Bilans climatiques - Évolution - Chroniques d'indices climatiques
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Les indices climatiques 2023
Yves Dandonneau.
Le climat et son évolution sont devenus une préoccupation dominante des médias, et les grandes agences qui recueillent et analysent les données climatiques produisent de plus en plus rapidement des analyses climatiques complètes de l’année écoulée. C’est de ces analyses que proviennent la plupart des informations du bilan ci-dessous. Parmi les principaux sites, citons :
- Les services du programme européen Copernicus
- L'organisation Météorologique Mondiale
- Météo France
- La NOAA (National Oceanic and Atmosphéric Administration, USA)
- La NASA (National Aeronautics and Space Administration, USA)
Berkeley Global Temperature Report for 2023 - Global Carbon Project
Sommaire
Nouveau record de température moyenne globale
L’état du Pacifique intertropical : en 2023, El Niño
La cryosphère
Le niveau marin
Le contenu thermique des océans et le déséquilibre thermique de la Terre
Les émissions anthropiques de gaz carbonique
Évènements marquants en 2023 dans le monde
Et en France ?
Que peut-on dire pour 2024 ?
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Alors que la température moyenne des sept années précédentes n’avait pas dépassé celle de 2016, une année marquée par un épisode El Niño, on s’attendait à ce que l’année 2023 batte ce record, surtout si un nouvel épisode El Niño se développait, ce qui était probable. La température moyenne à la surface de la Terre s’est accrue considérablement de façon inattendue, dès le mois d’avril 2023, et sans attendre l’El Niño qui s’est déclaré à la fin du mois de mai et a encore accentué ce réchauffement. La brutale et très forte hausse de la température moyenne de la Terre n’est pas en dehors des prévisions, mais son ampleur a surpris et n’est pas encore totalement expliquée. Elle a provoqué un peu partout dans le monde de nombreuses canicules, et a fortement influencé la cryosphère, ainsi que les régimes de pluie et de sécheresse.
Nouveau record de température moyenne globale
La température moyenne globale en 2023 s’est établie à 14,98°C, soit 1,48°C au dessus de celle des années 1850 à 1900, tout près du seuil de 1,5°C fixé par les accords de Paris en 2015. Le décrochement par rapport aux années précédentes s’est fait sentir dès le mois d’avril, et s’est accru par la suite lorsqu’un épisode El Niño s’est établi dans le Pacifique équatorial à la fin du mois de mai. Le mois de juin a ainsi été le plus chaud jamais observé, et il en a été de même pour tous les mois suivants jusqu’à la fin de l’année (figure 1).
Figure 1 : la température moyenne à la surface de la Terre entre 60°N et 60°S en 2023 (en orange) s’écarte très nettement de celle de toutes les années précédentes. Source : Climate Reanalyzer
Le climat se réchauffe depuis les années 1970 au rythme d’environ 0,2°C par décennie et l’année 2023 met fin à une période de 6 ans d’apparente stabilité après 2016 (figure 2).
Figure 2 : évolution de la température globale moyenne annuelle depuis 1850 (anomalies par rapport à la moyenne du 20ème siècle). Source : NOAA
Ce réchauffement ne s’applique pas uniformément à la surface de la Terre : les pôles se réchauffent plus vite que les tropiques, et les terres émergées se réchauffent beaucoup plus vite que les océans. Le réchauffement est aussi beaucoup plus marqué dans l’hémisphère nord, où se trouve la plus grande partie des continents, que dans l’hémisphère sud largement dominé par les océans (figure 3).
Figure 3 : variation du réchauffement du climat selon les régions (source : Copernicus)
L’état du Pacifique intertropical : en 2023, El Niño.
L’appellation El Niño désigne un état de l’Océan Pacifique tropical caractérisé par un transfert vers les côtes américaines des eaux chaudes équatoriales habituellement localisées dans l’ouest, et par des vents alizés anormalement faibles. El Niño se développe en général au second semestre, et dure moins d’un an, après quoi il laisse la place pour 5 à 10 ans au régime alternatif, La Niña, durant lequel des alizés forts accumulent dans l’ouest du Pacifique tropical les eaux tropicales chaudes sur 200 à 300 m d’épaisseur.
