Corrigé bac SVT 2026 Métropole jour 1 — Exercice 2 : Éruptions volcaniques majeures et température atmosphérique à différentes échelles de temps

Introduction

La température moyenne de l'atmosphère résulte du bilan radiatif de la Terre : le rayonnement solaire absorbé, qui dépend de l'albédo (fraction réfléchie vers l'espace), et le rayonnement infrarouge retenu par les gaz à effet de serre, parmi lesquels le $\mathrm{CO}{}_2$. Tout ce qui modifie l'un de ces deux termes modifie la température. Les éruptions volcaniques majeures, qui ont édifié les provinces magmatiques géantes, injectent des gaz dans l'atmosphère et laissent en surface d'immenses volumes de roches : par quels mécanismes ont-elles fait varier la température, et pourquoi à des échelles de temps différentes ? Démarche : caractériser l'ampleur de ces éruptions et leurs produits (documents 1 et 2), étudier un cas actuel bien mesuré, le Pinatubo, pour l'effet à court terme des aérosols (document 3), puis les effets du $\mathrm{CO}{}_2$ (document 2b et connaissances) et de l'altération des silicates à long terme (document 4), enfin ordonner ces effets dans le temps (document 5).

Document 1 — des éruptions d'une ampleur planétaire

Ce que je vois : les trapps couvrent chacun plus de $100000\mathrm{k}{\mathrm{m}}^2$ et représentent des volumes de roche considérables : 4 millions de $\mathrm{k}{\mathrm{m}}^3$ pour la Sibérie (252 Ma), 2 millions de $\mathrm{k}{\mathrm{m}}^3$ pour le CAMP (200 Ma) et pour le Deccan (65 Ma). Chaque épisode a duré de quelques centaines de milliers d'années à 2 millions d'années. La carte montre une vingtaine de provinces réparties sur tous les continents et dans tous les océans. Ce que j'en déduis : ces éruptions n'ont rien de commun avec un volcan actuel : le Deccan représente $2\times 10^6/10=2\times 10^5$ fois le volume émis par le Pinatubo (document 3), et l'activité s'est poursuivie pendant des durées géologiques. Les produits émis ont donc pu modifier l'atmosphère entière, et longtemps. Les trois dates coïncident d'ailleurs avec des limites majeures des temps géologiques (fin du Permien, du Trias, du Crétacé), marquées par des crises de la biodiversité : un indice de perturbations globales de l'environnement.

Document 2 — deux types de produits : des roches silicatées et des gaz

Ce que je vois (2a) : le magma, issu de la fusion partielle du manteau, donne des basaltes, roches silicatées ; la photographie du Deccan montre un empilement de plusieurs dizaines de coulées d'une dizaine de mètres chacune (l'échelle de $30\mathrm{m}$ ne couvre qu'une petite fraction de la hauteur du versant), soit des centaines de mètres de basalte, soumis en milieu continental à l'altération. Ce que je vois (2b) : les gaz du Kilauea, volcan basaltique actuel pris comme analogue, sont composés de 49 % de $\mathrm{CO}{}_2$, 37 % de vapeur d'eau, 12 % de $\mathrm{SO}{}_2$ et 2 % d'autres gaz. Le $\mathrm{SO}{}_2$ forme avec le dioxygène et l'eau des gouttelettes d'acide sulfurique, les aérosols soufrés, qui persistent dans l'air jusqu'à leur lessivage par les précipitations et qui renvoient l'énergie solaire ; une fraction significative du $\mathrm{CO}{}_2$ reste dans l'atmosphère. Ce que j'en déduis : par principe d'actualisme, un volcanisme actuel de même nature (effusif, basaltique) renseigne sur la composition des gaz anciens, inaccessible directement. Une éruption majeure libère donc deux agents aux effets opposés : des aérosols soufrés qui augmentent l'albédo (refroidissement) et du $\mathrm{CO}{}_2$, gaz à effet de serre (réchauffement) – la vapeur d'eau, elle, retombe en pluie en quelques jours et n'a pas d'effet durable. Elle laisse en outre en surface une masse énorme de basalte frais, riche en silicates calciques, exposée à l'altération : ce troisième produit agira sur le $\mathrm{CO}{}_2$ à long terme (document 4).

