L’environnement est l’un des thèmes fondamentaux de ce début du XXIe siècle. Il imprègne tous les débats, qu’ils soient politiques, scientifiques ou de société. Les éléments de ces débats font trop souvent appel à des arguments puisés dans l’idéologie ou l’affectivité. Nous mettons ici à la disposition de nos lecteurs des données résolument scientifiques et des éléments de réflexion en tenant compte.

Les connaissances sur le changement climatique mondial

par Michel Petit - SPS n° 280, janvier 2008

L’histoire de la prise de conscience du problème

Le texte présenté ici est une adaptation d’un article publié dans La lettre de l’Académie des Sciences, n° 21, été 2007.

La problématique du réchauffement climatique lié aux activités humaines a été identifiée bien avant que le phénomène ne commence à se matérialiser. Dès 1896, un scientifique suédois, Svante Arrhénius qui obtiendra plus tard le prix Nobel, avait noté que la civilisation industrielle était fondée sur une large utilisation des combustibles fossiles, ce qui entraînait des émissions de gaz carbonique. Il avait examiné le cycle du carbone et conclu que ces émissions allaient, à échéance relativement brève, provoquer un doublement de la concentration de ce gaz dans l’atmosphère et donc, par effet de serre, une augmentation de la température moyenne du globe de l’ordre de 4 degrés. Les travaux d’Arrhénius constituaient un développement des remarques que Joseph Fourier avait faites en 1826 sur le rôle de l’atmosphère sur la température de notre planète. À partir de la fin des années 1950, les progrès scientifico-techniques ont permis aux géophysiciens et aux géochimistes de modéliser le comportement du carbone et l’influence du changement de la composition atmosphérique sur le climat global. À partir de 1958, on a commencé à mesurer soigneusement la teneur de l’atmosphère en gaz carbonique. En 1967 l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM), en collaboration avec le Conseil International des Unions Scientifiques (appelé aujourd’hui Conseil International pour la Science), la principale organisation scientifique non gouvernementale qui regroupe les académies des sciences de la quasi-totalité des pays et les grandes unions scientifiques internationales couvrant l’ensemble des disciplines scientifiques, ont établi le Programme Mondial de Recherche Atmosphérique (GARP). En 1980, l’ICSU et l’OMM ont créé conjointement le Programme Mondial de Recherche sur le Climat (PMRC), programme auquel s’est associé ultérieurement la Commission Océanographique Internationale. En 1986, l’ICSU a lancé le Programme International Géosphère-Biosphère (PIGB). Ce sont essentiellement ces programmes qui ont été à l’origine des nombreuses publications scientifiques qui constituent le matériel de base sur lequel se sont appuyés les scientifiques concernés pour alerter l’opinion publique sur un danger qu’ils étaient seuls à appréhender, il y a une vingtaine d’années.

Leurs avertissements sont accueillis de façons diverses. Pour les plus extrémistes des militants écologistes, le changement climatique apparaît comme une des preuves des méfaits du progrès technique. Ils ne retiennent que les valeurs supérieures des fourchettes de température calculées par les scientifiques, mettent en avant les conséquences les plus néfastes qu’on puisse imaginer et généralement sombrent dans un catastrophisme que certains médias relayent avec complaisance. Cet excès de pessimisme pourrait contribuer à accélérer la prise de conscience d’un problème réel. À l’inverse, il peut décrédibiliser par ses outrances l’existence même d’un sérieux sujet de préoccupation.

Les scientifiques sont très généralement des passionnés qui vivent avant tout pour leur discipline. Il est donc légitime de se demander s’ils n’ont pas tendance collectivement à mettre l’accent sur des phénomènes qui conduiront les décideurs à s’intéresser à leurs travaux et à les financer plus largement et pour cela à dramatiser la situation, en mettant l’accent sur les hypothèses qui conduisent aux résultats les plus inquiétants. Certains tirent argument de cette faiblesse possible pour affirmer que les climatologues ont inventé de toutes pièces le réchauffement climatique. On peut cependant leur rétorquer que l’enjeu économique international est tel que les pays producteurs de combustibles fossiles et les grandes compagnies internationales pétrolières feraient des ponts d’or à tout scientifique qui concevrait un programme de recherche permettant de montrer que le réchauffement climatique sera moins important que ne l’estiment les travaux actuels.

