Changement Climatique PDF

Le réchauffement climatique 1 Les variations climatiques 1.1 Rythmes et importance des changements anciens Il y a eu dans le passé des ères glaciaires, éventuellement beaucoup plus intenses que l’ère actuelle (la théorie de la « Snow Ball » présente la Terre comme entièrement gelée juste avant le Cambrien). Les quatre dernières ères glaciaires sont : la glaciation panafricaine (ﬁn du Précambrien, vers -600 millions d’années), la petite glaciation ordovicienne ( vers –500 millions d’années), la glaciation permo-carbonifère (vers –300 millions d’années), la glaciation mio-plio-quaternaire dans laquelle nous sommes. On connait également les traces d’une glaciation encore plus vieille, à -3 milliards d’années. Les variations de la dernière ère glaciaire (« périodes » glaciaires = succession de périodes froides et d’interglaciaires plus chauds) sont représentées sur la ﬁgure 1, d’après différentes mesures. 1.2 Corrélations temporelles à lʼéchelle de 100 000 ans (« cycles climatiques ») Dans la ﬁgure 1 ci-dessous sont présentées 4 séries temporelles, avec, de haut en bas : a) les variations d’insolation reçue à 65°N en juin, qui représentent le forçage du climat. La latitude et la période de l’année ont été choisies comme étant les plus sensibles à l’insolation. Les variations d’insolation sont calculées à partir des paramètres astronomiques de l’orbite de la Terre (« cycles de Milankovitch »). En gros, trois paramètres entrent en jeu pour l’échelle de temps considérée : L’excentricité, c’est-à-dire le caractère plus ou moins elliptique de l’orbite, qui varie avec une période d’environ 100 000 ans. L’obliquité, qui représente l’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport au plan de l’ecliptique et varie selon une périodicité de 40 000 ans environ. Enﬁn la précession des équinoxes, dont dépend la position des équinoxes sur l’orbite de la Terre et qui varie avec une périodicité de 20 000 ans environ. La combinaison de ces 3 paramètres fait varier l’insolation de la Terre, de manière globale, régionale, annuelle ou saisonnière. Ce sont ces variations que représentent la série fournie, dans ce cas à 65°N et pour le mois de juin. 1 Figure 1 : Comparaison de 4 séries temporelles (insolation, signal isotopique issu des sédiments océaniques, CO2 et température) pour les 4 derniers cycles climatiques. b) les variations de la composition isotopique en oxygène de l’océan global, qui proviennent des variations du volume des calottes de glace (attention l’échelle est inversée, car la teneur océanique en oxygène 18 croît avec le volume des glaces). En période glaciaire, froide, de l’eau est stockée sur les continents sous forme de calotte de glace (principalement au nord du continent américain et au nord de l’Europe). Cette eau, précipitée sous forme de neige, a un rapport isotopique oxygène 18 / oxygène 16 plus faible que celui de l’océan. Par conservation de la masse totale en oxygène 18, l’océan global s’enrichit en oxygène 18 en période glaciaire (son rapport oxygène 18 / oxygène 16 augmente). Ces variations isotopiques sont enregistrées dans les sédiments océaniques. c) les variations de la teneur atmosphérique en CO2 (en parties par million par volume d’air, ppmv), mesurées dans la glace de Vostok. d) les variations de la composition isotopique en deutérium de la glace à Vostok (Antarctique), liées aux variations de température locale. La datation de ces séries est importante quand on s’intéresse à leur corrélation temporelle : l’insolation est datée d’après des calculs astronomiques (variations de l’orbite de la Terre). la variation du volume de glace est datée par rapport à cette insolation, « pic-à-pic » en considérant les cycles de 20 000 ans, mais en supposant un retard du volume de glace (constant au cours du temps, entre 5 000 et 10 000 ans). Un tel décalage a en effet été observé sur des périodes récentes pour lesquelles une datation indépendante ﬁable du volume de glace existe. enﬁn, CO2 et température en Antarctique sont datés de façon indépendante, par un modèle de 2 croissance de la calotte antarctique. Une très bonne corrélation (de visu) apparaît entre les réponses climatiques (volume de glace, CO2 et température antarctique) qui semblent en phase. Ces variations suivent des cycles d’environ 100 000 ans (cycles dits « climatiques »), ainsi que de 40 000 ans (moins forts) et de 20 000 ans (plus faibles). Ces cycles sont bien visibles dans le forçage solaire pour 40 000 et 20 000 