Un aspect du réchauffement climatique

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'eau
Type : Exercice | Année : 2015 | Académie : France métropolitaine
Corpus Corpus 1
Un aspect du réchauffement climatique

France métropolitaine • Juin 2015

pchT_1506_07_02C

Sujet complet

4

CORRIGE

France métropolitaine • Juin 2015

Exercice 3 spécialité • 5 points

Le but de cet exercice est d’évaluer l’évolution du niveau des océans en lien avec l’augmentation de la température de l’atmosphère terrestre.

Vue d’artiste de New-York sous les eaux

 
 Document 1 Fonte des glaces aux pôles et niveau des océans

Au cours des deux derniers millions d’années, le niveau de la mer a varié de façon périodique au gré des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Stabilisé depuis les derniers milliers d’années, le niveau moyen n’a varié que de 0,1 à 0,2 mm au maximum par an.

Au cours du xxe siècle, une augmentation de ce niveau est clairement observée. Cette montée du niveau moyen est attribuée au réchauffement climatique qui touche la planète à travers deux processus principaux : la dilatation de l’eau de mer, suite au réchauffement des eaux océaniques, et la fonte des glaces terrestres. La banquise, qui est de l’eau de mer gelée, flotte sur la mer. Si elle fondait, l’eau de fonte produite occuperait exactement le même volume d’eau de mer que la partie immergée de la glace occupait.

Contrairement à la fonte de la banquise, la fonte des calottes polaires et des glaciers qui sont composés d’eau douce, contribue à la montée du niveau de la mer. Sur le continent antarctique, ce sont 30 millions de km3 de glace qui sont stockés. La fonte totale de l’Antarctique équivaudrait à une hausse du niveau de la mer de l’ordre de 60 mètres auxquels il faudrait ajouter la fonte du Groenland, de l’ordre de 7 mètres de plus, l’incertitude étant de plusieurs mètres.

 Document 2 Prévisions pour 2100

D’ici 2100, dans le pire des scénarios, la température moyenne de l’atmosphère terrestre pourrait augmenter de 5,5 °C. Par ailleurs, le volume des calottes polaires affecté par la fonte due au réchauffement pourrait atteindre 2,5 × 1014 m3. L’évolution de la température atmosphérique et la fonte des calottes polaires pourraient entraîner une hausse du niveau des océans atteignant près d’un mètre.

D’après un rapport du Groupe intergouvernemental d’experts du climat (GIEC), publié en septembre 2013

Données

  • Masse volumique de l’eau : ρeau = 1 000 kg · m–3.
  • Masse volumique de la glace : ρglace = 900 kg · m–3.
  • L’ensemble des océans est modélisé par un parallélépipède de surface S= 5,0 × 1014 m2 et de hauteur h. On estime que la hauteur h vaut actuellement 3,0 km.
  • Graphe représentant l’augmentation relative de volume de l’eau en fonction de la variation de température Δθ dans le domaine de température utile :

 

Résolution de problème

> En faisant l’hypothèse que l’océan s’échauffe uniformément de 5,5 °C, calculer alors la hausse du niveau des océans en distinguant la hausse due à la dilatation thermique des océans et celle due à la fonte partielle des calottes polaires.

Lister les causes possibles de l’écart par rapport à la valeur annoncée par le GIEC en 2013.

Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n’a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d’être correctement présentée.

Clés du sujet

Notions et compétences en jeu

L’eau et environnement.

Conseils du correcteur

Pour le premier calcul :

  • Faites un schéma des océans (parallélépipède) en notant la hauteur, la surface, l’augmentation de la hauteur.
  • Utilisez le graphe donné pour trouver l’augmentation puis calculez ΔV.
  • La formule du volume d’un parallélépipède est :

volume = surface × hauteur

Pour le second calcul :

  • Trouvez dans le rapport du GIEC le volume de glace qui va fondre.
  • Calculez la masse de cette glace avec la formule de la masse volumique.
  • Calculez le volume de l’eau liquide correspondante puis la hauteur que cela fera sur votre parallélépipède.
Corrigé
Corrigé

résolution de problème

Hausse du niveau des océans due à la dilatation thermique des océans

D’après le graphe donné une élévation de la température de l’eau de 5,5 °C aurait pour conséquence une augmentation relative du volume égale à 0,000 7.


 

De plus l’océan est modélisé par un parallélépipède rectangle. La surface de la Terre ne variant pas, la surface du parallélépipède non plus. Une augmentation de volume revient donc à une augmentation de la hauteur h du parallélépipède.

Notez bien

N’hésitez jamais à faire un schéma !


 

Cela nous permet de calculer la variation du volume d’eau :

ΔV= 0,0007 × V

= 0,0007 × S × h

= 0,0007 × 5 × 1014 × 3 × 103

= 1,05 × 1015 m3 (résultat calculatrice)

ΔV= 1 × 1015 m3 (résultat en tenant compte de la précision des données)

Cette variation de volume engendre donc sur l’océan (considéré comme un parallélépipède) une variation de la hauteur égale à :

.

Hausse du niveau des océans due à la fonte partielle des calottes polaires

Le rapport du GIEC nous apprend que le volume des calottes polaires affecté par la fonte due au réchauffement pourra atteindre 2,5 × 1014 m3. Il s’agit donc de 2,5 × 1014 m3 de glace qui vont fondre et ainsi augmenter le volume d’eau des océans.

Notez bien

La formule de la masse volumique .

Cependant, lors de la fusion de la glace, la masse volumique change : 1 m3 de glace (ici de calotte) ne devient pas 1 m3 d’eau liquide.

Notez bien

Il y a conservation de la masse lors d’un changement d’état MAIS pas du volume !

Par contre, la masse est inchangée donc on détermine la masse de la glace puis le volume occupé par cette masse quand elle sera liquide :

Cette masse correspond à un volume liquide :

Veau liquide=== 2,25 × 1014 m3

Ce volume est le volume d’eau qu’ajouterait la fonte partielle des calottes polaires au volume d’eau des océans. Cela implique alors une hausse du niveau des océans :

La hausse due à ces deux phénomènes serait donc 2,1 + 0,5 =2,6 m ! Le rapport du GIEC estime la hausse à « seulement » un mètre alors que notre raisonnement donne 2,6 m.

Causes possibles de cet écart

  • Le fait que nous avons utilisé la masse volumique de l’eau et non de l’eau salée pour l’eau de mer.
  • Notre premier calcul est à un seul chiffre significatif et donc extrêmement imprécis.
  • Nous avons modélisé l’ensemble des océans par un parallélépipède ce qui paraît extrêmement simpliste pour modéliser la forme des océans.

Remarque

Soyez précis en donnant des raisons des écarts entre ce que vous calculez et ce que le GIEC annonce. Les réponses trop vagues comme « Il y a des erreurs de mesures » ne rapportent pas de points car ne sont pas vraiment sur le sujet.

  • Nous avons appliqué la hausse de température à l’ensemble de l’eau des océans qu’elle soit proche de la surface ou au fond de l’océan (profond de plusieurs kilomètres).
  • Enfin, pour le premier calcul, nous avons appliqué la hausse de la température de 5,5 °C à l’eau des océans alors qu’il s’agit de l’augmentation de la température de l’atmosphère et non des océans.