L’amour de leur discipline scientifique a pu au contraire conduire les chercheurs intéressés par d’autres domaines à réagir instinctivement contre l’idée d’un changement climatique induit par les activités humaines. Leur opposition était d’autant plus naturelle qu’il n’entrait pas dans leurs habitudes de pensée que des phénomènes naturels majeurs puissent être influencés par des événements créés par l’homme sur une brève période. D’une façon un peu analogue, certains géographes climatologues mettent en doute le changement climatique, car ils ne font confiance qu’à leurs méthodes traditionnelles qui se fondent sur la description des climats effectivement observés. Or la problématique du changement climatique a émergé de l’étude scientifique du fonctionnement de la machine climatique, même si les observations mettent de mieux en mieux en évidence la réalité de ce changement.

2007, l’année du quatrième rapport d’évaluation du GIEC

Le groupe intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), plus connu dans le monde sous son nom anglais, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) a été créé en 1988 par l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) et le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE). Il regroupe tous les états-membres de l’une ou l’autre de ces deux organisations. Sa mission est d’évaluer l’état des connaissances (y compris les incertitudes et les controverses scientifiques) sur les questions politiquement pertinentes pour l’élaboration des actions possibles face au changement climatique, en se gardant soigneusement de suggérer quelque décision que ce soit.

Le GIEC comprend actuellement trois groupes de travail qui se consacrent respectivement : (1) au phénomène du changement climatique ; (2) aux conséquences de ce changement et à ce qu’on peut faire pour s’y adapter ; (3) aux possibilités de maîtriser les émissions de gaz à effet de serre qui en régissent l’amplitude.

Les divers chapitres des rapports du GIEC sont rédigés bénévolement par des chercheurs et seules quelques personnes assurant, pour chaque groupe de travail, un support technique d’ensemble sont rémunérées. Ces chercheurs, choisis par le bureau (lui-même composé de scientifiques) parmi les spécialistes mondiaux du sujet, soumettent leur projet de rapport à une double procédure de relecture critique. Leur première version est relue par un groupe ouvert d’experts de toutes origines. Les commentaires reçus sont examinés un par un et utilisés pour la rédaction d’une deuxième version. Cette deuxième version est soumise à tous les experts ayant commenté la première, ainsi qu’à tous les gouvernements qui sont invités à envoyer chacun une liste unique de remarques. Cette deuxième série de critiques est traitée exactement comme la première. Il en résulte une troisième version qui est soumise à l’approbation de l’assemblée générale.

En outre, le bureau de chaque groupe de travail organise la rédaction d’un sommaire pour décideurs, soumis lui aussi à une double revue. Ce sommaire qui résume les résultats les plus pertinents de tous les chapitres en une dizaine de pages de texte et autant de pages de figures et de tableaux, est adopté mot à mot par l’assemblée générale qui lui apporte des amendements jugés par les auteurs comme compatibles avec la vérité scientifique.

Ce processus rigoureux et lourd, nécessitant plusieurs années de travail, permet au GIEC de produire des rapports qui sont considérés comme fidèles par la communauté scientifique et comme objectifs par tous les États sans exception, quels que soient leurs intérêts propres. Cette alchimie miraculeuse est obtenue en donnant à chacune des deux parties prenantes un poids qui varie au cours des diverses étapes : les politiques choisissent collectivement des équipes scientifiques compétentes et équilibrées, puis laissent quartier libre aux scientifiques pour rédiger leur rapport et reprennent la main lors de l’adoption finale, tout en restant à l’écoute des scientifiques et sous la présidence de scientifiques qui maintiennent le débat sur le plan de l’objectivité de la rédaction proposée.

L’année 2007 est l’année de publication du quatrième rapport d’évaluation du Groupe Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC). Les trois rapports précédents datent de 1990, 1995, et 2001. Le rapport du premier groupe de travail a été approuvé début février, celui du deuxième début avril et celui du troisième début mai. Un rapport de synthèse a été soumis à l’approbation d’une assemblée plénière à la mi-novembre. Ces rapports, rédigés par des scientifiques, sont destinés à fournir aux décideurs, l’état des connaissances scientifiques et techniques pertinentes, permettant d’éclairer les décisions qu’ils ont à prendre pour faire face au risque d’un changement climatique mondial. Ces décisions concernent à la fois les mesures permettant de se préparer à affronter un nouveau climat et les mesures visant à limiter l’amplitude du changement climatique à des valeurs « non dangereuses » pour paraphraser l’article 2 de la convention sur le changement climatique adoptée lors de la Conférence des Chefs d’État, à Rio, en 1992.

Qu’est-ce qui détermine la température de la Terre ?

