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Science, climat et société

Ce thème de terminale relie l’histoire de l’atmosphère terrestre, le cycle du carbone, le fonctionnement du système climatique et les enjeux sociétaux du réchauffement global. On y apprend à lire des données paléoclimatiques et atmosphériques, à analyser le cycle biogéochimique du carbone, à expliquer l’effet de serre additionnel et ses rétroactions, et à exploiter les modèles numériques pour distinguer corrélation et causalité. Tout le contenu présenté ici relève du programme de TERMINALE (sous-thèmes 1.1, 1.2 et 1.3 de l'annexe du BO n° 25 du 22 juin 2023) et compte donc dans la moyenne annuelle de terminale, affectée du coefficient 3.

6 sections~45 min de lecture5 compétencesVérifié · 06/2026

T·0666 / 8

Profil d’examen

Analyser des données sur l’évolution de la composition de l’atmosphère au cours des temps géologiques (oxygénation, sources et puits de O₂) et mettre en relation la production de dioxygène avec des indices géologiques et l’évolution de la biodiversité.Analyser un schéma du cycle biogéochimique du carbone pour comparer les stocks des différents réservoirs (atmosphère, océan, biosphère, sols, roches, combustibles fossiles) et identifier les flux principaux, naturels et anthropiques, en lien avec le caractère non renouvelable des combustibles fossiles.Lire un diagramme d’état (P, T) de l’eau pour déterminer son état physique ; mettre en relation les spectres d’absorption de l’ozone et de l’ADN dans l’ultraviolet pour expliquer le rôle protecteur de la couche d’ozone.Distinguer climat et météorologie, identifier des indices de variations climatiques passées (pollens, glaciers) ; déterminer la capacité d’un gaz à influencer l’effet de serre à partir de son spectre d’absorption infrarouge et de son abondance.Identifier les relations de causalité (actions et rétroactions) du système climatique, estimer la dilatation thermique de l’océan, et exploiter un modèle de simulation climatique pour justifier des liens de cause à effet en distinguant corrélation et causalité.

Opérateurs :analyserdéterminermettre en relationdistinguerestimerexploiterjustifierinterpréter

niveau de base

Maîtrise d’abord les faits-repères datés (oxygénation ≈ 2,4 Ga, réchauffement ≈ +1 °C depuis l’ère préindustrielle, GES majeurs CO₂/CH₄/N₂O/H₂O) et sache lire un diagramme d’état, un spectre d’absorption et une courbe d’anomalie de température.

niveau approfondi

Approfondis les raisonnements de causalité : couple un spectre d’absorption infrarouge à une abondance pour hiérarchiser des GES, chiffre une rétroaction (vapeur d’eau, albédo) ou une dilatation thermique, et argumente la distinction corrélation/causalité à partir des résultats d’un modèle (attribution à l’activité humaine).

Profondeur

Texte

Sommaire · 6 sections

Science, climat et société

6 sections30 points clés8 formules30 pièges signalés

1.1 L’atmosphère terrestre et la vie : composition, hydrosphère, oxygénation et ozone#

~7 min de lectureStandardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Diagramme d’état (P, T) de l’eau : lire l’état physique

Fig. 1Le plan (température, pression) est partagé en trois domaines (solide, liquide, vapeur) par les courbes de changement d’état issues du point triple. En suivant la ligne P = 1 atm (en pointillés), on lit : glace (T < 0 °C), eau liquide (0–100 °C), vapeur (T > 100 °C). La courbe de fusion de l’eau est légèrement inclinée vers la gauche (cas particulier : la glace fond sous pression). Le point triple est l’unique équilibre des trois phases ; au-delà du point critique, liquide et vapeur ne se distinguent plus.

Atmosphère primitive ≈ N₂ + CO₂ + H₂O (vapeur), sans dioxygène. Le refroidissement de la Terre a permis la liquéfaction de la vapeur d’eau (passage vapeur → liquide) : c’est la formation de l’hydrosphère (océans). L’atmosphère actuelle est ≈ 78 % de N₂, 21 % de O₂ et des traces (H₂O, CO₂ ≈ 0,04 %, CH₄, N₂O).

L’état physique de l’eau (solide / liquide / vapeur) se lit sur son diagramme d’état (P, T) : un point situé dans un domaine donne l’état stable ; les courbes séparant les domaines sont les courbes de changement d’état (fusion, vaporisation, sublimation). Le point triple (équilibre des trois phases) et le point critique en sont les bornes remarquables.

Le dioxygène atmosphérique est d’origine biologique : il provient de la photosynthèse oxygénique des cyanobactéries. Premières traces de vie photosynthétique ≈ 3,5 Ga ; la Grande Oxygénation se produit ≈ 2,4 Ga (oxydation des roches, fers rubanés). Sources de O₂ : photosynthèse ; puits de O₂ : respiration, oxydation des roches et combustions.

Le dioxygène a permis la formation de l’ozone stratosphérique (O₃) : le rayonnement ultraviolet dissocie d’abord O₂ (photodissociation, UV de longueur d’onde inférieure à ≈ 242 nm), puis O + O₂ → O₃. La couche d’ozone absorbe une grande partie des UV.

Rôle protecteur : le spectre d’absorption de l’ozone dans l’UV recouvre largement le spectre d’absorption de l’ADN (maximum vers 260 nm). L’ozone filtre donc les UV qui seraient absorbés par l’ADN — UV mutagènes — ce qui a rendu possible la conquête des milieux émergés par le vivant.

Le diagramme d'état (P, T) de l'eau se lit selon une procédure fixe, et c'est elle qui est évaluée : on repère le point de coordonnées (P, T) donné, on regarde dans quel DOMAINE il tombe, et l'on conclut sur l'état stable. Les courbes qui séparent les domaines sont les courbes de changement d'état, où deux phases coexistent. Le point triple est le seul point où les trois phases coexistent ; au-delà du point critique, la distinction liquide/gaz disparaît. Deux conditions différentes de pression peuvent donc donner deux états différents à la même température — c'est ce qui explique que l'eau bouille plus bas en altitude.

L'existence de l'hydrosphère tient à ce diagramme : la température moyenne et la pression de surface de la Terre placent le point représentatif dans le domaine LIQUIDE. Sur Mars, la pression trop faible place ce point sous la courbe de sublimation, et la glace passe directement à l'état de vapeur — d'où l'absence d'eau liquide stable en surface.

La formation de l'ozone se fait en deux étapes qu'il faut savoir distinguer. D'abord une photodissociation : un ultraviolet de longueur d'onde inférieure à environ 242 nm casse une molécule de dioxygène en deux atomes d'oxygène. Ensuite une recombinaison : chacun de ces atomes s'associe à une molécule O₂ pour donner O₃. Ce cycle se poursuit en permanence, et il ABSORBE l'énergie ultraviolette à chaque tour — c'est le mécanisme même de la protection.

L'argument du recouvrement des spectres est ce que le programme demande de savoir construire (voir Fig. 2). Le spectre d'absorption de l'ADN culmine vers 260 nm ; celui de l'ozone couvre largement cette région. L'ozone intercepte donc précisément les longueurs d'onde que l'ADN absorberait, et qui provoquent des mutations. Sans cet écran, la conquête des milieux émergés par le vivant aurait été impossible — ce qui relie l'oxygénation de l'atmosphère à la sortie des eaux.

Filtrage des UV : recouvrement des spectres d’absorption de l’ozone et de l’ADN

Fig. 2L’ozone absorbe fortement les UV dans la bande même où l’ADN absorbe (maximum vers 260 nm) : il joue le rôle d’écran protecteur contre les UV mutagènes.

