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Climat

Les facteurs mondiaux, régionaux et locaux qui influencent le climat. Comment le climat affecte-t-il les lieux où se trouvent les espèces ?

Les points clés :

  • Chaque espèce a une distribution unique. Il s'agit de l'ensemble des zones qui abritent les membres de cette espèce sur Terre.
  • La distribution d'une espèce dépend à la fois des conditions biotiques (vivantes) et abiotiques (non vivantes), dont elle a besoin pour sa survie, et de la géographie.
  • La distribution des espèces et des biomes (types d'écosystèmes) est façonnée par le climat.
  • Le climat d'une région dépend des modèles globaux d'apport en énergie solaire et de flux d'air, ainsi que d'autres caractéristiques comme la présence de montagnes et de points d'eau.

Introduction

Commençons par une question : où iriez-vous pour trouver un ours polaire ?
Comme moi, vous aurez peut-être du mal à vous rappeler si les ours polaires vivent près du pôle Nord ou Sud. (J'ai vérifié : c'est au nord !) Quand bien même, vous n'iriez probablement pas en chercher un dans la forêt tropicale ou dans le désert.
Crédit d'image : Ours polaire, par Patrick Kelley, U.S. Coast Guard, USGS, domaine public
Mais pourquoi est-ce ainsi ? Les ours polaires ne peuvent vivre que dans certaines conditions, à cause de la manière dont leur corps est construit et de comment il fonctionne. Ces conditions ne sont réunies que dans certains endroits. Ainsi, la fourrure épaisse qui isole l'ours polaire du froid serait inutile (voire dangereuse) par temps chaud dans le désert.
C'est une règle générale en écologie : chaque espèce ne se trouve que dans un ensemble spécifique d'habitats, parmi tous ceux qu'offre la Terre. Cette zone occupée s'appelle l'aire de répartition (ou de distribution) de l'espèce. Certains organismes ont des distributions plus larges que d'autres, mais aucune espèce n'est présente partout. Car les différentes espèces ont des besoins distincts, ainsi que diverses histoires de dispersion — ou comment elles se sont propagées d'une région à l'autre.
Le climat — ou les conditions météorologiques de référence à long terme — constitue l'un des plus importants facteurs qui déterminent où se trouvent les différentes espèces. Dans cet article, on jettera un coup d'œil à la biogéographie (l'étude des raisons pour lesquelles on retrouve différents organismes, en plus ou moins grand nombre, dans une zone donnée) et on verra comment la distribution des espèces est affectée par le climat.

Chaque espèce a une aire de répartition

L'aire de répartition d'une espèce est l'ensemble des zones qui abritent les membres de cette espèce sur Terre. Par exemple, le schéma ci-dessous montre la distribution des ours polaires (du point de vue du globe terrestre au niveau du pôle Nord) :
Le surlignage vert marque les régions dans lesquelles vivent les ours polaires. Cette carte est une vue en hauteur du globe au niveau du pôle Nord. Crédit d'image : Polar bear range map par Fabio B., domaine public
Qu'est-ce qui détermine l'aire de distribution d'une espèce ? Le hasard historique et les barrières géographiques peuvent y contribuer fortement. Par exemple, les ours polaires pourraient peut-être survivre au pôle Sud aussi bien qu'au pôle Nord. Mais cette espèce n'a jamais été introduite là-bas et elle n'a eu aucun moyen de dispersion, c'est-à-dire la possibilité de se propager à travers les océans qui séparent ces deux régions.
Une fois qu'une espèce a été introduite dans une zone, elle ne peut y survivre que si les "bonnes" conditions sont réunies. Ces dernières peuvent être biotiques, ce qui signifie qu'elles sont directement liées aux organismes vivants. Par exemple, une espèce peut ne pas être en mesure de s'installer dans une région donnée parce qu'une espèce concurrente, prédatrice ou un agent pathogène est déjà présent ou parce qu'il n'y a pas de nourriture disponible.
Plusieurs des facteurs qui déterminent si une espèce peut vivre dans une région donnée sont abiotiques (ou non vivants). Les principaux facteurs abiotiques incluent notamment la température, la lumière du soleil et le niveau d'humidité. Ces facteurs déterminent parfois de manière très directe si une espèce peut vivre dans un endroit donné. Par exemple, une espèce végétale prendra racine et se propagera dans une zone uniquement si elle y reçoit assez de rayons solaires et d'eau.
Cependant, les facteurs abiotiques peuvent aussi altérer de manière indirecte la distribution des espèces. Par exemple, le climat et la nature des sols affectent directement le genre et le nombre de plantes qui peuvent pousser dans une zone particulière. Puisque l'énergie pénètre dans les écosystèmes par le biais des plantes et des autres producteurs primaires, le climat et la qualité des sols déterminent indirectement quels autres niveaux trophiques, ou "maillons de la chaîne alimentaire", l'écosystème peut abriter.