Figure 4 : anomalies de température à la surface du Pacifique tropical en novembre 2023 (source : NOAA)
Les répercussions climatiques d’El Niño sont nombreuses, et en particulier, la vaste et intense anomalie positive de température qui s’est établie en 2023 le long de l’équateur sur une centaine de degrés de longitude a affecté fortement la température moyenne globale de la surface terrestre (figure 4). C’est la principale cause de la forte accélération du réchauffement climatique en 2023, comme cela l’avait été lors du précédent épisode en 2016.
La cryosphère
Les banquises
La banquise de l’hémisphère nord a atteint en septembre 2023 la deuxième superficie la plus réduite jamais observée. On remarque en particulier que le très stratégique « passage du nord ouest » a été très largement ouvert à la navigation cette année. La banquise de l’Antarctique a atteint en 2023 sa plus petite extension tout au long de l’année, en mars pour le minimum annuel et en octobre pour le maximum (figure 5).
Figure 5: évolution de la superficie des banquises polaires au cours de l’année 2023 par rapport aux années précédentes.
a) banquise arctique (sur la carte à droite, extension minimum en septembre 2023).
b) banquise antarctique (sur la carte à droite, extension maximum).
Source : WMO.
Glaciers
Comme c’est le cas chaque année depuis 1996, la calotte du Groenland a perdu de la glace en 2023. La fonte des glaciers a été intense cette année, à cause de températures anormalement élevées, mais les hauts plateaux du Groeland ont aussi bénéficié d’apports sous forme de pluie et de neige au printemps et au début de l’été (ceci correspond aux tendances attendues). Le bilan est une perte de 196 gigatonnes de glace entre septembre 2022 et août 2023. D’une façon générale, les températures élevées de 2023 ont eu pour conséquence une fusion accrue de la plupart des glaciers de montagne.
Le niveau marin
Avec le réchauffement du climat, le niveau des océans s’élève du fait de l’expansion de l’eau due à l’augmentation de leur température, et de l’accroissement de leur masse due à la fonte des glaciers et à celle des calottes glaciaires. La vitesse de cette élévation s’accroît peu à peu depuis qu’elle est mesurée en permanence par l’altimétrie satellitaire (figure 6).
Figure 6 : hausse du niveau moyen des océans depuis 1993 (source : WMO)
Comme c’est toujours le cas lorsqu’un évènement El Niño se produit, la hausse du niveau de l’océan est particulièrement forte dans le Pacifique équatorial est (environ +10 cm), compensée par une baisse dans l’ouest.
Le contenu thermique des océans et le déséquilibre thermique de la Terre
Le corollaire du réchauffement du climat est que la Terre reçoit davantage d’énergie en provenance du Soleil qu’elle n’en émet sous forme de rayonnement infra-rouge vers l’espace. Les océans et les surfaces émergées se comportent différemment : les premiers sont transparents, et la chaleur y pénètre en profondeur, puis est redistribuée dans l’ensemble des océans par la circulation océanique, notamment le mélange turbulent, tandis que les secondes échangent la chaleur reçue avec l’atmosphère. Les océans emmagasinent ainsi 93% du gain de chaleur dû à l’effet de serre.
Dans les océans, le contenu thermique est observé en permanence depuis 2000 par les bouées dérivantes Argo. Il s’est accru dans la plupart des bassins, et plus particulièrement dans tout l’Océan Atlantique, dans le Pacifique nord, et dans l’Antarctique entre 35 et 50°S (figure 7).
