Changement climatique

Les causes du changement climatique

Mis à jour le 14/11/2013, mis en ligne le 29/11/2010


Indispensable à la vie sur Terre, l’effet de serre est dû à la présence naturelle de certains gaz dans l’atmosphère terrestre. Depuis le XXe siècle, il est accentué par des émissions de gaz supplémentaires, liées aux activités humaines telles que l’agriculture, l’usage de combustibles fossiles et les rejets industriels. Selon une grande majorité de scientifiques, le surplus d’effet de serre dû aux activités humaines a joué un rôle déterminant dans le changement climatique des dernières décennies.

L'effet de serre.
© Edumedia
 

L’effet de serre, un phénomène naturel

L’effet de serre est un phénomène naturel, dont les mécanismes physiques sont compris en étudiant les transferts de rayonnement. L’atmosphère laisse passer une partie du rayonnement du Soleil, qui réchauffe la surface des continents et des océans. Ces surfaces émettent un rayonnement infrarouge vers l’atmosphère. Les gaz à effet de serre de l’atmosphère absorbent une partie de ce rayonnement (ce qui réchauffe les basses couches de l’atmosphère) et en réémettent une partie vers l’espace. Quand la concentration de gaz à effet de serre augmente, une partie plus importante du rayonnement infrarouge est piégée dans les basses couches de l’atmosphère, qui se réchauffent ; à l’inverse, les hautes couches de l’atmosphère se refroidissent.
La comparaison avec le fonctionnement d’une serre de jardinier permet de visualiser ce phénomène, mais les mécanismes en jeu ne sont bien sûr pas identiques !

Un peu d’histoire…

L’effet de serre a été découvert en 1824 par le mathématicien et physicien français Joseph Fourier. Dans les années 1870, les gaz à effet de serre (GES) ont été étudiés par le physicien irlandais John Tyndallan. En 1896, le chimiste suédois Svante August Arrhenius a établi qu’une augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique devrait provoquer une hausse des températures terrestres.

L’atmosphère terrestre agit comme une serre où la chaleur solaire est piégée.


Les gaz à effet de serre responsables de cet effet sont la vapeur d’eau (H2O), le gaz carbonique (CO2) et d’autres gaz comme le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (N2O). 
 
Vrai ou Faux ?
L’effet de serre est un phénomène indispensable à la vie.
Vrai. Sans effet de serre, tout le rayonnement réfléchi par la Terre s’échapperait dans l’espace. La planète ne serait qu’une boule de glace inhospitalière : les températures moyennes de surface ne dépasseraient pas -18 °C. Cependant, l’intensification de ce phénomène, liée aux activités hu-maines, cause un changement climatique qui a et aura de nombreux impacts sur l’environnement et les activités humaines.
 

Gaz à effet de serre et activités humaines



Depuis les années 1990, les travaux scientifiques, synthétisés dans les rapports produits par le GIEC, mettent l’accent sur le rôle joué par les activités humaines dans le changement climatique constaté. Dans son quatrième rapport de synthèse publié en 2007, le GIEC note que « La majeure partie du réchauffement de la seconde moitié du XXe siècle est très vraisemblablement due au surplus d’effet de serre et donc aux activités humaines. »1
  
Une trentaine d’organisations scientifiques majeures, dont la NASA et l’Organisation météorologique mondiale, dressent des constats similaires.

Depuis la révolution industrielle, au XIXe siècle, le développement économique a reposé sur l’usage massif des sources d’énergie fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) qui fournissent l’énergie nécessaire au développement de l’industrie et des transports (mais aussi à l’agriculture : engrais, mécanisation). Or, la combustion de ces sources d’énergie dégage du dioxyde de carbone (CO2).

La concentration en dioxyde de carbone était ainsi de l’ordre de 280 ppmv (ou ppm) (parties par millions volumiques) dans l’atmosphère au cours des derniers millénaires. Elle est passée brutalement de 280 à plus de 400 ppmv (ou ppm) entre 1800 et début 2013, l’augmentation la plus importante se produisant au cours des cinquante dernières années.

