Dilatation thermique de l'océan

Exercice de TD · niveau 2 · enseignement scientifique (terminale), chapitre 2 — La complexité du système climatique

Énoncé

On modélise l'océan par un pavé de surface $S = 3, 6 \times 1 0^{14} m^{2}$ . Coefficient de dilatation volumique de l'eau de mer $α = 2, 0 \times 1 0^{- 4} K^{- 1}$ . 1. Établir la relation donnant l'élévation du niveau $Δ h$ en fonction de $α$ , de l'épaisseur chauffée $h$ et de l'échauffement $Δ T$ . Que remarque-t-on ? 2. Calculer $Δ h$ si les $700 m$ supérieurs se réchauffent de $0, 4° C$ . 3. Calculer $Δ h$ si l'océan entier ( $3700 m$ ) se réchauffe de $0, 12° C$ . 4. Le niveau de la mer s'est élevé d'environ $20 c m$ entre $1901$ et $2018$ . La dilatation thermique explique-t-elle tout ? Sinon, quoi d'autre ? 5. Pourquoi l'élévation du niveau de la mer continuera-t-elle plusieurs siècles après la stabilisation de la température ?

Corrigé

1. $Δ V = α V_{0} Δ T = α S h Δ T$ , et l'élévation vaut $Δ h = Δ V / S$ , d'où $Δ h = α h Δ T$ La surface $S$ disparaît : l'élévation ne dépend pas de l'étendue de l'océan, mais uniquement de l'épaisseur d'eau chauffée et de l'échauffement. C'est contre-intuitif et c'est pourtant élémentaire : un océan deux fois plus large contient deux fois plus d'eau, qui se dilate deux fois plus, mais répartie sur une surface deux fois plus grande.

2. $Δ h = 2, 0 \times 1 0^{- 4} \times 700 \times 0, 4 = 0, 056 m = 5, 6 c m$ .

3. $Δ h = 2, 0 \times 1 0^{- 4} \times 3700 \times 0, 12 = 0, 089 m \approx 8, 9 c m$ .

4. Non. La dilatation thermique en explique une part importante mais pas la totalité. S'y ajoutent la fonte des glaciers de montagne, celle des calottes du Groenland et de l'Antarctique, et des variations de stockage d'eau sur les continents (barrages, nappes phréatiques). Le partage entre ces contributions a évolué : la fonte des glaces, longtemps secondaire, y prend une part croissante.

5. Pour deux raisons qui se cumulent. D'une part, la chaleur met des siècles à pénétrer les eaux profondes : même à température de surface stabilisée, l'océan profond continue de se réchauffer et donc de se dilater. D'autre part, les grandes calottes réagissent avec un retard considérable : la dynamique d'un glacier se joue sur des siècles à des millénaires. L'élévation du niveau de la mer est l'exemple le plus net de ce que le programme appelle l'irréversibilité à l'échelle de plusieurs siècles.

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