ans, par contre la cyclicité à 100 000 ans est très faible. Une bonne corrélation existe entre l’insolation et les autres séries (surtout pour les cycles à 20 000 ans), si l’on tient compte d’un décalage (entre 5 000 et 10 000 ans ), l’insolation étant en avance. Ces corrélations temporelles permettent de dégager deux caractéristiques des séries climatiques : elles répondent au forçage solaire, avec un certain retard ces réponses ne sont pas linéaires, puisque les variations les plus fortes de l’insolation se font avec un cycle de 20 000 ans alors que le climat répond principalement avec un cycle de 100 000 ans. 1.2.1 A lʼéchelle de 10 000 à 1 000 ans En comparant les variations de température au Groenland, en Atlantique nord (sédiments océaniques) et en Europe du Nord, on met en évidence des anomalies rapides du climat en phase dans toute la région nord-atlantique. 1.2.2 A lʼéchelle de 100 ans En comparant variations de température en différentes stations (et globale), augmentation du CO2, activité volcanique, on met en évidence une corrélation entre croissance exponentielle du CO2 et de la température depuis un siècle. (c’est de plus en plus dur, car les variations sont de plus en plus faibles). 3 1.3 Explications scientiﬁques des variations climatiques 1.3.1 Les cycles de Milankovitch Figure 2 : Illustration des cycles de Milankovitch. Remarques : Dans le passé très lointain, le calcul de l’insolation (qui exige de connaître simultanément les 3 paramètres orbitaux) n’est pas possible. En effet, le système solaire est chaotique, c’est-à-dire qu’il n’est pas possible de calculer précisément la position relative des planètes au delà de quelques dizaines de millions d’années (notamment l’excentricité). La situation est encore plus dramatique pour l’obliquité et la précession qui exigent de connaître assez précisément la répartition des masses sur la Terre (en fait, les moments d’inertie du globe) qui peut varier en fonction des glaciations ou en fonction de facteurs géodynamiques internes (convection du manteau). Le calcul précis de l’insolation est donc sujet à caution au delà de quelques millions d’années seulement. La conﬁguration orbitale au cours du Quaternaire n’a rien de particulier. L’origine des périodes glaciaires est à chercher probablement dans le cycle du carbone. On peut imaginer, via l’érosion continentale, une cyclicité du cycle du carbone de l’ordre de plusieurs centaines de millions d’années. Par ailleurs, on trouve des cycles climatiques de Milankovitch à toutes les époques (il sufﬁt de trouver et de mesurer le bon paramètre), même les plus chaudes (Crétacé), même si leur origine glaciaire n’est pas attestée. Comme le climat est forcé par les cycles de Milankovitch depuis toujours (et donc varie 4 naturellement à 23 000, 41 000 ans,...) il est normal d’en trouver des traces (en cherchant bien) à toutes les époques. Suivant les périodes considérées et les données utilisées, on trouvera un signal à 23 000 ans, ou bien à 41 000 ans ou encore à 100 000 ans, voire même à 400 000 ans, sans pour autant en connaître l’origine climatique précise. Il semble cependant logique que ces cycles climatiques existent, puisqu’ils existent dans le forçage de l’insolation. En résumé, le fait que le signal climatique enregistré dans les sédiments soit de plus faible amplitude, ou moins clair, ou plus difﬁcilement interprétable, ou encore (et c’est généralement le cas) que le signal soit sous échantillonné, n’est sûrement pas un argument pour dire que les cycles climatiques de Milankovitch n’existaient pas dans le passé, même le plus lointain. C’est une erreur de croire que le climat était plus « stable » auparavant. 2 Le changement climatique actuel : vers un réchauffement planétaire ? 2.1 Inﬂuence de lʼhomme sur le climat 2.1.1 Rappel : la structure verticale de lʼatmosphère La couche inférieure de l’atmosphère ou troposphère est une couche d’air instable, turbulente. La température de l’air y décroit de 6,5°C par kilomètre jusqu’à la tropopause, sa limite supérieure qui se situe vers 17 km à l’équateur et vers 8 km au dessus des pôles. La vie sur la terre dépend étroitement de cette mince pellicule gazeuse qui contient les trois quarts de l’air atmosphérique et où se trouve concentré l’essentiel de l’oxygène moléculaire. Au dessus, s’étend la stratosphère dont la température s’élève rapidement avec l’altitude, conséquence de l’absorption du rayonnement solaire de courte longueur d’onde par la couche d’ozone. La stratosphère est brassée aux moyennes latitudes par de puissants courants atmosphériques qui circulent d’ouest en est : les courants jets (jet-streams) à des vitesses pouvant atteindre les 500 5 km/h. Entre 50 et 80 km d’altitude, se situe la mésophère où la température diminue jusqu’à la mésopause, pour croître à nouveau très rapidement au delà, dans la thermosphère (ou ionosphère) où celle- ci peut atteindre, vers 250 km, des valeurs comprises entre 1000°C et 2000°C, suivant l’activité solaire. 