Fig. 2 ↓

Le programme demande aussi un regard critique sur l'expression « trou dans la couche d'ozone ». Il ne s'agit pas d'un trou au sens propre — d'une absence — mais d'un AMINCISSEMENT saisonnier au-dessus de l'Antarctique, mesuré en unités Dobson. Cet amincissement est bien d'origine anthropique, dû aux chlorofluorocarbures, et le protocole de Montréal (1987) a permis un début de reconstitution : c'est l'exemple le plus souvent cité d'une décision internationale efficace fondée sur un diagnostic scientifique.

Vocabulaire

→ Cartes

atmosphère primitiveAtmosphère d'origine, composée de N₂, CO₂ et vapeur d'eau, sans dioxygène.
diagramme d’état (P, T)Graphique donnant l'état stable de l'eau selon la pression et la température ; ses courbes séparent les domaines.
point tripleUnique couple (P, T) où les trois états de l'eau coexistent à l'équilibre.
photodissociationRupture d'une molécule sous l'effet d'un rayonnement ; ici, O₂ cassé par un UV de longueur d'onde inférieure à 242 nm.
ozone stratosphériqueO₃ formé en altitude, qui absorbe les UV mutagènes et protège le vivant.
unité DobsonUnité de mesure de la quantité d'ozone d'une colonne atmosphérique ; elle quantifie l'amincissement saisonnier.

Formation de l’ozone stratosphérique

\text{O}_2 \xrightarrow{\;UV\,(\lambda<242\ \text{nm})\;} \text{O} + \text{O} \qquad \text{O} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{O}_3

Le rayonnement ultraviolet de courte longueur d’onde dissocie le dioxygène en atomes d’oxygène, qui se recombinent avec O₂ pour former l’ozone. Ce cycle absorbe une partie de l’énergie UV.

Énergie d’un photon

E = \dfrac{h\,c}{\lambda}

L’énergie d’un photon est inversement proportionnelle à sa longueur d’onde : les UV (λ courte) sont plus énergétiques que le visible, donc capables de dissocier O₂ et d’endommager l’ADN.

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Exemple corrigé

Lire le diagramme d’état et justifier le rôle protecteur de l’ozone

À l’aide du diagramme d’état (P, T) de l’eau, déterminer l’état physique de l’eau à la pression de 1,0 × 10⁵ Pa pour les températures −10 °C, +25 °C et +150 °C. Justifier ensuite, à partir des spectres d’absorption fournis, pourquoi la couche d’ozone protège l’ADN des rayonnements ultraviolets.

Se placer à la bonne pression
On trace la droite horizontale P = 1,0 × 10⁵ Pa (≈ 1 atm) sur le diagramme, puis on lit le domaine traversé en augmentant la température.
Lire chaque état
À −10 °C le point est dans le domaine SOLIDE (glace) ; à +25 °C il est dans le domaine LIQUIDE ; à +150 °C il est dans le domaine VAPEUR. Les frontières franchies à 0 °C et 100 °C sont les changements d’état (fusion puis vaporisation).
Comparer les spectres UV
Le spectre d’absorption de l’ozone et celui de l’ADN se recouvrent fortement dans l’UV, autour de 250–290 nm, l’ADN absorbant au maximum vers 260 nm.
Conclure sur la protection
Les UV de cette bande sont très énergétiques et provoquent des lésions de l’ADN (mutations). Comme l’ozone absorbe ces mêmes UV avant qu’ils n’atteignent la surface, il agit comme un filtre protecteur du vivant.

Résultat : À 1 atm : glace à −10 °C, eau liquide à +25 °C, vapeur à +150 °C. L’ozone absorbe les UV dans la bande où l’ADN absorbe (≈ 260 nm) : il protège donc le matériel génétique des UV mutagènes.

Erreurs fréquentes

Écrire que l'ozone « réfléchit » les ultraviolets : il les ABSORBE, et cette absorption est justement ce qui alimente le cycle de formation et de destruction de O₃.
Confondre l'ozone stratosphérique (bénéfique, il filtre les UV) et l'ozone troposphérique de basse altitude (polluant, nocif pour les voies respiratoires).
Croire que le dioxygène était présent dès la formation de la Terre : l'atmosphère primitive en était dépourvue. Le O₂ est d'origine biologique et n'apparaît qu'à partir d'environ 2,4 Ga.
Lire le diagramme d'état sans tenir compte de la pression : à 1 bar l'eau bout à 100 °C, mais à pression plus basse elle bout à température plus basse. La température seule ne détermine pas l'état.
Confondre « trou dans la couche d'ozone » et effet de serre : le premier concerne l'ultraviolet et la protection du vivant, le second l'infrarouge et la température. Ce sont deux problèmes distincts.

Révision active

On donne le diagramme d’état (P, T) de l’eau. Pour une pression de 1,0 × 10⁵ Pa, déterminer l’état physique de l’eau à −10 °C, à +25 °C et à +150 °C. Justifier ensuite, à l’aide des spectres d’absorption fournis, pourquoi la couche d’ozone protège l’ADN des UV.

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

1.1 (suite) Oxygénation de l’atmosphère et évolution de la biodiversité#

~7 min de lectureStandardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Cycle simplifié du dioxygène : sources et puits

Fig. 3La photosynthèse alimente le réservoir de O₂ ; respiration, oxydation des roches et combustions le vident. À l’équilibre ces flux se compensent ; c’est l’enfouissement de matière organique (mis en évidence) — carbone soustrait à la respiration — qui a permis l’excédent net de dioxygène au cours des temps géologiques.

La teneur en O₂ de l’atmosphère a augmenté par étapes : quasi nulle avant ≈ 2,4 Ga, première grande montée à la Grande Oxygénation (≈ 2,4 Ga), puis seconde montée vers ≈ 0,6–0,5 Ga, atteignant la valeur actuelle (≈ 21 %). La courbe n’est ni linéaire ni régulière.

Indices géologiques de cette oxygénation : les fers rubanés (bandes d’oxydes de fer, ≈ 2,4 Ga) marquent l’oxydation de l’océan ; l’apparition des « lits rouges » (red beds) continentaux marque l’oxydation de l’atmosphère. Ces indices sont datés et corrélés à la montée de O₂.

Bilan de O₂ : la photosynthèse est la source (libère O₂), la respiration, l’oxydation des roches et les combustions sont les puits (consomment O₂). À l’échelle des temps géologiques, l’accumulation de matière organique enfouie (non respirée) a permis le surplus de O₂.

Conséquences pour le vivant : l’oxygénation rend possible la respiration aérobie (beaucoup plus rentable énergétiquement), la formation de la couche d’ozone (sortie des eaux) et accompagne de grandes étapes de diversification de la biodiversité (eucaryotes, faune d’Édiacara, explosion cambrienne).

Méthode : pour relier production de O₂ et biodiversité, on superpose une courbe de teneur en O₂ et un axe temporel d’événements biologiques, puis on argumente une corrélation temporelle — sans confondre corrélation et causalité.

Les fers rubanés sont l'indice géologique le plus demandé, et leur logique mérite d'être comprise. Le fer dissous dans les océans anciens était sous forme réduite ; l'apparition du dioxygène l'a oxydé et rendu insoluble, précipitant des couches d'oxydes de fer. Ces dépôts massifs cessent vers 1,8 Ga, une fois le fer océanique épuisé. Leur existence PROUVE donc que le dioxygène apparaît dans l'océan avant de s'accumuler dans l'atmosphère : l'océan est le premier puits à saturer.

Les « lits rouges » continentaux prennent le relais comme indice : ce sont des sédiments terrestres teintés par des oxydes de fer, qui n'apparaissent qu'une fois l'atmosphère elle-même oxygénée. La succession fers rubanés puis lits rouges donne donc l'ordre chronologique océan-puis-atmosphère, et savoir lire cette succession est le savoir-faire évalué.

