Un peu de physique sur la vapeur d'eau dans l'air.

            L'air de notre atmosphère, que nous respirons contient toujours une certaine quantité de vapeur d'eau, qu'évidemment nous ne voyons pas puisque c'est un gaz transparent.
            Cependant cette quantité à une limite maximale, "l'humidité absolue", laquelle augmente avec la température. Si l'on chiffre en pourcentage de cette valeur, l'humidité existant à un moment donné, ce chiffre est l'humidité relative.    
           Ainsi à 30 d°C, l'humidité absolue est de 30,1 g de vapeur d'eau par m3 d'air et s'il n'y a dans l'air que 9,3 grammes de vapeur, l'humidité relative sera de 31%.
          Comme on le voit sur le tableau ci-dessus, lorsque la température baisse et que la quantité de vapeur reste la même, l'humidité relative augmente.
          Lorsque la quantité de vapeur d'eau à une température donnée dépasse la valeur limite d'humidité absolue (plus de 100% d'humidité relative), alors la vapeur d'eau en trop condense sous forme de gouttelettes fines. Donc pour une certaine quantité d'eau dans l'atmosphère, alors que l'on tait au dessous de 100%, si la température baisse, la valeur de l''humidité absolue baissant aussi, on peut se trouver au dessus des 100% d'humidité relative et il y a condensation en gouttelettes.  
         En se condensant de l'état vapeur à l'état liquide, l'eau restitue de l'énergie sous forme de chaleur (chaleur latente de condensation - l'équivalent de celle qu'il a fallu fournir pour vaporiser l'eau).

Les nuages : 
         Si l'humidité relative augmente par exemple à la surface de la mer par évaporation, une condensation commence à s'effectuer et dégage de klaxonner chaleur, formant une bulle d'air chaud contenant des gouttelettes. Plus légère que l'air environnant cette bulle chaude monte. L'air étant plus froid en altitude, elle se refroidit et la condensation augmente, mais dégage encore de la chaleur. La bulle continue à monter, mais contient plus de gouttelettes.
         A un certain moment l'équilibre thermique est réalisé et la bulle ne monte plus, mais elle s'est transformée en nuage.

Le brouillard :
         C'est un nuage près du sol :lorsque de l'air chaud se déplace dans une zone plus froide, la vapeur se condense et  un brouillard apparaît. C'est le cas où l'air se déplace en montant le long d'un flanc de montagne. La température baisse en altitude et un brouillard se forme, vers les sommets. La nuit, lorsque l'air nocturne rayonne de énergie infrarouge vers l'espace, la température baisse et du brouillard se forme dans la vallée.
         En respirant nous rejetons par le nez ou la bouche de l'air chargé d'humidité, qui est à la température de notre corps. S'il est très chargé d'humidité et que la température extérieure est basse, nous rejetons un nuage de goutelettes. Si le masque antivirus renvoie l'air vers nos lunettes  

La rosée, le givre.
         Les surface de terre ou d'objets divers (par exemple les pare-brises de voiture), rayonnent davantage d'énergie que l'air ambiant et donc se refroidissent plus vite. L'air au contact qui est refroidi, peut dépasser les 100% d'humidité relative et de l'eau de condensation est alors déposée. S'il faiteau voisinage de zéro dans l'air, au contact des objets la température est légèrementt négative et le dépôt est alors de la glace.

Un monde plus humide :
        La quantité de vapeur d'eau présente dans l'air est donc un facteur déterminant et la température de l'eau des mers et océans influe de façon importante sur l'évaporation, notamment pour la Méditérranée, qui est plus petite et plus fermée que les océans.
          Plus généralement l'augmentation de température des océans et de l'air due au changement climatique, augmente l'évaporation de l'eau contenue dans les sols humides, les plantes, les cours d'eau, les lacs, les océans.
         On constate une hausse importante de la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère depuis 20 ans, répartie de façon inégale dans le monde.
         Les deux figures ci dessous représentent, la première la teneur en eau de l'atmosphère dans le monde au 31 août 2021. La petite tache sombre dans le sud est des USA (maximum d'humidité) signale la présence de l'ouragan "Ida". la seconde montre l'augmentation de la teneur moyenne en vapeur d'eau au dessus des terres et des océans.
    

           Dans la même période, on constate une augmentation importante du nombre et de l'intensité des orages, des tempêtes, des ouragans et cyclones, et plus généralement une augmentation de la pluviosité intense. La figure ci-dessous, empruntée à un article de la revue"Pour la Science", chiffrera proportion de la superficie des USA où les pluies et neiges extrèmestombées en une seule journée ont dépassé la valeur moyenne des précipitations annuelles. 