Quelques régions, d’une étendue beaucoup plus réduite, ont au contraire perdu de la chaleur : la région chaude du Pacifique tropical au sud-est du Japon, l’Antarctique au sud-ouest du Cap Horn, et l’est du Groenland. Remarquablement, les deux zones voisines de l’Atlantique nord et de l’est du Groenland, sont respectivement celle qui a le plus accumulé de chaleur et celle qui s’est le plus refroidie.
Figure 7 : gain de chaleur dans les océans entre la surface et 2000 m de profondeur de 1958 à 2022 (source WMO)
Le contenu thermique des océans s’accroît régulièrement depuis 1990, et 2023 marque un nouveau record (Figure 8).
Figure 8 : évolution du contenu thermique de l’océan entre la surface et 700 m de profondeur (source : NOAA).
Illustration de la capacité des océans à stocker la chaleur : la surface des océans se réchauffe environ deux fois moins vite que les terres émergées (Figure 9).
Figure 9 : évolution comparée de la température moyenne à la surface des terres émergées (en rouge) et à la surface des océans (en bleu). source Berkeley Earth.
Le déséquilibre thermique de la terre représente le forçage qu’exercent les gaz à effet de serre sur le système climatique. Sa mesure directe par l’observation du rayonnement émis et reçu au sommet de l’atmosphère est difficile, et l’observation du niveau des océans (dont l’augmentation est due à leur dilatation, et à la fonte des glaces, celle ci indiquant la chaleur de fusion) est un outil essentiel pour l’estimer. Ce déséquilibre tend à s'accroître depuis 2000 et a atteint ses plus fortes valeurs en 2022 et 2023 (figure 10), signe que le réchauffement du système climatique s’accélère.
Figure 10 : variations du déséquilibre énergétique de la Terre depuis 2000
(source https://www.columbia.edu/~jeh1/mailings/2023/Acceleration.2023.11.10.pdf)
Les émissions anthropiques de gaz carbonique
Après un léger ralentissement pendant la pandémie de COVID, les émissions de gaz carbonique sont reparties à la hausse, et on estime que celles de 2023 dépasseront celles de 2022 (Figure 11).
Figure 11 : croissance des émissions anthropiques de gaz carbonique depuis 1990. (le niveau présenté pour 2023 est une estimation provisoire).
Source : Global Carbon Project.
Remarque : une gigatonne de carbone équivaut à 3,7 gigatonnes de gaz carbonique.
Faute d’une diminution de ces émissions, la concentration en gaz carbonique de l’atmosphère continue de croître (+2,4 parties pa million en 2023), et probablement davantage en 2024 comme c’est en général le cas l’année qui suit un épisode climatique El Niño (figure 12). Les principaux pays responsables de ces émissions sont l’Inde, et surtout la Chine. En revanche, les émissions en Europe et aux Etats Unis d’Amérique baissent, lentement.
Figure 12 : croissance de la concentration en gaz carbonique de l’atmosphère depuis 2015.
Source : Global Carbon Project.
