Changements Climatiques - Licence 2 - Université Assane Seck de Ziguinchor - 2019-2020 PDF

Université Assane Seck de Ziguinchor ******* UFR Sciences et Technologies ******* Département d’Agroforesterie CHANGEMENTS CLIMATIQUES LICENCE 2 Année universitaire 2019 - 2020 Dr Jose...

Université Assane Seck de Ziguinchor ******* UFR Sciences et Technologies ******* Département d’Agroforesterie CHANGEMENTS CLIMATIQUES LICENCE 2 Année universitaire 2019 - 2020 Dr Joseph Saturnin DIEME  Objectif général Permettre aux apprenants d’acquérir une compréhension globale des changements climatiques  Expliquer les concepts scientifiques fondamentaux sur les changements climatiques  Identifier les facteurs anthropiques conduisant aux changements climatiques  Décrire les principaux objectifs et dispositions de la CCNUCC et du Protocole de Kyoto  Identifier les organisations et organes principaux qui opèrent au titre de la CCNUCC et du Protocole de Kyoto  Identifier les principales réponses face aux changements climatiques 1. INTRODUCTION GENERALE Qu’est-ce que le climat ? Temps Climat « Ce qui se passe dans « Temps moyen l’atmosphère à sur une longue un moment période » donné » Source : Organisation météorologique mondiale  Le temps : est un état particulier propre à un espace et est à durée déterminée (jour, mois) comme par exemple une journée ensoleillée ou un mois pluvieux. En d’autres termes, le temps est concret et observable directement par l’homme grâce à des paramètres atmosphériques mesurables tels que : température, chaleur, humidité, pression atmosphérique, vents, précipitations, etc. Les valeurs de ces paramètres se combinent de diverses manières pour définir le temps qu’il fait.  Le climat peut être défini comme la combinaison des états de l'atmosphère (précipitation, température, ensoleillement, vent…) en un lieu donné et sur une période définie (mois, année, décennie…).  Le climat correspond à une synthèse des temps qu’il fait dans un lieu sur une longue période. Le climat se définit après une étude systématique de la totalité des types de temps (l’Organisation Mondiale de la Météorologie (OMM) préconise 30 ans pour les pluies et 15 ans pour les températures).  En règle générale le climat ne varie pas, ou assez peu, en un endroit donné du globe sur une durée de l’échelle du siècle. Mais sur des temps géologiques, le climat peut changer considérablement. Figure 1 : Variabilité interannuelle et évolution depuis 1880 de la température moyenne de surface planétaire (continents et océans) Données : NASA-GISS Land-Ocean Temperature Index 1880-90 (Hansen et al., 2006), Hadley Centre-MetOffice Crutem 3 -stations continentales seulement- (Brohan et al., 2006). Les températures représentées sont des écarts à la moyenne de référence 1951-80. En noir, les données du Goddard Institute for Space Studies (GISS) combinent les observations terrestres (températures de l’air) et marines (températures de surface de la mer) ; en gris, les données du Hadley Centre représentent les seules observations terrestres.  Evolution de la température à la surface (1901– 2012) 12 Source : GIEC 2013, p.6  L’augmentation de la température planétaire ainsi obtenue représente l’indice le plus évident du changement climatique en cours : la température globale moyenne a augmenté de près de 0,8°C en 120 ans, de façon un peu plus accusée sur terre que sur mer, et dans l’hémisphère nord que dans l’hémisphère sud.  Cette augmentation n’a été uniforme ni dans le temps, ni dans l’espace.  Le réchauffement s’est effectué en deux périodes, de 1910 à 1940 environ, puis à partir des années 70 jusqu’à aujourd’hui, séparées par trente années (1940-1970) de stabilité voire de légère diminution de la température.  Cette « pause » du réchauffement climatique, particulièrement marquée dans les hautes et moyennes latitudes de l’hémisphère nord, a sans doute contribué à retarder la prise de conscience du changement climatique.  Celui-ci est devenu très sensible surtout depuis les années 70, avec une tendance à l’augmentation de la température de l’ordre de 0,2°C/décennie ; il affecte plus fortement les surfaces continentales que les surfaces marines.  L’ampleur du réchauffement dans les années récentes est illustrée par la succession des années « record » : les années 2001, 2004, 2003, 2006, 2002, 1998, 2009, 2004, 2005 et 2010 sont ainsi dans l’ordre croissant de la température, les 10 années les plus chaudes enregistrées depuis 1880.  En somme le réchauffement climatique, correspond dans notre cas à l’augmentation des températures liées à l’activité industrielle et notamment à l’effet de serre Autrement dit c’est un réchauffement climatique dit «d’origine anthropique » (origine humaine). Il s’agit donc d’une forme de réchauffement climatique dont les causes ne sont pas naturelles mais économiques et industrielles.  La publication en 2007 du 4éme rapport du Groupe Intergouvernemental d’Experts sur le Climat (GIEC) et l’attribution quasi-simultanée du prix Nobel de la Paix à ce groupe dont la « mission est d’évaluer, sans parti pris et de façon méthodique, claire et objective, les informations d’ordre scientifique, technique et socio-économique qui nous sont nécessaires pour mieux comprendre les fondements scientifiques des risques liés au changement climatique d’origine humaine, cerner plus précisément les conséquences possibles de ce changement et envisager d’éventuelles stratégies d’adaptation et d’atténuation », semble marquer l’émergence d’un consensus mondial sur la nature et l’importance du risque représenté par le changement climatique.  HISTOIRE DE LA SCIENCE DU RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE Premières découvertes de l’effet de serre et définition du réchauffement climatique  Les premières suppositions sur l’effet de serre sont faites par le scientifique Jacques Fourier en 1824.  Plusieurs scientifiques après lui vont étudier et tenter de quantifier le phénomène, comme Claude Pouillet et John Tyndall.  