Répartition mondiale des biomes

Les facteurs abiotiques façonnent la distribution de chaque espèce, comme celle de notre ami l'ours polaire. Cependant, de manière plus large, ils déterminent aussi où se situent les différents types de biomes sur Terre.
Qu'est-ce qu'un biome exactement ? En fait, c'est un type ou une catégorie d'écosystème. Un exemple connu est celui du biome désertique. Chaque désert diffère par sa localisation et sa composition unique de plantes et d’animaux. Pourtant, les déserts sur Terre sont typiques et partagent des caractéristiques communes. Il y pleut peu, les températures sont élevées en journée et la végétation est clairsemée - adaptée aux conditions difficiles.
Le climat est le principal facteur abiotique qui détermine la localisation des biomes terrestres. Chaque biome se caractérise par sa fourchette de températures et son niveau de précipitations (pluies et/ou chutes de neige). Si on connaît le profil des températures et des précipitations dans une zone donnée, on pourra souvent prédire quel type de biome est susceptible de s'y trouver.
Cette carte illustre les huit principaux biomes terrestres, ainsi que les montagnes et la glace polaire (qui ne sont pas formellement considérées comme des biomes). Crédit d'image : Biomes: Figure 2 par OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
Certains types de biomes tendent à suivre approximativement l'axe nord-sud de la Terre. Par exemple, il existe une grande bande de forêts tropicales (en vert sur le schéma ci-dessus) qui entoure la ligne médiane de la Terre — appelée équateur. Elle inclut des parties de l'Amérique centrale et du Sud, de l'Afrique et du sud-est de l'Asie. Toutefois, les biomes terrestres ne suivent pas un modèle strictement "rayé", comme le montrent les formes désordonnées sur la carte.
On peut expliquer à la fois le modèle général en bandes ainsi que ses variations en observant les différents facteurs qui altèrent le climat.

Qu'est-ce que le climat ?

Le climat, c'est la même chose que la météo, n'est-ce pas ? Et bien, en quelque sorte... En écologie (contrairement à dans la vie de tous les jours), ces termes ont des significations légèrement différentes :
  • Le climat désigne les conditions atmosphériques typiques, comme la température et la pluie pour une zone donnée et à long terme. "Il fait généralement chaud à Barcelone en été" décrit le climat.
  • La météo fait référence aux mêmes types de conditions, mais sur une échelle temporelle plus courte. Par exemple, "la température a atteint les 100 oF (soit près de 38 oC) hier à Barcelone" renvoie à la météo, pas au climat.
En fait, vous pouvez considérer le climat comme une "moyenne" de la météo.

Comment le climat varie-t-il selon la latitude ?

