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Chapitre 1 : La complexité du système climatique

Le climat et ses modifications récentes et rapides constituent une des préoccupations majeures de notre société depuis quelques dizaines d’années. Si les changements climatiques ont initialement et logiquement mobilisé le monde scientifique, relayé ensuite par certaines associations, l’évolution actuelle du climat terrestre et les scénarios envisagés pour les années futures sont aujourd’hui devenus des enjeux majeurs, comment en témoignent leur place dans les débats politiques et les colloques, de l’échelle nationale à mondiale. Pour autant, certains responsables et une partie de la population réfutent l’urgence de la prise de décisions autour du climat. Mais le climat, c’est quoi exactement ? Le climat terrestre a-t-il déjà varié ?

I. Climat et climatologie

Un climat est défini par un ensemble de paramètres, tels que la température, la pression, le degré d’hygrométrie, la pluviométrie, la nébulosité, la vitesse et la direction des vents. Pour chacun de ces paramètres et dans une région donnée (pouvant aller jusqu’à l’ensemble de la Terre), des valeurs sont mesurées, à partir desquelles des moyennes sont calculées pendant une période donnée. Ainsi, la température moyenne de la Terre, est calculée à partir de mesures effectuées sur différents points du globe, et depuis l’espace par des satellites. Ce sont les moyennes de ces différents paramètres qui permettent de définir un climat.

La climatologie étudie les variations du climat local ou global à moyen ou long terme (sur une durée d’au moins 30 ans jusqu’à des millénaires…), la température moyenne du globe terrestre étant un indicateur majeur du climat global. Il en existe d’autres comme le volume des océans, l’étendue des glaciers (continentaux) et des glaces (océaniques).

La climatologie se distingue donc de la météorologie, cette dernière étudiant les phénomènes atmosphériques qu’elle prévoit à court terme (jours, semaines) et très localement.

II. Les variations climatiques

A. Des variations climatiques anciennes et naturelles

L’étude de différents indices, comme les cristaux de glace, les grains de pollen ou certains fossiles a permis de reconstituer les climats anciens. Les scientifiques ont en particulier pu montrer que depuis 800000 ans, le climat terrestre présente des variations assez régulières entre des périodes froides et des périodes chaudes, d’une fréquence d’environ 100000 ans. Ces changements climatiques ont une origine naturelle, donc indépendante de la présence humaine (essentiellement liés à des variations cyclique de l’énergie solaire reçue).

Le secret des glaces

Dans la glace, le climat

B. Des variations récentes et rapides

Depuis la révolution industrielle (fin 18ème – début 19ème), le climat terrestre se caractérise par un réchauffement global. Ainsi, depuis la fin du 19ème, la température a augmenté de plus d’1°C à l’échelle globale et chaque année cette tendance se confirme. Ces variations récentes sont révélées par différents marqueurs comme la réduction du volume des glaciers et des calottes, l’augmentation du niveau moyen des océans et sont confirmées par d’autres témoins (date des vendanges, cernes des arbres ….).

Fonte de la banquise Arctique

C. Forçage radiatif positif et réchauffement climatique récent

Depuis un siècle et demi, on mesure un réchauffement climatique global (environ +1°C). Celui-ci traduit l’influence de certains facteurs, et en particulier les gaz à effet de serre (GES).

En effet, la température terrestre dépend du bilan radiatif de la Terre, c’est-à-dire du rapport entre l’énergie reçue et l’énergie émise par la planète. Les modifications du bilan radiatif terrestre sont appelés forçage radiatif. Celui-ci est positif quand il se traduit par une augmentation de l’énergie accumulée, et donc un réchauffement global de la Terre (exemple : effet de serre). Le forçage est négatif quand il conduit à une diminution de l’énergie accumulée et donc à un refroidissement (exemple : libération d’aérosols limitant la pénétration des rayonnements solaires).

L’effet de serre est le principal responsable du forçage radiatif positif (car responsable d’une augmentation de la température). Il dépend de la présence de certains GES dans l’atmosphère (CO2, CH4, N2O et vapeur d’eau principalement). Ces derniers ont la propriété d’absorber les rayons IR émis par la Terre, puis suite à leur propre réchauffement, à en émettre à nouveau. En retour, il en résulte une augmentation de la puissance radiative reçue par le sol de la part de l’atmosphère. Cette puissance supplémentaire entraîne une perturbation de l’équilibre radiatif.

Depuis le début de l’ère industrielle (fin 19ème), la concentration en CO2 atmosphérique augmente en raison du développement des activités humaines consommatrices de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz) et donc productrices de CO2 (la concentration en CO2 atmosphérique est ainsi passé de 283 ppm en 1800 à 415 ppm en juin 2021). Cette concentration n’a jamais augmenté aussi rapidement qu’actuellement.

Cette augmentation de la teneur en CO2 atmosphérique accentue donc l’effet de serre et ainsi la quantité d’énergie reçue par la surface terrestre. L’énergie supplémentaire associée est essentiellement stockée par les océans, mais également par l’air et les sols, ce qui se traduit par une augmentation de la température moyenne à la surface de la Terre et la montée du niveau des océans.

D. Des rétroactions sur le climat

Différents mécanismes sont qualifiés d’amplificateurs car leurs effets amplifient la tendance de l’évolution climatique actuelle :

– la décroissance de la surface couverte par les glaces continentales et océaniques entraîne une réduction de l’albédo (rapport énergie réfléchie / énergie incidente), ce qui accentue le réchauffement et donc la réduction de la surface couverte par les glaces.

– le dégel partiel du permafrost ou pergelisol (sol dont la température se maintient en dessous de 0°C pendant plus de deux ans consécutifs) provoque une libération de GES dans l’atmosphère. Ce phénomène très inquiétant par la vitesse avec laquelle il se met en place et les teneurs de GES contenus dans les sols gelés représente une réelle inquiétude quant à l’évolution du climat.

Article CNRS : Le dégel du pergélisol représente-t-il un point de bascule du climat ?

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Permafrost en cours d’érosion en Alaska (crédit : USGS)

– l’augmentation de la concentration en vapeur d’eau (gaz à effet de serre) dans l’atmosphère a été mesurée mais les climatologues ne disposent pas de données précises sur son réel impact.

Au contraire, l’augmentation de la teneur atmosphérique en CO2 favorise le développement du végétal et ainsi le stockage du CO2. Les conséquences sont donc probablement un forçage radiatif négatif.

Enfin, l’océan a un rôle amortisseur en absorbant à sa surface une fraction importante de l’apport additionnel d’énergie. L’énergie accumulée conduit donc à une élévation du niveau de la mer causée par la dilatation thermique de l’eau et par un apport d’eau supplémentaire d’origine océanique issu d’une fusion des glaces continentales. Cette accumulation d’énergie dans les océans rend le changement climatique irréversible à des échelles de temps de plusieurs siècles.