2.1.2 Température moyenne à la surface de la Terre et effet de serre ( tiré du site web < http://www.cnrs.fr/dossiers/dosclim/sysfacte/effetserre/index.htm) L’effet de serre est un mécanisme subtil qui est bien souvent mal compris. Nous présentons ci-dessous une approche schématique de ce mécanisme : par souci de lisibilité, les valeurs portées sur les schémas ont été arrondies. 2.1.2.1 La valeur de la température moyenne Elle est obtenue en faisant la moyenne de la température sur toute la surface de la Terre (océans et continents, la surface de ces derniers étant ramenée au niveau de la mer), et sur toute l’année. On trouve alors une valeur de +15°C. On estime qu’elle est connue au dixième de degré près. Il peut paraître aberrant de caractériser une surface aussi variée, avec de tels écart saisonniers par une température moyenne. Cela se justiﬁe par le fait que température et énergie rayonnée sont deux notions équivalentes : Tout objet maintenu à une certaine température perd constamment de l’énergie sous forme de rayonnement. L’énergie rayonnée est ﬁxée par sa température. Quant l’objet est très chaud, le rayonnement émis par sa surface devient lumineux (charbon rougeoyant vers 500°C, métal chauffé à blanc vers 1000°C…); quand il est à la température ordinaire le rayonnement émis est invisible à l’œil. Dire que la surface de la Terre est à +15 °C revient à dire qu’en moyenne chaque mètre carré de la surface de la Terre « rayonne » ( c’est-à-dire « émet un rayonnement infrarouge d’une énergie de ») 390 watts, c’est-à-dire 390 joules par seconde. C’est sur cette dernière grandeur, l’énergie, que la compréhension des mécanismes climatiques se fonde, et non sur la température. 2.1.2.2 Dʼoù vient cette énergie ? Elle vient pour l’essentiel du Soleil : la quantité d’énergie qui provient de la chaleur interne de la Terre (ﬂux géothermique) ne représente environ que le dix millième de l’énergie solaire. Quand à celle qui vient du reste de l’univers 6 (rayonnement cosmique, lumière des étoiles...) elle est de l’ordre du millionième. 2.1.2.3 Lʼénergie solaire L’énergie solaire arrive sous forme de rayonnement solaire. L’œil en perçoit la partie visible, ce qui représente 40% de cette énergie. Le reste se distribue dans l’infrarouge proche (50%) et dans l’ultraviolet (10%). Moyennée sur l’année et sur l’ensemble de la Terre, l’énergie solaire qui arrive est de 342 watts par m2 (terme A sur les schémas). Toute cette énergie ne « chauffe » pas la Terre, c’est-à-dire n’est pas absorbée par la Terre (atmosphère, océans, continents). Environ 30% (c’est-à-dire 107 watts par m2, terme B) est renvoyé (ou réﬂéchi) dans l’espace par l’atmosphère, les océans et les continents. C’est à cause de cette lumière réﬂéchie que la Terre est visible de l’espace et que les planètes apparaissent brillantes la nuit dans le ciel. Il en reste donc 235 watts par m2 (terme C) qui vont « chauffer » la Terre. 2.1.2.4 La température sur la surface de la Terre La température sur la surface de la Terre (continents et océans) est le résultat d’un équilibre entre toute l’énergie qui chauffe la surface de la Terre (deux origines, on va le voir plus loin), ce qui représente 492 watts par m2 et toute l’énergie que perd cette même surface (trois origines, on va également le voir plus loin), ce qui représente également 492 watts par m2. Il est intéressant de comprendre l’origine de chacun de ces termes car un changement dans chacune de ces origine, qu’il soit naturel ou lié à l’homme, entraînera un nouvel équilibre de l’énergie, et par conséquent modiﬁera la température moyenne sur Terre et se répercutera sur le climat. 