Mais la première expérience de validation et de quantification précise de l’effet de serre est faite par le scientifique Svante Arrhenius à la fin du XIXème siècle. Premières découvertes de l’effet de serre et définition du réchauffement climatique  Dans les années 1890, il découvre qu’un air riche en gaz carbonique retient plus la chaleur des rayonnements solaires, ce qui conduit à une augmentation de la température de l’air.  Il en conclut que si l’on rejette dans l’atmosphère de grandes quantités de carbone (à cause des activités industrielles fonctionnant par la combustion du charbon), l’air va se charger en CO2 et retenir plus de chaleur. Premières découvertes de l’effet de serre et définition du réchauffement climatique  Les premières estimations de l’augmentation des températures faites par Arrhenius ou d’autres scientifiques de l’époque comme le géologue Thomas Chamberlin sont les suivantes : si l’on double la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, la température moyenne augmentera de 5 degrés.  En 1901, Gustaf Ekholm utilise pour la première fois le terme « effet de serre » pour décrire le phénomène.  Pendant plusieurs décennies ces découvertes ne sont pas prises au sérieux dans la communauté scientifique.  À l’époque beaucoup de spécialistes estiment que la nature pouvait s’auto-réguler et que l’impact de l’homme était minime.  Notamment, beaucoup de scientifiques pensaient que le surplus de CO2 serait de toute façon absorbé par l’océan, ce qui est vrai, mais pas totalement.  Toutefois, la thèse de la possibilité d’un réchauffement climatique lié aux gaz à effet de serre (dont le gaz carbonique) finit par être validée dans les années 1940 par Gilbert Plass.  À l’aide des technologies modernes, il prouve de façon définitive que la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère influe sur la capacité de l’air à retenir les rayons infrarouges et la chaleur.  Ce sont les premières définitions du réchauffement climatique. La prise de conscience du réchauffement climatique  Dans les années 60, plusieurs scientifiques vont montrer que les présomptions sur l’effet de serre s’avèrent en fait réelles.  Charles David Keeling prouve par exemple que la concentration de CO2 dans l’atmosphère augmente progressivement grâce à ses mesures près de Hawaï.  Roger Revelle prouva que le carbone dégagé par la combustion d’énergie fossiles n’était pas immédiatement absorbé par l’océan.  Les scientifiques commencent à se préoccuper de plus en plus du réchauffement climatique, et de ce fait, la société politique va commencer à prendre en compte ce problème.  En 1971 le premier Sommet de la Terre évoque pour la première fois dans une grande conférence internationale la définition du réchauffement climatique et ses conséquences.  En 1972, John Sawyer publie un rapport scientifique mettant en évidence de façon de plus en plus claire les liens entre le réchauffement climatique et l’effet de serre. Pendant encore plus d’une décennie, les preuves du réchauffement climatique s’accumulent dans la communauté scientifique au point qu’au milieu des années 1980, les 7 plus grandes puissances économiques mondiales (le G7) demandent à l’ONU de créer un groupe d’experts chargés d’étudier la question.  C’est la première fois qu’il y a une vraie prise en compte et une vraie définition du réchauffement climatique comme problème public par les institutions internationales. Les premiers rapports du GIEC sur le réchauffement climatique  Le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) est créé en 1988 avec pour objectif d’étudier l’évolution du phénomène de réchauffement climatique et ses conséquences.  Il rassemble des centaines de scientifiques, climatologues, géologues, océanographes, biologistes, mais aussi des économistes, sociologues, ou ingénieurs et d’autres spécialistes de divers domaines afin d’avoir une vision globale de ce phénomène.  Le GIEC est structuré en trois groupes de travail:  le premier afin d’étudier le changement climatique en tant que phénomène : le processus, son ampleur ;  le second spécialisé sur les conséquences du réchauffement climatique, la vulnérabilité des écosystèmes et des sociétés et l’adaptation au réchauffement climatique ; le dernier groupe est chargé d’étudier la question de la lutte contre le réchauffement climatique.  Le GIEC rend son premier rapport en 1990, puis plusieurs autres périodiquement.  Dans ces rapports, la communauté scientifique du GIEC analyse les causes du réchauffement climatique, et son impact sur l’écosystème et sur la société, en élaborant des modèles prédictifs.  À partir de ces modèles et de ces prévisions, les pouvoirs publics et les entreprises peuvent mettre en place des stratégies pour lutter contre le réchauffement climatique ou pour mieux s’y adapter. 1824 Débat sur le fait que la température de la Terre peut augmenter en cas de modification de l’atmosphère 1861 Observation du fait que le CO2 et le H2O peuvent provoquer des changements climatiques 1895 Première hypothèse d’un effet de serre anthropique 1938 Preuve que la multiplication par deux de la concentration de CO2 dans l’atmosphère implique une hausse de la température moyenne mondiale de 2°C Années 1950 Début des recherches interdisciplinaires sur le cycle du carbone 1958 Mesures de haute précision des concentrations de CO2 dans l’atmosphère Années 1970 Découverte d’autres gaz à effet de serre 1979 Première Conférence mondiale sur le climat à Genève 1988 Formation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) 1990 Premier Rapport du GIEC EFFET DE SERRE Définition : L'effet de serre est un phénomène naturel d'accumulation, dans l'atmosphère, de gaz (surtout de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone) qui emprisonnent la chaleur provenant des rayons solaires et réfléchis par la surface terrestre.  Cette chaleur reste ainsi dans les basses couches atmosphériques, condition essentielle à la survie des écosystèmes.   Principe de l’effet de serre  Le soleil émet de l’énergie.  La plus grande partie de cette énergie traverse directement l'atmosphère pour réchauffer la surface de la terre.  La terre en absorbe environ la moitié et réfléchit le reste sous forme d'infrarouges vers l'espace.  Puis cette énergie est en grande partie absorbée par les gaz à effet de serre (naturellement présents dans l'atmosphère).  