Changement climatique

Le climat peut se définir comme un ensemble de facteurs fluctuants, qui dans leur succession saisonnière, caractérisent une région ou un site [7]. A l’échelle du globe, il est essentiellement conditionné par la distribution de l’énergie solaire, la circulation atmosphérique, et les transferts de vapeur d’eau, ainsi que par leurs interactions avec les surfaces océaniques et continentales [8].
Les conditions météorologiques qui caractérisent le climat sont le plus souvent décrites par la moyenne et la variabilité des températures, des précipitations, du vent, du rayonnement, de l’humidité, et de la couverture nuageuse sur une période donnée [9]. Au cours des siècles, le climat évolue avec des fluctuations d’amplitudes et de périodicités irrégulières, mais avec une alternance relativement régulière entre des ères glaciaires de longues durées (~ 80 000 ans) et interglaciaires plus clémentes et plus courtes (10 000 à 20 000 ans). Il est admis que l’actuelle période interglaciaire a débuté il y a quelques dix millénaires [9]. Si l’histoire du climat de la planète est de plus en plus connue, les causes de ces fluctuations ne font pas l’unanimité.
En outre, les variations de l’activité solaire, les modifications des paramètres de l’orbite terrestre, les fluctuations de l’activité volcanique, du champ magnétique, et de la composition de l’atmosphère, considérée comme la plus instable, sont les hypothèses les plus avancées [9]. Depuis la révolution industrielle du milieu du 18ème siècle, l’impact des activités anthropiques s’est ajouté à la variabilité naturelle du climat ; les concentrations des gaz à effet de serre n’ont cessé d’augmenter avec une rapidité sans précédent dans l’histoire de la planète [9]. La concentration en dioxyde de carbone ( ) ne cesse pas d’augmenter de 1750 à nos jours [9] (Cf. Fig. 100, Annexe A). De par des mécanismes rétroactifs, la température moyenne de surface a augmenté de 0.6 °C ± 0.2 °C depuis 1860 [9]. Le XXème siècle a probablement été le plus chaud depuis 1000 ans et la décennie 1990 a connu le réchauffement le plus important de ce siècle. La véracité de ce changement climatique a été apportée par de nombreux rapports sur l’évolution du climat [3][10][11]. Il est appréhendé par la modification significative de la moyenne (annuelle ou saisonnière) des facteur climatiques sur une période prolongée par rapport à une moyenne de référence d’au moins 30 ans [3]. En plus de la tendance moyenne de l’évolution du climat, de nouvelles inquiétudes apparaissent depuis une décennie concernant l’augmentation de la variabilité climatique car la conjugaison de ces deux phénomènes accroit fortement les risques d’apparition de climats extrêmes (Cf. Fig. 101, Annexe A), tels que les canicules et sécheresses [3][12][13][14][15]. En d’autres termes, si la variabilité autour de la moyenne augmente, la probabilité d’avoir un événement extrême est d’autant plus élevé. Un climat extrême se définit statistiquement par des anomalies climatiques, c’est-à-dire des valeurs au-dessus (ou en-dessous) des valeurs maximales (ou minimales) observées sur une période de référence d’au moins 30 ans [3].

Précipitations

Définition

En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d’eau qui résultent des processus de condensation des vapeurs d’eau. Il s’agit des eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, soit sous forme liquide (brune, pluie, averse) ou sous forme solide (neige, grésil, grêle) (Figure 1).

Types de précipitation

Les précipitations convectives

Elles résultent d’une ascension rapide des masses d’air humide dans l’atmosphère due au réchauffement de la croute terrestre. A son tour, la surface de la terre réchauffe les particules d’air environnant. Elles sont associées aux cumulus et cumulo-nimbus, à développement vertical important qui sont générées par le processus de Bergeron. Les précipitations résultantes de ce processus sont en général orageuses, de courte durée (moins d’une heure), de forte intensité et de faible extension spatiale (Cf. Figure 2) [18].

Les précipitations orographiques

Ce type de précipitations résulte de la rencontre entre une masse d’air chaud et humide et une barrière topographique particulière. Les particules d’air qui s’élèvent lors de la rencontre d’un relief subissent un refroidissement dû à leur détente et peuvent atteindre le seuil de saturation. Un nuage se forme alors sur le versant du relief et des précipitations peuvent se déclencher (Cf. Figure 2).
Les précipitations frontales
Les précipitations de type frontal sont engendrées par la rencontre de masses d’air originelle et de facteurs thermiques et hydriques différents. Dans une perturbation, l’air chaud est soulevé par l’air froid et les nuages se forment le long de fronts (front chaud ou front froid). Au niveau des surfaces de contact ou fronts, le gradient thermique vertical, l’humidité et la vitesse de déplacement sont différents (Cf. Figure 2).
Figure 2 : Principaux types de précipitations : convectives, orographiques et frontales, medhycos.mpl.ird.fr/fr/data/hyd/Drobot/3C.htm

Différents processus de condensation

Condensation par refroidissement isobare

C’est une condensation résultant de la baisse de la température en maintenant l’environnement à la même pression [19].