Document 3 — le Pinatubo, un cas mesuré : refroidissement à court terme par les aérosols

Ce que je vois (3a) : avant l'éruption (janvier-juin 1991), la profondeur optique des aérosols est nulle et l'anomalie de température oscille entre environ $-0,05$ et $+0,2{}^{\circ }\mathrm{C}$ ($+0,2{}^{\circ }\mathrm{C}$ au moment de l'éruption). Dès l'éruption, la profondeur optique croît jusqu'à un maximum d'environ $0,17$ vers la fin de 1991, cinq mois après, puis décroît lentement : $0,16$ début 1992, $0,09$ début 1993, $0,03$ début 1994. L'anomalie de température diminue à partir de l'été 1991 : environ $-0,25{}^{\circ }\mathrm{C}$ début 1992, un minimum d'environ $-0,7{}^{\circ }\mathrm{C}$ au milieu de 1992, un an après l'éruption, puis une remontée irrégulière : vers $-0,4{}^{\circ }\mathrm{C}$ fin 1992, entre $-0,2$ et $-0,45{}^{\circ }\mathrm{C}$ en 1993, $-0,1{}^{\circ }\mathrm{C}$ fin 1993. Entre la valeur au moment de l'éruption et le minimum, la baisse atteint $0,2-(-0,7)=0,9{}^{\circ }\mathrm{C}$ (valeurs lues à $\pm 0,05{}^{\circ }\mathrm{C}$ près ; environ $0,8{}^{\circ }\mathrm{C}$ si l'on part de la moyenne du premier semestre 1991, proche de $+0,1{}^{\circ }\mathrm{C}$). Ce que je vois (3b) : à Mauna Loa, la fraction du rayonnement solaire atteignant le sol, stable autour de 93 % de 1987 à juin 1991, s'effondre en quelques mois jusqu'à un minimum d'environ 84 % sur la courbe moyenne (certaines mesures descendent à 82 %) au début de 1992, puis remonte : 87 % début 1993, 90 % au milieu de 1993, 92 % en 1994, 93 % à partir de 1996. La perte au minimum est de $93-84=9$ points, soit près de 10 % de l'énergie solaire incidente ($9/93\approx 0,1$) en moins au sol. Ce que j'en déduis : les 17 millions de tonnes de $\mathrm{SO}{}_2$ ont formé un voile d'aérosols soufrés qui a réfléchi vers l'espace une partie du rayonnement solaire : l'albédo a augmenté, l'énergie absorbée par la surface a diminué, le bilan radiatif est devenu négatif et la température moyenne du globe a baissé. La chronologie est cohérente avec ce mécanisme : hausse des aérosols, chute de la transmission, puis baisse de la température avec quelques mois de retard dus à l'inertie thermique des océans. Les aérosols étant lessivés par les précipitations, la profondeur optique retombe en deux à trois ans et l'anomalie de température n'est plus que de $-0,1{}^{\circ }\mathrm{C}$ fin 1993 : l'effet est transitoire, à l'échelle de quelques années. Ce que le correcteur attend : ne pas conclure qu'il « a fait moins de $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ » (une anomalie négative est un écart à une moyenne, pas une température) ; ne pas se contenter de la corrélation entre les courbes, mais l'appuyer sur le mécanisme physique (albédo, bilan radiatif), la mesure indépendante de la transmission (3b) et l'ordre des événements. Pour un trapp, chaque éruption a pu produire un refroidissement de ce type, répété tant que le volcanisme a duré – sans extrapolation chiffrée, le Pinatubo étant un volcan explosif, qui injecte son $\mathrm{SO}{}_2$ plus haut (dans la stratosphère) qu'un volcanisme effusif.

Document 2b et connaissances — le $\mathrm{CO}{}_2$ accumulé réchauffe à moyen terme

Ce que je vois : le $\mathrm{CO}{}_2$ est le gaz le plus abondant des émissions (49 %), et une fraction significative en reste dans l'atmosphère après l'éruption. Ce que j'en déduis : le $\mathrm{CO}{}_2$ est un gaz à effet de serre : il absorbe le rayonnement infrarouge émis par la surface et en renvoie une partie vers le sol. Contrairement aux aérosols, il n'est pas lessivé en quelques années ; il n'est retiré que lentement, par dissolution dans l'océan (siècles à millénaires), puis par l'altération des roches (dizaines de milliers d'années et plus, document 4). Pendant un épisode volcanique de $10^5$ à $2\times 10^6$ ans, les émissions successives s'ajoutent donc plus vite qu'elles ne sont retirées : la concentration de $\mathrm{CO}{}_2$ augmente, l'effet de serre s'intensifie et la température moyenne s'élève. Ce réchauffement ne domine qu'une fois les aérosols retombés et persiste tant que le $\mathrm{CO}{}_2$ excédentaire n'est pas retiré, soit de quelques dizaines à quelques milliers d'années après chaque éruption – et bien davantage à l'échelle d'un trapp entier. C'est la logique retenue pour le climat chaud du Crétacé : une intense activité magmatique (dorsales très actives, puis trapps du Deccan en fin de période) y a maintenu une teneur en $\mathrm{CO}{}_2$ élevée.