L'accumulation de dioxygène a une condition que l'on oublie souvent : il ne suffit pas d'en produire, il faut que la matière organique correspondante soit SOUSTRAITE aux réactions inverses. Si toute la matière organique produite par photosynthèse était respirée ou décomposée, le bilan net de O₂ serait nul. C'est l'enfouissement d'une petite fraction de cette matière organique dans les sédiments — celle qui deviendra plus tard les combustibles fossiles — qui a permis au dioxygène de s'accumuler. Production et enfouissement sont les deux faces d'un même bilan.

La Grande Oxygénation a été, pour la biodiversité de l'époque, une CRISE avant d'être une opportunité : le dioxygène était toxique pour la plupart des organismes anaérobies alors dominants. Elle ouvre ensuite trois possibilités majeures — la respiration aérobie, bien plus rentable énergétiquement que la fermentation, la formation de la couche d'ozone, et donc la conquête des milieux émergés. Présenter l'oxygénation comme un simple progrès est une lecture inexacte.

Enfin, le programme demande explicitement de ne pas conclure trop vite : superposer une courbe de teneur en O₂ et un axe d'événements biologiques établit une CORRÉLATION temporelle. Pour parler de causalité, il faut un mécanisme — ici, le gain énergétique de la respiration aérobie et l'écran d'ozone — et pas seulement une coïncidence de dates.

Vocabulaire

→ Cartes

Grande OxygénationMontée de la teneur atmosphérique en dioxygène il y a environ 2,4 milliards d'années, d'origine biologique.
fers rubanésDépôts sédimentaires alternés d'oxydes de fer, témoins de l'oxydation du fer dissous dans l'océan.
lits rougesSédiments continentaux teintés par des oxydes de fer, témoins d'une atmosphère déjà oxygénée.
source / puitsProcessus qui libère / qui consomme une espèce chimique ; leur bilan fixe l'évolution du réservoir.
respiration aérobieOxydation des nutriments par le dioxygène, bien plus rentable énergétiquement que la fermentation.
cyanobactérieBactérie à photosynthèse oxygénique, à l'origine du dioxygène atmosphérique.

Photosynthèse : la source de O₂

6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\;\text{lumière}\;} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2

La photosynthèse oxygénique des cyanobactéries puis des végétaux libère le dioxygène à l’origine de l’atmosphère actuelle.

Évolution de la teneur en O₂ atmosphérique au cours des temps géologiques

Fig. 4Teneur en dioxygène (en % de la valeur actuelle) au cours des 3,5 derniers milliards d'années. Quasi nulle à l'origine, elle franchit un premier palier lors de la Grande Oxygénation (≈ 2,4–2,2 Ga, point mis en évidence ; témoins : fers rubanés), reste modérée, puis monte fortement au Néoprotérozoïque (≈ 0,6 Ga), accompagnant la diversification du vivant jusqu'au niveau actuel.

Exemple corrigé

Décrire l’oxygénation et la relier à la biodiversité

On dispose de la courbe de teneur en O₂ atmosphérique (en % de la valeur actuelle) sur les 3,5 derniers milliards d’années et d’un axe d’événements : fers rubanés (≈ 2,4 Ga), faune d’Édiacara (≈ 0,6 Ga), explosion cambrienne (≈ 0,54 Ga). Décrire les étapes de l’oxygénation, citer les indices géologiques et discuter le lien avec la diversification du vivant.

Décrire la courbe
La teneur en O₂ reste quasi nulle jusqu’à ≈ 2,4 Ga, puis monte une première fois (Grande Oxygénation) et se stabilise autour de 10–12 %, avant une seconde montée vers ≈ 0,6 Ga jusqu’à la valeur actuelle. L’évolution se fait par paliers.
Relier aux indices géologiques
Les fers rubanés (≈ 2,4 Ga) attestent l’oxydation des océans et coïncident avec la première montée ; les premiers « lits rouges » continentaux marquent l’oxydation ultérieure de l’atmosphère.
Mettre en relation avec la biodiversité
La seconde montée du O₂ (≈ 0,6 Ga) précède la faune d’Édiacara puis l’explosion cambrienne : la respiration aérobie, plus rentable, et la formation de l’ozone rendent possibles des organismes complexes et la sortie des eaux.
Distinguer corrélation et causalité
La concordance temporelle (O₂ ↑ puis diversité ↑) est une corrélation ; le lien causal s’appuie sur des mécanismes (énergie de la respiration aérobie, protection par l’ozone), pas sur la seule simultanéité.

Résultat : Oxygénation en deux grandes étapes (≈ 2,4 Ga puis ≈ 0,6 Ga) attestée par les fers rubanés et les lits rouges ; elle accompagne et, par des mécanismes identifiés, favorise la diversification du vivant — une corrélation étayée par une causalité.

Objectif Bac

Suivre l'évolution de la teneur atmosphérique en dioxygène au cours des temps géologiques sur un graphique et en repérer les deux grandes montées.
Mettre en relation la production de dioxygène avec des indices géologiques : fers rubanés pour l'océan, lits rouges pour l'atmosphère, dans cet ordre chronologique.
Établir le bilan du dioxygène en nommant la source (photosynthèse) et les puits (respiration, oxydation des roches, combustions), et expliquer le rôle de l'enfouissement de matière organique.
Relier l'oxygénation à l'évolution de la biodiversité par des MÉCANISMES — respiration aérobie, écran d'ozone — et non par une simple coïncidence de dates.
Distinguer explicitement corrélation temporelle et lien de causalité dans l'interprétation d'une superposition de courbes.

Erreurs fréquentes

Croire que la photosynthèse suffit à faire monter le dioxygène : sans enfouissement d'une fraction de la matière organique, la respiration et la décomposition reconsomment tout le O₂ produit. Le bilan net serait nul.
Inverser l'ordre des indices : les fers rubanés (océan) précèdent les lits rouges continentaux (atmosphère). Cet ordre est précisément ce que la question demande de lire.
Présenter la Grande Oxygénation comme un progrès pour toute la vie : le dioxygène était toxique pour la plupart des organismes anaérobies de l'époque. Ce fut d'abord une crise biologique majeure.
Conclure à une causalité à partir d'une seule superposition de courbes : il faut nommer un mécanisme. Le programme fait de cette distinction une compétence à part entière.
Oublier que les combustions et l'oxydation des roches sont des puits de dioxygène : ne citer que la respiration donne un bilan incomplet.

Révision active

On fournit une courbe de la teneur en O₂ atmosphérique (en % de la valeur actuelle) au cours du dernier 3,5 milliards d’années et un axe d’événements biologiques. Décrire les grandes étapes de l’oxygénation, citer deux indices géologiques datés, et discuter le lien entre oxygénation et diversification du vivant en distinguant corrélation et causalité.

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

1.1 (suite) Le cycle biogéochimique du carbone et les combustibles fossiles#

~7 min de lectureStandardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Cycle du carbone : réservoirs, flux naturels et flux anthropique

Fig. 5L'atmosphère échange du CO₂ avec la biosphère (photosynthèse ⇄ respiration) et avec l'océan (dissolution ⇄ dégazage) ; ces échanges naturels, représentés par des liens non orientés, sont à peu près équilibrés. La combustion des combustibles fossiles (flèche orientée, mise en évidence) ajoute un flux anthropique à sens unique des roches vers l'atmosphère, qui fait croître le stock de CO₂.