2.1.2.5 Par quels mécanismes la surface se refroidit-elle? Trois mécanismes différents interviennent pour refroidir la surface de la Terre. Le rayonnement infrarouge (IR) émis par la surface de la Terre (terme D) Le fait d’être à une température donnée s’accompagne de l’émission de rayonnement. Le domaine du rayonnement (rayons X, lumière visible, infrarouge proche, infrarouge lointain, onde millimétrique etc.) est ﬁxé par la température : la surface de la Terre qui est en moyenne à 15°C rayonne dans l’infrarouge centré à 10 micromètres (rayonnement non décelable par l’œil), alors que le rayonnement émis par la surface du Soleil, qui, elle, se trouve à une température proche de 6000 degrés, est centrée dans le visible (0,5 micromètre). Ce rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre correspond à une perte d’énergie de 390 watts par m2 (terme D) : il est directement déterminé par la 7 température de 15°C. Ce rayonnement qui quitte la surface de la Terre (océans et continents) va traverser l’atmosphère : 95% seront absorbés par cette dernière (voir plus bas), seuls 5% traverseront sans aucune interaction et quitteront directement et déﬁnitivement la planète Terre. L’évaporation de l’eau (terme E) L’eau liquide sur la Terre s’évapore constamment dans l’atmosphère et donne des nuages par condensation; cette même quantité d’eau retourne sur la surface de la Terre par la pluie (cycle de l’eau). Il s’évapore en moyenne 3 mm d’eau par jour ce qui entraîne un refroidissement de la surface qui, exprimé en énergie, correspond à 78 watts par m2 (terme E). Le réchauffement de l’air par le sol (terme F) En moyenne la surface, plus chaude que l’air, se refroidit en réchauffant ce dernier au niveau du contact air - sol : les masses d’air, réchauffées, s’élèvent et ce mécanisme donne naissance aux mouvements verticaux de l’atmosphère. En moyenne cela correspond à une perte de 24 watts par m2 (terme F). 2.1.2.1 Par quoi est assuré le chauffage de la surface de la Terre ? Deux origines à ce chauffage : Le rayonnement solaire (terme H) On a vu ci-dessus que le chauffage de la surface de la planète est assuré par l’énergie (ou rayonnement) solaire (235 watts par m2). Quand ce rayonnement traverse l’atmosphère certains constituants de l’atmosphère (principalement la vapeur d’eau et la couche d’ozone) en absorbent une partie (67 watts par m2, terme G), le restant (168 watts par m2, terme H) parvient à la surface et est entièrement absorbé par celle-ci. Le rayonnement infrarouge émis par l’atmosphère (terme I) Tout comme la surface de la Terre (continents et océans) qui émet un rayonnement infrarouge ﬁxé par sa température (voir ci-dessus), l’atmosphère émet, elle aussi, un rayonnement infrarouge. Elle l’émet d’une part vers l’espace (195 watts par m2, terme J) et d’autre part vers la surface de la Terre (324 watts par m2, terme I). Ce dernier est beaucoup plus important que la partie du rayonnement solaire absorbé par la surface (terme H, voir ci-dessus) : c’est grâce à lui que la nuit , (pas de chauffage solaire) la température reste clémente. 2.1.2.1 Quelle est la cause de ce rayonnement émis par lʼatmosphère, dʼoù vient son énergie ? C’est toujours la même histoire : quand un corps a une température d’équilibre (ici l’atmosphère) cela résulte du fait que l’énergie absorbée par le corps est égale à l’énergie émise, ou encore perdue, 8 par le corps. L’énergie rayonnée par l’atmosphère, 519 watts par m2, qui représente l’énergie totale perdue par l’atmosphère, doit être compensée par un apport égal d’énergie à l’atmosphère. Cet apport se fait sous quatre formes différentes : La condensation de la vapeur d’eau (78 watts par m2, terme E), dans l’atmosphère sous forme de nuages. De même que l’évaporation refroidit le milieu (de l’énergie est « pompée » au milieu, voir plus haut), de même la condensation dégage de la chaleur et réchauffe l’atmosphère, Le chauffage des masses d’air à partir du sol (24 watts par m2, terme F), voir plus haut Le rayonnement solaire (67 watts par m2, terme G), voir plus haut L’absorption du rayonnement infrarouge qui est émis par la surface (terme K) : des 390 watts émis par cette dernière (voir plus haut), 90%, soit 350 watts par m2, sont absorbés par l’atmosphère. C’est cette quantité qui intervient dans l’»effet de serre». Peu de constituants atmosphériques sont capables d’absorber ce rayonnement infrarouge. Il y en a principalement trois, les autres jouant un rôle secondaire. Ce sont : la vapeur d’eau, H2O, le dioxide de carbone, CO2, les nuages. Les autres constituants, dont le rôle dans la nature est plus faible, sont l’ozone, le méthane, etc.. C’est ici qu’intervient la difﬁculté d’évaluer les rôles respectifs de ces différents constituants (gaz, nuages,...) dans l’effet de serre, car ces rôle se peuvent se superposer les uns aux autres. Une manière de le faire est de considérer