           Le changement climatique entraîne donc , d'une part un réchauffement important de l' Arctique dû à de l'air chaud qui provient des latitudes plus basses, qui provoque la fonte des glaces et l'augmentation du niveau des océans, et d'autre part des remontées de vapeur d'eau venant des tropiques,. Cette vapeur d'eau qui est aussi un gaz à effet de serre qui contribue à l'augmentation de la température.
          Outre les étés qui seront en moyenne beaucoup plus chaud, Le refroidissement de cette vapeur d'eau, au voisinage de montagnes ou au contact de couches froides en altitude, entraine de plus en plus de pluies diluviennes. Le réchauffement des océans provoque la créations de vents violents et d'ouragans ou cyclones plus fréquents et plus intenses.
           Pour les prévoir il faudrait pouvoir mieux et en beaucoup d'endroits mesurer la température de l'eau de l'océan et de celle de l'air qui le surplombe.

            L'augmentation des précipitations extrêmes dans les régions continentales des latitudes moyennes est prévue par les modèles mathématiques d'évolution du climat. 
           En France si cette augmentation touche tout le pays, la zone méditerranéenne risque d'être plus touchée car les perturbations froides en provenance de l'Atlantique viennent au dessus d'une mer plus chaude, et d'autre part les reliefs du su du massif central bloquent les nuages, augmentant localement la durée des précipitations.

          En définitive, le changement climatique entrainera une météorologie plus humide et plus chaude, à l'origine de tempêtes plus intenses et plus nombreuses, entrainant des inondations plus fréquentes et plus destructrices, et en bordure semer dont le niveau augmente, des risques de submersion par les vagues créées par le vent au moment des marées importantes.

             Nous constatons tous que certaines catastrophes naturelles s'amplifient aujourd'hui en France : sécheresse entraînant des incendies de forêts, pluies diluviennes causant des inondations, tempêtes entrainant des dégâts importants ...
          J'ai lu, dans un numéro hors série de la revue "Pour la science" des articles sur "les colères de la Terre" et notamment des explications reliant le changement climatique, l'évolution du comportement des jet-streams et ces phénomènes particulièrement intense. Je voudrais essayer de vous  résumer l'article de Michael E Mann, professeur de physique de l'atmosphère à l'université de Pennsylvanie, sur ce sujet. 

           Mais avant de parler de l'article, il faut que je rappelle brièvement ce que sont les jet- streams. Vous pourrez avoir plus de détails sur l'article que j'ai déjà fait à ce sujet le 16/1/18.

              Dans chaque hémisphère on distingue trois cellules météorologique : entre équateur et tropiques les cellules de Hadley, vers les pôles les cellules polaires et entre les deux les cellules de Ferrel. (voir schéma ci dessous).

           Les pressions varient donc d’un endroit à un autre, et pour équilibrer ces différences de pression, et entraînés également par la force de Coriolis due à la rotation de la terre, des courants circulent à haute altitude tout autour de la terre, en deux endroits entre les cellules. Ce sont les jets-streams l’un subtropical, l’autre polaire (voir schéma : les ronds noirs).
          Ces courants jets se situent de 9 à 14 km d’altitude, circulent d’ouest en est et leur vitesse peut atteindre de 200 à 400 km/h. Ils ont plusieurs milliers de kilomètres de longueur, quelques centaines de large et seulement quelques kilomètres d’épaisseur et la vitesse maximale est atteinte au centre de la veine de vent.
La France est proche des 60 d°N de latitude et donc sous le jet-stream polaire.
           Or le courant jet tropical est relativement stable, alors que le courant jet polaire est relativement instable.
            Suivant les saisons, les circonstances et d’autres causes que nous verrons dans les prochains articles, le courant jet polaire peut onduler, soufflant parfois du nord ouest ou du sud ouest selon le schéma ci-dessous. (sur le schéma B = basses préssions - bleu -, et H = hautes pressions -jaune -).

