Le climat de la terre au bord du gouffre ?

 Peut-on dire actuellement que le climat de la terre est au bord du gouffre ? Certes, depuis trois décennies et surtout pendant celle qui s’achève, certaines de ses caractéristiques ont évolué très vite sous la contrainte des activités humaines. C’est ce que nous allons voir avant d’esquisser une réponse à la question posée par le thème général de ce numéro.

 

1 – Le climat de notre planète se réchauffe depuis un siècle

1.1 – Le réchauffement

Les températures de la basse atmosphère autour de la terre (appelées plus loin températures de la terre) ont augmenté entre 1900 et 2000 en moyenne mondiale de 0.7 ± 0.2°C d’après le 4^e Rapport du GIEC-IPCC (Groupe Intergouvernemental d’experts du changement climatique) publié en 2007 et de presque 0.1°C depuis le début du siècle. 2010 fait partie des 3 années les plus chaudes observées depuis 1850 avec 1998 et 2005 (en moyenne la plus chaude mais les marges d’incertitude font mettre les 3 sur le même plan). Elle a excédé de 0.53°C la moyenne 1961-1990. Cette dernière décennie est la plus chaude de la même période (2008, son année la plus douce, est la 9^e la plus chaude depuis 1850). La terre serait actuellement à son niveau le plus chaud depuis la dernière glaciation ; depuis 125.000 ans.

Ce réchauffement s’est produit en 2 périodes principales, du début du siècle jusque vers 1940 puis sans discontinuer à partir des années 80 mais avec des nuances régionales et temporelles. La distinction entre ces deux périodes est fondamentale pour deux raisons, la différence dans l’intensité du phénomène d’une part et dans son origine principale de l’autre, ce que nous verrons plus bas. Le réchauffement est plus rapide pendant ces dernières décennies que plus tôt ; il atteint une moyenne de 0.13°C± 0.03°C par décennie mais encore plus depuis 2000.

Les températures ont presque partout augmenté dans le monde. Les continents se réchauffent plus que les océans pour des raisons physiques. C’est d’un degré environ qu’ils se seraient réchauffés au 20^e siècle. Et parmi eux les hautes latitudes de l’hémisphère nord le sont plus qu’ailleurs, avec l’effet bien connu de la réduction de la surface de la banquise arctique (décembre 2010 correspondant à l’étendue la plus faible jamais observée) et de la calotte glaciaire du Groenland. Ailleurs de multiples milieux dits « naturels » sont également touchés.

L’importance du réchauffement dépend ainsi des régions mais également des saisons. Il est ainsi plus important en Europe dans le nord que dans le sud en hiver alors que c’est l’inverse en été.

1.2 – Les variations des précipitations depuis un siècle

Les précipitations varient spatialement et temporellement beaucoup plus vite que les températures. Au cours du 20^e siècle, on considère qu’elles ont dans l’ensemble plutôt diminué, mais une telle tendance générale cache une succession de tendances plus courtes et de sens contraires. Elles ont, surtout récemment, aggravé les contrastes entre les zones arrosées et sèches. Elles ont ainsi augmenté dans toute la partie septentrionale de l’hémisphère nord par exemple alors qu’elles diminuaient au Sahel, en Méditerranée, en Afrique australe et dans une partie de l’Asie du Sud. En revanche la question relative à une augmentation des phénomènes extrêmes (cyclones, précipitations très fortes…) n’a pas reçu de réponse catégorique.

 

2 – Les causes du réchauffement 

Le bilan énergétique du système climatique est influencé (« forcé ») par des facteurs qui, outre les échanges entre ses composantes, lui sont extérieurs (Fig. 1).

 

Fig 1. Le système climatique

Au centre le système lui-même avec les 4 composants en interaction avec l’Atmosphère :
Hydrosphère (eau), biosphère (végétation), Cryosphère (glace) et Lithosphère (pierre).
Autour les facteurs extérieurs influençant le système. GES : Gaz à effet de serre.

À l’échelle de quelques décennies, voire d’un siècle, les principaux facteurs possibles connus sont la composante solaire et la concentration des gaz à effet de serre (GES). Les apports de l’énergie solaire jouent un rôle essentiel depuis que la terre existe. Mais s’y ajoute un effet de serre naturel grâce aux molécules de vapeur d’eau et d’un certain nombre de gaz stockés dans la basse atmosphère. Elles arrêtent une partie de l’énergie reçue du soleil puis renvoyée par la surface de la terre vers l’atmosphère. Ces calories retenues réchauffent la basse atmosphère, donnant à la surface de la terre une température moyenne de l’ordre de 15°C alors que sans cet effet de serre naturel cette dernière serait d’environ -18°C, rendant la terre invivable pour l’espèce humaine.