Le carbone est réparti entre de grands réservoirs reliés par des flux : l’atmosphère (sous forme de CO₂), l’océan (CO₂ dissous, ions hydrogénocarbonate, êtres vivants), la biosphère continentale (végétaux, animaux), les sols, et la lithosphère (roches carbonatées comme le calcaire, matière organique fossile). De très loin, l’essentiel du carbone est stocké dans les roches.

Le cycle du carbone est l’ensemble des échanges (flux, en gigatonnes de carbone par an) entre ces réservoirs : photosynthèse et respiration, dissolution et dégazage du CO₂ océanique, sédimentation et altération des roches. Quand les flux entrants et sortants d’un réservoir se compensent, son stock reste constant : le cycle est à l’équilibre.

Les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) proviennent du carbone d’êtres vivants enfoui il y a des dizaines à des centaines de millions d’années. Comme ce stock se reconstitue infiniment plus lentement qu’on ne l’exploite, ces ressources sont dites non renouvelables à l’échelle humaine.

Leur combustion (combustible + O₂ → CO₂ + H₂O) transfère vers l’atmosphère, en quelques décennies, du carbone resté piégé pendant des millions d’années. Ce flux anthropique déséquilibre le cycle : le stock de CO₂ atmosphérique augmente, ce qui renforce l’effet de serre.

L’océan et la biosphère absorbent une part de ce CO₂ supplémentaire (puits de carbone), mais une fraction notable reste dans l’atmosphère : c’est elle qui est responsable de la hausse mesurée de la concentration en CO₂ (cf. courbe de Keeling, 1.3).

Un schéma de cycle du carbone se lit en distinguant systématiquement deux natures de nombres, et les confondre est l'erreur la plus fréquente : les RÉSERVOIRS sont des stocks, en gigatonnes de carbone (GtC), écrits dans les cases ; les FLUX sont des débits, en GtC par an, portés par les flèches. Une case et une flèche ne se comparent jamais directement — un réservoir de 800 GtC et un flux de 10 GtC·an⁻¹ n'ont même pas la même unité.

Les ordres de grandeur à retenir sont les rapports plutôt que les valeurs : l'océan est de loin le plus grand réservoir de surface, l'atmosphère en contient bien moins, et les combustibles fossiles constituent un stock géologique qui n'échangeait presque rien avec les autres réservoirs avant l'ère industrielle. C'est ce dernier point qui rend le flux anthropique remarquable — il OUVRE un robinet qui était pratiquement fermé.

Le déséquilibre s'énonce alors simplement : les flux naturels entre atmosphère, océan et biosphère sont grands mais approximativement compensés — ce qui entre ressort. Le flux anthropique, lui, est petit en comparaison mais il n'est compensé par RIEN. C'est pourquoi un ajout modeste rapporté aux échanges naturels suffit à faire monter le stock atmosphérique année après année : un déséquilibre permanent, même faible, s'accumule.

Environ la moitié du CO₂ émis par les activités humaines est absorbée par l'océan et la biosphère continentale, qui jouent le rôle de puits ; le reste s'accumule dans l'atmosphère. Cette absorption océanique n'est pas gratuite : le CO₂ dissous acidifie l'eau de mer, ce qui affecte les organismes à squelette ou coquille calcaire. Le puits qui atténue le problème climatique en crée donc un autre.

La différence des ÉCHELLES DE TEMPS est la clé de tout le sous-thème et vaut d'être énoncée comme telle : il a fallu des dizaines à des centaines de millions d'années pour constituer les stocks fossiles, et il suffit de quelques décennies pour en restituer une part importante. Ce n'est pas la quantité de carbone qui est nouvelle sur Terre, c'est la VITESSE à laquelle elle change de réservoir.

Vocabulaire

→ Cartes

réservoirCompartiment stockant du carbone (atmosphère, océan, biosphère, sols, roches, fossiles), mesuré en GtC.
fluxDébit de carbone échangé entre deux réservoirs, en GtC par an ; à ne jamais comparer à un stock.
puits de carboneRéservoir absorbant plus de carbone qu'il n'en restitue ; l'océan et la biosphère en absorbent environ la moitié des émissions.
flux anthropiqueFlux de carbone dû aux activités humaines, petit devant les flux naturels mais non compensé.
acidification de l’océanBaisse du pH de l'eau de mer due à la dissolution du CO₂, nuisible aux organismes calcaires.
non renouvelableSe dit d'une ressource dont la durée de formation excède immensément la durée d'exploitation.

Combustion d’un hydrocarbure fossile

\text{C}_x\text{H}_y + \left(x+\dfrac{y}{4}\right)\text{O}_2 \longrightarrow x\,\text{CO}_2 + \dfrac{y}{2}\,\text{H}_2\text{O}

La combustion complète d’un combustible fossile consomme du dioxygène et libère du dioxyde de carbone (et de l’eau) : le carbone fossile, longtemps piégé, rejoint l’atmosphère sous forme de CO₂.

Ordres de grandeur des stocks de carbone par réservoir

Fig. 6Les stocks de carbone s'étalent sur cinq ordres de grandeur : les roches et combustibles fossiles (mis en évidence) dominent (10⁷–10⁸ Gt C), loin devant l'océan (≈ 38 000 Gt C). L'atmosphère (≈ 870 Gt C) est l'un des plus PETITS réservoirs : sa teneur est donc très sensible à un flux anthropique de ≈ 10 Gt C·an⁻¹, qui représente plus de 1 % du stock atmosphérique ajouté chaque année.

Exemple corrigé

Comparer les réservoirs et expliquer la hausse du CO₂

On donne les ordres de grandeur des stocks de carbone : atmosphère ≈ 870 Gt C, biosphère continentale ≈ 600 Gt C, sols ≈ 1,5 × 10³ Gt C, océan ≈ 3,8 × 10⁴ Gt C, roches et combustibles fossiles ≈ 10⁷–10⁸ Gt C. Les émissions liées aux combustibles fossiles représentent un flux d’environ 10 Gt C·an⁻¹. Comparer les stocks, situer ce flux et expliquer pourquoi il fait monter le CO₂ atmosphérique.

Comparer les stocks
Les roches (carbonates + matière organique fossile) constituent de très loin le plus grand réservoir (≈ 10⁷–10⁸ Gt C), puis l’océan (≈ 3,8 × 10⁴ Gt C). L’atmosphère (≈ 870 Gt C) est l’un des plus petits réservoirs : sa teneur est donc sensible à de faibles flux.
Situer le flux anthropique
Un flux d’émission de ≈ 10 Gt C·an⁻¹ rapporté au stock atmosphérique de ≈ 870 Gt C représente plus de 1 % du stock ajouté chaque année — sans compensation, le stock croîtrait vite.
Faire le bilan du réservoir atmosphérique
L’océan et la biosphère absorbent une partie de ce CO₂ supplémentaire, mais pas la totalité : il reste un flux net entrant dans l’atmosphère. Le cycle, autrefois équilibré, ne l’est plus.
Conclure
La combustion des fossiles transfère, en quelques décennies, du carbone resté piégé des millions d’années. Comme l’atmosphère est un petit réservoir et que les puits n’absorbent qu’une partie du surplus, sa teneur en CO₂ augmente — d’où le forçage radiatif additionnel.

Résultat : Les roches puis l’océan dominent les stocks ; l’atmosphère est un petit réservoir sensible. Le flux anthropique (≈ 10 Gt C·an⁻¹), incomplètement compensé par les puits océanique et biosphérique, fait croître le CO₂ atmosphérique : le cycle est déséquilibré et l’effet de serre additionnel s’installe.

