Comprendre le changement climatique

Jean-Louis Fellous, Catherine Gautier

• Éditeur: Odile Jacob
• Année: 2007
• Imprimer l'ISBN: 9782738118455
• ISBN de l'eBook: 9782738192332
• Sujet: Sciences biologiques
• Sujet: Science environnementale

Le changement climatique est en marche, il s'accélère. Il est, sans équivoque, stimulé par les activités humaines. Il est urgent de mieux appréhender sa nature, son ampleur et ses impacts potentiels. Cette conviction est partagée par tous les auteurs, experts français et américains de notoriété mondiale, de ce livre. Acteurs de la science du climat, ils sont aussi citoyens de deux pays dont les choix présents, face à cette situation, sont notoirement différents. Aider le public à mieux comprendre les enjeux du changement climatique, faire la part des certitudes et des incertitudes sur lesquelles certains se fondent pour retarder l'action nécessaire, tel est l'objet de ce livre. Il est un appel à agir, vite et ensemble. La société globale est confrontée au défi d'une réponse collective et efficace à l'altération du climat. Dans le passé, certaines civilisations n'ont pas survécu à la perturbation de leur environnement. Saurons-nous faire mieux ?Jean-Louis Fellous a notamment publié Avis de tempête. Expert du Centre national d'études spatiales auprès de l'Agence spatiale européenne, il est le secrétaire exécutif du Comité mondial des satellites d'observation de la Terre (Ceos) et copréside la Commission mondiale d'océanographie et de météorologie marine. Catherine Gautier est professeur au département de géographie de l'Université de Californie à Santa Barbara depuis 1990, et a dirigé l'Institute for Computational Earth System de 1996 à 2002. Contributions de Jean-Claude André, Roberta Balstad, Olivier Boucher, Guy Brasseur, Moustafa T. Chahine, Marie-Lise Chanin, Philippe Ciais, Robert W. Corell, Jean-Claude Duplessy, Jean-Charles Hourcade, Jean Jouzel, Yoram J. Kaufman, Katia Laval, Hervé Le Treut, Jean-François Minster, Berrien Moore III, Pierre Morel, S. Ichtiaque Rasool, Frédérique Rémy, Raymond C. Smith, Richard C. J. Somerville, Eric F. Wood, Helen Wood et Carl Wunsch.

Chapitre 1

Le groupe intergouvernemental d’experts
sur l’evolution du climat :
le consensus a l’echelle planetaire

par Jean Jouzel et Richard C. J. Somerville

« C’est ainsi que la température est augmentée par l’interposition de l’atmosphère, parce que la chaleur trouve moins d’obstacle pour pénétrer l’air étant à l’état de lumière, qu’elle n’en trouve pour repasser dans l’air lorsqu’elle est convertie en chaleur obscure. »

Joseph FOURIER,

Mémoire sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires, Mémoires de l’Académie des sciences, t. 7, p. 569-604, 1824 (imprimé en 1827).

« After all, what’s the use of having developed a science well enough to make predictions, if in the end all we’re willing to do is stand around and wait for them to come true ? »

F. Sherwood ROLAND,

lauréat du prix Nobel de chimie 1995.

Les résultats principaux du quatrième rapport du Giec (2007)

Le Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (Giec) a publié quatre rapports, en 19901, 19952, 20013^,4et 20075. Ces rapports, qui font la synthèse des informations les plus pertinentes sur le problème du changement climatique, font largement autorité. Destinés, en premier lieu, aux décideurs, ils intéressent en fait une communauté beaucoup plus large : ils sont, par exemple, largement utilisés comme textes de référence dans le domaine de l’éducation. Dans l’encart ci-après, nous résumons les principaux résultats actuellement disponibles sur les aspects scientifiques de l’évolution du climat, tels qu’ils sont présentés dans le rapport 2007 du Giec (AR4 pour Assessment Report number 4).

La réunion qui a conduit à l’approbation du rapport du groupe scientifique du Giec s’est, à l’invitation de la France, tenue à Paris au début de l’année 2007. Elle a marqué la première étape d’un processus qui conduira à la publication du 4^e rapport (AR4), et a été suivie de réunions d’approbation du même type à Bruxelles (groupe II), puis à Bangkok (groupe III). Enfin, en novembre 2007, sera examiné, à Valence, le rapport de synthèse portant sur l’ensemble des aspects du changement climatique.

