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Enseignement scientifique, Terminale • Programme français, lycées de Montréal

Fiche de révision : science, climat et société

Le thème du climat est celui où les questions demandent surtout de raisonner sur un document : lire une courbe, comparer des scénarios, dire ce qu'un modèle calcule. Les points s'y perdent sur des confusions de vocabulaire, positif pris pour bénéfique, incertitude scientifique prise pour incertitude sur les choix humains.

Cette fiche liste les neuf erreurs qui reviennent dans les copies, avec la phrase exacte à écrire à la place et ce que chacune coûte au barème.

Le fil du chapitre

Le climat ne se lit jamais sur une année : tout le thème consiste à séparer une TENDANCE d'une fluctuation, et une rétroaction positive d'une conséquence bénéfique.

Ce chapitre fait partie de Enseignement scientifique en Terminale

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Remonter plus loin : la chaîne complète (4 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

  1. 1Ondes et signauxSeconde, Physique-chimie
  2. 2Le Soleil, notre source d'énergiePremière
  3. 3Mouvement, vitesse et lumièreQuatrième, Physique-chimie
  4. 4Lumière, couleurs et spectresTroisième, Physique-chimie

L'essentiel

L'atmosphère, et d'où elle vient

  • • Air sec : 78,178{,}1 pour cent de diazote, 20,920{,}9 de dioxygène, 0,930{,}93 d'argon, et 421 ppm de dioxyde de carbone.
  • • Le dioxygène vient de la PHOTOSYNTHÈSE. Son accumulation dans l'air a attendu la saturation des puits, notamment du fer dissous dans les océans, d'où un retard de près d'un milliard d'années.
  • • L'ozone stratosphérique, formé à partir du dioxygène, arrête les ultraviolets B et C : sans dioxygène, pas d'ozone, donc pas de vie hors de l'eau.
  • • Le trou d'ozone et l'effet de serre sont deux problèmes DIFFÉRENTS, avec des causes et des remèdes différents.

Une question sur l'ordre des événements attend le mot « retard » : la photosynthèse est bien plus ancienne que l'oxygénation de l'atmosphère.

Forçage radiatif et sensibilité

  • • Forçage radiatif, en W/m2^{2} : ΔF=5,35 ln⁡(C/C0)\Delta F = 5{,}35\,\ln(C/C_{0}), où C0=280C_{0} = 280 ppm est la valeur préindustrielle.
  • • La relation est LOGARITHMIQUE : c'est le DOUBLEMENT qui compte, et il vaut toujours 5,35 ln⁡2=3,715{,}35\,\ln 2 = 3{,}71 W/m2^{2}, quelle que soit la valeur de départ.
  • • Sensibilité climatique : environ 0,80{,}8 K par W/m2^{2}, d'où environ 3 °C pour un doublement.
  • • Un forçage se mesure en W/m2^{2}, une température en kelvins : passer de l'un à l'autre exige la sensibilité, jamais une simple lecture.
200400600800100012002468280 vers 560 : plus 3,7560 vers 1120 : plus 3,7forçage (W/m2)
Deux doublements successifs, deux marches de même hauteur : passer de 280 à 560 ppm et de 560 à 1 120 ppm produisent le même forçage, parce que la relation est logarithmique.

Rétroactions, et ce qui stabilise le climat

  • • Rétroaction POSITIVE : la conséquence renforce la cause. Elle amplifie, elle n'améliore rien.
  • • Rétroaction NÉGATIVE : la conséquence contrarie la cause. Elle stabilise.
  • • Exemple positif : réchauffement, fonte de la neige, albédo plus faible, absorption plus forte, donc réchauffement supplémentaire.
  • • La stabilité de fond du climat vient du rappel radiatif en T4T^{4} : plus la Terre est chaude, plus elle émet, et cette rétroaction négative est toujours présente.
rétroaction positivel'écart s'amplifieréchauffementla neige fondalbédo plus faiblerétroaction négativel'écart se refermeréchauffementémission accrueperte d'énergie
Deux boucles, deux effets : à gauche chaque tour ajoute du réchauffement, à droite chaque tour en retire. Positif décrit le sens de la boucle, jamais son caractère souhaitable.

Variabilité, tendance, modèles

  • • Une TENDANCE climatique se lit sur trente ans. En dessous, on observe la variabilité naturelle, qui peut masquer le signal.
  • • Comparer deux années isolées est la faute méthodologique la plus répandue : on peut toujours trouver deux années qui baissent dans une série qui monte.
  • • Un modèle calcule l'évolution du système climatique À SCÉNARIO DONNÉ : il ne prédit pas les choix humains.
  • • L'écart entre scénarios mesure donc l'incertitude sur ces choix, environ dix fois supérieure à l'incertitude proprement scientifique.