2.1 – Les simulations des températures depuis 1860

Les simulations de la température moyenne de la surface de la terre faites par un ensemble d’une douzaine de modèles climatiques (composés d’équations s’efforçant de reproduire le fonctionnement de l’atmosphère) ont été comparées aux changements de la température moyenne mondiale mesurés entre 1860 et 2000 en tenant compte des facteurs du système climatique (Fig. 1). La concordance des simulations et des observations pour les 140 dernières années a été faites en tenant compte des seuls facteurs naturels (Fig. 2a), des seuls facteurs d’origine humaine, essentiellement les GES (Fig. 2b) et simultanément de tous les facteurs (Fig. 2c).

Fig.2. La simulation des variations de température de la Terre et la comparaison des résultats
aux changements mesurés permettent de mieux connaître les causes profondes des principaux changements.

GIEC, Bilan 2001 des changements climatiques :
Les éléments scientifiques. Rapport du Groupe de travail I du GIEC.
Contribution du Groupe de travail I au troisième rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental
sur l’évolution du climat. 2001. Figure SPM 4 [Basé sur le Chapitre 12, Figure 12.7].

Elle est maximale dans ce dernier cas. De tels résultats montrent que les facteurs retenus suffisent à expliquer les changements climatiques observés, sans que soit exclue une éventuelle contribution d’autres facteurs. À partir des années 70 la quantité d’énergie reçue du soleil stagne alors que la température moyenne augmente vite. Depuis ces mêmes années les quantités de GES présentes dans l’atmosphère continuent à augmenter. Cet accroissement des GES apparaît comme le seul facteur plausible du réchauffement après 1970). C’est pourquoi il est fondamental de bien séparer les deux périodes de réchauffement du 20^e siècle. La première suit essentiellement le rythme de variation de l’énergie solaire et accessoirement celle de la concentration des GES alors que la seconde, depuis les années 70 et jusqu’à maintenant est, pour l’essentiel, associée à l’accroissement des GES, alors que la quantité d’énergie solaire se maintient, voir diminue.

Les GES concernés sont nombreux. Leur concentration s’est fortement accrue sous l’effet des activités humaines depuis 1750. Le plus important d’entre eux est le CO₂ ou dioxyde de carbone qui provient surtout des combustibles fossiles et pour 20% environ des incendies de la biomasse, essentiellement des forêts tropicales. Il le doit aux quantités émises et à la durée de vie des molécules dans l’atmosphère. Il représente les trois-quarts des GES (si bien que tous les autres seront calculés en équivalent CO₂ ou équiv/ CO₂) et dure 125 ans dans l’atmosphère. Ce dernier point est fondamental : la quantité de CO₂ présente actuellement dans l’atmosphère ne peut qu’augmenter jusqu’au-delà de la fin du 21è siècle et les températures que s’accroître en fonction des quantités supplémentaires présentes dans l’atmosphère. A l’époque préindustrielle il y avait 280ppm (partie pour million) de CO₂ dans l’atmosphère. En 2008 on atteint 385 (soit 459 équivalent CO₂) associé à un accroissement de 29% depuis 2000. La crise a provoqué une stagnation en 2009.

Le second GES en importance est le méthane (CH4) dont la durée de vie est bien plus courte.

2.2 – De l’émission des GES à la température moyenne mondiale

L’estimation de la hausse de la température mondiale sous l’influence de l’augmentation des GES est menée en trois étapes (Fig. 3).

Les résultats à chacune des étapes possèdent des estimations entachées d’incertitudes dues soit à des connaissances insuffisantes dans certains domaines soit des ignorances concernant les processus en jeu. Ils sont alors présentés avec des marges d’erreur.

Les émissions de CO₂ et autres GES par les activités humaines représentent le point de départ. Elles sont estimées en Gt (Gigatonnes ou milliards de tonnes) d’équiv.- CO₂. Toutes les sources ne sont pas connues avec la même précision.

Les quantités de GES émises ne restent pas complètement dans l’atmosphère. Le CO₂ par exemple est partiellement stocké dans la végétation pour la photosynthèse qui peut être aussi bien marine que terrestre. On parle alors de « puits » de carbone. À la fin du 20^e siècle on estimait que la moitié des GES émis étaient absorbés par des puits divers. Ce pourcentage a un peu faibli actuellement comme si cette capacité de la nature avait atteint un seuil maximum. A côté les rétentions ou captages par des techniques du CO₂ ne concernent que des quantités extrêmement négligeables. Les quantités de GES présentes dans l’atmosphère sont estimées en ppm (parties pour millions).

Ce sont ces quantités de GES restant dans l’atmosphère qui renforcent l’effet de serre. Mais de combien ? Les modèles récents prennent en compte les interactions entre l’atmosphère, la surface de l‘océan, la végétation et les sols mais dans les limites de la connaissance des processus concernés. Par exemple l’une des grandes incertitudes repose sur une certaine méconnaissance du rôle des nuages. L’estimation des températures cumule les effets des marges d’erreur des trois étapes.