En général, les températures à la surface de la Terre chutent à mesure que l'on s'éloigne de l’équateur en direction des pôles. Ce n'est pas surprenant : on considère l'Arctique comme plus froid que les tropiques ! Mais pourquoi est-ce le cas ?
La réponse simple est que l'équateur reçoit plus d'insolation — ou d'énergie solaire par zone et par unité de temps — que les pôles. Les rayons du soleil frappent directement la Terre près de l'équateur, mais en formant un angle près des pôles. De sorte que la même quantité d'énergie est transmise à une plus grande surface dans les régions polaires, comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-dessous :
Image modifiée à partir de Oblique rays par Peter Halasz CC BY-SA 2.5. L'image modifiée est sous licence CC BY-SA 2.5.
De plus, au niveau des pôles, les rayons du soleil parcourent un chemin plus long à travers l'atmosphère avant d'atteindre la surface. Cela signifie qu'il y a plus de lumière qui est déviée vers l'espace par les particules de l'atmosphère (et qui n'atteint donc jamais la surface) aux pôles en comparaison à l'équateur1.
La forte lumière du soleil à l'équateur (et la faible lumière aux pôles) rend les tropiques plus chauds que l'Arctique. Mais ce n'est pas tout. Cette différence d'ensoleillement est aussi à l'origine des principaux profils de circulation de l'air dans le monde. Parce que l'air est plus fortement chauffé par le soleil au niveau de l'équateur, il a plutôt tendance à s'élever là-bas. Cette montée de l'air à l'équateur modèle à grande échelle les flux d'air et les précipitations.
À quoi ressemblent ces modèles à grande échelle ? L'atmosphère terrestre contient six cellules de convection de l'air (trois au nord de l'équateur, trois au sud de l'équateur). Chacune de ces cellules encercle la Terre comme un "donut gazeux" géant, comme le montre la figure ci-dessous.
Les flèches blanches désignent les principales routes du vent (modèles de flux d'air en surface dus à la circulation de l'air dans les cellules de convection). Les vents se courbent à cause de la rotation de la Terre. Image modifiée à partir de Earth global circulation par Kaidor, CC BY-SA 3.0. L'image modifiée est sous une licence CC BY-SA 3.0.
Au sein des six cellules de convection, l'air monte à partir des zones de faible pression. Il en existe une à l'équateur (sous l'influence du fort rayonnement solaire) et deux de plus à 60o N et S. À mesure qu'il s'élève, l'air se refroidit et libère la majorité de son humidité sous forme de pluie ou de neige. Cela crée des zones de fortes précipitations (chutes de pluie ou de neige) au niveau de l'équateur et des latitudes 60o N et S.
S'étant déjà débarrassé de son humidité, l'air qui s'est élevé dans les zones à basse pression est sec quand il se dirige vers les pôles (et se déplace en hauteur dans l'atmosphère). Quand il descend au niveau des zones à haute pression (qui se trouvent à 30o N et S et aux pôles), l'air sec absorbe l'humidité à la surface. Ce phénomène est à l'origine des bandes désertiques aux latitudes 30o N et S et des régions sèches aux pôles Nord et Sud.

Montagnes, altitude et climat

Les modèles climatiques en fonction de la latitude génèrent de larges schémas, tels que des bandes de déserts et de fortes précipitations à différentes latitudes. Mais comme vous l'avez peut-être deviné, ils n'expliquent pas tout. D'ailleurs, tous les endroits qui se situent à la même latitude n'ont pas le même climat ou le même type de biome !
L’élévation au-dessus du niveau de la mer est un facteur clé qui façonne le climat. Pour prendre un exemple de la vie réelle, quand j'étais petit, j'allais dans une école située sur une grande colline. Parfois, mes camarades de classe et moi-même bénéficions d'un jour de congé quand il avait neigé, ce qui n'était pas le cas pour d'autres enfants de la région. Pourquoi ? Il faisait plus froid au sommet de la colline qu'au niveau de la mer. Il a donc parfois neigé au-dessus de notre école alors qu'il pleuvait dans les zones plus basses.
Pour exprimer cette idée de manière plus générale, les régions de haute altitude tendent à avoir un climat plus froid que les zones avoisinantes plus basses. En général, tous les 1000 mètres d'altitude (par exemple, en grimpant sur une montagne), la température de l'air chute d'environ 6 oC 3.
Parce que la température varie avec l'altitude (ainsi que d'autres choses comme l'humidité et le type de sol), une montagne peut abriter différents biomes en fonction de l'élévation. Par exemple, une haute montagne peut présenter des prairies sur ses pentes inférieures, mais une zone de toundra alpine — comparable au biome de la toundra arctique près du pôle Nord — à des altitudes supérieures4,5.
Les montagnes affectent également les schémas de précipitations, à la fois sur leurs propres pentes et dans les régions environnantes. Imaginez une montagne souvent balayée par des vents venant d'une direction particulière - disons, depuis le large de l'océan. Surtout si ces vents sont humides, les versants au vent (exposés au vent) et les régions environnantes auront tendance à recevoir beaucoup de pluie.
Image modifiée à partir de "Orographic effect" par Meg Stewart (CC BY-SA 2.0). L'image modifiée est sous licence CC BY-SA 2.0.
Pourquoi est-ce le cas ? L'air perd sa capacité à retenir l'eau au fur et à mesure qu'il s'élève et refroidit en grimpant le long de pentes montagneuses. Il libère son excédent d'humidité sous forme de pluie. L'air qui a franchi le sommet de la montagne est sec, de sorte que l'autre côté (le versant sous le vent) aura généralement un climat de type désertique. La région sèche du versant sous le vent se nomme l'ombre pluviométrique.