Empreinte carbone

  • • L'empreinte se compte en équivalent dioxyde de carbone, ce qui permet d'additionner des gaz de pouvoirs de réchauffement différents.
  • • Empreinte de CONSOMMATION : elle inclut les émissions des biens importés. Elle est supérieure aux émissions du seul territoire.
  • • Ordre de grandeur en France : environ 9 tonnes d'équivalent par personne et par an, contre 2 tonnes compatibles avec l'accord de Paris.
  • • Comparer deux leviers exige de rapporter chacun à la même unité, par exemple la tonne évitée par euro investi.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Conclure sur le climat en comparant deux années

2 points, et c'est le piège le plus systématiquement tendu par les sujets

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'année 2008 est plus froide que 1998, donc le réchauffement s'est arrêté. »

Ce qu'il faut écrire

« Une tendance climatique se lit sur trente ans. Deux années isolées relèvent de la variabilité naturelle : sur la série complète, la pente reste de l'ordre de +0,02+0{,}02 °C par an. »

1970198019902000201020200.20.40.60.811.21.41.61.8tendance sur 50 ansces deux années seulesanomalie (°C)
La droite monte sur cinquante ans, et pourtant les deux années reliées en pointillé baissent : la variabilité annuelle est plus grande que la tendance annuelle.

Pourquoi : La variabilité d'une année à l'autre est plus grande que la tendance annuelle. On peut donc toujours trouver, dans une série croissante, deux années qui décroissent : cela ne démontre rien.

2. Prendre « rétroaction positive » pour « effet bénéfique »

2 points, et c'est le contresens de vocabulaire le plus fréquent du thème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La fonte de la neige est une rétroaction positive, c'est donc une bonne nouvelle pour le climat. »

Ce qu'il faut écrire

« Positif décrit le SENS de la boucle : la conséquence renforce la cause. Ici, moins de neige donne un albédo plus faible, donc plus d'absorption, donc plus de réchauffement. »

Pourquoi : Le vocabulaire vient de l'automatique, où positif signifie amplification et négatif stabilisation. Une rétroaction positive est presque toujours une mauvaise nouvelle.

3. Croire que le forçage dépend de la valeur absolue du dioxyde de carbone

2 points sur la question de calcul, celle qui est vraiment notée

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Passer de 560 à 840 ppm ajoute autant que passer de 280 à 560, puisque c'est le même écart de 280 ppm. »

Ce qu'il faut écrire

« La relation est logarithmique : c'est le RAPPORT qui compte. De 280 à 560 le forçage augmente de 3,713{,}71 W/m2^{2}, de 560 à 840 seulement de 2,172{,}17. »

Pourquoi : Chaque doublement ajoute la même quantité, ce qui explique qu'un même écart en ppm pèse de moins en moins lourd à mesure que la concentration augmente.

4. Confondre un forçage et une température

2 points, et l'unité manquante est repérée immédiatement

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le forçage vaut 3,73{,}7, donc la Terre se réchauffe de 3,73{,}7 degrés. »

Ce qu'il faut écrire

« Un forçage est en W/m2^{2}, une température en kelvins. Il faut la sensibilité climatique : 3,71×0,8=3,03{,}71 \times 0{,}8 = 3{,}0 °C à l'équilibre. »

Pourquoi : La sensibilité est précisément le coefficient de conversion entre les deux, et elle intègre l'ensemble des rétroactions. C'est la grandeur la plus incertaine du calcul, ce qui vaut d'être dit.

5. Attribuer l'écart entre scénarios à l'incertitude scientifique

2 points sur la question d'interprétation de graphique

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les modèles ne sont pas d'accord entre eux, l'écart entre les courbes montre qu'on ne sait pas. »

Ce qu'il faut écrire

« Les courbes correspondent à des SCÉNARIOS d'émission différents, donc à des choix humains différents. L'incertitude proprement scientifique, à scénario fixé, est environ dix fois plus faible. »

Pourquoi : Un modèle calcule des conséquences à hypothèses données : ce qu'il ignore, ce sont les émissions futures, qui dépendent de décisions politiques et non de la physique.