Erreurs fréquentes

Comparer un réservoir et un flux : les premiers s'expriment en GtC, les seconds en GtC par an. Ce sont des grandeurs de natures différentes.
Croire que le flux anthropique est important parce qu'il est grand : il est au contraire petit devant les flux naturels. Ce qui le rend décisif, c'est qu'il n'est compensé par aucun flux inverse.
Oublier que l'océan absorbe une part du CO₂ émis en produisant une acidification : le puits océanique atténue le réchauffement mais dégrade les milieux calcaires.
Écrire une équation de combustion non équilibrée : les atomes se conservent. CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O, et non CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Dire que la combustion « crée » du carbone : elle le TRANSFÈRE d'un réservoir géologique vers l'atmosphère. La quantité totale de carbone ne change pas.

Révision active

On fournit un schéma du cycle du carbone donnant les stocks des réservoirs (atmosphère, océan, sols, biosphère, roches/fossiles) et les flux entre eux, dont les émissions liées aux combustibles fossiles. Comparer les ordres de grandeur des stocks, identifier les flux anthropiques, et expliquer pourquoi la combustion des fossiles augmente la teneur en CO₂ de l’atmosphère.

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

1.2 La complexité du système climatique : climat, météo, gaz à effet de serre et forçage radiatif#

~8 min de lectureStandardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Effet de serre : fenêtre infrarouge et absorption par les GES

Fig. 8L'infrarouge réémis par le sol suit deux voies : une partie s'échappe vers l'espace par la « fenêtre atmosphérique » (≈ 8–13 µm, peu absorbée) ; une partie tombe dans les bandes d'absorption des gaz à effet de serre (mises en évidence), qui la réémettent en partie vers le sol — d'où le réchauffement. Augmenter les GES, c'est rétrécir la fenêtre.

Météorologie ≠ climatologie : la météorologie décrit l’état de l’atmosphère à court terme (jours), le climat est l’état moyen et la variabilité sur des durées longues (au moins ≈ 30 ans). Indicateurs du climat : température moyenne globale, niveau des océans, étendue des glaces.

Indices de variations climatiques passées (paléoclimats) : analyse des pollens (espèces végétales révélant la température), moraines et stries glaciaires (extension des glaciers), bulles d’air des carottes de glace (teneur en CO₂), rapports isotopiques de l’oxygène. Ils montrent une variabilité naturelle du climat.

Effet de serre : le sol, chauffé par le Soleil, réémet un rayonnement infrarouge ; les gaz à effet de serre (CO₂, CH₄, N₂O, vapeur d’eau) absorbent une partie de cet infrarouge et le réémettent en partie vers le sol, ce qui élève la température de surface. Sans cet effet naturel, la Terre serait gelée.

La capacité d’un gaz à renforcer l’effet de serre dépend de deux facteurs : (1) son spectre d’absorption dans l’infrarouge (le gaz n’est efficace que s’il absorbe dans la gamme émise par la Terre) et (2) son abondance. Un gaz très absorbant mais très rare peut peser moins qu’un gaz moins absorbant mais abondant.

Forçage radiatif = différence entre l’énergie radiative reçue et l’énergie émise par le système Terre. Un forçage positif (ajout de GES) traduit un excédent d’énergie qui réchauffe. Le réchauffement global mesuré est ≈ +1 °C depuis l’ère préindustrielle, et l’essentiel de l’énergie excédentaire est stocké par les océans.

La distinction climat / météorologie ne porte pas sur le sujet étudié mais sur l'ÉCHELLE DE TEMPS, et c'est ainsi qu'il faut la formuler. La météorologie décrit et prévoit l'état de l'atmosphère sur des jours ; la climatologie décrit l'état MOYEN et la variabilité sur trente ans au moins. D'où la réponse à l'objection courante « il a fait froid cette semaine, donc le climat ne se réchauffe pas » : une valeur instantanée ne dit rien d'une moyenne sur trente ans, exactement comme un seul lancer de dé ne dit rien de la moyenne d'une série.

La capacité d'un gaz à renforcer l'effet de serre dépend du PRODUIT de deux facteurs, et une bonne réponse les nomme tous les deux (voir Fig. 7). Le premier est spectroscopique : le gaz doit absorber dans la gamme de longueurs d'onde réellement émise par la surface terrestre, autour de 10 µm. Le second est quantitatif : son abondance dans l'atmosphère. Un gaz très absorbant mais présent à l'état de traces peut compter moins qu'un gaz moins absorbant mais abondant — et c'est pourquoi le CO₂, malgré une efficacité par molécule inférieure à celle du méthane, domine le forçage anthropique.

Forçage radiatif du CO₂ en fonction de sa concentration

Fig. 7Le forçage radiatif croît comme ln(C/C₀) : il s’annule à la valeur préindustrielle (278 ppm) et vaut ≈ 3,7 W·m⁻² pour un doublement (≈ 556 ppm). La croissance logarithmique traduit l’effet décroissant de chaque molécule supplémentaire.

Fig. 7 ↓

Le forçage radiatif se définit comme un DÉSÉQUILIBRE, exprimé en W·m⁻² : c'est l'écart entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par le système Terre. Un forçage positif signifie que la planète reçoit plus qu'elle n'émet, donc qu'elle accumule de l'énergie et se réchauffe. Une fois l'équilibre rétabli à une température plus élevée, le forçage retombe à zéro — ce qui explique qu'un réchauffement se poursuive un temps même après stabilisation des émissions.

Les paléoclimats fournissent les indices dont le sous-thème a besoin, et chacun mesure autre chose : les pollens renseignent sur les espèces végétales et donc sur la température et l'humidité régionales ; les moraines et stries glaciaires sur l'extension des glaciers ; les bulles d'air des carottes de glace donnent directement la COMPOSITION de l'atmosphère du passé, jusqu'à environ 800 000 ans. Ce sont ces carottes qui montrent que la concentration actuelle de CO₂ dépasse tout ce qui a été enregistré sur cette période, et surtout qu'elle n'a jamais augmenté aussi VITE.

Vocabulaire

→ Cartes

climatologieÉtude de l'état moyen et de la variabilité de l'atmosphère sur trente ans au moins.
météorologieÉtude et prévision de l'état de l'atmosphère à court terme, sur des jours ou des semaines.
forçage radiatifÉcart, en W·m⁻², entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par le système Terre.
paléoclimatClimat du passé, reconstitué à partir d'indices comme les pollens, les moraines ou les carottes de glace.
carotte de glaceÉchantillon cylindrique de glace dont les bulles d'air conservent la composition atmosphérique du passé.
spectre d’absorption infrarougeGamme de longueurs d'onde infrarouges absorbées par un gaz ; premier des deux facteurs de son effet de serre.

Forçage radiatif du CO₂ (expression simplifiée)

\Delta F \;=\; 5{,}35\,\ln\!\left(\dfrac{C}{C_0}\right)\quad(\text{W}\cdot\text{m}^{-2})

Le forçage radiatif additionnel dû au CO₂ croît comme le logarithme du rapport de la concentration C à la concentration préindustrielle C₀ ≈ 278 ppm : un doublement de CO₂ ajoute ≈ 3,7 W·m⁻². L’effet par molécule diminue donc quand la concentration augmente.

Exemple corrigé

Croiser spectre infrarouge et abondance pour comparer deux GES

Les spectres d’absorption infrarouge montrent que le méthane (CH₄) absorbe plus efficacement, par molécule, dans la fenêtre infrarouge terrestre que le dioxyde de carbone (CO₂). Pourtant le CO₂ contribue davantage au réchauffement actuel. En croisant spectres et abondances (CO₂ ≈ 420 ppm, CH₄ ≈ 1,9 ppm), expliquer ce paradoxe apparent.