Les gaz à effet de serre permettent de conserver une partie de la chaleur et empêche que toute la chaleur ne retourne dans l'espace.  Sans ces gaz à effet de serre, notre planète serait froide et morte (la température moyenne de la terre serait de -18°C au lieu de 15°C).  Mais si la concentration des gaz à effet de serre est trop élevée, ce fonctionnement est perturbé, la chaleur ne peut plus du tout retourner dans l'espace, et reste entièrement sur terre et la planète se réchauffe. Qu’est-ce que l’effet de serre ? Source : GIEC 2007. Pour plus d’informations : site de l’OMM 2. LES CAUSES DU CHANGEMENT CLIMATIQUE  Le réchauffement du système climatique est aujourd’hui sans équivoque.  La température mondiale a augmenté de 0,8°C en moyenne depuis 1870 et la dernière décennie a été la plus chaude jamais enregistrée.  Certes, le climat de la terre a toujours changé, mais les facteurs naturels ne permettent pas d’expliquer l’ampleur, la rapidité et les caractéristiques des changements climatiques actuels de la planète.  D’après le 4e rapport du GIEC (2007), les activités humaines et leurs émissions de GES dans l’atmosphère sont très probablement la cause principale du changement climatique observé.  L'émission massive de certains gaz dans l'air, en particulier le gaz carbonique (CO2) provenant des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel), accentue l'effet de serre naturel de l'atmosphère terrestre, en retenant davantage les rayons du soleil qui y pénètrent. Gaz à effet de serre réglementés par le Protocole de Kyoto Gaz à effet de serre Potentiel de réchauffement % Total des émissions global (PRG) (sur 100 ans) anthropiques de GES (2010) Dioxyde de carbone(CO2) 1 76% Méthane (CH4) 25 16% Oxyde nitreux (N2O) 298 6% Hydrofluorocarbones (HFC) 124 -14 800 < 2% Hydrocarbures perfluorés 7 390-12 200 < 2% (PFC) Hexafluorure de soufre (SF6) 22 800 < 2% Trifluorure d'azote (NF3) 17 200 < 2% Source : Reproduction du GIEC 2007 et du PNUE 2012  Il existe de nombreux gaz à effet de serre, pouvant être classés en deux catégories :  les gaz à effet de serre qui existent naturellement dans l’atmosphère et qui sont également produits par l’activité humaine, tels que la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O) et l’ozone (O3) ;  les gaz à effet de serre créés exclusivement par l’activité humaine, incluant les principaux gaz fluorés, à savoir les chlorofluorocarbures (CFC), le tétrafluorométhane (CF4) et l'hexafluorure de soufre (SF6). GAZ À EFFET DE SERRE NATUREL  Le principal gaz à effet de serre est la vapeur d’eau (H2O).  L’eau, sous forme de vapeur ou de nuages, y joue un rôle essentiel. Connus sous le nom de «gaz à effet de serre », ces gaz absorbent l'énergie thermique infrarouge transmise par la Terre, ce qui a pour effet de réchauffer la température planétaire moyenne Contribution à l’effet de serre naturel de l'air en surface. GAZ À EFFET DE SERRE ADDITIONNEL  La communauté scientifique internationale a conclu que les activités humaines, en particulier celles relatives à la consommation d'énergie et à la déforestation, augmentent la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.  Les chiffres précédents indiquaient la contribution à l’effet de serre “total”, qui permet de réchauffer la Terre de -18 °C à +15 °C, soit un effet de +33 °C, qui a abouti au bout de millions d’années à l’équilibre global que nous connaissons.  Mais désormais, c’est l’effet de serre “additionnel”, d’origine humaine (ou anthropique), qui se rajoute à l’effet naturel.  Il est bien inférieur à l’effet de serre naturel, mais ici, tout rajout va augmenter directement la température globale.  Et même s’il ne représentait que 10 % en plus, cela ferait plus de 3°C sur la planète, ce qui aurait en fait des conséquences très importantes. Au niveau des émissions d’origine humaine, les principaux gaz à effet de serre sont : le dioxyde de carbone (CO2), pour 56 %, venant de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel), de la déforestation, de l'incinération d'ordures solides (bois et sous- produits du bois) et aussi à la suite d'autres réactions chimiques (par ex., la fabrication de ciment).  LE DIOXYDE DE CARBONE (CO2)  Principal gaz à effet de serre (représente environ 64% du forçage radiatif total des GES)  La moitié du CO2 émis par les activités humaines est absorbée par la biosphère et les océans  Le reste demeure dans l’atmosphère pendant des centaines, voire des milliers d’années Source : OMM 2013 Concentration de CO2 dans l’atmosphère et taux de croissance annuels Depuis 1750, la concentration de CO2 dans l’atmosphère a augmenté de 40%. Source : OMM 2013 Le Méthane (CH4), pour 16 %, est émis pendant la production et le transport du charbon, du gaz naturel et du pétrole. Les émissions de méthane proviennent aussi de certaines pratiques agricoles répandues, du bétail, et de la combustion ou de la décomposition de matières organiques lors de l’enfouissement des déchets.  LE MÉTHANE (CH4)  Deuxième GES principal (contribue à environ 18% du forçage radiatif total provoqué par les GESp)  Environ 40% du méthane sont rejetés dans l’atmosphère par des sources naturelles  Environ 60% proviennent d’activités humaines  Demeure dans l’atmosphère une douzaine d’années Source : GIEC 2007 et OMM 2013 Concentration de CH4 dans l’atmosphère et taux de croissance annuels Depuis 1750, la concentration de CH4 dans l’atmosphère a augmenté de 150% Source : OMM 2013  L’OXYDE NITREUX (N2O)  Troisième GES principal (contribue à environ 6 % du forçage radiatif total provoqué par les GES)  Reste dans l’atmosphère pendant environ 114 ans  Les émissions de N2O proviennent de sources naturelles (environ 60%) et anthropiques (environ 40%) Source : GIEC 2007 et OMM 2013  Protoxyde d'Azote (N2O)  Pour 6 %, émis lors d’activités agricoles (engrais) et industrielles, aussi bien que lors de la combustion fossile et de l'incinération d'ordures solides. Concentration de N2O dans l’atmosphère et taux de croissance annuels Depuis 1750, la concentration de N2O dans l’atmosphère a augmenté de 20%. Source : OMM 2013  Toute émission de GES vient donc s’ajouter au stock, et concourt à déséquilibrer le climat.  