Évènements marquants en 2023 dans le monde (figure 13)
Figure 13 : évènements climatiques marquants en 2023 (source : NOAA)
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Canicules
Les épisodes caniculaires se sont multipliés en 2023, débutant dès le mois d’avril dans l’Asie du sud est, notamment au Cambodge et en Thaïlande, ainsi qu’en Espagne, au Portugal et au Maroc, et au Canada. En juin, une vague de chaleur frappe le sud des Etats-Unis, en particulier le Texas et la Louisiane. En juillet, la chaleur persiste aux Etats Unis, et frappe la France, l’Italie, la Grèce. Dans l’hémisphère sud, à peine l’hiver terminé, le Brésil, le Chili et l’Argentine sont frappés par des vagues de chaleur dès le mois d’août. -
Inondations
La Californie, ces dernières années plutôt soumise à la sécheresse, a reçu dès le mois de janvier des pluies et des chutes de neige en altitude très abondantes, qui ont conduit à des inondations record, qui se sont reproduites en mars. Entre temps, fin janvier, la ville d’Auckland en Nouvelle Zélande a été innondée après de pluies diluviennes. En mars, la côte est de l’Australie a subi des inondations, puis en avril, la côte est de l’Afrique du sud, et de nouveau en juillet, la côte est de l’Australie. En juillet également, au Kentucky aux Etats Unis des innondations ont causé la mort de 79 personnes. En août, c’est la Chine qui a souffert de très graves inondations après le passage du typhon Doksuri. En Septembre, le cyclone méditerranéen (médicane) Daniel a causé des inondations en Bulgarie, en Grèce, en Turquie et en Libye où il a causé de nombreux morts. Les parties basses du nord de la France ont été durablement sous les eaux en décembre. -
Sécheresse
Dès le mois de février, pourtant généralement mouillé en France, la sécheresse a commencé à se faire sentir. Dès le début de juillet, l’Italie a connu sa pire sécheresse depuis 70 ans. Dans beaucoup de régions du globe, la sécheresse a très fortement sévi. Cela a été le cas dans toute l’Afrique du nord ouest, en Espagne et au Portugal, en Asie centrale et au Moyen Orient, en Amérique centrale, au nord de l’Amérique du sud, et, de façon particulièrement sévère, en Argentine et en Urugay. -
Incendies de forêts
À la suite de la sécheresse en Espagne, des centaines d'incendies ont ravagé en avril les forêts dans les Asturies. Les incendies de forêts les plus frappants ont eu lieu au Canada à partir du mois de mai, occasionnant tellement de fumée qu’il a été recommandé à New York de ne pas sortir sans masque pendant quelques jours du mois de juin. L’île de Maui dans l’archipel de Hawaï a été dévastée par des incendies qui ont fait plus de 100 morts. Incendies aussi en août dans l’île de Ténériffe aux Canaries. En Grèce en juillet des incendies de forêt ont créé une situation catastrophique en pleine saison touristique. Des incendies nombreux ont aussi été détectés en Sibérie. Ces incendies sont émetteurs de gaz carbonique, et l’estimation pour 2023 s’élève à 2,17 GT de carbone. Toutefois, si cette estimation montre une forte hausse par rapport aux 10 années précédentes, due pour près d’un quart aux incendies du Canada, on note une diminution par rapport aux années 2003 à 2010 (figure14).
Figure 14 : émissions de carbone par les incendies de forêts depuis 2003, en mégatonnes de carbone
(source : Copernicus)
Et en France ?
2023 n’a pas été l’année la plus chaude jamais enregistrée en France, le record restant à 2022. Le régime des pluies a été très contrasté, avec une sécheresse très marquée au début de l’année et des passages de fortes dépressions en automne, qui ont largement arrosé le nord et le sud ouest et provoqué des inondations dans le département du Nord et sur les bords de la Charente. Le pourtour méditerranéen, et en particulier l’Aude, l’Hérault, le Gard, et surtout le Roussillon, ont continué de souffrir d’un très fort déficit de pluviométrie.
Voir le bilan complet établi par Méteo France.
Que peut-on dire pour 2024 ?
La hausse brutale de la température moyenne à la surface de la Terre dès avril 2023 a surpris, même parmi les scientifiques qui en ont aussitôt recherché les causes.La cause première est évidemment l’accroissement de la concentration en gaz carbonique de l’atmosphère, mais le réchauffement observé se situe à la limite supérieure de la marge d’incertitude des prévisions climatiques. L’occurrence d’un épisode El Niño en 2023 en explique certainement une part, comme ce fut le cas pour l’épisode de 2016, restée jusqu’alors l’année la plus chaude, mais cela ne suffit pas et d’autres facteurs ont du intervenir. Parmi ceux ci, l’éruption du volcan Hunga Tonga en 2022, qui a injecté une grande quantité de vapeur d’eau dans la stratosphère, a pu jouer un rôle : la vapeur d’eau est en effet un gaz qui renforce l’effet de serre. Mais cette éruption, comme toutes les éruptions, a aussi injecté dans la stratosphère des poussières qui, au contraire, réfléchissent le rayonnement solaire vers l’espace et contribuent plutôt à rafraîchir le climat. Enfin, la mise en application de l’interdiction des carburants contenant du soufre dans le transport maritime a entraîné une diminution des aérosols, notamment dans l’Atlantique nord et le Pacifique nord, or ces aérosols rafraîchissaient le climat en réfléchissant le rayonnement solaire.