que l’atmosphère est remplacée par un seul de ces composés et d’estimer la quantité du rayonnement infrarouge émis par la surface qui est absorbée par lui seul. On trouve ainsi que : la vapeur d’eau absorbe près de 50% des 390 watts par m2 émis par la surface de la Terre. Il est intéressant de remarquer, au passage, que la quantité de vapeur représente peu de matière dans l’atmosphère (dans une colonne d’1 cm2 de base qui traverse toute l’atmosphère il y a 1000 grammes d’atmosphère -oxygène et azote- et seulement 2 grammes de vapeur d’eau) et que pourtant son rôle est très grand. Le dioxide de carbone, CO2, en absorbe lui près de 25 %. Là encore, son rôle est grand alors qu’il représente une inﬁme partie de l’atmosphère (0,5 gramme dans la colonne précédente). La vapeur d’eau et le CO2 absorbent de façon complémentaire le rayonnement infrarouge émis par la surface car ils agissent dans des domaines de fréquence (ou de longueur d’onde) différents : leur action s’ajoute. Mis ensemble dans l’atmosphère ils absorbent à eux deux près de 75% du rayonnement émis par la surface de la Terre. Les nuages, là où ils existent, (ils couvrent environ la moitié de la surface de la Terre) absorbent 100% de ce rayonnement. Agissant sur l’ensemble du domaine de fréquence, cette absorption ne s’additionne pas, mais se superpose aux deux précédentes. 9 Une manière d’aborder simplement ces mécanismes aﬁn de quantiﬁer leur rôle dans l’effet de serre est la suivante : La vapeur d’eau et le CO2 interviennent principalement dans le bilan d’énergie de la surface de la Terre par le mécanisme d’effet de serre (c’est-à-dire qu’ils contribuent au réchauffement de la surface à partir de l’absorption du rayonnement émis par la surface). En effet le rôle joué par la vapeur d’eau dans le refroidissement de la surface à travers le terme G reste faible. Les nuages, eux, interviennent principalement de deux façons opposées : d’une part ils réchauffent la surface par effet de serre (contribution au terme K) mais d’autre part ils la refroidissent en réﬂéchissant ( c’est-à-dire en renvoyant) le rayonnement solaire (contribution au terme C) et donc en l’empêchant de chauffer la surface de la Terre. Comme ces deux effets sont du même ordre, on peut en première simpliﬁcation dire qu’ils se compensent, et considérer que le chauffage de la planète par effet de serre peut se résumer principalement à l’action de la vapeur d’eau et du CO2. L’action de ces quatre mécanismes de chauffage de l’atmosphère (E, F, G, K) fait que l’atmosphère absorbe, emmagasine, à chaque seconde, 540 watts par m2. Comme elle est à l’équilibre c’est à dire que l’énergie absorbée n’est pas stockée, (sinon sa température augmenterait sans cesse) elle ré-émet toute cette énergie. Elle la ré-émet entièrement sous forme de rayonnement infrarouge : 195 watts par m2 vers l’extérieur de la planète (cette énergie sera donc rayonnée vers l’extérieur de la Terre), et 324 watts par m2 vers la surface qui sont totalement absorbés par cette dernière. 2.1.2.1 Vue dʼensemble des mécanismes de chauffage La surface de la Terre (océans plus continents) est en équilibre : elle est chauffée en absorbant 492 watts par m2 (H + I) et elle se refroidit en perdant la même quantité d’énergie (E+F+D). La planète Terre est à l’équilibre : elle est chauffée en absorbant 235 watts par m2 (C), elle perd la même quantité d’énergie sous forme de rayonnement infrarouge vers l’espace ( J+L). 2.1.2.2 Effet de serre Il est relatif au mécanisme suivant : la surface de la Terre se refroidit en émettant un rayonnement infrarouge, l’atmosphère est capable d’absorber une partie de ce rayonnement, (par ses Gaz à Effet de Serre) et d’en réémettre une partie vers la surface, réchauffant donc cette dernière. Actuellement l’effet de serre est globalement évalué de la façon suivante : la surface de la Terre perd 390 watts par m2 par rayonnement infrarouge, or l’ensemble de la planète en gagne (énergie solaire absorbée) et en perd (énergie infrarouge rayonnée vers l’espace) 235 watts par m2. A une émission de 390 watts par m2 correspond une température de +15°C, ce qui fait dire que la température moyenne à la surface de la Terre est de +15°C. A une émission de 235 watts par m2 de la Terre vers l’espace, correspond une température moyenne de -19°C. La différence représente l’action globale de l’effet de serre : 155 watts par m2 de chauffage de la surface (dont environ 10 100 Watts liés au rôle de la vapeur d’eau et de 50 watts à celui du