Une stabilisation du climat ne pourra être garantie que si les émissions mondiales ne dépassent pas ce que la terre peut recycler naturellement, à savoir 11 milliards de tonnes de CO2 par an environ.  Réparti équitablement entre au moins 6 milliards de personnes, ce chiffre autorise chaque habitant de la planète à émettre 1,8 tonne de CO2 par an.  Les gaz à effet de serre additionnel (suite) Aujourd’hui, un humain rejette en moyenne 4,4 tonnes de CO2 par an. En France, un français émettait environ 5,7 tonnes de co2/an en 2008 : il est donc nécessaire de diviser au minimum par quatre les émissions. En considérant une population mondiale augmentant à 9 milliards de personnes en 2050, la diminution nécessaire des émissions par rapport à 1990 approche alors de 80 à 90%. 57 58  Gaz à effet de serre indirect Plusieurs gaz chimiquement réactifs, notamment les oxydes d’azote réactifs (NOx), le monoxyde de carbone (CO) et les composés organiques volatils (COV) jouent également le rôle de gaz à effet de serre indirect en raison de l’influence qu’ils exercent non seulement sur la production d’ozone, mais aussi sur la destruction du CH4 et d’autres gaz à effet de serre. 59  Le monoxyde de carbone est un gaz à effet de serre indirect qui s’oxyde progressivement en CO2. Le CO entraîne une augmentation de l’ozone troposphérique en combinaison avec le N2O et les COV. Le CO influe également sur le pouvoir d'oxydation de l'atmosphère terrestre et contribue de ce fait à augmenter les concentrations de méthane et d'oxydes nitreux. 60 DESTRUCTION DE LA COUCHE D'OZONE STRATOSPHÉRIQUE 61  L’OZONE (O3) On constate un double phénomène pour l’ozone : une accumulation d’ozone dans la troposphère au-dessus des régions industrielles, en raison de la grande quantité produite par l’activité industrielle humaine ; une destruction de l’ozone dans la stratosphère au-dessus des pôles, en raison des CFC accumulés par l’utilisation passée. En raison de l’activité humaine, la concentration de tous ces gaz à effet de serre augmente notablement depuis 1800. Conséquences de l’effet de serre du aux CFC sur la couche d’ozone  Dès 1976, l’Académie des sciences américaine conclut à une possibilité crédible d’une diminution de l’ozone causée par les CFC.  Ce qui soulève la controverse entre deux écoles: L’une estime que cette diminution aurait pour origine des effets dynamiques naturels de la stratosphère. L’autre suggère que son origine se trouve dans l’augmentation des chlorofluorocarbures (CFC) et autres chlorines émis par l’homme. C’est à la seconde que l’histoire donnera raison car la relation ozone/chlorine  Une fois arrivées dans la stratosphère, ces molécules, sous l'effet des rayons UV-C, libèrent du chlore (CFC, 1,1,1-trichloroéthane et tétrachlorométhane) ou du brome (halons et bromométhane) qui, à leur tour, décomposent l'ozone (O3). Le chlore et le brome activent tous les deux les réactions de destruction de l'ozone sans être eux-mêmes modifiés ou détruits. Ils jouent un rôle de catalyseur 64 Un processus de formation complexe : l'ozone est un polluant secondaire Le processus de production d'ozone troposphérique fait en premier lieu intervenir des précurseurs, dont les plus importants sont les oxydes d'azote : monoxyde et dioxyde d'azote, respectivement NO et NO2, polluants primaires. Un processus de formation complexe : l'ozone est un polluant secondaire Ces molécules résultent de la combinaison de l'oxygène et de l'azote, éléments très répandus dans la troposphère à l'état naturel, combinaison qui se produit le plus souvent dans le cadre de phénomènes de combustion à haute température en présence d'un excès d'oxygène. Ce type de combustion peut apparaître dans le cadre de phénomènes naturels (orages, en raison de la très forte température qui règne au voisinage des éclairs, incendies de forêts…) ou résulter d'activités humaines (combustions, en particulier durant le fonctionnement de moteurs ou de dispositifs de chauffage, agriculture…). Réactions avec des composés azotés L'ozone oxyde le monoxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2) : NO + O3 → NO2 + O2 Le dioxyde d'azote (NO2) peut à son tour être oxydé en nitrate (NO3) : NO2 + O3 → NO3 + O2 L'ozone peut oxyder l'ammoniac (NH3) en nitrate d'ammonium (NH4NO3) : 2 NH3 + 4 O3 → NH4NO3 + 4 O2 + H2O  L’importance des NOx dans le bilan radiatif tient au fait que l’accroissement de leur concentration a des répercussions sur plusieurs gaz à effet de serre et peut par exemple entraîner une diminution du méthane et des HFC et une augmentation de l’ozone troposphérique. Les dépôts des produits de réaction des NOx fertilisent la biosphère et font baisser la concentration de CO2 dans l’atmosphère par accroissement de la biomasse. 68  La couche d'ozone agit comme un filtre naturel qui protège toutes les formes de vie de l'effet nocif des rayons ultraviolets (UV) émis par le soleil. L'ozone se forme dans l'atmosphère lorsque les rayons solaires frappent des molécules d'oxygène (O2) et les scindent en deux atomes. Si un des atomes ainsi libérés rencontre une molécule d'oxygène (O2), il se joint à elle et forme de l'ozone (O3). 69  L'ozone se dissocie naturellement dans l'atmosphère au contact des rayons solaires et sous l'effet d'une réaction chimique engageant diverses substances qui contiennent de l'azote, de l'hydrogène et du chlore. Dans une atmosphère non polluée, il s'établit un équilibre dynamique entre la production d'ozone et la destruction d'ozone. En conséquence, la concentration totale d'ozone dans la stratosphère demeure relativement constante. 