2.3 – Les différents scénarios de simulation du climat à la fin du siècle

Pour les simulations du futur les émissions d’équiv.-CO₂ doivent être estimées. D’où l’élaboration de « scénarios », c’est-à-dire d’hypothèses différents types de développement en fonction d’un grand nombre de facteurs démographiques, socioéconomiques et technologiques du monde. Il en résulte des estimations des émissions de GES à la fin du siècle et de leurs variations entre temps comprenant en général un pic suivi d’une décroissance. Ils sont classés en production croissante d’équiv.-CO₂. Six scénarios de référence ont été établis à la demande du GIEC. Les plus utilisés actuellement (avec les concentrations atmosphériques de GES correspondantes en ppm, i.e. partie pour million) sont B2 (800), A1B (850) et A2 (1.250), sachant que la teneur de la période préindustrielle était 270 et est actuellement 390.

 

3 – Les variations du climat simulées pour la fin du 21^e siècle

Les simulations climatiques ont d’abord été réalisées à l’échelle mondiale. Plus récemment certaines sont passées à l’échelle dite « régionale » qui correspond plutôt à celle d’un continent.

3.1 – L’évolution des températures simulée pour le 21^e siècle

Les 6 scénarios mentionnés plus haut (2.2) s’accordent sur un prolongement quasi certain du réchauffement du 20^e siècle. Selon le GIEC-IPCC (2007) l’augmentation de la température de la fin du siècle (pour 2090 à 2099 par rapport à 1980-1999 avec la marge d’incertitude correspondante) serait la suivante pour les scénarios B2 (+2.4°C, 1.4°C à 3.8°C), A1B (+2.8°C, 1.7°C à 4.4°C) et A2 (+3.4°C, 2.0°C à 5.4°C).

Ces moyennes mondiales compensent des différences régionales. La Figure 4 donne une idée de cette répartition pour 3 scénarios à trois périodes successives.

 

Fig. 4. Projections multimodèles des variations du réchauffement moyen annuel de surface
(variation de la température de l’air en surface en °C) pour les scénarios B1 (en haut), A1B (au milieu) et A2 (en bas) et pour trois périodes, 2011 à 2030 (à gauche), 2046 à2065 (au milieu) et 2080 to 2099 (à droite).
Absence de pointillés pour des raisons de clarté. Les écarts sont relatifs à la période 1980 à 1999.
Les résultats des modèles individuels peuvent être vus dans les compléments de ce chapitre.

Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.). Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007.
Cambridge University Press, Cambridge, U K and N Y, NY, USA. Figure 10.8.

 

Le réchauffement est maximal autour du pôle nord et plus élevé sur les continents que les océans. Il est moins important dans l’hémisphère sud que dans celui du nord. Dans la mesure où il est présenté comme s’accroissant progressivement du début à la fin du siècle pour chacun des scénarios, il présente le même schéma de distribution spatiale à travers le temps, simplement accompagné d’un accroissement des températures aux mêmes lieux.

Le cas de l’Europe est un bon exemple des simulations obtenues par les multi-modèles régionaux (Fig. 5, scénario A1B).

Fig. 5. Augmentation des températures moyennes simulées (en °C)
en Europe par le scénario A1B pour la fin du 21è siècle. À gauche : année, milieu : hiver, à droite : été.
Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.).
Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report
of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007, Fig.11.5. 

 

En moyenne les températures augmentent du sud vers le nord et des côtes vers l’intérieur, de +1.5°C au large, sur l’océan Atlantique, à +2°C sur la Méditerranée à +3.5°C sur l’Europe et plus sur le continent africain et l’est et le nord-est de l’Europe. Un schéma de répartition très voisin apparaît en hiver mais avec une augmentation bien plus rapide des températures vers le nord-est, jusqu’à +10°C. Celui de l’été est totalement différent ; Il s’agit d’une opposition nord-sud accompagnée d’un réchauffement bien plus accentué au sud (jusqu’au-delà de +4°C sauf en Méditerranée) qu’au nord. Les valeurs obtenues forment consensus (Tableau 1). Il y a un accord entre les modèles sur un réchauffement dans le Bassin méditerranéen supérieur à la moyenne mondiale et particulièrement élevé en été. Les étés dits « exceptionnels » de la première décennie de ce siècle (2003 à l’ouest, 2007 dans les Balkans…) sont maintenant considérés comme représentatifs des conditions fréquentes, voir moyennes, de la saison chaude à la fin de ce siècle caractérisée par une augmentation des vagues de chaleur en intensité, durée et fréquence. Dans le cas d’un scénario A2 (réchauffement mondial moyen de +3.4°C) les températures moyennes estivales seraient toutes supérieures à celles de la fin du 20^e siècle.