Le rythme d’augmentation de la teneur en dioxyde de carbone s’accélère depuis les années 2000, du fait du développement industriel de pays émergents comme la Chine et d’une forte augmentation de l’utilisation de charbon comme combustible.

Le saviez-vous ?

Environ la moitié des rejets anthropiques de dioxyde de carbone s’accumule dans l’atmosphère chaque année ; le reste est absorbé par les sols et la végétation et par les océans (d’où leur acidification). L’évolution de la concentration en gaz à effet de serre dépend des activités humaines, mais également de l’évolution du cycle du carbone et du climat. Ainsi, un océan plus chaud a une capacité d’absorption du dioxyde de carbone diminuée. En 2003, les forêts françaises, soumises à une vague de chaleur intense, ont rejeté davantage de dioxyde de carbone qu’elles n’en ont piégé.


L’agriculture et l’élevage, aussi à l’origine d’importants rejets de GES


Outre les transports et l’industrie, d’autres activités humaines favorisent les rejets de gaz à effet de serre :

- les activités forestières (incluant le déboisement) génèrent 17,4 % des émissions de GES (CO2, mais aussi méthane et protoxyde d’azote) à l’échelle de la planète ;

- l’agriculture est responsable de 13,5 % de ces émissions. En particulier, la déforestation (abattage d’arbres non remplacés par de nouveaux semis) réduit la capacité de l’écosystème à absorber le CO2 : au lieu d’être retenu par le bois en croissance et par les sols des forêts, ce gaz reste présent dans l’atmosphère et participe à l’augmentation de l’effet de serre

- l’utilisation d’engrais agricoles azotés augmente la concentration en protoxyde d’azote dans l’atmosphère (N2O). Ce gaz contribue à renforcer l’effet de serre par sa capacité d’absorption des radiations infrarouges, 310 fois supérieure à celle du CO2, et par sa longue durée de vie dans l’atmosphère (100 ans) ;

- dans les terrains humides des rizières, un phénomène de fermentation, dû à l’action de certains micro-organismes, dégage du méthane (CH4). Présent dans l’atmosphère en très faibles quantités, ce gaz joue un rôle non négligeable dans l’accentuation de l’effet de serre : sa capacité d’absorption du rayonnement infrarouge est 20 à 50 fois supérieure à celle du CO2. Cependant, sa durée de vie dans l’atmosphère n’est que de 10 ans contre plusieurs millénaires pour le CO2

- dans la panse des ruminants (vaches, moutons), la digestion microbienne du fourrage produit également du méthane éructé par les bêtes. L’augmentation de la demande en produits carnés et laitiers, due à la croissance démographique mondiale et aux changements d’habitudes alimentaires dans certains pays émergents, induit une multiplication des grands élevages générant d’importantes quantités de CH4.

-  jusqu’aux années 1990, les chlorofluorocarbones (CFC) étaient des gaz de synthèse utilisés comme propulseurs dans les aérosols de mousse à raser ou de désodorisant. Reconnus comme responsables dès les années 1985 de la diminution de la couche d’ozone, ils sont interdits par le protocole de Montréal en 1987, ratifié par 191 pays. L’industrie chimique continue à produire d’autres gaz à effet de serre absents à l’état naturel, utilisés dans les bombes aérosols, les sys-tèmes de réfrigération et de climatisation, et certains procédés industriels.