6. Confondre le trou d'ozone et l'effet de serre

2 points, et le raisonnement suivant devient incohérent

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le trou dans la couche d'ozone laisse entrer plus de chaleur, ce qui réchauffe la planète. »

Ce qu'il faut écrire

« L'ozone stratosphérique filtre les ULTRAVIOLETS et protège le vivant ; l'effet de serre concerne l'INFRAROUGE réémis par le sol. Ce sont deux problèmes distincts, aux causes et aux remèdes différents. »

Pourquoi : Le trou d'ozone est dû aux composés chlorés, l'effet de serre additionnel aux gaz à effet de serre. Le premier a été traité par un protocole international, le second ne l'est pas.

7. Faire apparaître le dioxygène en même temps que la photosynthèse

1 point, sur une question de chronologie souvent posée à partir d'un document

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Dès que la photosynthèse est apparue, l'atmosphère s'est enrichie en dioxygène. »

Ce qu'il faut écrire

« Le dioxygène produit a d'abord été consommé par des puits, notamment le fer dissous des océans. Son accumulation dans l'air a donc commencé avec près d'un milliard d'années de retard. »

Pourquoi : Une production ne se traduit par une accumulation que lorsque les puits sont saturés. Le raisonnement est celui d'un bilan : entrées, sorties, stock.

8. Chercher la stabilité du climat dans une rétroaction particulière

1 point sur la question de recul

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le climat est stable parce que les nuages compensent le réchauffement. »

Ce qu'il faut écrire

« La stabilité de fond vient du rappel radiatif : la Terre émet en T4T^{4}, donc toute élévation de température augmente fortement les pertes. C'est une rétroaction négative toujours présente. »

Pourquoi : Les rétroactions nuageuses existent mais leur signe est mal connu. Le rappel en T4T^{4}, lui, est une conséquence directe de la loi de Stefan et ne dépend d'aucun modèle.

9. Comparer deux empreintes carbone sans comparer les périmètres

2 points sur la question d'exploitation de données

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les émissions de la France baissent, donc l'empreinte carbone des Français baisse. »

Ce qu'il faut écrire

« Les émissions du TERRITOIRE baissent, mais l'empreinte de CONSOMMATION inclut les biens importés : elle est nettement plus élevée, environ 9 tonnes d'équivalent par personne et par an. »

Pourquoi : Délocaliser une production déplace les émissions sans les supprimer. Comparer deux chiffres exige donc toujours de vérifier qu'ils portent sur le même périmètre.

Quelle méthode choisir

Que demande la question, sur un graphique climatique

La durée sur laquelle porte la lecture, et la grandeur portée en ordonnée.

  • Si on compare deux années → refuser de conclure, et parler de variabilité naturelle

    Exemple : 1998 contre 2008

  • Si on lit une pente sur trente ans ou plus → conclure sur une tendance, en donnant la pente

    Exemple : environ +0,02+0{,}02 °C par an

  • Si plusieurs courbes divergent après aujourd'hui → ce sont des scénarios : l'écart mesure les choix humains

    Exemple : les trajectoires du rapport du GIEC

  • Si une bande entoure une courbe → c'est l'incertitude du modèle à scénario fixé

    Exemple : beaucoup plus étroite que l'écart entre scénarios

Toute conclusion tirée de moins de trente ans doit être annoncée comme provisoire : le dire vaut souvent le point de méthode.

Le signe de la rétroaction

Suivre la boucle sur un tour complet et comparer l'effet final à la cause de départ.

  • Si l'effet final va DANS LE MÊME SENS que la cause → rétroaction positive, amplification

    Exemple : réchauffement, fonte de la neige, albédo plus faible

  • Si l'effet final va EN SENS CONTRAIRE → rétroaction négative, stabilisation

    Exemple : réchauffement, émission en T4T^{4} accrue

  • Si la boucle passe par un stock qui met du temps à réagir → rétroaction lente, qui se manifeste sur des siècles

    Exemple : la fonte des calottes

  • Si le signe de la boucle est débattu → le dire, c'est une réponse attendue

    Exemple : les rétroactions nuageuses

Le signe ne dit jamais si l'effet est souhaitable : une rétroaction positive amplifie, qu'il s'agisse d'un réchauffement ou d'un refroidissement.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Passer d'une concentration à une température

Quand l'utiliser : L'énoncé donne une concentration de dioxyde de carbone, la formule du forçage et la sensibilité.