La présentation du document approuvé à Paris, lors d’une conférence de presse qui s’est tenue le 2 février, a eu un très grand écho aussi bien en France qu’à l’étranger. Approuvé par consensus, ligne à ligne, par les représentants des cent treize gouvernements ayant participé à cet événement, le texte final ne diffère que dans sa forme de celui préparé par la communauté du Giec, et mis sur la table au début de la conférence. Aucune des conclusions auxquelles les scientifiques ont abouti après plus de deux ans de travail n’a été remise en cause, et les conclusions des rapports précédents en sortent, en règle générale, renforcées.

Ce nouveau rapport confirme l’augmentation depuis 1750 des concentrations en gaz carbonique – dont il est noté qu’elles dépassent de loin celles qui ont été observées au cours des 650 000 dernières années –, en méthane et en protoxyde d’azote. Cette augmentation est principalement due à l’utilisation des combustibles fossiles et au changement d’utilisation des terres, dans le cas du gaz carbonique, et à l’agriculture pour les deux autres gaz à effet de serre. Le forçage radiatif combiné de ces trois gaz à effet de serre est de 2,3 Wm^–2, et les forçages, directs et indirects, liés aux aérosols résultant des activités humaines sont désormais mieux compris. C’est avec une très grande confiance que le rapport estime que l’effet moyen global des activités humaines a été un réchauffement, avec une estimation du forçage radiatif égale à 1,6 Wm^–2. Le forçage lié aux variations de l’activité solaire depuis 1750 a été revu à la baisse ; il est maintenant estimé à 0,12 Wm^–2.

Le réchauffement du système climatique est désormais sans équivoque, car il est observé non seulement dans l’atmosphère, mais aussi dans l’océan, dans la fonte généralisée de la neige et des glaces, et dans l’élévation du niveau de la mer. Ainsi onze des douze dernières années ont, en moyenne globale, été plus chaudes que toutes celles qui les ont précédées depuis 1860. Des changements ont été également observés aux échelles régionales ; ils concernent des paramètres tels que l’étendue des neiges et des glaces dans les régions de l’Arctique, les quantités de précipitations, la salinité de l’océan, les structures des vents et des aspects de situations météorologiques extrêmes, comme les sécheresses, les fortes précipitations et les vagues de chaleur. Enfin, les informations paléoclimatiques confirment que le réchauffement des cinquante dernières années est atypique sur les derniers 1 300 ans au moins.

La relation entre ce réchauffement et l’augmentation de l’effet de serre lié aux activités humaines est très clairement établie : « L’essentiel du réchauffement des cinquante dernières années est très vraisemblablement dû à l’accroissement de l’effet de serre. » De vraisemblablement en 2001 (soit deux chances sur trois dans le langage du Giec), nous sommes ainsi passés à très vraisemblablement (neuf chances sur dix). De plus, on peut maintenant discerner des influences humaines dans d’autres aspects du climat, comme le réchauffement de l’océan, de différents continents et l’évolution des températures extrêmes et des vents.

Il est noté que les projections faites dans les deux premiers rapports se vérifient, ce qui donne confiance dans les modèles climatiques utilisés. L’analyse de ces modèles en regard des observations permet d’ailleurs, pour la première fois, de donner une fourchette vraisemblable pour la sensibilité climatique. Définie comme le réchauffement global de surface à la suite d’un doublement de la concentration en gaz carbonique, cette sensibilité est vraisemblablement comprise entre 2 et 4,5 °C, avec une valeur probable de 3 °C.

Les projections à horizon 2100 confirment largement celles présentées dans le rapport précédent. On s’attend à ce que le couplage entre le climat et le cycle du carbone en présence du réchauffement ajoute encore du gaz carbonique dans l’atmosphère, mais l’ampleur de cette réaction est incertaine. Pour un ensemble de six scénarios d’émission, et en tenant compte de ce couplage et des incertitudes associées, les meilleures estimations du réchauffement global sont comprises entre 1,8 et 4 °C avec une fourchette comprise entre 1,1 et 6,4 °C (à comparer avec la fourchette 1,4-5,8 °C du 3^e rapport). Pour les deux prochaines décennies, le réchauffement simulé est d’environ 0,2 °C par décennie, et ce, indépendamment du scénario d’émission, car à cause de l’inertie du système climatique, ce réchauffement est largement le résultat de l’augmentation de l’effet de serre enregistrée au cours de la seconde partie du XX^e siècle. Une autre conséquence de cette inertie est que, même si les concentrations de tous les gaz à effet de serre et des aérosols avaient été maintenues constantes au niveau de 2000, se produirait un réchauffement d’environ 0,1 °C par décennie.