70  Processus naturel de formation et de destruction de l'ozone stratosphérique Réaction O2 + hν → 2 O O2 + O → O 3 O3 + hv → O + O2 O3 + O → 2 O2 O + O → O2 71 L'OZONE est un oxydant très puissant, plus puissant que l'oxygène ou le chlore. Étant très instable, il se dégrade en O2 assez rapidement : 2 O3 → 3 O2 Réactions avec les métaux En présence d'humidité, l'ozone oxyde tous les métaux à l’exception de l'or, du platine et de l'iridium4. Ci-dessous, l'oxydation du cuivre par exemple : 2 Cu+ + 2 H3O+ + O3 → 2 Cu2+ + 3 H2O + O2 Réactions avec des composés carbonés L'ozone réagit avec le carbone pour former du dioxyde de carbone : C + 2 O3 → CO2 + 2 O2 Réactions avec les composés soufrés L'ozone oxyde les sulfures (S2-) en sulfates (SO42-). Exemple avec le sulfure de plomb(II) : PbS + 4 O3 → PbSO4 + 4 O2 L'acide sulfurique (H2SO4) peut être produit avec de l'ozone, de l'eau et du soufre ou du dioxyde de soufre : S + H2O + O3 → H2SO4 ou 3 SO2 + 3 H2O + O3 → 3 H2SO4 En phase gazeuse, l'ozone réagit avec le sulfure d'hydrogène pour former du dioxyde de soufre : H2S + O3 → SO2 + H2O En solution aqueuse, deux réactions simultanées se produisent. La première produit du soufre, la deuxième produit de l'acide sulfurique : H2S + O3 → S + O2 + H2O et 3 H2S + 4 O3 → 3 H2SO410  Principaux polluants Les substances appauvrissant la couche d'ozone contiennent diverses combinaisons d'éléments chimiques, à savoir le chlore, le fluor, le brome, le carbone et l'hydrogène, et sont souvent décrites par un terme général, les halocarbures. Les composés qui ne contiennent que du chlore, du fluor et du carbone sont appelés chlorofluorocarbures, ou CFC et sont considérées comme les principaux responsables de la destruction de la couche d'ozone. 75  Principaux polluants En dehors des CFC, il existe d'autres halocarbures comme les :  Bromochlorométhane (BCM)  Tétrachlorure de carbone  Hydrobromofluorocarbures (HBFC)  Hydrochlorofluorocarbures (HCFC)  Bromure de méthyle  Méthylchloroforme  Halons 76  Principaux polluants Les CFC sont utilisés dans différents secteurs comme la réfrigération, la climatisation, le gonflement de mousses, le nettoyage de composants électroniques, et enfin comme solvants. Les émissions de CFC représentent environ 80% de l'amincissement total de l'ozone stratosphérique. Heureusement, le monde développé a éliminé l'utilisation des CFC en réponse aux accords internationaux pour protéger la couche d'ozone. 77  Principaux polluants Cependant, parce que les CFCs restent dans l'atmosphère tellement longtemps, la couche d'ozone ne se réparera pas entièrement avant au moins le milieu du 21ème siècle. En ce qui concerne les autres substances, on notera en particulier les systèmes d'extinction d'incendie qui contiennent des halons et les fumigants et pesticides qui contiennent du bromure de méthyle. 78  Principaux polluants D'autres facteurs influencent la concentration d'ozone :  Les explosions volcaniques qui larguent des quantités importantes d'aérosols ainsi qu'un peu de chlore dans la stratosphère inférieure.  Les vents stratosphériques tropicaux. qui déplacent l'ozone sans le détruire. La perte d'ozone à une latitude est compensée par le gain à une autre, les effets s'annulant à l'échelle de la planète. 79  Effet sur le réchauffement planétaire 23000 fois plus élevé que le dioxyde de carbone  Demeurent dans l’atmosphère plus de 50000 ans  Trois groupes principaux : les hydrofluorocarbones (HFC), les hydrocarbures perfluorés (PFC) et l’hexafluorure de soufre (SF6) Source : GIEC 2007. Pour plus d’informations : EPA, CE Origine des émissions de CFC GAZ À EFFET DE SERRE RÉGLEMENTÉS PAR LE PROTOCOLE DE MONTRÉAL  Le Protocole de Montréal vise à supprimer progressivement les substances qui appauvrissent la couche d’ozone  Les substances réglementées par le Protocole de Montréal sont aussi de puissants gaz à effet de serre  Par exemple, les chlorofluorocarbones (CFC) contribuent ensemble à environ 12% du forçage radiatif total des GESp Source : EPA Source : GIEC 2007 et OMM 2013. Pour plus d’informations : site NOAA  La Convention de Vienne sur la protection de la couche d’ozone, adoptée le 22 mars 1985, a reconnu la nécessité d’accroître la coopération internationale en vue de limiter les risques que les activités humaines pouvaient faire courir à la couche d’ozone.  Cette convention ne contient aucun dispositif contraignant, mais prévoit que des protocoles spécifiques pourront lui être annexés.  Ensuite le “Protocole relatif aux substances qui appauvrissent la couche d’ozone” dit Protocole de Montréal est signé le 16 septembre 1987 par 24 pays.  Complétant la convention de Vienne, il a pour objectif de réduire et à terme d’éliminer complètement les substances qui détruisent la couche  En 2009, 196 pays étaient signataires du Protocole de Montréal et l’utilisation des CFC a été définitivement supprimée à la même année.  Il reste à supprimer les hydro-chloro-fluoro-carbures ou HCFC vingt ans après.  Les effets sur les émissions de gaz destructeurs de la couche d’ozone ont été rapides et drastiques. Plus de vingt ans après la convention de Vienne, force est de constater la réussite de la mobilisation : le trou de la couche d’ozone a cessé son accroissement spectaculaire vers 1995. Concentration dans l’atmosphère de SF6 et d’hydrocarbures halogénés Source : OMM 2013 CONTRIBUTION DES DIFFÉRENTS SECTEURS AUX ÉMISSIONS MONDIALES DE GAZ À EFFET DE SERRE D’ORIGINE HUMAINE Les principaux secteurs émetteurs au niveau mondial de gaz à effet de serre sont donc : Énergie (26%), Industrie (19%), foresterie (17%), Agriculture (14%) et Transports (13%).   Secteur énergie Dans ce secteur, il a été identifié, selon le guide révisé de IPCC de 1996, l’émission de 7 gaz provenant de la combustion des combustibles (CO2, CH4, N2O, CO, NOx et NMVOCs. SO2 en option). Les émissions par les combustibles fossiles dépendent principalement de la teneur en carbone des combustibles. CH4 et N2O sont générés en petites quantités à partir d’une combustion incomplète.   Secteur procédés industriels C’est les procédés physico-chimiques non liés à la production d’energie et conduisant à la transformation de matériaux bruts qui sont à l’origine de l’émission de GES dans les activités de production (réaction de décomposition).  production Ciment  production chaux  production de soude  production d’ammoniac  Fer et acier  Aluminum, etc Secteur agriculture Dans ce secteur, seuls les Gaz autres que le CO2 (CH4, N2O, CO, NOx, NMVOC), issus du brûlage des résidus de récolte sont comptabilisés à cause de la photosynthèse Idem pour brûlage savane  Gaz à effet de serre émis en agriculture Secteur/source catégorie CO2 CH4 NO2 CO NOX NMVOC SO2 Fermentation X entérique Gestion Fumier X X Sols agricoles X1 X Brûlage résidus X2 X X X X X X3 Agricoles Brûlage dirigé X2 X X X X X X3 des savanes Riziculture X X1: pas de méthode par défaut; X2: pas comptabilisé; X3: émis mais pas considéré   Secteur de la foresterie La grande dépendance des populations vis à vis des formations ligneuses pour le bois de chauffe et le charbon de bois et la conversion des forêts en terres de culture sont autant de facteurs d’augmentation de la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.   