La Terre absorbe une partie du rayonnement solaire qu’elle reçoit. Elle est isolée dans le vide interplanétaire et la seule manière dont elle puisse perdre de l’énergie est de rayonner dans l’espace, comme le fait le Soleil, à ceci près que ce rayonnement est infrarouge et donc non visible. Sa température d’équilibre s’établit à une valeur qui lui permette d’émettre dans l’infrarouge une énergie égale à l’énergie solaire qu’elle absorbe. L’augmentation observée de la concentration de gaz, comme le dioxyde de carbone, le méthane ou le protoxyde d’azote, qui absorbent le rayonnement infrarouge a pour effet de diminuer le rayonnement que la Terre émet dans l’espace. Sa température augmente puisqu’elle perd moins d’énergie qu’elle n’en reçoit. Un nouvel équilibre est atteint lorsque l’augmentation de température provoque un rayonnement plus intense compensant l’absorption induite par le changement de composition de l’atmosphère. C’est ce qu’on appelle l’effet de serre, car il se produit dans les serres de jardinier ou d’horticulteur et explique partiellement la chaleur qui y règne.

L’atmosphère de la Terre contient naturellement du gaz carbonique depuis bien longtemps et l’effet de serre correspondant, joint à celui de la vapeur d’eau et d’autres gaz, lui a donné une température supérieure d’une trentaine de degrés à ce qu’elle serait en l’absence de ces gaz. C’est donc cet effet qui a permis le développement des formes de vie qui nous sont familières. La planète Vénus est plus chaude de quelques centaines de degrés que la Terre et la planète Mars plus froide d’une centaine de degrés. Ces différences observées sont dues aux différences de distance au Soleil et à la quantité de gaz absorbant l’infra-rouge contenue dans leur atmosphère. L’effet de serre est donc naturellement présent dans la nature et n’a rien de nocif en soi. Par contre, les hommes ne peuvent changer impunément la composition de l’atmosphère de leur planète, sans en modifier le climat. Dans la pratique, on désigne souvent cet effet de serre additionnel sous le vocable abrégé « d’effet de serre », alors qu’on devrait, en toute rigueur, parler d’effet de serre additionnel provoqué par les émissions liées aux activités humaines.

L’évolution du climat de la Terre

Le climat de la terre évolue sous l’influence de causes naturelles qui ont toujours existé et continueront à jouer un rôle.

Tout d’abord, la Terre ne tourne pas toujours de la même façon autour du Soleil, à cause de l’attraction des autres planètes et de la Lune : l’axe de rotation autour duquel la planète tourne sur elle-même en un jour est plus ou moins incliné par rapport au plan dans lequel elle accomplit sa rotation annuelle autour du Soleil, l’aplatissement de l’ellipse qu’elle décrit dans ce plan est plus ou moins marqué, le mois au cours duquel la Terre est au plus près du Soleil varie régulièrement. Toutes ces variations se produisent lentement, avec des périodes qui se mesurent en dizaines de milliers d’années. Elles provoquent des changements dans la manière dont le Soleil éclaire notre planète et sont à l’origine des grands cycles glaciaires inter-glaciaires qui ont une amplitude de l’ordre de 6°C et une période de 100 000 ans. Nous sommes depuis 10 000 ans dans une période interglaciaire, donc chaude.

Le Soleil connaît lui-même une variabilité qui se manifeste en particulier par la présence de taches dont le nombre varie avec un cycle de 11 ans. Toutefois, ce cycle affecte le rayonnement solaire essentiellement dans l’ultraviolet et se retrouve donc dans le comportement des parties les plus élevées de l’atmosphère terrestre qui l’absorbe : ionosphère (altitude de 100 km et au-delà) et, dans une moindre mesure, stratosphère (altitude d’environ 30 km). Il n’affecte que peu l’énergie totale rayonnée et son influence est détectée, mais très faible dans les phénomènes climatiques. Des variations à long terme du rayonnement total, comme un accroissement depuis le minimum, dit de Maunder, observé à la fin du 17e siècle dans le nombre de taches solaires, sont possibles, mais d’amplitude limitée et ne sauraient expliquer les variations du climat, au cours des dernières décennies.