On possède maintenant une confiance bien meilleure dans les caractéristiques d’échelle régionale, et dans les modifications qui affecteront les vents, les précipitations, et certains aspects des extrêmes et de l’évolution des neiges et des glaces. Ainsi, il est vraisemblable que les cyclones tropicaux deviennent plus intenses. Il est très vraisemblable que les précipitations augmentent aux latitudes élevées, et vraisemblable qu’elles diminuent dans la plupart des régions émergées. Il est très vraisemblable que la circulation thermohaline de l’Atlantique Nord ralentisse au cours du XXI^e siècle, un réchauffement restant néanmoins projeté dans ces régions.

D’ici 2100, l’élévation du niveau de la mer pourrait être comprise entre 18 et 59 centimètres, valeurs qui ne tiennent cependant pas compte de l’augmentation possible de la vitesse d’écoulement des calottes de glace. Enfin, il est confirmé que le réchauffement et l’élévation du niveau de la mer dus à l’homme continueraient pendant des siècles, même si les concentrations des gaz à effet de serre étaient stabilisées.

Que savons-nous de l’évolution de notre climat ?

Le système climatique est complexe et son étude commence par l’observation. Les nombreuses données obtenues, puis leur analyse, ont permis aux chercheurs de faire des progrès spectaculaires. Nous avons désormais une vision plus claire et mieux documentée des changements qui sont survenus, au cours des dernières décennies en particulier. Par exemple, nous savons que le climat s’est réchauffé d’environ 0,6 °C au cours du XX^e siècle. Il s’agit là d’une valeur calculée à partir des moyennes annuelles obtenues en combinant les températures mesurées à la surface des continents et des océans. L’obtention de cette moyenne pour l’ensemble de la planète exige une analyse méticuleuse d’un ensemble de données très diverses. On utilise à la fois des données obtenues dans les stations météorologiques et à partir de bateaux, de satellites ou d’autres sources. Ces évaluations sont réalisées indépendamment par différents groupes de recherche et il en résulte une valeur bien définie de la température moyenne de la planète. C’est un paramètre fondamental dont l’évolution au cours du temps est également bien connue.

Ainsi, on constate que les années 1990 correspondent à la décennie la plus chaude de la période – de 1861 à nos jours – sur laquelle les données instrumentales sont suffisantes pour évaluer cette température globale, tandis que 1998, caractérisée par un événement, El Niño, constitue l’année record au moins jusqu’en 2000. Ce record a pratiquement été égalé par l’année 2005.

Avant 1861 environ, les données instrumentales sont insuffisantes pour déterminer une valeur moyenne de la température à l’échelle du globe, et les autres paramètres climatiques sont encore moins bien connus. Pour documenter l’évolution du climat, nous faisons appel à des méthodes indirectes – nous parlons alors de proxy – telles que l’analyse de la croissance des cernes d’arbres. Ces méthodes nous permettent de reconstituer l’histoire passée de notre climat, mais nous devons garder à l’esprit que de telles données ont leurs propres incertitudes et doivent être interprétées avec le plus grand soin. En outre, elles ne sont accessibles que dans certaines régions. Néanmoins, nous pouvons en déduire que, dans l’hémisphère Nord, le XX^e siècle a vraisemblablement été plus chaud que n’importe quel autre siècle du dernier millénaire. Nous en savons beaucoup moins sur l’hémisphère Sud, dont une plus grande partie est couverte par des surfaces océaniques moins propices à la reconstitution du climat.

Dans la seconde moitié du XX^e siècle, la couverture géographique des stations est devenue suffisante pour déterminer que les températures minimales journalières – normalement enregistrées la nuit – augmentaient deux fois plus vite que les valeurs maximales, avec pour conséquence une diminution du contraste entre le jour et la nuit au cours des dernières décennies. Sur la même période, la température moyenne de surface a augmenté deux fois moins vite au-dessus des océans que des continents. Ces deux observations correspondent à ce qui est attendu dans le cas d’un réchauffement lié à l’augmentation de l’effet de serre.

Beaucoup d’autres observations, pertinentes vis-à-vis du changement climatique, sont disponibles. Il en est ainsi de l’extension géographique des glaces et de l’enneigement, qui ont diminué au cours des dernières décennies. Sur cette période, la quantité de chaleur stockée dans l’océan s’est accrue significativement et le niveau de la mer s’est élevé, au cours du XX^e siècle, d’environ 10 à 20 centimètres en moyenne.