            L'amplitude des sinuosités du jet-stream polaire est très variable et parfois ses sinuosités peuvent s'aventurer loin dans le nord pour les hautes pressions et bas dans le sud pour les basses pression, et plus ces sinuosités sont amples, plus les conditions climatiques s'aggravent sous les pics et les creux. Une zone de haute pressions tourne dans le sens des aiguille d'une montre et entraine normalement un temps sec et chaud. Une zone de basses pressions tourbillonne en sens inverse et engendre un air frais et humide.
.          Mais lorsque le courant jet est faible, et les ondulations très fortes,ces zones peuvent se bloquer un certain temps au dessus d'un endroit donné, entraînant alorscanicules ou tempêtes et pluies diluviennes en un temps très court.
          C'est ce qui est arrivé en 2018 : canicule dans le sud ouest des Etats Unis et, en même temps, pluies diluviennes et inondations dans le nord est du pays, canicules au Japon et en Europe.

            L'article explique comment des logiciels de simulation de mécanique ondulatoire peuvent permettre de prévoir le comportement du jet-stream polaire.
            Ces simulations ont notamment montré qu'en été, la situation à basse altitude peut réagir sur le courant haute altitude, notamment lorsqu'il y a des barrières hautes comme les Alpes ou les Rocheuses, et lorsqu'il y a de fortes différences de température entre la terre et l'océan.. Les ondulations du jet peuvent s'amplifier, le jet s'affaiblir et ralentir et la perturbation devenir stationnaire quelques heures, avec une très grande intensité. Cela explique les pluies diluviennes faisant tomber sue le midi de la France, en quelques heures la quantité d'eau des précipitations de plusieurs mois, et les inondations catastrophiques correspondantes.

            L'ennui est que le réchauffement climatique favorise ces phénomènes : il réchauffe le pôle plus vite que les latitudes moyennes, ce qui ralentit le jet et favorise les grandes oscillations et les situations stationnaires. Les mod!èles mathématiques confirment ces hypothèses.
            Non seulement les rejets de CO2 augmentent la température moyenne, mais le rejets acides par l'industrie de dioxyde de soufre aggravent le phénomène.
            La probabilité des catastrophes climatiques a augmenté d'environ 50% et elle ris d'augmenter encore à l'horizon 2050 si nous ne réduisons pas la pollution atmosphérique par nos centrales électrique à charbon et à gaz, celle due aux transports et au chauffage des bâtiments.

               De nombreux journaux et les télés ont parlé du 7^ème continent. Savez vous ce que c’est ?
               Situé dans des eaux peu concernées par la navigation marchande et le tourisme, le problème n'intéresse que les écologistes et les scientifiques. La communauté internationale ne s'en soucie guère pour l'instant.
               Le septième continent est en effet un amas de déchets sans précédent, qui flotte dans l’océan Pacifique, entre la Californie et Hawaï.Les déchets produits par les activités humaines et déversés dans les océans sont acheminés par les courants marins vers un nouveau « continent » dont la taille atteint près de 3,5 millions de km², et ils s’y accumulent depuis 50 ans !

             Les déchets qui peuplent les océans proviennent en effet à 80 % des terres, portés par le vent ou les rivières – le reste tombant des navires de commerce et de plaisance.Autrefois, les débris flottants étaient détruits par les micro-organismes mais cela n'est plus le cas, avec l'arrivée du plastique, qui constitue 90 % des déchets, flottant sur les océans.
           Ce "continent" de déchets plastique ressemble davantage à une soupe de plastique constitué de gros déchets éparses mais surtout de petits éléments invisibles, que l'on découvre en filtrant l'eau : petits morceaux de plastiques et des granulés de plastique qui sont utilisés comme matière secondaire pour fabriquer les objets en pastique.
             D’après Greenpeace,sur les 100 millions de tonnes de plastique produits chaque année, près de 10 % finit dans les océans, dont 70 % coule au fond des mers et le reste flotte naviguant au grès des courants, dégradés par la lumière du soleil et les courants océaniques.Le problème c'est le temps nécessaire à la dégradation de ces plastiques (estimé entre 500 et 1000 ans) et le danger des éléments qui les composent.
             Ainsi, les tortues marines les confondent avec des méduses et s’étouffent, des poissons et des oiseaux les ingèrent, car ils le confondent avec le plancton de taille analogue aux tout petits débris. De plus, les débris de plastique fixent les polluants organiques persistants (POP), connus pour leur nocivité et leur capacité à voyager autour du globe.Des animaux marins meurent, par contre certains insectes prolifèrent ainsi que des crabes amateurs de ces insectes.

            En 2011, au cours de l’expédition Tara Océans les scientifiques ont étudié la circulation des déchets, afin de comprendre les conséquences sur la biodiversité marine. En 2013, une mission scientifique française s'est rendue sur place, pour mesurer sa densité, avec des prélèvements d'eau, de plancton et de fragments, puis afin de cartographier les zones polluées. En 2015, les amas ontété exploré par une expédition franco-suisse. Depuis de nombreuses expéditions de divers pays ont fait des prélèvements sur plus de 150 site.
           la pollution s'observe entre 10 et 30 mètres de profondeur (voir schéma) et une soupe de plastique en surface.

