticycloniques et cycloniques

Les grands courants de surface

Oscillations climatiques des océans

El Niño, oscillation australe (El Niño –Southern Oscillation ou ENSO)

Oscillation nord-atlantique, ONA (oscillation nord-atlantique) (North Atlantic Oscillation, NAO)

Oscillation nord-pacifique, ONP (North Pacific Oscillation, NPO)

Oscillation décennale pacifique, ODP (Pacific Decadal Oscillation, PDO

Oscillation arctique, OA (Arctic oscillation, AO)

9.2. La circulation océanique thermohaline

10. ZONALITÉ ET AZONALITÉ DES CLIMATS

10.1. Climats zonaux

Climat zonal équatorial

Climat zonal tropical sec

Climat zonal tempéré

Climat zonal polaire

10.2. Azonalité des climats

Circulation de Walker

Moussons

Continentalité

Rôle des reliefs

Altitude et température

Pluies orographiques

Foehn, chinook

Vents catabatiques

Climats régionaux, climats locaux, microclimats

11. VÉGÉTATION ET CLIMATS, BIOMES

11.1. Biomes

11.2. Répartition climatique des biomes

11.3. Modélisation biogéographique

11.4. Etagement végétal

12. CLASSIFICATIONS DES CLIMATS

12.1. Classifications génétiques et classifications empiriques

Classifications génétiques

Classifications empiriques

Classification des climats de Martonne

Classification des climats de Köppen,

12.2. Les climats de la planète selon Köppen (version de Kottek et al.)

Climats équatoriaux (type A de Köppen)

Climats de forêt humide équatoriale (ou intertropicale, sous-type Af)

Climats de mousson équatoriale (sous-type Am).

Climats de savane équatoriale à été humide (sous-type Aw)

Climats arides (type B)

Climats de steppe (sous-type BS)

Climats de désert (sous-type BW)

Climats tempérés (type C)

Climats tempérés à été sec (sous-type Cs)

Climats tempérés à hiver sec (sous-type Cw)

Climats tempérés toujours humides (sous-type Cf)

Climats neigeux (type D)

Climats neigeux à été sec (sous-type Ds)

Climats neigeux à hiver sec (sous-type Dw)

Climats neigeux toujours humides (sous-type Df)

Climats polaires (type E)

Climats de toundra (sous-type ET)

Climats des glaces (sous-type EF)

Partie II Les méthodes de la paléoclimatologie

13. HISTOIRE DE LA PALÉOCLIMATOLOGIE

13.1. Les débuts de la paléoclimatologie

13.2. La question des causes des variations climatiques

13.3. Progrès récents

14. BUT ET MÉTHODES DE LA PALÉOCLIMATOLOGIE

14.1. Reconstituer les paramètres climatiques du passé

Indicateurs paléoclimatiques (proxies)

Instruments statistiques (V. annexe 4)

Géochimie isotopique.

14.2. Dater les témoignages paléoclimatiques

14.3. Comprendre les mécanismes du climat

15. DATATIONS ET ÉCHELLES DE TEMPS

15.1. Types de chronologie

15.2. Etendue et précision des méthodes de datation

15.3. Biostratigraphie.

15.4. Orbitochronologie

15.5. Stratigraphie isotopique

15.6. Magnétostratigraphie.

15.7. Téphrochonologie

15.8. Dendrochronologie

15.9. Sclérochronologie

15.10. Varves

15.11. Datations radiométriques

Principes

Radiocarbone

Autres isotopes radioactifs utilisés.

Thermoluminescence, luminescence stimulée optiquement

Résonance de spin électronique

15.12. Lichenométrie

15.13. Racémisation des acides aminés

16. ENREGISTREMENTS PALÉOCLIMATIQUES

16.1. Types d’enregistrements paléoclimatiques.

16.2. Archives historiques

16.3. Archives physicochimiques et géomorphologiques

Archives glaciaires

Modelé glaciaire

Modelé périglaciaire

Enregistrement des glaciations préquaternaires

Lignes de rivages, terrasses

Spéléothèmes

Gradient géothermique

16.4. Archives sédimentologiques

Méthodes d’étude

Observations de terrain.

Carottages.