Condition spectrale
Un gaz n’agit comme gaz à effet de serre que s’il absorbe dans la gamme de longueurs d’onde du rayonnement infrarouge émis par la Terre. CO₂ et CH₄ remplissent tous deux cette condition (ils possèdent des bandes d’absorption dans l’IR terrestre).
Pouvoir absorbant par molécule
À l’échelle de la molécule, le méthane est un gaz à effet de serre plus puissant que le CO₂ : il absorbe davantage par molécule dans la fenêtre infrarouge.
Prendre en compte l’abondance
La contribution totale dépend du produit pouvoir absorbant × abondance. Le CO₂ est ≈ 420/1,9 ≈ 2,2 × 10² fois plus abondant que le CH₄.
Conclure
Malgré un pouvoir absorbant par molécule plus faible, le CO₂ est tellement plus abondant que sa contribution totale au forçage actuel dépasse celle du méthane. La capacité d’un gaz à influencer l’effet de serre se juge en croisant spectre ET abondance.

Résultat : Les deux gaz absorbent dans l’IR terrestre ; le CH₄ est plus absorbant par molécule, mais le CO₂, ≈ 220 fois plus abondant, contribue davantage au réchauffement actuel. Conclusion : effet de serre = pouvoir absorbant × abondance.

Explication pas à pas4 étapes

1
Premier réflexe : ne pas confondre la météo, qui décrit le temps qu’il fait sur quelques jours, et le climat, qui est la moyenne et la variabilité de l’atmosphère sur au moins une trentaine d’années.
2
Le sol, chauffé par le Soleil, réémet de l’infrarouge. Les gaz à effet de serre absorbent une partie de cet infrarouge et le renvoient vers le sol : la surface se réchauffe. C’est l’effet de serre.
3
Un gaz n’est efficace que s’il absorbe dans l’infrarouge terrestre. Sa contribution réelle dépend aussi de son abondance : c’est le produit des deux qui compte.
4
Enfin, le forçage radiatif du CO₂ croît comme le logarithme de sa concentration : un doublement ajoute environ 3,7 watts par mètre carré au bilan d’énergie de la Terre.

Erreurs fréquentes

Opposer climat et météorologie par le sujet plutôt que par l'échelle de temps : les deux étudient l'atmosphère. Le climat est une moyenne sur trente ans au moins.
Conclure sur le climat à partir d'un épisode météorologique : un hiver froid ne contredit pas un réchauffement moyen, pas plus qu'un lancer de dé ne contredit une espérance.
Ne citer qu'un seul facteur pour la capacité d'un gaz à effet de serre : il faut le spectre d'absorption dans l'infrarouge ET l'abondance. Le produit des deux décide.
Confondre forçage radiatif et température : le forçage est un écart de FLUX en W·m⁻². Il provoque une variation de température, il n'en est pas une.
Croire que les carottes de glace donnent la température directement : les bulles d'air donnent la COMPOSITION de l'atmosphère ancienne ; la température se déduit indirectement, notamment des rapports isotopiques.

Révision active

On fournit les spectres d’absorption infrarouge du CO₂ et du CH₄ ainsi que leurs abondances dans l’atmosphère (CO₂ ≈ 420 ppm, CH₄ ≈ 1,9 ppm). Expliquer pourquoi un gaz n’influence l’effet de serre que s’il absorbe dans l’infrarouge terrestre, puis discuter, en croisant spectre et abondance, la contribution relative de ces deux gaz.

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Rappel actif

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Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

1.2 (suite) Rétroactions du système climatique et rôle amortisseur de l’océan#

~7 min de lectureApprofondissementeduscol-programme-enseignement-scientifique

Rétroactions positives du système climatique (carte des causalités)

Fig. 9Trois boucles de rétroaction POSITIVE amplifient un réchauffement initial : davantage de vapeur d'eau (un GES), la fonte des glaces qui abaisse l'albédo (donc plus d'absorption), et le dégel du permafrost qui libère CH₄ et CO₂. Chaque effet renforce le réchauffement qui l'a causé (flèches dans les deux sens). L'océan (mis en évidence) amortit en stockant chaleur et CO₂ — mais il s'acidifie et rend le changement durable.

Une rétroaction (boucle de rétroaction) relie un effet à sa propre cause. Rétroaction positive : l’effet amplifie la cause (emballement). Rétroaction négative : l’effet atténue la cause (stabilisation). Identifier les relations de causalité, c’est repérer ces boucles dans le système climatique.

Rétroaction positive de la vapeur d’eau : un réchauffement augmente l’évaporation, donc la teneur en vapeur d’eau (un puissant gaz à effet de serre), ce qui renforce le réchauffement. La boucle amplifie le forçage initial du CO₂.

Rétroaction positive de l’albédo : le réchauffement fait fondre glaces et neige, qui sont très réfléchissantes (albédo élevé) ; la surface plus sombre découverte (océan, sol) absorbe davantage de rayonnement solaire, ce qui réchauffe encore. Le dégel du permafrost libère en outre du CH₄ et du CO₂ (autre rétroaction positive).

Rôle amortisseur de l’océan : l’océan, par sa grande capacité thermique, stocke l’essentiel de l’énergie excédentaire et absorbe une partie du CO₂. Il ralentit le réchauffement de l’air à court terme, mais ce stockage rend le changement irréversible à l’échelle des siècles et entraîne l’acidification (dissolution du CO₂).

Dilatation thermique de l’océan : en se réchauffant, l’eau se dilate (sa masse volumique diminue), donc son volume augmente. C’est, avec la fonte des glaces continentales, une cause majeure de l’élévation du niveau marin. La variation relative de volume s’écrit ΔV/V = β·ΔT (β : coefficient de dilatation).

Identifier une rétroaction demande de nommer la boucle en entier, et une réponse incomplète ne vaut rien : cause initiale → effet → action de cet effet SUR la cause initiale. Si le retour amplifie la perturbation, la rétroaction est POSITIVE ; s'il l'atténue, elle est NÉGATIVE. Attention au vocabulaire : « positive » ne veut pas dire « bénéfique » — une rétroaction positive aggrave le déséquilibre, c'est même la plus inquiétante des deux.

Le permafrost constitue la troisième rétroaction positive du programme, et la plus préoccupante : son dégel libère du méthane et du dioxyde de carbone longtemps piégés, ce qui renforce l'effet de serre et accélère le dégel. Sa particularité est de mobiliser un stock de carbone jusque-là hors du cycle — un mécanisme voisin, dans son principe, de la combustion des fossiles.

La rétroaction NÉGATIVE que le programme retient est celle des organismes chlorophylliens : une teneur accrue en CO₂ stimule à court terme la photosynthèse, donc l'absorption de CO₂, ce qui atténue la hausse. Elle est stabilisatrice mais limitée — elle sature, dépend de la disponibilité en eau et en nutriments, et ne compense qu'une fraction des émissions. Il faut donc la citer sans en faire une solution.

La distinction entre glaces CONTINENTALES et glaces de MER est régulièrement demandée et repose sur un principe de physique simple : la banquise flotte déjà, elle déplace donc un volume d'eau égal à son propre poids, et sa fonte ne change pratiquement pas le niveau des océans. Les glaces continentales — calottes du Groenland et de l'Antarctique, glaciers — reposent sur des terres émergées ; leur fonte AJOUTE de l'eau à l'océan et fait monter le niveau. La banquise agit sur l'albédo, les glaces continentales sur le niveau marin.

La dilatation thermique est la seconde cause majeure de l'élévation du niveau marin, et l'estimation demandée est un simple calcul de variation relative de volume. Un point compte : le réchauffement ne concerne d'abord que les couches superficielles de l'océan, si bien que l'épaisseur réellement dilatée est bien inférieure à la profondeur totale — le calcul se mène toujours sur la couche précisée par l'énoncé.