           .Face à ce fléau deux solutions :
                         - D’une part produire moins de plastiques et en organiser la destruction.          -          
                         - D’autre part éduquer les hommes à ne pas les jeter n’importe où mais à les recycler (le tri sélectif). Il y a encore beaucoup à faire.Quelques photos de ce continent d’horreur.

             C’est une question que je me pose souvent, bien que lorsque elle sera critique, je ne serai plus de ce monde : comment fera t’on pour nourrir 10 milliards d’habitants sur notre terre vers 2050 ?.
            De nombreux ONG se préoccupent de cette question et même l’ONU commencent à s’en préoccuper.

           Par ailleurs la production, la transformation, le transport et la distribution des aliments de consommation des humain et des bêtes d’élevage consommées représentent le quart des 50 milliards de tonnes de CO2 émises par l’humanité par an, actuellement. Le secteur de l’élevage génère 63 % de ces rejets alors qu’il ne fournit que 16 % des calories consommées dans le monde. Il faut donc réduire cette émission.
         Il faut certainement modifier pour cela notre mode de consommation d’autant plus que le réchauffement climatique aura une influence sur l’agriculture alimentaire.

         Il est certain que nos civilisations ont beaucoup évolué surtout dans les pays riches et même dans ceux en voie de développement. Les populations des campagnes ont été transférées dans les villes de façon importante, et un beaucoup plus grand nombre de femmes ont des emplois. On s’est orienté de plus en plus vers des aliments industriels et l’agriculture est devenue intensive; la grande distribution s’est développée. Les prix alimentaires ont baissé, mais les revenus des agriculteurs aussi.
        Notre alimentation a donc beaucoup évolué, elle est trop riche dans les pays occidentaux, bien que la misère n’y ait pas disparu.
       Nous sommes habitués à manger tous les types d’aliments, toute l’année et quel que soit leur provenance. Le retour à une consommation locale par l’épidémie actuelle est une évolution utile. 

         Un premier constat alarmant est qu’aujourd’hui : 1 milliard de personnes dans le monde ne mangent pas à leur faim, alors que 2 milliards de personnes souffrent de surpoids.Dans les pays occidentaux 25 à 30% de la nourriture est jetée, soit par imprévision des besoins, soit par sur-approvisionnement et péremption. Dans les pays d’Afrique, les produits alimentaires ne parviennent pas à une partie de la population faute d’infrastructure.

         Actuellement 80% de la surface agricole est consacrée aux animaux domestiques et à leur alimentation; les bêtes d’élevage par ailleurs émettent du méthane CH4 qui est un gaz à effet de serre important. Les protéines consommées par les habitants des pays riches proviennent à 60% des viandes animales, ce qui n’est pas nécessaire pour la santé, voire peut être nocif et cette proportion pourrait être réduite. 
         Mais il est certain que des intérêts économiques sont très importants dans certains pays, et il sera difficile de modifier la production animale.
          Par ailleurs en Afrique et en Amérique du sud, une partie des terres cultivables ne sont pas exploitées.

         Le problème de l’eau douce est sous-estimé. L’agriculture intensive nécessite beaucoup d’eau et peut aussi la polluer. Elle est basée sur une irrigation importante, allant puiser dans des nappes phréatiques qui ont mis des millions d’années à se constituer.
         L’eau douce ne représente que 2,5 % des ressources mondiales d’eau (le reste est salé). Les deux tiers d’eau douce sont glacés. Il nous reste donc 1 % de l’eau présente sur la planète pour nos activités agricoles, industrielles et nos besoins domestiques. Elle n’est pas répartie de façon uniforme et le changement climatique entrainera une augmentation de la sécheresse à certains endroits.
         Il va donc falloir produire en utilisant moins d’eau. Moins d’énergie également et davantage de terres cultivables.
         Il faudra sans doute diminuer la mondialisation et augmenter l’autosuffisance locale, surtout dans les pays sous-développés.

         Nourrir tout le monde en 2050, c’est possible, mais cela demandera des transformations et des évolution très importantes, voire certains bouleversements économiques, donc une volonté politique. Aura t’on le courage de le faire? Mais aavnt d’agir il faut prévoir ce que l’on va faire et il faudrait s’y prendre dès maintenant.