Les causes du réchauffement climatique

Le climat de la Terre répond à des phénomènes externes comme les variations de son orbite autour du soleil, aux éruptions volcaniques et aux concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre.
Les causes précises du réchauffement récent demeurent discutées mais il existe un consensus scientifique quasi-général pour affirmer que les niveaux élevés de gaz à effet de serre produits par l'activité humaine (anthropique) en sont le principal responsable. Les données et les conclusions sont particulièrement claires pour les 50 dernières années, pour lesquelles on dispose de très nombreuses données.

Aucun des phénomènes jouant sur le climat n’a d’effet instantané. L'inertie thermique des océans (le temps long qu'ils mettent à se réchauffer ou à se refroidir) et le caractère indirect de beaucoup de réactions du système font que celui-ci ne parvient pas à l'équilibre immédiatement. Des études montrent que même si les niveaux actuels de gaz à effet de serre étaient stabilisés, une augmentation de température significative se poursuivraient pendant de nombreuses années.

Les gaz à effets de serre dans l'atmosphère

L'effet de serre a été découvert par Joseph Fourier (voir visuel 1) en 1824 et étudié quantitativement par Svante Arrhenius (voir visuel 2) en 1896. L'absorption et l'émission de radiations infrarouges par les gaz atmosphériques chauffe l'atmosphère et la surface de la planète un peu comme les rayons de soleil partiellement piégés par de la vapeur d’eau à l'intérieur d'une serre conduisent à chauffer cette dernière. (voir visuel 3)

L'effet de serre dû aux gaz naturellement présent dans l'atmosphère a un effet de réchauffement de + 33 °C. C'est donc un effet très positif puisque, sans lui, la Terre serait beaucoup moins vivable avec une température moyenne de son atmosphère de – 18 °C ! Le problème est que l'intensité de cet effet de serre naturel est augmentée par l'activité humaine qui accroît la concentration atmosphérique de certains gaz à effet de serre.

Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O) et l'ozone (O3). Les concentrations atmosphériques en dioxyde de carbone et en méthane ont augmenté de 30 % et de 150 % depuis le début de l'industrialisation en 1750. Les concentrations actuelles sont nettement plus élevées qu'elles n'ont jamais été lors des 650 000 dernières années, période pendant laquelle des données fiables peuvent être extraites des calottes glaciaires. D'autres indices géologiques tendent à montrer que les concentrations actuelles en CO2 sont les plus élevées jamais atteintes depuis au moins 20 millions d'années.

La combustion de combustibles fossiles est responsable des ¾ des émissions anthropiques de CO2 ; le reste est principalement dû à la déforestation.
La concentration actuelle en CO2 est, en volume, d'environ 400 ppm (parties par million). Ce niveau devrait continuer à augmenter à cause de la poursuite de l'utilisation de combustibles fossiles et de la déforestation. Le rythme de cette augmentation dépend de nombreux facteurs et est sujet à une grande incertitude, mais l'épuisement des combustibles fossiles en fixe une limite. Le rapport 2001 du GIEC sur les scénarios d'émission donne une large gamme de scénarios futurs pour les concentrations en CO2, de 541 à 970 ppm en 2100. Les réserves fossiles seraient suffisantes pour atteindre ce niveau et continuer les émissions ensuite si le charbon, les sables bitumineux et les hydrates de méthane étaient largement consommés.

Des phénomènes secondaires du réchauffement, comme la libération de 70 000 millions de tonnes de méthane après la fonte du permafrost en Sibérie pourraient contribuer à augmenter énormément les émissions de gaz à effet de serre. À l'inverse, le piégeage de tout ou partie du carbone atmosphérique par des phénomènes naturels (dits « puits de carbone ») ou par l'homme pourrait diminuer l'impact des émissions.

Pour aller plus loin, consultez le dossier "Qu'est-ce que l'effet de serre?"