Secteur des déchets  Selon le nouveau guide de IPCC (International Panel of Climate Change) disponible depuis Octobre 2006, dans beaucoup de pays, les déchets représentent 5 % des EGES.  Le CO2 provenant du brûlage des déchets n’est pas comptabilise, ni celui utilisé pour de l’énergie.  La production de méthane est très hétérogène: le traitement aérobie des déchets produit du compost et pas de méthane.  Le traitement des eaux usées produit du méthane qui peut être utilisé.  Si la profondeur du lagunage est inférieure à un mètre la production de méthane n’est pas sigificative.  Pour évaluer la quantité de GES émis, tout est ramené en équivalent CO2 Par exemple en fonction du pouvoir radiatif de chaque gaz on a: 1 unité de CH4 = 23 unités de CO2 1unité de N2O = 296 unités de CO2 1 unité HFC 23 = 12 000 unités de CO2 1 unité Hexafluorure de Soufre F6S = 22 200 unités de CO2 3. LES CONSÉQUENCES DU CHANGEMENT CLIMATIQUE  Anomalies observées des températures en surface (1850-2012) Anomalies observées de températures moyennes en surface, combinant les terres émergées et les océans Au cours des trois dernières décennies, la température à la surface du globe a régulièrement augmenté, comme jamais cela n’avait été le cas depuis 1850. Source : GIEC 2013, p.6 Changements observés concernant les précipitations annuelles sur les terres émergées Source : GIEC 2013, p.8 Réchauffement observé des oceans (1950-2010) Plus de 60 % de la hausse énergétique nette au sein du système climatique est emmagasinée dans la couche supérieure de l’océan (période 1971-2010). Source : GIEC 2013, p.10 Acidification observée des océans Source : GIEC 2013, p.10 Elévation observée du niveau des mers (de 1900 à 2010) Entre 1901 et 2010, le niveau moyen des mers à l’échelle mondiale a augmenté de 0,19 m. Source : GIEC 2013, p.10 Observation du recul des glaces dans les mers de l’Arctique (1900-2010) Source : GIEC 2013, p.10 Zoom : Les changements climatiques sont-ils responsable des phénomènes météorologiques extrêmes ? Nombre de phénomènes Source : PNUE 2009, p.12. Année Pour plus d’informations : Site de l’OMM A- Conséquences globales sur l’environnement Les modifications de l'environnement physique ou des biotopes dues à des changements climatiques exercent des effets nocifs sur la composition, la résistance ou la productivité des écosystèmes naturels et aménagés, sur le fonctionnement des systèmes socio- économiques ou sur la santé et le bien-être de l'homme. 106  A- Conséquences globales sur l’environnement (suite)  Les systèmes naturels et humains sont vulnérables à l'évolution du climat en raison de leur capacité d'adaptation limitée.  Cette vulnérabilité varie selon l'emplacement géographique, le moment considéré et les conditions sociales, économiques et environnementales.  Certains phénomènes météorologiques extrêmes devraient augmenter en fréquence et/ou en intensité en raison du réchauffement climatique, ainsi que leurs incidences: pertes en vies humaines, souffrances et dommages matériels. 107  L'homme devra s'adapter et faire face aux conséquences liées aux changements climatiques qu'on ne peut éviter.  On peut s'attendre à des pertes économiques, surtout dans les régions les plus pauvres.  L'ampleur de ces pertes sera fonction de celle du réchauffement.  Les changements climatiques prévus devraient avoir des effets tantôt bénéfiques, tantôt néfastes sur les ressources aquatiques, l'agriculture, les écosystèmes naturels et la santé. 108 Cependant, plus ces changements climatiques seront importants, plus les effets devraient être néfastes. Les populations humaines devraient être confrontées à: o plus d'inondations; o plus de vagues de chaleur; o moins de périodes de froid; o une portée géographique de maladies infectieuses accrue. La vulnérabilité des populations humaines et des systèmes naturels aux changements climatiques varie considérablement selon les régions et les groupes de population au sein de ces régions. 109 Les changements climatiques a une incidence sur les : Biodiversité, stockage du carbone, Écosystèmes habitats naturels … Activités humaines Agriculture, eau douce, santé … Transports, infrastructures, styles de vie Activités urbaines … Energies, productions, industries des Systèmes économiques matières premières … Systèmes sociaux Egalité, migration, paix et conflits …  B- Prévisions de changements climatiques à l'avenir Pour prévoir l'évolution future du climat, plusieurs scénarios d'émission de gaz à effet de serre ont été élaborés et intégrés dans des modèles climatiques. Sans évolution significative particulière, les chercheurs prévoient pour le siècle prochain : Une hausse de la température moyenne mondiale comprise entre 1,4 et 5,8°C. Une nouvelle réduction de la nappe glaciaire de l'hémisphère Nord tandis que celle de l'Antarctique devrait augmenter. Une élévation du niveau de la mer comprise entre 9 et 88 cm. Evolution de la température à la surface (1901–2012) Source : GIEC 2013, p.6 Instruments pour prévoir et projeter les changements de climat Prévision climatique Une prévision climatique a pour objectif de fournir une estimation du climat dans le futur à partir de l’évolution actuelle. Scénarios d’émissions Les scénarios d’émissions décrivent les rejets futurs dans l’atmosphère des gaz à effet de serre, des aérosols et autres polluants ; en se fondant sur les informations relatives à l’utilisation des terres et la couverture des sols, ils fournissent des données pour les modèles de climat. Modèle de climat Représentation numérique qui explique certaines des propriétés connues du système climatique, en se fondant sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques de ses composants, sur leurs