Mathématiques, énergie et climat

Cours M1E modélisation

• Théorie astronomique, climats du passé disponible en ligne, en un document PDF, ou sous forme d'archive source).
  
• Diaporama: fichier zip
• T mini à Genève
• T 1880-2010
• Calcul de l'insolation session xcas, voir aussi dans le menu Exemple, climat le calcul en tenant compte de l'ellipticité de l'orbite.
• Series de Fourier et transformee de Fourier discrete (rapide) session xcas, decomposition d'un son
• Régression linéaire température, multilinéaire (temperature, activite solaire, ENSO)
• logistique
• Pic de production pétrolier Dossier paru dans le bulletin no 102 de l'ADTC Grenoble (décembre 2004).
• Energie et climat HTML, PDF.
  Deux chiffres à méditer:
  • la combustion d'1 litre de pétrole (léger) par Terrien et par jour envoie en un an dans l'atmosphère 1 ppm de CO2 (à comparer avec la concentration actuelle 380 ppm, pré-industrielle entre 190 en période glaciaire et 280 ppm en période chaude). Pour les pétroles non conventionnels (tar-sands canadiens par exemple), c'est plus (de l'ordre de 4/3ppm dans l'exemple). Actuellement l'océan et la biosphère absorbent environ la moitié des rejets.
  • la production de pétrole actuelle (2006) correspond à 2 litres de pétrole par Terrien et par jour.

Liens

• Climat:
  • Sites de IPCC, Reconstructions climatiques (nombreux liens),
  • Blogs Realclimate,
  • Théorie astronomique des climats: paléoclimats, insolation,
  • Dome C le CO2, la température en Antarctique au cours des 700 000 dernières annéees.
  • niveau des oceans au cours des 350 000 dernières annéees, actuel
  • chaleur des océans
  • Base de données températures, autre base de températures, T en France, (GISS) moyenne des continents ou continents et océans, moyenne selon NCEP ; HadCRUT4 , moyenne(Climatic Research Unit) ; moyennes diverses (NOAA), moyenne UAH.
  • Température eau de mer et glace, suivre HadISST, temperature SST ENSO, AMO, PDO, au pole Nord , neige
  • Irradiance du Soleil TSI Davos, (donnéees), TSI (Colorado)
  • Indice ENSO
  • sites de suivi de la banquise:
    • Area Cryosphere Today, Artic sea ice monitor.
    • Extend 2002- octobre 2011, comparaison avec min-max,
    • Volume PIOMAS
    • NSDIC
  • Glaciers, monitoring global (Zurich), site du LGGE (UJF)
  • Ouragans (site US), données numériques
  • Modèlisation des climats du futur: Hadley Center
• Energie, émission de gaz à effet de serre:
  • Concentration de CO2 à Mauna Loa (Hawai), suivre Current Trends.
  • Implications of "peak oil" for atmospheric CO2 and climate preprint de P.A. Kharecha et J.E. Hansen.
  • Earth-Policy
  • Emissions par secteur (ADEME)
  • Sites gouvernementaux sur l'énergie français, US, Stocks/Conso/Production (EIA); Institut Francais du Petrole. Faire une recherche de bp statistical review sur Google pour des données numériques globales.
  • Données de production sur le site de RTE
  • Rapports du parlement et du sénat Rapport parlementaire sur l'effet de serre, Rapport du sénat sur changement climatique et transition énergétique , Rapport parlementaire sur la voiture “propre”
  • Pic de production pétrolier ASPO France, The Oil Drum,
  • Energie et gaz à effet de serre, site de J. M. Jancovici,
  • Livres: R. Dautray, Quelles énergies pour demain?, B. Tissot, Halte aux changements climatiques
  • Revues La Recherche (dossier sur le climat), juillet-aout 2005. Pour la Science sur le climat, janvier 2007.
• Données: certaines valeurs reprises des liens ci-dessus sont disponibles depuis le menu Exemples->climat de Xcas: pour le téléchargez, suivre ce lien.

Proposition de sujets M1E

• faire un exposé de type cours, avec un rapport écrit qui pourrait par exemple former ou compléter une page wikipedia, si possible en enrichissant les exemples présentés en cours par une étude personnelle de données (à chercher librement sur Internet ou en s'aidant des liens de cette page)
• ou faire une séquences d'exercices corrigés et commentés sur le thème proposé (à prendre dans la liste des exercices et/ou à inventer), exercices de niveaux variables avec un rapport comprenant les énoncés de ces exercices, des éléments de réponse et des sessions les illustrant (qui pourraient compléter le forum ou la documentation Xcas), un peu sur le modèle de l'oral d'exercices de l'agrégation interne.
• ou faire une combinaison des deux.
• ou proposer un exposé plus original sur une question non traitée reliée à la problématique climat-énergie (autre thème de modélisation possible après accord)

1. Les saisons (durée, influence de la latitude, inclinaison,...)
2. Calcul de la puissance de panneaux solaires (en fonction de la date, de la latitude, de l'inclinaison du panneau...)
3. Théorie astronomique des climats (variation des paramètres orbitaux)
4. Étude numérique des enregistrements des climats du passé (par exemple périodicités dans les carottes, climat des 2 derniers millénaires, ...)
5. Définition d'un climat (statistiques, autocorrélation, théorème central-limite, ...)
6. Comment calculer la moyenne de la température de la Terre? Quelle précision peut-on espérer ?
7. Modélisation numérique du climat (EDO, EDP, résolution numérique)
8. Exemples de modèles obtenus par régressions (simples, multiples, linéaire, logarithmique, etc.)
9. Modèles d'évolution de la population, des ressources, ... (croissance, exponentielles/séries géométriques, équation logistique, proie-prédateur ...)
10. Modélisation de la production d'énergies fossiles (réserves ultimes, peakoil, ...)
11. Scénarios d'émissions de gaz à effet de serre
12. Evolution des banquises, rétroactions.
13. Modèles d'évolution des glaciers (accumulation/fonte, insolation...)
14. Phénomènes linéaires et non linéaires
15. Les énergies renouvelables (solaire, éolien, hydraulique, géothermie, ..., cout, intermittence, stockage, ...)
16. Le nucléaire (ressources uranium fissile, filière thorium, 4ème génération, ...)
17. Coniques, énergie et climat