Cette accumulation d'énergie dans l'océan rend le changement climatique IRRÉVERSIBLE à l'échelle de plusieurs siècles : la chaleur stockée en profondeur ne se restitue que très lentement. Même à émissions nulles, le niveau des mers continuerait de monter pendant des siècles — argument à connaître pour discuter atténuation et adaptation.

Vocabulaire

→ Cartes

rétroaction positiveBoucle où l'effet amplifie sa propre cause ; vapeur d'eau, albédo et permafrost dans le système climatique.
rétroaction négativeBoucle où l'effet atténue sa propre cause ; à court terme, l'absorption de CO₂ par les organismes chlorophylliens.
permafrostSol gelé en permanence dont le dégel libère méthane et CO₂ longtemps piégés.
glaces continentalesCalottes et glaciers reposant sur des terres émergées ; leur fonte ajoute de l'eau à l'océan.
glaces de mer (banquise)Glace flottante ; sa fonte ne change pratiquement pas le niveau marin mais abaisse l'albédo.
dilatation thermiqueAugmentation de volume de l'eau qui se réchauffe, cause majeure de l'élévation du niveau des océans.

Dilatation thermique (variation relative de volume)

\dfrac{\Delta V}{V} = \beta\,\Delta T

À pression constante, la variation relative de volume d’un liquide est proportionnelle à la variation de température ; β est le coefficient de dilatation volumique (en K⁻¹).

Élévation du niveau marin par dilatation

\Delta h = H\,\beta\,\Delta T

Pour une colonne d’eau de section constante et de hauteur H, l’augmentation de hauteur Δh due à la dilatation est H·β·ΔT (la section se simplifie : ΔV/V = Δh/H).

Exemple corrigé

Estimer l’élévation du niveau marin par dilatation thermique

On modélise la couche superficielle de l’océan par une colonne d’eau de hauteur H = 1,0 × 10³ m, de coefficient de dilatation thermique β = 2,0 × 10⁻⁴ K⁻¹. Estimer l’élévation Δh du niveau marin due à la seule dilatation thermique pour un réchauffement ΔT = 1,0 °C de cette couche.

Écrire la dilatation
La variation relative de volume vaut ΔV/V = β·ΔT. Pour une colonne de section constante, la hauteur varie dans la même proportion : Δh/H = ΔV/V.
Application numérique de la variation relative
ΔV/V = (2,0 × 10⁻⁴) × 1,0 = 2,0 × 10⁻⁴, soit 0,02 % de variation de volume.
En déduire l’élévation
Δh = H·β·ΔT = (1,0 × 10³) × (2,0 × 10⁻⁴) × 1,0 = 0,20 m.
Interpréter
Pour ce seul modèle de couche de 1 000 m réchauffée de 1 °C, la dilatation thermique élève le niveau de ≈ 20 cm. C’est une contribution majeure, à laquelle s’ajoute la fonte des glaces continentales ; cela illustre pourquoi le GIEC envisage une montée pouvant atteindre ≈ 1 m en 2100.

Résultat : Δh = H·β·ΔT ≈ 0,20 m, soit ≈ 20 cm d’élévation du niveau marin par dilatation thermique seule pour ce modèle (couche de 1 000 m, +1 °C).

Erreurs fréquentes

Comprendre « rétroaction positive » comme « effet bénéfique » : positive signifie AMPLIFICATRICE. C'est la plus préoccupante des deux.
Croire que la fonte de la banquise fait monter le niveau des mers : elle flotte déjà et déplace un volume égal à son poids. Ce sont les glaces CONTINENTALES qui font monter le niveau.
Décrire une rétroaction en s'arrêtant à l'effet : il faut boucler, c'est-à-dire dire comment l'effet agit en retour sur sa propre cause. Sans le retour, il n'y a pas de rétroaction.
Calculer une dilatation sur toute la profondeur de l'océan : seule la couche superficielle réchauffée se dilate, et l'énoncé précise toujours son épaisseur.
Présenter le puits océanique comme une solution : l'océan absorbe chaleur et CO₂, mais au prix d'une élévation du niveau marin et d'une acidification, et il restitue très lentement.

Révision active

On modélise la couche superficielle de l’océan par une colonne d’eau de hauteur H = 1,0 × 10³ m, de coefficient de dilatation thermique β = 2,0 × 10⁻⁴ K⁻¹. Estimer l’élévation du niveau marin due à la seule dilatation thermique pour un réchauffement de cette couche de ΔT = 1,0 °C. Identifier ensuite, sur un schéma, deux rétroactions positives du système climatique.

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Rappel actif

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Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

1.3 Le climat du futur : modèles numériques, attribution et enjeux pour la société#

~8 min de lectureApprofondissementeduscol-programme-enseignement-scientifique

Concentration en CO₂ atmosphérique depuis 1958 (tendance lissée)

Fig. 10Tendance lissée modélisant la hausse accélérée du CO₂ : ≈ 315 ppm en 1958, ≈ 418 ppm vers 2023. La courbe réelle (courbe de Keeling) porte en plus une oscillation saisonnière, ici non représentée.

Un modèle climatique numérique repose sur la mise en équation des lois physiques (rayonnement, mécanique des fluides, thermodynamique) et leur résolution par des méthodes numériques (découpage du globe en mailles, calcul pas à pas dans le temps). Il fournit des projections, pas des prévisions météo datées.

Validation d’un modèle : on le confronte à des observations indépendantes — climat actuel et, surtout, climats passés (paléoclimats). Un modèle qui reproduit les variations passées et l’évolution récente est jugé fiable pour explorer le futur.

Attribution : en comparant des simulations avec et sans émissions humaines (facteurs naturels seuls vs naturels + anthropiques), les modèles montrent que seul l’ajout des activités humaines reproduit le réchauffement observé. C’est l’argument central pour attribuer le réchauffement actuel à l’activité humaine.

Corrélation ≠ causalité : une simple coïncidence de courbes (par exemple CO₂ et température) n’établit pas un lien de cause à effet. La causalité s’appuie sur un mécanisme physique (forçage radiatif) et sur des expériences numériques d’attribution, pas sur la seule corrélation.

Projections pour le XXIᵉ siècle (selon les scénarios d’émission) : réchauffement de ≈ +1,5 à +5 °C en 2100, élévation du niveau des océans pouvant atteindre ≈ 1 m, modification des régimes de pluie et des extrêmes, acidification des océans. Les leviers de réponse sont l’atténuation (réduire les émissions) et l’adaptation.

Un modèle climatique n'est pas un programme qui « prédit l'avenir » mais un système d'équations résolu numériquement, et il faut savoir en décrire les deux composantes que le programme nomme : la mise en équation des mécanismes physiques essentiels — rayonnement, mécanique des fluides, thermodynamique — et des méthodes numériques de résolution, qui découpent le globe en mailles et avancent pas de temps par pas de temps.

Un modèle se VALIDE avant de projeter, et sur des données qu'il n'a pas servi à construire : on lui fait rejouer les climats passés et les décennies récentes, et l'on compare aux observations de terrain, aux observations spatiales et aux paléoclimats. C'est parce que les modèles ont correctement anticipé les évolutions des dernières décennies qu'on accorde du crédit à leurs projections — l'argument de fiabilité est un argument de RÉTRO-vérification.

La pluralité des modèles est une force, pas une faiblesse, et le programme demande de savoir répondre à l'objection « les scientifiques ne s'accordent pas sur un modèle unique ». Ces modèles sont nombreux et INDÉPENDANTS, développés par des équipes différentes avec des choix numériques différents ; leur convergence sur les grandes tendances est un test de robustesse bien plus solide qu'un modèle unique dont personne ne pourrait contrôler les biais. La dispersion des résultats mesure d'ailleurs honnêtement l'incertitude.