interactions et leurs processus rétroactifs. Projection climatique Généralement établie après utilisation de modèles de climat, une projection climatique est la réponse simulée du système climatique au scénario d’émissions futures ou de concentration des gaz à effet de serre et des aérosols. Source : GIEC 2013 et site du GIEC. Pour plus d’informations : site de l’OMM Changement projeté de la température moyenne à la surface Période : entre 1986-2005 et 2081-2100 Scénario RCP 2,6 Scénario RCP 8,5 Source : GIEC 2013, p.22 Changement projeté de la température moyenne à la surface Source : GIEC 2013, p.21 Le changement de température à la surface du globe d’ici la fin du XXIe siècle devrait atteindre les 4°C si aucune mesure n’est prise. Changement projeté concernant les précipitations moyennes Période : entre 1986-2005 et 2081-2100 Scenario RCP 2.6 Scenario RCP 8.5 Source : GIEC 2013, p.22 Changement projeté du pH de la surface des océans Périodes : entre 1986-2005 et 2081-2100 Scenario RCP 2.6 Scenario RCP 8.5 Source : GIEC 2013, p,22 Elévation projetée du niveau des mers L’élévation moyenne du niveau des mers va continuer à s’intensifier au long du XXIe siècle. Source : GIEC 2013, p.26 Etendue de la banquise dans l’hémisphère Nord en septembre Moyennes pour 2081-2100 Scénario RCP 2,6 Scénario RCP 8,5 Source : GIEC 2013, p.22 Effets projetés des changements climatiques en Afrique Source : PNUE 2009, p.32 Effets projetés des changements climatiques en Asie Source : PNUE 2009, p.34 Effets projetés des changements climatiques en Amérique latine Source : PNUE 2009, p.37  Effets projetés des changements climatiques sur les petites îles  L’élévation du niveau des  Ressources en eau mers accroît les douce diminuées inondations, la violence des orages et autres  Invasion d’espèces dangers côtiers allogènes  Conséquences sur la sûreté alimentaire et économique Source : PNUE 2006, p.185 Réchauffement planétaire d’ici 2100 et au-delà : une fonction des émissions de CO2 cumulés Pour limiter les changements climatiques, il est nécessaire de réduire de manière substantielle et durable les émissions de gaz à effet de serre. Partie 4 : Evolutions projetées et conséquences 124 Source : GIEC 2013, p.28 des changements climatiques 4. CHANGEMENT CLIMATIQUE ET FORESTERIE LES FORÊTS, MOYEN DE LUTTE CONTRE LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES  Dans le contexte de changement climatique, on s’attend à des changements dans la productivité, la composition et la structure forestière (distribution des classes d’âge, répartition spatiale).  Toutefois, la forêt, grâce à ses aptitudes à séquestrer le CO2 et donc à réduire sa concentration dans l’atmosphère, contribue fortement à l’atténuation des conséquences des changements climatiques d’où la nécessité de sa préservation par l’application de mesures d’adaptation.  L’adaptation et l’atténuation sont les deux réponses principales au changement climatique.  Les forêts, par la séquestration biologique du carbone, contribuent à la lutte contre le changement climatique.  Elles permettent notamment d’alléger la contrainte de réduction d’émissions de gaz à effet de serre en pesant sur les secteurs: ode l’énergie, ode l’industrie oet des transports  La biomasse et les sols des forêts contiennent à peu près la moitié de la totalité de carbone des écosystèmes terrestres.  Les forêts séquestrent actuellement un peu plus du quart des émissions anthropogéniques totales, ce qui constitue un important service écosystème dans le contexte du changement climatique.  Toutefois, elles sont caractérisées par des phénomènes de saturation (surface forestière finie et capacités de stockage par ha limitées) et de non permanence du fait des aléas naturels (incendies, maladies…) Plusieurs actions d’atténuation au changement climatique peuvent être cependant mises en œuvre à court terme à travers les forêts:  réduction d’émissions de carbone avec l’utilisation des produits bois comme substitution (bois matériau, bois énergie);  maintien du couvert forestier existant ou ralentissement du taux de déforestation (protection des stocks existants);  extension de la surface forestière (boisements);  augmentation de la densité des peuplements (accroissement des stocks existants). Ces différentes options d’atténuation peuvent être sélectionnées selon différents critères tels que:  la contribution à l’augmentation des stocks forestiers de carbone dans le temps, niveau de résilience et permanence ;  la compatibilité avec d’autres objectifs d’utilisation des terres ;  les coûts économiques ;  les impacts sur l’environnement en dehors de l’atténuation des changements climatiques ;  impacts socio-culturels.  IMPACTS DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES SUR LES FORÊTS Parmi les impacts les plus visibles, on a les changements dans la fréquence et la sévérité des perturbations : o incendies de forêt, osécheresses, otempêtes violentes, o infestations d’insectes nuisibles o et éclosions de maladies. Par exemple, on a les taux inégalés d’incendies dans la forêt boréale de l’Ouest liés, du moins en partie, aux récents changements climatiques.  1- Impact à travers les conditions météorologiques et climatiques extrêmes Une des conséquences du changement climatique sera l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des conditions météorologiques et climatiques extrêmes notamment: les périodes de sécheresse. les tempêtes de vent;  les inondations;  et les précipitations; Ces modifications ont d’importantes conséquences sur les forêts, mais plus particulièrement dans les régions ou le niveau d’humidité est déjà faible.  2- Incendies de forêt Les changements climatiques feront augmenter les incendies de forêt. Toutefois, il y a une grande variation de la hausse prévue des incendies selon les régions. Le taux d’augmentation des incendies de forêts sera plus faible dans les parties les plus humides et plus élevé dans les parties les plus sèches.  3- perturbations causées par les Insectes et maladies  Les insectes et les maladies sont d’importants agents de changement ou de renouvellement des forêts. Ils peuvent aussi être très destructeurs.  