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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 et de l’épreuve écrite (sous-parties 1.1, 1.2 et 1.3).
6sectionsca. 28min de lecture5compétencesNiveauStandard 4 · Approfondissement 2Vérifié · 06/2026
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).
Lesetiefe: Approfondi
Schriftgröße: Standard
Diagramme d’état (P, T) de l’eau : lire l’état physique
Formation de l’ozone stratosphérique
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
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.
Filtrage des UV : recouvrement des spectres d’absorption de l’ozone et de l’ADN
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.
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.
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).
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.
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
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.
Rappel actif
Rappelle-toi les points clés — puis révèle.
Sources : Programme d’enseignement scientifique — classe terminale, voie générale (Éduscol) (Ministère de l’Éducation nationale — Éduscol)
Cycle simplifié du dioxygène : sources et puits
Photosynthèse : la source de O₂
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
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.
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.
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.
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.
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.
Erreurs fréquentes
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.
Rappel actif
Rappelle-toi les points clés — puis révèle.
Sources : Programme d’enseignement scientifique — classe terminale, voie générale (Éduscol) (Ministère de l’Éducation nationale — Éduscol)
Cycle du carbone : réservoirs, flux naturels et flux anthropique
Combustion d’un hydrocarbure fossile
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
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.
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.
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.
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.
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
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.
Rappel actif
Rappelle-toi les points clés — puis révèle.
Sources : Programme d’enseignement scientifique — classe terminale, voie générale (Éduscol) (Ministère de l’Éducation nationale — Éduscol)
Forçage radiatif du CO₂ en fonction de sa concentration
Forçage radiatif du CO₂ (expression simplifiée)
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.
Effet de serre : fenêtre infrarouge et absorption par les 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.
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).
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.
La contribution totale dépend du produit pouvoir absorbant × abondance. Le CO₂ est ≈ 420/1{,}9 ≈ 2,2 × 10² fois plus abondant que le CH₄.
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.
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.
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.
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.
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
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.
Rappel actif
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Rétroactions positives du système climatique (carte des causalités)
Dilatation thermique (variation relative de volume)
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
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).
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.
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.
ΔV/V = (2{,}0 × 10⁻⁴) × 1{,}0 = 2{,}0 × 10⁻⁴, soit 0{,}02 % de variation de volume.
Δh = H·β·ΔT = (1{,}0 × 10³) × (2{,}0 × 10⁻⁴) × 1{,}0 = 0{,}20 m.
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
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.
Rappel actif
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Concentration en CO₂ atmosphérique depuis 1958 (tendance lissée)
Principe d’attribution
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
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.
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.
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.
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.
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.
Erreurs fréquentes
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.
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Références et sources
Ministère de l’Éducation nationale — Éduscol