Modélisations des différents types d’échange thermique dans la troposphère

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Explication de la figure III.7

Pour les régions influencées par les vents subtropicaux, la quantité de chaleur reçue par effet de serre diminue par échange thermique et par convection entre l’océan et la partie continentale ; autrement dit, même si l’effet de serre atteint la valeur maximale (ce qui ne doit pas être le cas vu l’absorption de CO2 par le milieu marin),nous constatons que plus on se rapproche des côtes plus l’effet de serre diminue. D’après la figure III.7, une augmentation de 1.45fois de CO2 augmenterait la température de 0.6°C au-dessus de la moyenne maximale sur la partie éloignée de l’océan (couleur rouge) tandis qu’il n’a presque aucun effet au bord de l’océan (couleur bleue).
Les vents subtropicaux jouent alors un rôle de grande importance dans la régulation de la température dans les régions côtières de Madagascar. Nous pouvons alors envisager pour des différentes variétés de climat qu’une variation de quantité de GES en suspension modifie peu la température parce que c’est le climat local qui régule le plus la température. Par exemple à l’Est, l’Alizé considéré comme des vents tropicaux humides (25°C) diminue la puissance par «sureffet »de serre. Nous pouvons en conclure qu’à partir de cette analyse, pour la mousson par exemple(considérée comme vent chaud et sec), même si la puissance fournie par effet de serre varie, la température est toujours régulée par le vent chaud.
Pour les régions qui ne subissent pas l’influence des vents subtropicaux (dans les régions qui ont des reliefs sous forme de cuvette surtout dans les parties à caractère climatique sec), l’influence des GES est beaucoup plus persistante(il n’y a pas d’échange de chaleur avec le milieu extérieur), c’est le cas de la figure (III.7) ; lorsque nous dirigeons vers l’Ouest, la température s’accroit de plus en plus pour une augmentation des GES considérée comme uniforme dans toute la région.

CONCLUSION

Nous avons constaté que la quantité de CO2 en suspension dans l’atmosphère s’élève de plus en plus ces derniers temps, à l’échelle mondiale et régionale. Nous avons determiné sa quantité à l’aide de la formule ( . 1) et nous avons pu en conclure que le réchauffement par émanation de CO2 dépend : du taux de recouvrement forestier, de la superficie du milieu marin de la région considérée, du taux d’éjection de CO2 par les industries et par la consommation en hydrocarbure.
Premièrement, nous avons utilisé l’hypothèse d’Arrhenius (la température dépend de la quantité de CO2 dans l’atmosphère) pour le traitement du problème par modélisation. Avant d’aborder le problème, nous avons expliqué les principes fondamentaux et les mecanismes de réchauffement par l’abondance des rayons thérmiques piégés sous l’action des GES . Ansi, après avoir cité les différents éléments mis en jeu de l’équilibre thermique du système terre-troposphère, nous avons fait une simple formulation pour quantifier la quantité des rayons thermiques en circulation dans la couche la plus basse (troposphère) permettant de résoudre l’équation de chaleur. Afin de formuler l’équation ( . 2) et (I. 6) permettant de résoudre (( . 5.1)), nous avons éxpliqué les differentes correspondances entre augmentation de CO2 et augmentation de chaleur.
Deuxièmement, dans la résolution numérique du problème, nous avons employé quelques données numeriques reçues à l’INSTAT et aux stations météorologiques pour le traitement du problème. Pour l’obtention de la valeur approchée de , nous avons injecté quelques données de température dans l’équation ( . 6). A partir des modèles de température que nous avons construit pour chaque type de climat et relief qu’existent à Madagascar, nous avons utilisé la méthode des différences finies pour résoudre le problème et nous avons considéré deux cas dans le traitement numérique pour chaque valeur de constante dans le temps.
Pour les hauts plateaux, nous avons varié dans un premier cas, la valeur de la densité de concentration de CO2 en suspension dans l’atmosphère (application région Analamanga) pour des conditions aux limites fixes.
Dans le sécond cas, pour les régions cotières, nous avons changé les conditions à la limite de chaque frontière pour une valeur de teneur en CO2 supposée au maximum possible. (Application région Antsinanana).
Nous avons ainsi procédé à ces deux différents types de calcul dans le but de separer les différents effets de l’émanation de CO2 selon le type de relief et climat qui s’y imposent. Dans un premier temps, nous avons négligé l’influence des vents subtropicaux sur les hautes terres, nous avons pu effectuer le calcul en fonction de la différence de concentration en CO2 dans une région et nous avons réussi à vérifier quelques résultats conforme à la réalité qui s’était produite ces derniers temps dans la capitale. Ainsi, nous avons constaté que la température varie selon la teneur en CO2 et la région à forte éjection de GES se trouve bien dans une situation où la température depasserait largement au dessus de la moyenne maximale si la sécheresse persistera de longue durée pour les saisons d’été à venir.
Ensuite, selon les modèles thermiques relatifs que nous avons adoptés pour les régions côtières, nous avons pris en considération l’influence des vents subtropicaux et nous avons vu d’après nos calculs établis que le « sureffet » de serre a peu d’influence sur les parties des côtes où l’influence de l’Alizé et de la Mousson ont de grande fonction de régulateur thermique.
Cependant, nombreux sont les différents critères qui doivent être améliorés et ajustés à cette étude comparative pour mieux traité le problème.
D’une part, la valeur de devrait être calculée à partir de la densité réelle de CO2 retenu instantanément dans l’atmosphère et aussi à partir des propriétés physico-chimiques du gaz mais non seulement en fonction de la variation de température.
D’autre part, il est vraiment très difficile de quantifier précisement la quantité de GES en suspension dans l’atmosphère, ce qui pourrait erroné certains résultats par approche simple (ou d’éloigner des résultats par rapport à ce qui devrait se produire). En plus, vus les différents types des rayons thermiques qui participent à l’équilibre thermique du système terre-atmosphère, ce qui donnera des résultats approximatifs, nous ne pouvons pas quantifier réellement les rayons thermiques qui participent au réchauffement climatique par la méthode de résolution numérique.
En guise de conclusion, l’extension de cette recherche dans d’autres domaines de la physique tel que la spectroscopie, les sciences qui étudient les comportements des GES dans le milieu environnant, ainsi que d’autres sciences qui ont pour objet d’étude les rayons thermiques , pourrait être bénéfique pour pouvoir améliorer les résultats connus précédemment.