L'attribution est le raisonnement central du sous-thème : on fait tourner le même modèle deux fois, une fois avec les seuls facteurs naturels (activité solaire, volcanisme), une fois avec les facteurs naturels ET anthropiques. Seule la seconde simulation reproduit le réchauffement observé. C'est une expérimentation NUMÉRIQUE — impossible à mener sur la planète réelle — qui transforme une corrélation en lien de cause à effet, appuyée sur un mécanisme physique connu, le forçage radiatif.

Les projections se donnent toujours en FOURCHETTES associées à des scénarios d'émission, et une fourchette n'est pas un aveu d'ignorance : elle traduit deux incertitudes de natures différentes, celle du modèle physique et celle des choix humains à venir. Les modèles s'accordent avec une forte probabilité sur une hausse de 1,5 à 5 °C avant la fin du siècle, une élévation du niveau des océans pouvant atteindre le mètre, une modification des régimes de pluie et des extrêmes, une acidification des océans et des incidences majeures sur les écosystèmes.

Le programme demande enfin de situer les acteurs, ce qui est souvent oublié en copie : la recherche et les programmes mondiaux produisent les modèles, l'Organisation météorologique mondiale et l'Organisation des Nations unies coordonnent, et le GIEC ÉVALUE — il ne fait pas de recherche propre et ne décide de rien, il synthétise l'état des connaissances pour éclairer la décision politique, qui se joue notamment dans les COP.

Vocabulaire

→ Cartes

modèle climatiqueSystème d'équations physiques résolu numériquement sur un globe découpé en mailles.
projectionRésultat d'un modèle sous une hypothèse d'émissions donnée ; toujours assortie d'une fourchette.
attributionComparaison de simulations avec et sans facteurs anthropiques, qui établit la cause du réchauffement observé.
scénario d’émissionHypothèse sur les émissions futures de gaz à effet de serre, qui conditionne la projection.
GIECGroupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat : il évalue et synthétise, sans faire de recherche propre ni décider.
validationConfrontation d'un modèle à des observations indépendantes, notamment les paléoclimats, avant toute projection.

Principe d’attribution

T_{\text{obs}} \approx T_{\text{naturel}} + T_{\text{anthropique}}

Seules les simulations incluant le terme anthropique (émissions humaines) reproduisent la température observée : la différence entre les deux scénarios mesure la part humaine du réchauffement.

Attribution : modèle avec et sans activité humaine vs observations

Fig. 11Anomalie de température (allure schématique) : seule la simulation incluant l'activité humaine (mise en évidence) suit les observations, qui montent d'environ 1 °C au XXᵉ siècle ; la simulation « facteurs naturels seuls » (en pointillés) reste quasi plate. Cette comparaison entre modèles et observations est le raisonnement d'ATTRIBUTION : le réchauffement récent est imputable à l'activité humaine.

Exemple corrigé

Attribuer le réchauffement à l’activité humaine et distinguer corrélation et causalité

On fournit une courbe lissée de la concentration en CO₂ depuis 1958 et deux sorties de modèle pour la température moyenne globale : (A) facteurs naturels seuls (volcanisme, activité solaire), (B) facteurs naturels + activités humaines. La courbe d’observations est aussi tracée. Décrire l’évolution du CO₂, montrer comment ces simulations permettent d’attribuer le réchauffement à l’activité humaine, et expliquer pourquoi la corrélation CO₂–température ne suffirait pas à elle seule.

Décrire l’évolution du CO₂
La concentration en CO₂ passe de ≈ 315 ppm en 1958 à ≈ 418 ppm vers 2023, avec une croissance qui s’accélère : la pente augmente au fil du temps.
Comparer les deux simulations
La simulation (A), avec les seuls facteurs naturels, reste presque plate et ne reproduit pas le réchauffement observé. La simulation (B), incluant les activités humaines, suit la courbe d’observations.
Attribuer le réchauffement
Comme seule la prise en compte des émissions humaines permet de reproduire les observations, on attribue le réchauffement récent à l’activité humaine. L’écart entre (B) et (A) mesure la part anthropique.
Corrélation vs causalité
La seule montée conjointe du CO₂ et de la température est une corrélation. Le lien causal est établi par un mécanisme physique (forçage radiatif du CO₂) ET par l’expérience d’attribution (le modèle ne « marche » qu’avec le terme humain) : c’est cette double démonstration qui transforme la corrélation en causalité.

Résultat : Le CO₂ croît de ≈ 315 à ≈ 418 ppm (1958→2023) en s’accélérant ; seules les simulations incluant les activités humaines reproduisent le réchauffement observé : on l’attribue donc aux émissions humaines. La corrélation seule ne suffit pas — il faut un mécanisme (forçage radiatif) et un test d’attribution.

Objectif Bac

Décrire les deux composantes d'un modèle climatique : mise en équation des mécanismes physiques et méthodes numériques de résolution.
Expliquer comment un modèle est validé — confrontation aux observations de terrain, spatiales et aux paléoclimats — avant d'être utilisé en projection.
Exploiter un logiciel de simulation ou des graphiques pour mettre en évidence le rôle des différents paramètres de l'évolution climatique.
Mener le raisonnement d'attribution : comparer une simulation à facteurs naturels seuls et une simulation incluant les facteurs anthropiques, et conclure.
Justifier qu'une corrélation entre CO₂ et température est explicable par un lien de cause à effet, en invoquant à la fois le mécanisme physique et l'expérience numérique d'attribution.

Erreurs fréquentes

Présenter la pluralité des modèles comme un désaccord scientifique : ils sont indépendants, et leur CONVERGENCE sur les grandes tendances est justement l'argument de robustesse.
Confondre corrélation et causalité : la coïncidence des courbes de CO₂ et de température ne suffit pas. La causalité s'appuie sur le mécanisme du forçage radiatif et sur l'expérience d'attribution.
Croire qu'un modèle est validé sur les données qui ont servi à le construire : la validation se fait sur des observations indépendantes, notamment les paléoclimats.
Lire une fourchette de projection comme une incertitude sur la réalité du réchauffement : elle porte sur son AMPLEUR et dépend en partie des scénarios d'émission, c'est-à-dire de choix humains à venir.
Attribuer au GIEC un rôle de recherche ou de décision : il ÉVALUE et synthétise les travaux existants. La recherche est faite ailleurs, la décision revient aux États.

Révision active

On dispose d’une courbe lissée de la concentration en CO₂ depuis 1958 et de deux sorties de modèle pour la température : l’une intégrant les seuls facteurs naturels, l’autre intégrant aussi les activités humaines. Décrire l’évolution du CO₂, expliquer comment la comparaison des deux simulations permet d’attribuer le réchauffement à l’activité humaine, et préciser pourquoi la corrélation seule ne suffirait pas.

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

Vérifié · 06/2026Version complète via le réglage de profondeur — même endroit, mêmes ancres

Planifier une révision

Références et sources

Sources

Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel

Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023)

Voir aussi

Science, climat et société

Points clés

Lire le diagramme d’état et justifier le rôle protecteur de l’ozone

Points clés

Décrire l’oxygénation et la relier à la biodiversité

Points clés

Comparer les réservoirs et expliquer la hausse du CO₂

Points clés

Croiser spectre infrarouge et abondance pour comparer deux GES

Points clés

Estimer l’élévation du niveau marin par dilatation thermique

Points clés

Attribuer le réchauffement à l’activité humaine et distinguer corrélation et causalité

Sources