D’autres caractéristiques du climat sont moins bien ou moins précisément documentées. Ainsi, les précipitations ont augmenté dans certaines régions continentales de l’hémisphère Nord, mais la couverture géographique limitée des observations au-dessus des océans et dans l’hémisphère Sud rend difficile d’évaluer la façon dont en moyenne y ont évolué les précipitations. Autre exemple, le phénomène complexe connu sous le nom d’ENSO (El Niño Southern Oscillation) s’est modifié depuis le milieu des années 1970 : au cours des dernières décennies, ce phénomène a été plus fréquent qu’auparavant et il a eu tendance à durer plus longtemps et à être plus intense.

Les causes à l’origine du changement climatique

En parallèle aux observations qui mettent en exergue la réalité du changement climatique, d’autres travaux ont permis de mieux identifier les causes qui en sont à l’origine. Les chercheurs parlent de « forçages » lorsqu’ils évoquent les processus « externes » susceptibles d’entraîner un changement climatique. Certains sont d’origine naturelle, tels le volcanisme et les variations de l’activité solaire, d’autres – dits anthropiques – sont liés aux activités humaines. Tel est le cas lorsque nos activités augmentent la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. En outre, le climat peut se modifier sans que les forçages le soient, simplement parce que le système climatique est, de lui-même, le siège d’une variabilité (dite « interne »).

Un forçage particulièrement bien documenté est celui qui résulte du changement de la concentration du gaz carbonique (CO₂) dans l’atmosphère. Depuis deux cent cinquante ans, celle-ci s’est accrue de plus de 30 %, cette information nous étant fournie à partir de mesures directes et très précises depuis 1950 et d’analyses de l’air piégé dans les carottes de glace de l’Antarctique, auparavant. Les mesures peuvent ainsi être étendues, de façon fiable, loin dans le passé. Les résultats disponibles au moment du troisième rapport du Giec (le TAR pour Third Assessment Report) permettaient de dire avec confiance que depuis 420 000 ans les concentrations n’ont jamais été aussi élevées que celles atteintes actuellement. En fait, depuis 20 millions d’années, la Terre n’a probablement jamais connu des concentrations en gaz carbonique supérieures à celles que nous connaissons aujourd’hui.

De façon très concrète, la prise de conscience de la possibilité d’un changement climatique lié aux activités humaines doit beaucoup à ces mesures de gaz carbonique, et en particulier à l’enregistrement obtenu par Charles David Keeling (1928-2005). Dans les années 1950, c’est Keeling qui, le premier, a imaginé et construit un système permettant de réaliser des mesures précises de CO₂, puis de mettre en évidence l’augmentation de sa concentration atmosphérique. L’analyse isotopique a ensuite démontré que les activités humaines en sont à l’origine, car le gaz carbonique produit par les combustibles fossiles a une signature isotopique tout à fait reconnaissable.

Pourquoi sommes-nous si affirmatifs sur le rôle des activités humaines dans cette augmentation du CO₂ dans l’atmosphère ? Brièvement, ce sont les progrès en chimie fondamentale qui ont permis aux chercheurs d’arriver à cette conclusion. L’analyse de la composition isotopique de l’air constitue un exemple fascinant de la façon dont progresse la recherche, et permet aux chercheurs de franchir des étapes a priori difficiles, comme c’était le cas lorsqu’il s’est agi d’attribuer l’augmentation du gaz carbonique aux activités humaines. La plupart des éléments chimiques sont présents sous la forme de différents isotopes, qui sont en fait des atomes du même élément mais avec d...

Table des matières

• Couverture
• Titre
• Copyright
• Dédicace
• Préface
• Introduction
• Chapitre 1 - Le groupe intergouvernemental d’experts sur l’evolution du climat : le consensus a l’echelle planetaire
• Chapitre 2 - Effet de serre, bilan radiatif et nuages
• Chapitre 3 - Aerosols atmospheriques et changement climatique
• Chapitre 4 - Cycle global de l’eau et climat
• Chapitre 5 - Influence du changement climatique sur le cycle hydrologique continental
• Chapitre 6 - L’ocean et le climat
• Chapitre 7 - Glace et climat
• Chapitre 8 - Le cycle global du carbone
• Chapitre 9 - Les defis du changement climatique : implications et perspectives pour l’Arctique
• Chapitre 10 - De certains impacts du changement climatique sur l’Europe et l’Atlantique
• Chapitre 11 - Interaction entre la chimie atmospherique et le climat
• Chapitre 12 - Le systeme d’observation du climat
• Chapitre 13 - Climat et societe : la dimension humaine
• Conclusions
• Glossaire
• Références
• Remerciements
• Index