​Météorologie et climat : deux notions distinctes

Météorologie et climat sont deux notions distinctes. La météorologie est l’étude et la prévision des phénomènes atmosphériques sur des périodes courtes et pour des espaces géographiques limités. Les informations traitées sont donc ponctuelles.

La climatologie étudie les familles de conditions météorologiques susceptibles d’affecter les différentes régions sur des périodes de temps longues. Elle fait appel aux diverses sciences de la nature : géographie, géologie, physique, chimie…

Sous le nom de climat, on distingue deux notions différentes. La plus classique, celle apprise dans les cours de géographie, résulte d’une approche spatiale : la Terre est découpée en zones climatiques en fonction des conditions météorologiques qui y règnent aux différentes saisons. L’autre acception du mot climat correspond à une approche temporelle globale : on s’intéresse aux modifications des conditions météorologiques intégrées sur l’ensemble du globe et sur le long terme (30 ans). C’est dans ce deuxième sens qu’il faut le prendre dans ce dossier, qui a pour objet la compréhension du fonctionnement du climat global.

La Terre et le Soleil

La Terre est une boule solide en rotation, entourée de gaz, recouverte d’eau sur 70 % de sa surface, les 30 % émergeant étant très inégalement répartis sur la surface du globe, avec un relief varié.
Cet ensemble reçoit son énergie du Soleil, avec une puissance surfacique quasi constante de 1 368 W/m² au sommet de l’atmosphère et perpendiculairement aux rayons lumineux. En moyenne, compte tenu du fait que la Terre est une sphère, la puissance reçue à la surface terrestre est de 342 W/m². Il y a une forte disparité entre les régions équatoriales, où les rayons du Soleil frappent quasi perpendiculairement la surface à midi, et les régions polaires, où l’éclairage rasant n’apporte qu’une faible énergie par unité de surface (le mot climat vient d’ailleurs du grec klima qui veut dire inclinaison).
Le spectre de longueurs d’onde provenant du Soleil est principalement compris entre 0,2 μm dans l’ultraviolet et 4 μm dans le proche infrarouge. La Terre émet vers l’espace de l’énergie (le rayonnement tellurique) sous forme de rayons infrarouges « thermiques » (4 à 100 μm).

On parle d’équilibre radiatif pour le climat lorsque la puissance (solaire) reçue est égale à la puissance réémise par la Terre sous forme de rayonnement infrarouge (voir le chapitre « L’effet de serre »). Cet équilibre radiatif est atteint au niveau global. En revanche, il y a une forte disparité selon les latitudes : aux basses latitudes, l’énergie reçue excède l’énergie rayonnée. Au-delà de 35° de latitude, c’est l’inverse qui se produit. La surface de la Terre est donc en tout lieu en déséquilibre radiatif. En l’absence de transports thermiques, la température devrait être très sensiblement plus élevée que celle que nous connaissons dans la zone intertropicale, et plus froide dès 40° de latitude ; c’est-à-dire qu’il ferait plus chaud dans la majeure partie de l’Afrique et plus froid en France, par exemple.

Bilan radiatif, moyenne annuelle

© Yuvanoe

Le bilan radiatif est la différence entre l’énergie reçue du Soleil et celle réémise vers l’espace, en fonction de la latitude. Cette courbe résulte des campagnes ERBE (Earth Radiation Budget Experiment) de mesures par satellite, depuis 1984, du rayonnement envoyé par la Terre vers l’espace (rayonnement solaire réfléchi et rayonnement tellurique).

Les conditions météorologiques moyennes actuelles existent grâce à la machine climatique, qui transporte vers les hautes latitudes l’excès d’énergie thermique provenant des basses latitudes.
L’atmosphère et l’océan transportent approximativement la même quantité d’énergie. Selon les estimations actuelles (voir schéma ci-dessous), le transport océanique domine aux basses latitudes via le cycle de l’eau ; le transport atmosphérique prend le relais jusqu’aux pôles.

Des facettes multiples

Le fonctionnement de la machine climatique est régi par les lois de la physique (thermodynamique, mécanique des fluides, transfert radiatif…), mais aussi par la chimie et la biologie. Il repose sur des phénomènes variés au sein des enveloppes superficielles de la Terre :

• la dynamique des deux fluides que sont l’atmosphère et l’hydrosphère (l’eau des océans) ;
• les processus physico-chimiques des composés qu’ils renferment, et leurs interactions avec la biosphère (végétation continentale, micro-organismes des eaux de surface océanique) en particulier, mais pas uniquement, par le rôle de la photosynthèse ;

• la formation, la fonte et le comportement de la glace (cryosphère), qu’elle soit marine (banquise) ou continentale (en particulier les grandes calottes du Groenland et de l’Antarctique). Les phénomènes qui régissent le fonctionnement des diverses composantes du système climatique ont des temps d’ajustement très variables. Ainsi, il faut une journée pour le mélange dans la basse troposphère ; un mois pour le mélange des eaux de surface océaniques ; une année pour la disparition des aérosols stratosphériques ; des décennies pour l’élimination de certains gaz à effet de serre ; un millénaire pour boucler la circulation océanique profonde ; des dizaines de milliers d’années pour l’équilibrage isostatique des continents.

À cette hétérogénéité temporelle s’ajoute une grande hétérogénéité spatiale :

• les particules des aérosols ont des dimensions submicroniques;
• les gouttes d’eau ou les cristaux de glace des nuages ont des dimensions micrométriques, qui conditionnent leur action dans le transfert radiatif ;
• la couche de mélange à la surface des océans a une centaine de mètres d’épaisseur ;
• les calottes de glace couvrent des millions de kilomètres carrés sur des kilomètres de hauteur ;
• les courants océaniques parcourent des milliers de kilomètres.

Différentes technologies permettent, aujourd’hui, de comprendre le fonctionnement du climat.

© C.Morel/Our Polar Heritage

© S.Renard/CEA

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Le climat concerne les modifications des conditions météorologiques intégrées sur l'ensemble du globe.

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© StockTrek

Les changements du climat ont un impact sur l’ensemble de la planète.

© Yuvanoe/CEA

Transporteur d'énergie
Puissance transportée par la machine climatique (1 pétawatt = 10¹⁵ W).
Le transport total est mesuré par satellite. Le transport par l’océan est déduit de données météorologiques. Par différence, on obtient le transport par l’atmosphère.
La puissance transportée est considérable : par comparaison, la puissance moyenne consommée sous toutes ses formes par l’homme n’a été que de
15x10¹² W en 2004 (10 000 fois moins).