C’est au cours de sa phase de déclin qu’un épisode El Niño provoque la plus forte hausse de la température moyenne à la surface de la Terre. Or, l’épisode de 2023 a débuté tard, et cette phase de déclin devrait se produire au début de 2024 : un nouveau record à attendre ?
Et en 2025 ?
Eh bien, il faudrait sérieusement diminuer nos émissions de gaz carbonique.
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- Écrit par : Bruno Voituriez jusqu'en 2018, puis Yves Dandonneau.
- Catégorie : Dossier Climat
III - .... des signes de changement des Climats...
Les chercheurs observent....
Michel Petit.
Au cours des années récentes, le réchauffement global s'est traduit par des variations des climats régionaux.
Ce réchauffement n’est pas uniformément réparti, les océans dont l’effet régulateur sur les températures est bien connu se réchauffant naturellement moins que les continents, comme le montre la figure 3. On y observe en outre que l’accroissement de la température est particulièrement fort dans les régions les plus septentrionales d’Amérique, d’Europe et d’Asie. Ce résultat qui peut paraître surprenant est dû au fait que la turbulence de l’atmosphère diminue quand la latitude croît et que la fonte de la glace et de la neige diminue la part de l’énergie solaire réfléchie vers l’espace.
Les continents et les océans se sont réchauffés.
Figure 3
La répartition des précipitations a changé
Figure 4
Ces cartes de tendance en température et en précipitation ont été établies à partir des données et selon la méthode du Global Historical Climatology Network (GHNC) du National Climatic Data Center de la NOAA.
L'analyse des années 2000-2015 confirme que les continents se réchauffent nettement plus vite que les océans et aussi que le réchauffement océanique est affecté par des phénomènes régionaux type El Nino comme l'indique la figure ci-dessous.
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Figure 4bis : Température de surface en moyenne globale Terre entière, depuis 1880 par rapport à la moyenne de la période 1951-1980.
L'indice ENSO (moyenne glissante sur 12 mois) est basé sur la température de surface de la mer dans la région tropicale du Pacifique, plus précisément dans la zone "Niño 3.4" (définie par 5N-5S, 120-170W), avec la même période de base 1951-1980.
Les triangles verts marquent les éruptions volcaniques qui produisent une vaste couche d'aérosols stratosphériques avec un effet refroidissant. Source Earth Institute - Columbia University
De plus, des changements régionaux de température ont pu être associés à des changements dans les systèmes physiques ou biologiques.
Par exemple :
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Le retrait des glaciers de montagne
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Le risque de chutes de rochers et de glaces, glissements de terrain
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La réduction de l’étendue de la banquise arctique en été et de son épaisseur en été comme en hiver
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Des floraisons précoces et des périodes plus longues de croissance des plantes et de reproduction des animaux dans l’hémisphère nord
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Une migration en latitude et en altitude des plantes, des poissons, des oiseaux et des insectes
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Une arrivée précoce et un départ tardif des oiseaux migrateurs dans l’hémisphère nord
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Davantage de blanchissement des coraux
Voir aussi les Faqs :
Comment définit-on une sécheresse?
Quel est l’impact du changement climatique sur le vignoble du Beaujolais?
Les rapports du GIEC
(Groupe Intergouvernemental d'Experts sur l'Évolution du Climat)
Depuis sa création en 1988, le GIEC a produit cinq "rapports" (datés 1990, 1996 et 2001, 2007 et 2013/2014). Ces rapports constituent une synthèse des connaissances et avis de la communauté scientifique internationale à un moment donné sur les questions de Climat.