  1. 1 Rappeler la référence préindustrielle, C0=280C_{0} = 280 ppm, et dire que la relation est logarithmique.
  2. 2 Calculer le forçage ΔF=5,35 ln⁡(C/C0)\Delta F = 5{,}35\,\ln(C/C_{0}), avec son unité en W/m2^{2}.
  3. 3 Multiplier par la sensibilité climatique pour obtenir une élévation de température, avec son unité en degrés.
  4. 4 Préciser qu'il s'agit d'une valeur À L'ÉQUILIBRE, atteinte avec un retard dû à l'inertie des océans.

Phrase de conclusion

« Pour C=421C = 421 ppm, le forçage vaut 5,35 ln⁡(421/280)=2,25{,}35\,\ln(421/280) = 2{,}2 W/m2^{2}, d'où une élévation d'équilibre de 2,2×0,8=1,72{,}2 \times 0{,}8 = 1{,}7 °C, supérieure au réchauffement déjà observé en raison de l'inertie thermique des océans. »

Le piège : Annoncer la température d'équilibre comme la température actuelle : l'écart avec le réchauffement observé est justement ce que la question demande d'expliquer.

Barème : 1 point pour la référence, 1 point pour le forçage et son unité, 1 point pour la sensibilité, 1 point pour l'équilibre et l'inertie.

Décrire une rétroaction

Quand l'utiliser : L'énoncé demande d'expliquer un mécanisme d'amplification ou de stabilisation.

  1. 1 Nommer la perturbation de départ, avec son sens : un réchauffement, ou un refroidissement.
  2. 2 Écrire la chaîne, un maillon par flèche, chaque maillon étant une grandeur physique et non un jugement.
  3. 3 Boucler explicitement : revenir sur la grandeur de départ et dire dans quel sens elle évolue.
  4. 4 Conclure par le signe, et par ce que ce signe signifie : amplification ou stabilisation.

Phrase de conclusion

« Un réchauffement fait fondre la neige, ce qui abaisse l'albédo, ce qui augmente la part d'énergie solaire absorbée, ce qui accentue le réchauffement de départ : la boucle revient dans le même sens, c'est une rétroaction positive, donc amplificatrice. »

Le piège : Sauter le retour à la grandeur de départ : sans lui, la chaîne décrit une conséquence, pas une rétroaction, et le signe ne peut pas être justifié.

Barème : 1 point par maillon, 1 point pour le bouclage, 1 point pour le signe correctement interprété.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

L'exercice type décortiqué

Du dioxyde de carbone actuel à l'élévation de température

La concentration en dioxyde de carbone est passée de C0=280C_{0} = 280 ppm avant l'ère industrielle à C=421C = 421 ppm aujourd'hui. On donne ΔF=5,35 ln⁡(C/C0)\Delta F = 5{,}35\,\ln(C/C_{0}) en W/m2^{2} et une sensibilité climatique de 0,80{,}8 K par W/m2^{2}.

Calculer le forçage et l'élévation de température à l'équilibre, comparer au réchauffement observé d'environ 1,21{,}2 °C, puis dire ce que donnerait un doublement.

Étape 1

ΔF=5,35×ln⁡(421/280)=5,35×0,408=2,18\Delta F = 5{,}35 \times \ln(421/280) = 5{,}35 \times 0{,}408 = 2{,}18 W/m2^{2}.

Pourquoi

Le rapport se calcule avant le logarithme, et il est sans unité : c'est ce qui rend la formule utilisable quelle que soit l'unité de concentration, ppm ou fraction molaire.

Étape 2

Élévation à l'équilibre : ΔT=0,8×2,18=1,7\Delta T = 0{,}8 \times 2{,}18 = 1{,}7 °C.

Pourquoi

La sensibilité est le coefficient qui relie deux grandeurs d'unités différentes. Écrire les unités à chaque ligne suffit à ne jamais confondre le forçage avec la température.

Étape 3

Le réchauffement observé est d'environ 1,21{,}2 °C, soit un demi-degré de moins.

Pourquoi

L'écart n'est pas une contradiction : c'est le contenu de la question suivante, et le signaler explicitement montre qu'on a lu le résultat au lieu de le poser.

Étape 4

Explication : l'inertie thermique des océans retarde l'approche de l'équilibre de plusieurs décennies.

Pourquoi

C'est la seule explication attendue, et elle a une conséquence importante : même à concentration stabilisée, la température continuerait de monter un temps.

Étape 5

Doublement : ΔF=5,35 ln⁡2=3,71\Delta F = 5{,}35\,\ln 2 = 3{,}71 W/m2^{2}, donc ΔT=3,0\Delta T = 3{,}0 °C.

Pourquoi

Le doublement donne toujours le même forçage, que l'on parte de 280 ou de 560 ppm : c'est la propriété caractéristique du logarithme, et c'est elle que la question évalue.