Table des matières

Nomenclature, Abréviation et Liste des symboles
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction
Partie I : Rôle du CO2 sur le réchauffement climatique
I.1. Qu’estce que le réchauffement climatique ?
I.2. Les principales sources d’émission de CO2
I.2.1. Les feux de brousse et la déforestation
I.2.2. La consommation des hydrocarbures
I.3. Les circulations du CO2
I.4. Le gaz CO2
I.4.1. Structure moléculaire
I.4.2. Propriétés physiques de CO2
I.4.3. Propriétés chimiques de CO2
I.5. Notions et principes de l’effet de serre
I.5.1. L’effet de serre naturel
I.5.2. L’effet de serre d’origine humaine
I.5.3. Evolution de l’étude du réchauffement par émission de CO2
I.6. Les éléments mis en jeu de l’équilibre thermique de la troposphère
I.6.1. Le rayonnement infrarouge(IR)
I.6.2. Les propriétés radiatives du sol
I.6.3. Variation saisonnière de la température
I.6.4. Bilan radiatif de l’effet de serre
I.7. Mécanisme de l’effet de serre
I.7.1. Infrarouge dans le système terresoltroposphère
I.7.2. Mécanisme de rétroaction et de la circulation de CO2
Partie II : Description du problème
II.1. Domaine d’étude
II.2. Les différents types de climat à Madagascar
II.3. Etude sur le climat
II.4. Modélisations des différents types d’échange thermique dans la troposphère
II.4.1. Transfert de chaleur par conduction
II.4.2. Transfert de chaleur par rayonnement
II.4.3. Transfert de chaleur par convection
II.5. Formulation du problème thermique
II.5.1. Modèle géométrique et mis en équation.
II.5.2. Génération interne volumique de chaleur 𝑞̇
II.5.3. Les conditions aux limites des faces du domaine d’étude.
Partie III :Traitement du problème
III.1.Approche par méthode des différences finies
III.1.1. Discrétisation de l’équation de chaleur
III.1.2. Discrétisation des équations aux limites des frontières
III.1.3. Les équations mises en jeu du problème
III.1.4. La valeur du paramètre 𝛼
III.2. Les algorithmes de calcul
III.2.1. Organigramme de la détermination de 𝛼
III.2.2. Organigramme de résolution du problème thermique
III.3. Application : étude comparative de réchauffement dans une région
III.3.1. Région Analamanga
III.3.2. Interprétations et discussions des résultats
III.4. Variation de la température pour les régions côtières
III.4.1. Application : région Antsinanana
III.4.2. Explications de la figure III
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRPHIES ET WEBOGRAPHIES
ANNEXE
IV.1. Forçage radiatif : Quantification
IV.2. Les deux vents qui soufflent à Madagascar
IV.3. L’évolution de la température moyenne mensuelle dans quelques stations Madagascar en trois ans :
IV.4. Conductivité thermique de quelques materiaux
IV.5. Monographie : région Analamanga
IV.6. Schématisation des différents types des climats et reliefs
IV.7 Les différents types de climats et répartitions thermiques