La démarche du GIEC, basée sur la confrontation permanente de résultats obtenus par des équipes différentes, souvent distantes, et leur synthèse, a ainsi fondé les prévisions de Changement global sur des bases scientifiques; bien que certaines de ses conclusions aient été parfois contestées, surtout au début, les rapports du GIEC font autorité et servent désormais de base aux recherches d'autres scientifiques (sociologues, économistes...) et aux prises de position de nombreux décideurs publics et privés à travers le monde.
Transparence, débat public et contradictoire, mise en évidence des points de désaccord, toutes ces garanties de qualité inhérentes à la démarche scientifique se retrouvent dans celle du GIEC. Son organisation et l'esprit dans lequel il travaille constituent à notre avis un modèle que d'autres communautés scientifiques devraient imiter.
Dernière mise à jour, juin 2017
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- Écrit par : Michel Petit
- Catégorie : Dossier Climat
VI - L'Effet de Serre
Michel Petit
Les chercheurs analysent.
Une planète (ou un satellite) sans atmosphère (la Lune par exemple) atteint un équilibre thermique lorsque le rayonnement solaire absorbé par sa surface est équilibré par le rayonnement infrarouge émis par celle-ci. Ce rayonnement dépend de sa température de surface qui s'ajuste de façon à ce que l'énergie rayonnée soit égale à l'énergie absorbée.
Par contre, la planète est entourée d'un édredon isolant , lorsqu'elle est dotée d'une atmosphère contenant des constituants atmosphériques même éventuellement minoritaires, tels que la vapeur d’eau, le méthane, le gaz carbonique, etc... qui absorbent et réémettent l’infrarouge thermique (IRT), et sont appelés «Gaz à Effet de Serre (GES)». Ce nom a été choisi parce que les vitres des serres de jardinier absorbent le rayonnement infrarouge et laissent passer le rayonnement visible ; ce phénomène ne joue cependant pas un rôle essentiel dans la chaleur qui y règne. Dans l'atmosphère, un photon infrarouge émis depuis le sol vers le haut est absorbé par une molécule qui passe alors dans un état excité. Mais, cet état est instable et en revenant sur son état fondamental, la molécule émet un nouveau photon de même fréquence (donc de même énergie) qui est émis dans une direction aléatoire. Certains de ces nouveaux photons se dirigent vers la haut, mais d'autres retournent vers la surface du sol et de la mer qui s'en trouve réchauffée. Toutefois, au-dessus d'une certaine altitude (hauteur d'émission), lorsque la quantité de GES qui reste à traverser devient suffisamment faible pour qu'elle cesse d'absorber l'IRT, l’atmosphère envoie vers l’espace l’infrarouge thermique qu'elle émet. Lorsque la concentration en GES augmente, cette hauteur d'émission augmente elle aussi. Comme la température de l'atmosphère décroit avec l'altitude, la différence entre la température au sol et celle des couches dont s'échappe le rayonnement IRT croit avec la teneur en GES. Cette température d'émission est imposée par l'équilibre énergétique à assurer avec le rayonnement solaire absorbé ne dépend pas de la concentration en GES ; la température au sol augmente donc avec la teneur en GES de l'atmosphère.
En moyenne annuelle, la Terre reçoit du Soleil, un flux de 342 Watt/m2, (dont 92 % dans la partie visible et proche infrarouge et 8 % dans l'UV). Compte tenu de l'albédo terrestre de 0,313, un (petit) tiers de ce flux incident (107 W/m2), est réfléchi par les nuages ou par la surface du globe; il est directement renvoyé dans l'espace.
Les deux tiers restants (235 W/m2) sont absorbés par l'atmosphère (67 W/m2), par l'eau des mers et océans, et par les continents (168 W/m2).
Figure 9 : Échanges d'énergie entre la surface terrestre et l'atmosphère par rayonnements ou par transferts de chaleur.