CO2). Ce chauffage représente environ 30°C, il est d’origine naturelle et est essentiellement dû à la vapeur d’eau et au CO2, la vapeur d’eau introduisant un réchauffement de l’ordre de 20°C et le CO2 de 10°C. 2.1.2.3 Impact de lʼactivité humaine Les scénarii économiques relatifs à l’évolution de la composition de l’atmosphère sur le siècle prochain conduisent à des prévisions très différentes selon qu’on se place dans une hypothèse basse ou haute de la consommation. Un scénario classique proposé aux scientiﬁques est celui qui conduit, à l’échelon de quelques décennies à une situation qui équivaut à un doublement de la quantité de CO2, tous les autres gaz à effet de serre restant constants. C’est le scénario 2 x CO2. L’ensemble des modèles montre que cette situation conduirait à une augmentation de 4 watts par m2 de chauffage supplémentaire. Si l’ensemble des autres paramètres restait ﬁxe, excepté bien sûr le CO2 qui aurait doublé, ce chauffage supplémentaire conduirait à une augmentation de la température moyenne d’environ 1°C. En fait, suite à ce réchauffement, les différents termes mis en jeu dans l’équilibre climatique peuvent changer et le réchauffement ﬁnal atteint, lorsque le nouvel équilibre énergétique se sera établi, peut être soit supérieur (rétroaction positive), soit inférieur (rétroaction négative) au +1°C initial; mais, de toute façon, il y a réchauffement. L’estimation de l’ensemble des rétroactions est délicate et varie selon les différents modèles. Le réchauffement ﬁnal calculé par l’ensemble des modèles se trouve dans une fourchette allant de 1°C à 4°C. Le doublement de CO2 ne se traduirait pas par un doublement des 50 Watts par m2 lié à l’effet de serre naturel introduit par le CO2, mais par une augmentation de cette quantité d’environ du dixième (4 watts par m2) parce que l’absorption par le CO2 est saturée et n’augmente donc plus de façon linéaire quand on augmente la quantité de CO2. 2.1.2.4 Evolution climatique La température moyenne est l’un des paramètres de base du climat. Toutes les causes (naturelles ou anthropiques) qui font changer l’un quelconque des termes (de A à L) qui interviennent dans l’équilibre énergétique de la surface de la Terre impliquent un changement climatique. L’effet de serre est l’un d’eux, relatif aux termes K et I. 2.1.3 Les gaz à effet de serre Les gaz à effet de serre incluent n’importe quel gaz dans l’atmosphère qui est capable, en raison de sa structure moléculaire particulière, d’absorber le rayonnement infrarouge ou la chaleur. On les appelle les gaz à « effet de serre » parce qu’ils se comportent comme le verre dans une serre, permettant à la lumière du soleil de passer à travers, mais emprisonnant la chaleur formée et l’empêchant de s’échapper, causant de ce fait une élévation de la température. Les gaz naturels à effet de serre incluent la vapeur d’eau ou l’humidité, le dioxyde de carbone, le méthane, l’ oxyde nitreux et même l’ozone, qui est généralement associé à la couche d’ozone et aux rayonnements ultraviolets. Les quantités de tous ces gaz dans l’atmosphère sont maintenant augmentées en raison des processus synthétiques, tels que la combustion des combustibles fossiles et le déboisement. La concentration atmosphérique du dioxyde de carbone, par exemple, a augmenté de 30% depuis le 18ème siècle, tandis que les niveaux du méthane ont plus que doublé. La vapeur d’eau, même si elle n’est pas directement libérée par les processus synthétiques en quantité substantielle, peut augmenter en raison des effets de rétroaction du climat. En plus de l’augmentation synthétique des gaz naturels à effet de serre, l’humanité a émis des produits chimiques complètement nouveaux dans l’atmosphère, comme les CFC (chloroﬂuorocarbones). Bien que ceux-ci aient été maintenant interdits aﬁn d’essayer de sauvegarder la couche d’ozone, ils resteront dans l’atmosphère pendant au moins encore 50 années. Bien que leur concentration 11 dans l’atmosphère soit très faible, ils peuvent absorber la chaleur des milliers de fois plus que le dioxyde de carbone, et contribuent par conséquent de manière signiﬁcative à l’augmentation de l’effet de serre. En outre, leurs remplaçants, les HCFC (hydrochloroﬂuorocarbones) et HFC (hydroﬂuorocarbones), même s’ils sont relativement inoffensifs pour la couche d’ozone, sont également des gaz à effet de serre efﬁcaces, et pour le moment leur élimination n’est pas prévue pour encore 20 à 30 ans. 2.2 Conséquences pour lʼhomme du réchauffement climatique 2.2.1 