Des interactions complexes

L'augmentation de la concentration des gaz à effets de serre conduit à une élévation de la température moyenne et cette élévation de température a elle-même divers effets qui peuvent finalement conduire à augmenter ou diminuer l'élévation de température initiale.
L'effet le plus important est lié à la vapeur d'eau. Lorsque la concentration en CO2 augmente, la température augmente, l'évaporation augmente. Or la vapeur d'eau est elle-même un gaz à effet de serre donc l'effet de serre augmente, la température augmente, l'évaporation augmente… un nouvel équilibre est atteint, avec une nouvelle température moyenne nettement plus élevée que celle qui aurait été atteinte par le seul effet du CO2.
Les nuages pourraient également avoir un effet. Vus d'en dessous, ils reflètent des rayons infrarouges sur la surface terrestre et contribuent donc à l'augmentation de température. Vus du dessus, ils reflètent une partie de la lumière du soleil et émettent des infrarouges vers l'espace. On ne sait pas encore bien si le bilan de ces deux phénomènes est un réchauffement (le plus probable) ou un refroidissement. Un des problèmes est la trop faible résolution des modèles climatiques : leurs mailles, d'une centaine de km sont beaucoup plus grandes que les nuages.

Une autre régulation est liée à l'albédo (pouvoir réflecteur) de la glace. Lorsque la température augmente, la glace polaire fond et est remplacée par de l'eau ou de la terre. L'eau et la terre sont moins réfléchissantes que la glace et elles absorbent plus de radiations solaires, ce qui provoque plus de réchauffement et donc plus de fonte et ainsi de suite. Le rejet de méthane à partir de lits de glaces océaniques pourrait également amplifier le phénomène. (voir visuel 4)

Les émissions par l'homme de divers polluants, notamment les sulfates contenus dans les aérosols, peuvent enfin avoir un effet de refroidissement puisqu'ils réfléchissent la lumière solaire incidente.

Les variations solaires

L'énergie irradiée par le soleil varie de manière cyclique et ces variations pourraient, à certaines périodes, contribuer au réchauffement climatique. La plupart des études concluent cependant que cette éventuelle contribution, tout comme celle des volcans, est négligeable par rapport à celle des gaz à effets de serre émis par l'homme. (voir visuel 5)

Le réchauffement climatique c’est quoi ?

Ce que nous appelons le réchauffement climatique, ne correspond pas au cycle naturel des évolutions mondiales de température.

Le premier élément qui engendre le réchauffement est ce qu’on appelle la destruction de la couche d’Ozone (O3). En effet, cette ozone se situe dans l’atmosphère entre 7 et 10 kilomètres d’altitude, sa principale propriété est d’arrêter certains éléments de la radiation solaire, les ultra-violets (U.V.). La couche d’ozone permet de réfléchir la moitié du rayonnement solaire en U.V. Ainsi l’autre moitié des U.V. qui a franchi la couche d’ozone, traverse l’atmosphère, celle-ci ayant là encore un rôle de filtre de la radiation. Le problème surgit quand la production de Chlorofluoro carbone devient importante, car celui-ci détruit l’ozone, et donc la proportion du rayonnement solaire en U.V. qui touche le sol terrestre, est plus important.

Le deuxième élément du réchauffement climatique est ce que l’on appelle " l’effet de serre ". En effet, l’atmosphère à un rôle important dans le renvoi des infra-rouges. Or le Co2, produit par les rejets carbonés et le méthane, produit naturellement par les flatulences bovines et les zones humides, arrêtent les infra-rouges une fois qu’ils ont réfléchi sur la surface terrestre. Les infra-rouges ne peuvent plus repasser l’atmosphère et sont alors prisonniers. Ils réchauffent donc fortement l’air.

En mars 2005, un groupe de 1200 experts mondiaux regroupés dans le G.I.E.C., et mandaté par les nations unies, a prévu pour le XXIe siècle un réchauffement mondial moyen compris entre 2°C et 6°C.