Document 4 — l'altération des silicates consomme le $\mathrm{CO}{}_2$ à long terme

Ce que je vois : l'altération de l'anorthite par l'eau de pluie consomme 2 $\mathrm{CO}{}_2$ par formule d'anorthite et libère des ions $\mathrm{Ca}{}^{2+}$ et $\mathrm{HCO}{}_3{}^{-}$ ; transportés jusqu'à un bassin, ces ions précipitent en calcite, ce qui rend 1 $\mathrm{CO}{}_2$. Ce que j'en déduis : le bilan des deux étapes s'écrit

$$\mathrm{CaAl}{}_2\mathrm{Si}{}_2\mathrm{O}{}_8+\mathrm{CO}{}_2+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to \mathrm{Al}{}_2\mathrm{Si}{}_2\mathrm{O}{}_5(\mathrm{OH}){}_4+\mathrm{CaCO}{}_3,$$

soit, pour chaque anorthite altérée, une molécule de $\mathrm{CO}{}_2$ retirée de l'atmosphère et stockée durablement dans un carbonate, réservoir géologique du carbone pour des millions d'années. L'altération d'une province de $2$ à $4$ millions de $\mathrm{k}{\mathrm{m}}^3$ de basalte frais, riche en silicates calciques, constitue donc un puits de $\mathrm{CO}{}_2$ considérable, mais lent : la pluie doit attaquer la roche, les rivières transporter les ions, les carbonates précipiter ; il agit sur des durées de $10^4$ à $10^7$ ans (document 5). La concentration de $\mathrm{CO}{}_2$ diminue, l'effet de serre s'affaiblit et la température baisse. Ce mécanisme est de plus une rétroaction négative : le réchauffement dû au $\mathrm{CO}{}_2$ intensifie le cycle de l'eau et accélère les réactions d'altération, donc la consommation de $\mathrm{CO}{}_2$, ce qui ramène la température vers sa valeur initiale. C'est le même processus qui explique la glaciation du Carbonifère-Permien (altération de la chaîne hercynienne, jointe à l'enfouissement de matière organique dans le charbon) et le refroidissement du Cénozoïque (altération des chaînes tertiaires).

Document 5 — trois effets qui se relaient dans le temps

Ce que je vois : les aérosols soufrés dominent de $0,1$ à $10$ ans après l'épisode, la variation de $\mathrm{CO}{}_2$ de $10$ à $10^4$ ans, l'altération des silicates de $10^4$ à $10^7$ ans (limites lues sur l'axe logarithmique, aux bords estompés près). Ce que j'en déduis : les trois mécanismes identifiés se relaient, chacun prédominant à son échelle ; le document confirme l'ordre déduit des documents 2, 3 et 4 et chiffre les échelles de temps, résumées dans le tableau ci-dessous.

Mise en relation

Une éruption volcanique majeure agit ainsi sur les deux termes du bilan radiatif, à trois échelles de temps emboîtées : le $\mathrm{SO}{}_2$ agit d'abord, par l'albédo, dans le sens du froid (Pinatubo : baisse de $0,9{}^{\circ }\mathrm{C}$ en un an, retour vers la référence en deux à trois ans), effet qu'un trapp actif pendant des centaines de milliers d'années répète à chaque éruption ; le $\mathrm{CO}{}_2$, gaz majoritaire au retrait lent, s'accumule et l'emporte ensuite dans le sens du chaud ; enfin la province basaltique elle-même, par son altération, consomme ce $\mathrm{CO}{}_2$ et ramène le climat vers son état initial.

Conclusion

Les éruptions volcaniques majeures ont donc modifié la température atmosphérique par deux leviers, l'albédo et l'effet de serre, en trois temps : refroidissement de quelques années (aérosols soufrés), réchauffement de quelques dizaines à quelques milliers d'années ($\mathrm{CO}{}_2$ accumulé), refroidissement de plusieurs millions d'années (altération des roches silicatées, qui piège ce $\mathrm{CO}{}_2$ dans les carbonates). Ces mécanismes naturels, reconstitués grâce au principe d'actualisme et à l'exemple du Pinatubo, sont ceux-là mêmes qui éclairent la perturbation actuelle : le $\mathrm{CO}{}_2$ d'origine humaine est émis en un siècle, à un rythme que ni l'océan ni l'altération des roches ne peuvent compenser avant des milliers d'années.