Lacs, océans et climat

Comme le montre l'exemple ci-dessus, les plans d'eau (surtout les grands comme les océans et les lacs) peuvent affecter le climat des régions environnantes. En fait, les masses d'eau influencent le climat de diverses manières, même en l'absence de montagnes.
À un niveau fondamental, les lacs, les océans et les courants jouent un rôle vital dans les processus climatiques en tant que réservoirs d'eau. Cette dernière peut s'évaporer de la surface pour retomber plus tard sous forme de pluie ou de neige. Vous pouvez en apprendre plus sur ce processus dans l'article sur le cycle de l'eau.
Les points d'eau minimisent également les changements de température dans les terres avoisinantes. C'est-à-dire qu'ils empêchent les températures élevées ou basses de devenir aussi extrêmes qu'elles le feraient autrement. Vous pouvez en apprendre plus sur comment cela est rendu possible par les propriétés uniques de l'eau dans la vidéo sur la capacité thermique massique de l'eau.
Enfin, les courants océaniques (qui transportent l'eau d'un endroit à un autre) peuvent fortement altérer le climat des terres avoisinantes. La carte ci-dessous représente certains des principaux courants de la Terre :
Les courants chauds sont représentés par les flèches rouges sur ce schéma, tandis que les courants froids sont en bleu et les courants neutres en noir. Image modifiée à partir de "Corrientes oceanicas," par Popadius (domaine public).
Pour comprendre comment les courants affectent le climat, on peut comparer deux villes presque situées à la même latitude : Londres, en Angleterre, et Calgary au Canada6. En hiver, à Londres, la température ne descend jamais en dessous de 40 oF soit environ 4 oC . Par contre, Calgary se retrouve régulièrement confrontée à des températures inférieures à 10 oF (soit près de -12 oC) — suffisamment froid pour qu'une de mes amies se soit retrouvée avec les paupières congelées lorsqu'elle y est allée !7,8
Cette différence entre Londres et Calgary peut être expliquée par un courant appelé le Gulf Stream. Le Gulf Stream transporte de l'eau chauffée à l'équateur jusqu'à la côte est des États-Unis, où il alimente un autre courant nommé la dérive nord-atlantique. Ce courant transporte de l'eau chaude au-delà de l'Angleterre et de la côte ouest de l'Europe, rendant le climat plus chaud qu'il le serait sinon9.

Pourquoi le climat est-il important ?

Le climat est un facteur clé qui détermine où les différentes espèces peuvent vivre. Ce principe s'applique aux multiples branches de l'arbre de vie, en partant des animaux (comme notre ami l'ours polaire) aux plantes, et ce jusqu'aux microbes. Chaque espèce a des conditions de survie spécifiques, dont la plupart sont directement ou indirectement liées au climat.
Si les conditions climatiques évoluent dans une région donnée, les espèces capables d'y vivre peuvent aussi varier. Par exemple, une baisse des précipitations peut impliquer qu'une zone ne peut plus abriter les mêmes espèces végétales qu'avant, car elle devient plus désertique. De tels changements peuvent avoir un effet domino sur les réseaux écologiques, avec des remplacements dans les communautés végétales qui affectent tous les animaux qui en dépendent.
Ce principe s'applique à toute modification du climat, peu importe la taille de la zone qu'elle affecte. Néanmoins, c'est particulièrement important à la lumière du changement climatique mondial qui est en cours. À cause des activités humaines, les scientifiques prévoient une augmentation de la température moyenne de 1-5°C d'ici à 2100 11. Pour les espèces sensibles aux petites variations de température, ce changement pourrait s'avérer dévastateur.
Pour en savoir plus sur le changement climatique mondial et la façon dont il peut affecter les aires de répartition des espèces et la biodiversité, regardez la vidéo changement climatique et biodiversité de l'Académie des sciences de Californie.

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