Précipitations et sécheresse 1 Le réchauffement climatique ne saurait se réaliser sans une altération du régime des pluies: une augmentation de la température favoriserait l’évaporation à la surface des océans et entraînerait des précipitations plus importantes en moyenne sur le globe. Néanmoins, toutes les régions ne seraient pas soumises à ces changements de manière équivalente et tout le problème réside dans la prévision des effets régionaux. Dans un monde plus chaud, les modèles s’accordent à prévoir des pluies plus abondantes dans les régions tropicales et aux hautes latitudes (à partir du 60ème parallèle). En particulier la mousson indienne pourrait être plus intense. Des précipitations plus abondantes sous les tropiques auraient des conséquences bénéﬁques pour l’agriculture, mais elles pourraient être accompagnées de pluies 12 torrentielles et de cyclones dévastateurs plus fréquents. Ceux-ci se développent au-dessus des régions océaniques dont la température dépasse 27°C. Or l’étendue de ces dernières est appelée à croître en cas de réchauffement global. Sous nos latitudes, les modèles prévoient des pluies plus abondantes en hiver mais des étés plus secs. Un avant-goût de cette situation nous a été donné par les sécheresses de 1989 et 1990 en Europe et de 1988 aux Etats-Unis. Si de tels événements devaient se reproduire plus fréquemment, il est certain que notre vie et nos activités économiques en seraient affectées. L’eau que nous consommons sans modération pourrait bien devenir un sujet de préoccupation majeur dans un proche avenir. (Référence: S. Joussaume, “Climat d’hier à demain”, p.124-127) De nos jours, 1,3 milliard de personnes n’ont pas accès à des réserves adéquates d’eau propre. On a établi une liste des 19 pays les plus touchés par la pénurie d’eau, ces pays se trouvent surtout au Moyen-Orient, en Afrique du Nord et en Afrique australe. Ce chiffre devrait doubler d’ici 225 surtout à cause de la croissance démographique et du développement économique. La pénurie périodique et chronique d’eau pourrait être aggravée par l’évolution du climat, surtout dans les régions arides et semi-arides du monde. Les pays en voie de développement y sont particulièrement exposés parce que beaucoup se situent dans ce type de région. De plus, vu les ressources limitées de ces pays en matières de techniques, de ﬁnancement et de gestion, la mise en oeuvre de mesures d’adaptation représenterait un lourd fardeau pour leur économie nationale. Les incidences des changements climatiques dépendront de l’état initial des réseaux d’alimentation et de la capacité des responsables des ressources en eau de répondre non seulement à ces changements mais aussi à la croissance démographique et à l’évolution de la demande, des techniques et des conditions économiques, sociales et législatives. (Référence: Rapport spécial du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat(GIEC), p.3.) 2.2.2 La montée des eaux Si le climat se réchauffe, les glaces peuvent se mettre à fondre et alimenter ainsi l’océan en eau douce. Cependant la fonte de la banquise ne modiﬁerait en rien le niveau des mers car la glace occupe dans l’eau le même volume qu’elle aurait une fois fondue. Mais il n’en est pas de même pour les glaciers de montagne et les calottes polaires. Leur fonte alimente rivières et ﬂeuves, qui se déversent ensuite dans les océans. La fonte de la totalité des glaces stockées sur le continent antarctique élèverait le niveau des mers de 70 m, celle des glaces du Groenland de 7 m et celle des glaciers de montagne de 35 cm seulement. Mais nous sommes loin de craindre des scénarios aussi catastrophiques. Même si le réchauffement devait atteindre une dizaine de degrés aux hautes latitudes, le thermomètre resterait bien en deçà du seuil critique de tonte de la glace sur la majeure partie du continent antarctique. Cependant à long terme, d’ici quelques siècles, le risque d’une débâcle partielle de la calotte antarctique, en particulier la façade tournée vers l’Amérique, ne peut être complètement écarté. A cause d’un réchauffement persistant, les glaces pourraient se mettre à glisser sur le sol sous-jacent, présentant peu de reliefs pour les retenir, et déverser d’énormes icebergs dans les mers australes, causant une élévation de 5 m du niveau des mers. Mais la fonte des glaces n’est pas le seul processus en cause dans la montée des eaux, car il s’y ajoute l’expansion thermique des océans. En effet, la densité de l’eau de mer diminue lorsque la température