Au total, les concentrations actuelles en GES dans l’atmosphère sont aujourd’hui nettement plus élevées qu'elles ne l'ont jamais été lors des 800 000 dernières années. Les GES jouent un rôle dé-terminant dans l’évolution climatique des dernières décennies. Le 4e rapport du GIEC affirme que « L’essentiel de l’élévation de la température moyenne du globe observée depuis le milieu du XXe siècle est très probablement attribuable à la hausse des concentrations de GES anthropiques »2 (c’est-à-dire d’origine humaine). À tel point que Paul Crutzen, prix Nobel de chimie pour ses tra-vaux sur la chimie atmosphérique, a baptisé cette ère l’Anthropocène3. Ce néologisme signifie que nous changeons de période géologique, alors que l’empreinte des activités humaines devient dominante au niveau mondial.

« Controverses scientifiques »

L’ interprétation du changement climatique ne fait pas toujours l’unanimité dans la communauté scientifique. Une minorité de scientifiques, les « climatosceptiques » remettent en cause les résultats des rapports d’expertise du GIEC. Leurs critiques majeures portent sur la quantification du rôle des activités humaines et des facteurs naturels (comme la circulation océanique) dans le changement récent, sur la prise en compte de phénomènes mal compris comme le rayonnement cosmique et sur l’ampleur des rétroactions climatiques augmentant l’impact initial du surplus de gaz à effet de serre, et donc les risques d’évolution future du climat. Ces critiques ne peuvent remettre en cause le changement climatique, dont les preuves s'accumulent. Mais leur angle d'attaque principal est de contester les modèles et les paramètres utilisés pour en anticiper les effets, du fait des incertitudes importantes qui découlent de leur complexité.


L’influence d’interactions multiples sur l’évolution du climat



Le système climatique a la capacité de produire des rétroactions, ou feedback. Ces réactions à des modifications de paramètres influant sur le climat peuvent en augmenter les effets (rétroac-tion positive) ou bien les réduire (rétroaction négative).

La hausse de la concentration en GES dans l’atmosphère conduit à une élévation des températures de la basse atmosphère et à la surface des continents et des océans. Cette élévation de température a elle-même divers effets qui peuvent accroître ce changement :

   •    elle accentue l’évaporation de l’eau présente sur Terre et la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère. Or, la vapeur d’eau est un gaz à effet de serre. Lorsque sa concentration augmente dans l’atmosphère, elle accentue encore ce phénomène ;

   •    elle entraîne une réduction de la durée et de l’extension des zones englacées et enneigées, qui sont remplacées par des surfaces plus sombres (océan, végétation). Moins réfléchissantes que la glace qui possède un fort albédo (pouvoir réflecteur), l’eau et la terre absorbent davantage de radiations solaires. Ce phénomène intensifie le changement du climat et accélère la fonte des glaces.

La machine climatique n’est donc pas en état d’équilibre : le changement d’un paramètre entraîne des modifications d’autres paramètres. Et les changements peuvent se manifester sur des périodes très courtes pour l’évolution de l’atmosphère ou très longues pour les océans4.

D’autres processus agissant sur les variations de température

   •    certains nuages jouent le rôle d'un parasol, en renvoyant une partie du rayonnement solaire ultraviolet vers l’atmosphère (effet d’albédo). D’autres participent à l’effet de serre ;

   •    les émissions de polluants aériens d’origine humaine, comme les sulfates (présents notamment dans les engrais), peuvent avoir un effet refroidissant sur le climat. En effet, ils réfléchissent la lumière solaire qui pénètre dans l’atmosphère vers l’espace ;

  •    les fluctuations cycliques du rayonnement solaire et les éruptions volcaniques contribuent aussi au à la variabilité du climat.


Néanmoins, il existe aujourd’hui un consensus scientifique sur l’influence des émissions humaines de CO2 sur le changement climatique. L’évolution future du climat dépendra de processus naturels difficiles à prévoir et impossibles à modifier, mais surtout des rejets de gaz à effet de serre.

[1] [2] - Source : Rapport de synthèse du GIEC sur les changements climatiques (2007) http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr_fr.pdf
 
[3] [4] Source : In « Climat : le Vrai et le Faux », Valérie Masson-Delmotte, Ed. le Pommier, 2011
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