Tableau 1. Augmentation de la température et des précipitations simulée par le scénario A1B pour la fin du 21è siècle au printemps et en été. NCE (Europe du Nord et du Centre, GIEC, 2007), SEM (Europe du Sud, GIEC, 2007) :
avec médiane et quartiles 25% et 75% pour 2080-2099 par rapport à 1980-1999.
Giorgi and Coppola, 2009 : avec moyenne et écart-type pour 2071-2100 par rapport à 1961-1990).

3.2. – L’évolution des précipitations et de la sécheresse simulée pour le 21^e siècle.

Il existe un certain accord entre scientifiques sur une évolution contrastée dans l’espace des précipitations. Leur volume augmentera aux latitudes élevées et accessoirement dans la zone tropicale mais diminuera dans la plupart des régions continentales subtropicales (Fig. 6) dans la continuité des tendances observées récemment. Mais il y a des divergences sur l’ordre de grandeur de ces variations.

Fig. 6. Projections multimodèles des variations du régime des précipitations

Variations relatives du régime des précipitations (%) pour la période 2090-2099, par rapport à la période 1980-1999. Les valeurs indiquées sont des moyennes tirées de plusieurs modèles, obtenues à partir du scénario A1B du SRES pour des périodes allant de décembre à février (à gauche) et de juin à août (à droite). Les zones en blanc correspondent aux régions où moins de 66 % des modèles concordent sur le sens de la variation et les zones en pointillé à celles où plus de 90 % des modèles concordent sur celui-ci.
{Figure 3.3 : GT I figure 10.9, RiD}. GIEC, 2007 : Bilan 2007 des changements climatiques.
Contribution des Groupes de travail I, II et III au quatrième
Rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
[Équipe de rédaction principale, Pachauri, R.K. et Reisinger, A. (publié sous la direction de~)].
GIEC, Genève, Suisse, 103 pages.

 

Le cas du Bassin méditerranéen fait plus consensus. Les pluies y diminueront pendant toutes les saisons, faiblement en hiver, surtout an nord et avec un maximum de réduction en été (Tab. 1). L’accord entre scientifiques est général sur un accroissement de la sécheresse estivale en durée et en intensité. Les précipitations diminueraient notoirement au printemps et en été (Tab. 1). Et leur variabilité interannuelle est supposée augmenter avec une fraction croissante de faibles et très faibles chutes de pluie, en particulier en été. La diminution importante des pluies dès le printemps, associée à la hausse des températures (Tab. 1), devrait être amenée à provoquer une boucle de rétroaction positive qui, par l’intermédiaire de la baisse de l’évaporation due à la diminution de l’humidité du sol, accroîtrait progressivement la sécheresse et le réchauffement estival. La sécheresse de saison chaude commencerait alors partout avant le début de l’été et pourrait se prolonger en automne. Le Bassin méditerranéen est considéré comme l’un des espaces les plus menacés par le changement climatique à cause d’un réchauffement plus élevé que la moyenne de la planète et même exceptionnel en été associé à une diminution des pluies à l’origine d’une extension en durée et intensité de la sécheresse de la saison chaude (AR4-WG1, 2007)

 

Conclusion

Le climat n’est pas « au bord du gouffre » et ne le sera pas plus à la fin de ce siècle. Mais l’humanité est en train de sérieusement perturber son évolution « naturelle », c’est-à-dire sans l’apport complémentaire récent de GES à l’effet de serre naturel. Certains se sont amusés à calculer ce qu’il adviendrait du climat de notre planète si l’humanité cessait toutes les émissions de GES à la fin de ce siècle, en supposant que les émissions seraient à peu près le double de celles d’aujourd’hui (780, proche du scénario B2 avec ses 800 retenus). Ce seul siècle devrait avoir des répercussions sur le climat de tout le millénaire suivant…

Le climat lui-même n’est pas « au bord du gouffre ». En revanche ses conséquences risquent peut-être deplacer le monde vivant quant à lui « au bord du gouffre ». Les conséquences directes et indirectes touchent tous les écosystèmes du vivant sur terre et dans l’eau (biodiversité, substitutions et disparition au plan régional d’espèces végétales et animales, par exemple une aridification de la région méditerranéenne, sans négliger des conséquences sanitaires et agricoles…). Elles affectent aussi toutes les glaces (banquise, calottes glaciaires, glaciers de montagne) accompagnées de leur forte influence sur le relèvement du niveau marin moyen lui-même fort peu anodin pour la présence humaine sur les côtes. Inutile de continuer la liste des conséquences actuelles du changement climatique ni de leur développement futur. Elles n’en ouvrent pas moins la perspective d’une planète quelque peu bouleversée et donc de l’environnement, au sens large, des 9 milliards d’individus attendus au milieu du 21^e siècle.

Annick Douguédroit
Climatologue
Professeur émérite à l’Université de Provence