Pour l’ensemble des insectes et des maladies, les changements climatiques se traduiront presque certainement par des infestations plus fréquentes, plus étendues, plus intenses; plus durables, et leur potentiel de nuisance pour les arbres-hôtes est très significatif.  Et ce, d’autant plus que ces arbres pourraient déjà être stressés par des régimes climatiques altérés.  4- Impact sur la productivité forestière  L’incidence nette des changements climatiques sur la productivité variera d’un endroit à l’autre et dans le temps.  La température, l’humidité, la disponibilité des nutriments et les concentrations de CO2 dans l’atmosphère affectent les taux de photosynthèse et de respiration, la phénologie, la reproduction, la croissance et la mortalité.  Ces quatre facteurs devraient tous évoluer avec les changements du climat.  La productivité diminuera probablement dans les régions où les terres sont déjà relativement sèches ou qui le deviendront. 4- Impact sur la productivité forestière (suite)  Elle augmentera dans les régions du Nord où les températures sont actuellement limitantes (en supposant que l’humidité et les nutriments n’y soient pas des facteurs limitants).  Les arbres qui sont issus d’espèces qui se sont adaptés au climat historique de la région pourraient présenter une productivité réduite sous le nouveau climat.  Pour pallier à cette situation, on pourrait penser à redistribuer les génotypes par un transfert de semences afin qu’ils correspondent mieux au climat prévu pour l’avenir dans un endroit donné.  5- Impact sur la composition et la structure des écosystèmes forestiers  Les changements climatiques provoquent des changements dans la composition et la structure forestière (répartition des espèces et la distribution des classes d’âge).  Ces changements seront dictés par plusieurs processus, notamment:  la physiologie;  la compétitivité relative des plantes indigènes dans une région donnée;  l’introduction de nouvelles espèces,  5- Impact sur la composition et la structure des écosystèmes forestiers  les différences dans la capacité d’acclimatation, d’adaptation ou de migration des diverses espèces;  et la modification des régimes de perturbation sur le plan spatial et temporel. On assistera à un rajeunissement des forêts et à une augmentation de la présence des espèces de début de succession.  5- Impact sur la composition, et la structure des écosystèmes forestiers (suite) Toutefois, le mouvement des espèces accusera un retard par rapport à la vitesse de déplacement des niches climatiques. Quatre raisons principales expliquent le fait que les substitutions d’essences ne suivront pas le rythme des changements dans les niches climatiques : le rythme de migration des espèces est généralement bien plus lent que celui de développement des zones climatiques qui leur sont favorables; même si de nouvelles espèces peuvent être favorisées par un nouveau climat dans un lieu donné, leur établissement y sera retardé puisque les espèces déjà établies ont l’avantage de l’occupation des lieux; les espèces ne fonctionnent pas indépendamment les unes des autres au sein d’un écosystème. Elles ont besoin d’autres espèces qui doivent mener à bien certains processus, fournir certaines fonctions ou préparer le site d’une façon particulière; les nouvelles régions favorables sur le plan climatique pourraient bien ne pas l’être du point de vue édaphique (c.- à-d. les propriétés du sol pourraient être inadéquates). 6- Impacts sur les services socio-économiques des forêts Les impacts du changement climatique sur les capacité des forêts à fournir des services d’écosystème sont de très longue porté. Parmi ceux-ci on peut citer: la fourniture de bois de service; la fourniture de bois d’œuvre; la fourniture de bois de chauffe;  la fourniture de produits non ligneux etc. La réduction de l’aptitude des forêts à fournir de tels services se traduit par une baisse des revenus des populations tirant profit des services des forêts. CAPACITÉ ADAPTATIVE DES FORÊTS AUX CHANGEMENTS CLIMATIQUES   Capacités adaptatives Elles dépendent de deux composantes :  les capacités adaptatives inhérentes des arbres et des écosystèmes forestiers;  et les facteurs socioéconomiques déterminant la possibilité de mettre en place les mesures d’adaptation. Les capacités adaptatives inhérentes regroupent les mécanismes et processus évolutifs qui permettent aux espèces de répondre aux nouvelles conditions environnementales. Les mécanismes évolutifs observés à différentes échelles, de l’individu à la communauté, en passant par la population et l’espèce jouent un rôle chez les arbres en augmentant leurs capacités d’adaptation au changement climatique. 146 Un grand nombre de résultats provenant des tests de descendance montre que les populations d’arbres se sont génétiquement différenciées durant les évolutions climatiques naturelles. Des exemples d’adaptation à l’échelle de l’individu via la plasticité phénotypique ont également été suggérés par l’observation de variations temporelles de traits liés à la valeur sélective au cours de la vie des arbres. 147 Les facteurs socioéconomiques qui déterminent les capacités adaptatives au changement climatique regroupent le développement économique, la technologie et l’infrastructure, l’information, les connaissances, les institutions, etc. 148  Mesures de gestion forestière pour lʼadaptation au changement climatique Deux voies sont essentielles pour améliorer la capacité dʼadaptation des écosystèmes forestiers: o la diversification o et lʼadaptation des essences aux conditions locales. Diversification. La diversification vise à assurer au sein des forêts une diversité très large à tous les niveaux (génétique, spécifique et écosystémique). Au plan génétique, on recherche une diversité maximale par lʼemploi dʼune mosaïque de provenances productives et bien adaptées, quʼil sʼagisse dʼessences indigènes ou acclimatées. 149  Lʼemploi des essences adaptées aux conditions locales Il est recommandé de régénérer ou dʼinstaller les essences les mieux adaptées aux conditions climatiques et stationnelles actuelles, car elles supportent mieux les fluctuations abiotiques et biotiques de leur environnement. 150