Condensation par détente adiabatique

C’est une détente au cours de laquelle il n’y a théoriquement pas d’échange de chaleur entre la particule d’air et l’air environnant. Mais dans la pratique, ces échanges de chaleur existent. La quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir la particule devient inférieure à la quantité de vapeur d’eau initialement présente. La particule ne peut donc pas conserver intégralement son stock de vapeur d’eau : d’où la condensation de la vapeur d’eau excédentaire et apparition d’un nuage de type cumuliforme.

Condensation par apport de vapeur d’eau

Le phénomène est appelé brouillard d’évaporation. Il intervient lorsqu’une masse d’air froid arrive sur une étendue d’eau relativement chaude. L’évaporation est localisée dans la couche de surface en contact avec l’étendue d’eau, dont la température est très proche de celle de l’eau (Figure 3).
Figure 3 : Formation d’un brouillard par le processus de condensation, sup.ups-tlse.fr//projet/site/html/ProcessusCondensation. uved/Ozone/BasesScientifiques.

Pluie

Définition

La pluie désigne généralement une précipitation d’eau à l’état liquide tombant de nuages vers le sol ou non. Leur taille peut être définie comme des gouttes d’eau d’un diamètre variant entre 0,5 et 5 mm, et elle peut tomber jusqu’à une vitesse de 30 km / h [20].

Formation de la pluie [21]

Les fines gouttelettes d’eau qui se condensent sur les particules de poussière pour créer un nuage sont séparées par des distances relativement grandes par rapport à la taille des gouttelettes. Etant donné qu’il en existe des milliards, on a l’impression que le nuage forme une masse compacte. Plus les nuages montent vers des couches d’air plus froid, plus les gouttelettes grossissent et se rapprochent les unes des autres. (On parle ici de gouttelettes, mais on doit noter qu’il est fort possible que ce soient des cristaux. De toute façon, le processus est le même). Quand la taille de la gouttelette atteint la grosseur d’un point de ponctuation (bruine), elle ne peut plus flotter et elle commence à descendre lentement, de l’intérieur du nuage vers sa base. Lorsque la taille de la gouttelette de bruine dépasse quelque peu la grosseur d’un point, elle se met à tomber plus vite. En d’autres mots, le poids des gouttelettes entraîne leur chute. La température de la couche d’air à travers laquelle passent les gouttelettes étant supérieure à 0 °C comme également la température du sol, ainsi c’est sous forme de pluie que ces gouttelettes tombent sur le sol.
S’il n’y a pas de vent et si la turbulence est négligeable à l’intérieur du nuage, la gouttelette conservera sa taille et atteindra le sol sous forme de faible pluie. Comme les nuages se trouvent à une altitude où la température est basse, il arrive souvent que les gouttelettes soient congelées dans le nuage et qu’elles fondent pendant leur chute vers le sol. Si, par contre, il y a de forts courants descendants existent dans le nuage, on assiste à une forte averse de pluie en rafales qu’on appelle aussi « grain ». (Une averse de 10 mm équivaut à 10 litres d’eau par mètre carrés.)

Processus de Bergeron

Il faut d’abord savoir que les gouttelettes d’eau ne se solidifient pas à 0 °C comme on pourrait le croire. L’eau pure ne se solidifie qu’à des températures inférieures à – 40 °C. On dit alors que le nuage est en surfusion. Cependant, l’eau surfondue gèle facilement en présence de noyaux de congélation. Donc, lorsque la température d’un nuage est au-dessous de 0 °C, on y retrouve des gouttelettes d’eau et des cristaux de glace. Il se produit alors un phénomène très intéressant : des molécules d’eau quittent les gouttelettes pour aller sur les cristaux de glace qui grossissent rapidement jusqu’à ce qu’ils soient assez lourds pour tomber. Durant leur chute, ils grossiront encore plus par le processus de coalescence. S’ils passent à travers une couche d’air dont la température est au-dessus de 0 °C, ils pourront fondre et arriveront au sol sous forme de pluie, ou de neige mouillée.

Processus

Les molécules de vapeur d’eau s’évaporent de la gouttelette d’eau pour se solidifier sur le cristal de glace. Après un certain temps, la gouttelette disparaît et le cristal est devenu plus gros.