augmente: donc à masse d’eau égale, le volume des océans augmente si le climat se réchauffe. A l’horizon de 2030, ce processus pourrait ajouter 7 à 15 cm à l’élévation due à la fonte des glaces, on aurait ainsi une augmentation de 10 à 30 cm du niveau des mers à l’échéance de 2030 13 et de 30 à 100 cm en 2100. Même si la concentration des gaz à effet de serre était stabilisée à une valeur constante, l’océan poursuivrait son lent réchauffement pendant encore de nombreuses années. On imagine facilement quelles conséquences aurait une montée des eaux de 1 m par siècle. Non seulement les régions gagnées sur la mer, comme les Pays-Bas, seraient menacées mais également toutes les régions basses comme les deltas de grands ﬂeuves: le Nil, le Niger ou le Gange, régions très peuplées en général puisque très fertiles. Une montée des eaux de 50 cm submergerait une surface importante du Bangladesh et obligerait des millions de personnes à délaisser les terres progressivement envahies par la mer. De nombreuses îles et atolls proches du niveau de la mer, sont également menacés. Le territoire des îles Maldives, par exemple, se situe à moins de 2 m au- dessus du niveau moyen de la mer. (Référence S. Joussaume, “Climat d’hier à demain”, p.122-124) 2.2.3 Les maladies L’évolution du climat pourrait entraîner une augmentation de la mortalité imputable à la chaleur, une augmentation des maladies tropicales à transmission vectorielle et des maladies liées à la qualité de l’eau, une augmentation de la pollution urbaine, ainsi qu’une baisse de la mortalité imputable au froid. L’évolution du climat constitue un risque important pour la santé, surtout dans les zones tropicales et subtropicales, zones très peuplées. La malaria ou paludisme se transmet par des moustiques qui ont besoin d’une température assez élevée pour se développer. Avec l’augmentation des températures, ils pourraient se propager et apporter avec eux la malaria dans des régions qui n’étaient pas exposées auparavant. Actuellement la moitié de la population mondiale est située dans les zones à risque, si la planète continuait à se réchauffer, ce taux passerait à 2/3 en 2050. Les maladies infectieuses telles la salmonellose ou le choléra pourraient également s’étendre en raison de l’élévation des températures favorisant le développement de bactéries dans l’eau et aussi en raison de la multiplication des inondations polluant les sources. Il est cependant difﬁcile de quantiﬁer les incidences de l’évolution du climat sur la santé, car l’importance des problèmes sanitaires liés à cette évolution dépendra d’autres facteurs: ﬂux migratoires, surtout dans les villes, salubrité des milieux urbains, amélioration de la nutrition, accès ‘à l’eau potable, amélioration de l’hygiène... La santé de la population est donc vulnérable aux changements climatiques surtout dans les milieux urbains où les conditions d’hygiène sont plus précaires, ainsi que dans les régions exposées aux maladies contagieuses et vectorielles. Finalement le nombre de personnes touchées par les maladies dépendra des moyens ﬁnanciers et techniques mis à disposition des pays en voie de développement pour assainir et gérer leurs ressources en eau. (Référence: Rapport spécial du Groupe d’experts Intergouvernemental sur lEvolution du Climat(GIEC), p.5.) 2.2.4 Le tourisme Le tourisme dans les Alpes et plus particulièrement en Suisse pourrait être fortement perturbé suite au réchauffement climatique. En hiver, l’altitude inférieure où l’enneigement est considéré comme assuré est actuellement de 14 1200 m. Cette limite pourrait s’élever à 1500 m dans les décennies à venir. Une telle éventualité condamnerait une multitude de petites stations de ski des Préalpes et du Jura, qui n’ont pas les moyens ﬁnanciers sufﬁsants pour assurer une saison entière (canons à neige, télécabines..). Alors que les stations de haute altitude pourraient continuer à bénéﬁcier de la neige et de l’afﬂux des touristes. Suite au recul des glaciers, diverses stations de ski d’été seraient également touchées. Le glacier des Diablerets perdrait par exemple plus de la moitié de sa surface, ce qui rendrait impossible toute implantation d’installations de remontée mécanique. La seule parade des stations face à de telles conséquences serait de diversiﬁer l’offre touristique (chemins de randonnées ou de promenade, activité ou sport d’été) et de ne pas baser leur recette exclusivement sur les sports de neige... 15

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