Étape 6

Contrôle : ln⁡(421/280)=0,408\ln(421/280) = 0{,}408 est bien inférieur à ln⁡2=0,693\ln 2 = 0{,}693, donc le forçage actuel est inférieur à celui d'un doublement.

Pourquoi

Un contrôle de cohérence en une ligne : la concentration actuelle n'ayant pas doublé, le forçage doit être plus petit que 3,713{,}71. Un résultat supérieur signalerait une inversion du rapport.

Conclusion rédigée

« Le forçage actuel vaut 2,22{,}2 W/m2^{2}, ce qui correspond à une élévation d'équilibre de 1,71{,}7 °C, supérieure aux 1,21{,}2 °C observés à cause de l'inertie thermique des océans. Un doublement de la concentration donnerait 3,713{,}71 W/m2^{2}, soit environ 3 °C, quelle que soit la concentration de départ. »

L'erreur classique sur cet exercice : Annoncer 2,22{,}2 °C au lieu de 1,71{,}7 °C en oubliant la sensibilité : l'erreur se repère à l'unité, puisque le nombre du forçage se retrouverait tel quel en degrés.

À savoir par cœur

  • • Air sec : 78,178{,}1 pour cent de diazote, 20,920{,}9 de dioxygène, 421 ppm de dioxyde de carbone.
  • • Le dioxygène vient de la photosynthèse, avec un RETARD dû à la saturation des puits.
  • • Ozone stratosphérique : ultraviolets. Effet de serre : infrarouge. Deux problèmes distincts.
  • • ΔF=5,35 ln⁡(C/C0)\Delta F = 5{,}35\,\ln(C/C_{0}) : c'est le DOUBLEMENT qui compte, 3,713{,}71 W/m2^{2} à chaque fois.
  • • Sensibilité ≈0,8\approx 0{,}8 K par W/m2^{2}, soit environ 3 °C par doublement.
  • • Positive : la conséquence renforce la cause, donc amplification. Positive ne veut PAS dire bénéfique.
  • • La stabilité de fond vient du rappel radiatif en T4T^{4}.
  • • Une tendance climatique se lit sur TRENTE ANS. Deux années isolées ne prouvent rien.
  • • L'écart entre scénarios mesure les CHOIX HUMAINS, dix fois l'incertitude scientifique.
  • • Empreinte française : environ 9 tonnes d'équivalent par personne, contre 2 tonnes visées.

Questions fréquentes

Pourquoi ne peut-on pas comparer deux années pour parler du climat ?

Parce que la variabilité d'une année à l'autre est plus grande que la tendance annuelle. Dans une série qui monte de deux centièmes de degré par an, on trouve toujours deux années dont la seconde est plus froide que la première. Une tendance climatique se lit sur trente ans au minimum, durée qui lisse la variabilité naturelle.

Une rétroaction positive est-elle une bonne chose ?

Non, le mot positif décrit seulement le sens de la boucle : la conséquence renforce la cause. La fonte de la neige abaisse l'albédo, ce qui augmente l'absorption du rayonnement solaire, donc le réchauffement de départ. Une rétroaction négative, au contraire, contrarie la perturbation et stabilise le système.

Comment passe-t-on d'un forçage radiatif à une élévation de température ?

En multipliant par la sensibilité climatique, environ 0,8 kelvin par watt par mètre carré. Un forçage s'exprime en watts par mètre carré, une température en degrés : les deux ne sont pas interchangeables. Un doublement du dioxyde de carbone donne 3,71 watts par mètre carré, donc environ 3 degrés à l'équilibre.

Pourquoi les projections climatiques donnent-elles plusieurs courbes ?

Parce que chaque courbe correspond à un scénario d'émission différent, c'est-à-dire à des choix humains différents. Un modèle calcule les conséquences physiques d'hypothèses données, il ne prédit pas les décisions politiques. À scénario fixé, l'incertitude proprement scientifique est environ dix fois plus étroite que l'écart entre les scénarios.

Le trou dans la couche d'ozone cause-t-il le réchauffement climatique ?

Non, ce sont deux problèmes distincts. L'ozone stratosphérique filtre les ultraviolets et protège le vivant ; son appauvrissement est dû aux composés chlorés et a été traité par un accord international. Le réchauffement vient des gaz à effet de serre, qui absorbent l'infrarouge réémis par le sol. Les causes et les remèdes ne sont pas les mêmes.

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Exercices corrigés : Science, climat et société

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

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