Evaporites

Formations récifales

Glendonite

Dunes

Sédiments terrigènes

Sédiments marno-calcaires

Sédiments houillers

16.5. Archives biologiques

Foraminifères

Coraux

Mollusques

Alcénones

Dendroclimatologie

Palynologie

Forme des feuilles de Phanérogames

16.6. Stomates

Partie III L’évolution des climats, passé, présent, avenir

17. LE SYSTÈME CLIMATIQUE

17.1. Qu’est-ce qu’un système ?

17.2. Rétroaction (ou feedback)

17.3. Le système Terre

17.4. Le système climatique

17.5. Bilan énergétique et forçages

Forçages non radiatifs

Forçages radiatifs

17.6. Rétroactions dans le système climatique

18. LES CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

18.1. Le cycle de l’eau

18.2. Le cycle du carbone

Cycle du carbone organique à la surface terrestre, à court terme

Cycle du carbone organique à long terme

Cycle du carbone minéral

Régulation et pompage du dioxyde de carbone.

La pompe de solubilité

La pompe biologique du carbone organique

La pompe inversée des carbonates

18.3. Le cycle de l’azote

18.4. Le cycle du phosphore

19. CAUSES NATURELLES DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES

19.1. Causes terrestres, causes extraterrestres.

19.2. Déplacement des continents à la surface de la Terre.

19.3. Modifications de l'atmosphère et de l’albédo de la terre.

19.4. Variations de l'activité solaire.

19.5. Irrégularités de l’orbite terrestre.

20. LA THÉORIE ASTRONOMIQUE DES CLIMATS

20.1. Les éléments variables de l'orbite terrestre.

La précession des équinoxes

L'obliquité.

L'excentricité.

Effet des variations de l'orbite terrestre sur la répartition de l'insolation

Rôle de l'obliquité

Rôles de l'excentricité et de la précession.

Conditions favorables pour une glaciation ; l'hypothèse de Milankovitch.

Répartition de l'insolation dans le temps et dans l'espace.

21. PREUVES ET CONSÉQUENCES DE LA THÉORIE ASTRONOMIQUE DES CLIMATS

21.1. Fréquences astronomiques dans l'enregistrement sédimentaire.

21.2. De l'insolation au signal climatique; le rôle des inlandsis.

21.3. Synchronisme des glaciations, et variation de la concentration en CO2 de l'atmosphère.

22. HISTOIRE DES CLIMATS

22.1. Temps et états climatiques

La perspective du temps

Périodes de serre (Greenhouse) et périodes de glacière (Icehouse)

« Crises » biologiques et changements climatiques

22.2. Le Précambrien (de -4,57 Ga à -541 Ma)

Contexte géologique

Le paradoxe du jeune soleil faible et l’évolution de la température

L’évolution de l’atmosphère

Les glaciations précambriennes et la « boule de neige » (Snowball).

22.3. Le Paléozoïque (de -541 Ma à -252 Ma)

Contexte géologique

Les glaciations du Paléozoïque

Glaciation fini-ordovicienne

Glaciations du Permo-carbonifère

22.4. Le Mésozoïque (de -252 Ma à –66 Ma)

Contexte géologique

Climat

La crise de la limite Crétacé-Paléocène.

Explication par la chute d’un bolide.

Explication par le volcanisme.

22.5. Le Cénozoïque (de –66 Ma à l’actuel)

Contexte géologique

Vers la glaciation

Les temps glaciaires : le Quaternaire

Les événements Dansgaard-Oeschger et Heinrich

Le dernier sursaut de la glaciation : le Dryas récent

L’Holocène

Le dernier millénaire

23. CHANGEMENTS CLIMATIQUES RÉCENTS ET FUTURS

Les évolutions observées

Le changement de composition de l’atmosphère

Le réchauffement climatique

Autres modifications

Causes des changements climatiques récents

Radiation solaire

Gaz à effet de serre

Aérosols

Albédo

III.1.1.1. Les évolutions à venir

ANNEXES

Annexe 1 : Calcul de la pression atmosphérique standard en altitude

Annexe 2 : Calcul de la température moyenne de la Terre et des planètes, à l’extérieur de leur atmosphère

Annexe 3 : Effet d’un forçage radiatif et sensibilité climatique de référence

Annexe 4 : Quelques rappels de statistique

QUESTIONS ET EXERCICES

RÉPONSES AUX QUESTIONS ET AUX EXERCICES

BIBLIOGRAPHIE CHOISIE, SITES INTERNET, CRÉDITS

Ouvrages d’enseignement ou de vulgarisation

Publications spécialisées

Quelques sites internet

Météorologie, Climatologie

Paléoclimatologie

Crédits et remerciements