Un autre paramètre jouant un rôle sur la température au sol est l’activité volcanique. Lors des fortes éruptions volcaniques, des poussières atteignent la stratosphère (au-dessus de 15 km) et peuvent y rester pendant une ou deux années avant de retomber vers le sol. Ces particules constituées essentiellement d’oxydes de soufre jouent un rôle d’écran pour le flux solaire incident, ce qui a pour effet de refroidir la surface. Lors de la dernière grande éruption du mont Pinatubo en 1991, un tel refroidissement de 0.5°C a été observé sur une grande partie de la planète. Mais ces effets sont de courte durée (1 à 2 ans) et ne contrecarrent pas la montée des températures que l’on observe de façon quasi continue au cours des 30 dernières années.

Les activités humaines ont depuis le début de l’ère industrielle ajouté à ces causes naturelles de nouvelles causes de variation liées au changement de la composition de l’atmosphère qu’elles induisent. Les résultats résumés par le GIEC montrent clairement ces augmentations.

L’origine de cette variation observée de la composition de l’atmosphère est suggérée par la coïncidence entre l’augmentation brutale observée et le début de l’ère industrielle. Parmi les gaz à effet de serre, le dioxyde de carbone CO2 est celui qui provoque le réchauffement le plus important, suivi par le méthane et les oxydes d’azote, également d’origine humaine car liés principalement à l’augmentation de la production agricole. De plus, l’analyse du cycle du carbone montre que l’action du CO2 est celle qui dure le plus longtemps : le méthane, par exemple, est détruit assez vite par le rayonnement solaire. Il est donc naturel de lui porter une attention particulière. L’énergie commercialisée dans le monde provient pour 80 % de la combustion du charbon, du pétrole et du gaz qui sont extraits du sous-sol, en quantités parfaitement connues. L’augmentation observée correspond à la moitié environ de ce qui a été émis, le reste ayant été absorbé par l’océan et la biosphère terrestre. L’utilisation des combustibles fossiles suffit donc largement à expliquer le changement de la teneur de l’atmosphère en CO2.

Cette interprétation est corroborée par la mesure de la composition isotopique du carbone atmosphérique et par une diminution très faible, mais mesurée de l’oxygène atmosphérique dont un petite partie a été utilisé pour fabriquer le CO2 excédentaire. L’origine humaine de ce dernier n’est donc mise en doute par personne. Bien entendu, le phénomène que nous venons de décrire se superpose aux échanges naturels équilibrés entre l’atmosphère et le sol qui sont de l’ordre de 120 milliards de tonnes de carbone par an et entre l’atmosphère et l’océan qui sont estimés à 90 milliards de tonnes par an.

Le changement climatique observé

L’augmentation observée de la teneur en gaz à effet de serre de l’atmosphère se traduit, comme l’avait prévu Svante Arrhénius en 1896 et comme le simulent les modélisations numériques modernes, par un effet de serre additionnel entraînant une augmentation de la température moyenne du globe estimée à 0,8° (à plus ou moins 0,2° près) par rapport à l’ère préindustrielle. Les 12 dernières années sont les années les plus chaudes jamais enregistrées depuis 1850, à une exception près : 1996. Ce réchauffement n’est pas uniformément réparti, les océans dont l’effet régulateur sur les températures est bien connu se réchauffant naturellement moins que les continents. En outre, l’accroissement de la température est particulièrement fort dans les régions les plus septentrionales d’Amérique, d’Europe et d’Asie. Les précipitations sont également affectées par ce changement climatique, certaines régions étant plus arrosées et d’autres moins.

Les modèles simulant sur ordinateur la circulation des masses d’air dans l’atmosphère et des masses d’eau dans l’océan constituent la base des prévisions météorologiques actuelles. Ils peuvent être adaptés au calcul du changement du climat provoqué par une évolution donnée de la composition atmosphérique. On peut ainsi vérifier que les observations sont correctement expliquées par la prise en compte de l’effet de serre dû au changement observé de la composition de l’atmosphère, lui-même provoqué par les activités humaines. L’attribution du réchauffement observé à ce dernier phénomène ne résulte donc pas de vagues corrélations statistiques, mais de la reproduction des observations par des modélisations des processus physiques qui régissent le comportement de la machine océan atmosphère.

Malgré les incertitudes sur l’évolution future des émissions de l’humanité et celles qui affectent la sensibilité des modèles au changement de composition de l’atmosphère, le GIEC a rendu compte des résultats publiés qui conduisent à une fourchette vraisemblable pour l’évolution de la température moyenne mondiale et à une estimation des conséquences concrètes des changements climatiques correspondants.

Tout cela a été largement diffusé et peut être aisément consulté sur le site http://www.ipcc.ch.

Mis en ligne le 3 avril 2008
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