L’océan et les continents émettent un rayonnement fonction de leur température, dans le spectre de l'infrarouge thermique (IRT, autour de 10 µ de longueur d'onde). L’établissement d’un équilibre thermique, en dépit de cet apport continu d'énergie solaire, implique que ce rayonnement infrarouge thermique émis par notre Planète vers l’espace soit égal aux 235 W/m2 reçus dans le visible et le proche infrarouge. Sans gaz à effet de serre, la température moyenne d’équilibre à la surface de la Terre serait bien plus basse : seulement 255 °K , soit -18 °C, au lieu de +15 °C (sachant qu’une surface à -18 °C émet 235 W/m2 ce qui équilibre l'énergie du rayonnement solaire visible absorbé …). Néanmoins, étant un corps à température proche de 15 °C, la surface terrestre émet 390 W/m2 (en moyenne) dans l’IRT et seulement une part de cette énergie s'échappe dans l’espace, à cause de l'effet de serre provoqué par la présence dans son atmosphère de GES, vapeur d'eau et dioxyde de carbone essentiellement, en quantité faible mais suffisante pour avoir un effet important.
Ce phénomène existe depuis des millénaires. Plus récemment, depuis le début de l'ère industrielle, son ampleur a été accrue par l'utilisation intensive de combustibles fossiles qui a engendré un dégagement massif croissant de gaz carbonique (environ 30 milliards de tonnes par an, en ce début de 21ème siècle).
Près de la moitié de ce gaz à Effet de Serre s'accumule dans l'atmosphère, tandis que l'autre moitié est absorbée par l'océan ou par photosynthèse de la végétation continentale. L'augmentation de la teneur en CO2 de l'atmosphère constitue le principal facteur du Changement Climatique en cours.
Voir aussi :
Quels sont les gaz à effet de serre ? Article de Jean-Marc Jancovici.
Y a-t-il saturation de l'effet de serre?
Quel est le rôle de l'océan dans le changement climatique anthropique?
Vers un futur équilibre du climat?
Dernière mise à jour : janvier 2017
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- Écrit par : Michel Petit
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VII bis - Le cycle du carbone et le climat
Yves Dandonneau
Les chercheurs ont désormais des certitudes...
Les stocks de carbone dans le système climatique
Quelques évolutions à moyen et long terme
Brûler des hydrocarbures est à la base de l’activité industrielle des hommes, et le carbone ainsi consommé finit en gaz carbonique dans l’atmosphère, dont il augmente l’effet de serre, causant un réchauffement du climat.
Ce réchauffement est toutefois ralenti car tout le gaz carbonique émis ne reste pas dans l'atmosphère : ce gaz est en effet soluble dans l’océan, et aussi, dans la vie, de telle sorte qu'une partie des émissions anthropiques de gaz carbonique y est absorbée. Le monde vivant à la surface des terres émergées, constitue un réservoir de carbone de petite taille comparé à l’océan, et est baigné par l’atmosphère. Le gaz carbonique qu’il en soustrait ne peut aller que dans une augmentation de sa biomasse. C’est ce qui se passe actuellement, car davantage de ce gaz dans l’atmosphère stimule la croissance de certains végétaux.
Les stocks et les flux de carbone dans le système climatique avant la perturbation anthropique.
La figure 1 est extraite du 5ème rapport du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat. Elle montre les différents stocks et flux de carbone dans les réserves d'hydrocarbures et de charbon, les biosphères terrestre et océanique, et les océans. Le cycle naturel (avant l'ère industrielle) est indiqué en noir, tandis que la part due à l'action de l'homme est indiquée en rouge. On peut y voir que le contenu actuel de l'atmosphère, soit 589 gigatonnes de carbone (GtC) auquel l'activité humaine a ajouté 240 GtC, est faible comparé aux réserves de charbon et d'hydrocarbures (environ 1 000 GtC), au contenu des sols et de la végétation terrestre (environ 2 500 GtC), aux 1 700 GtC immobilisés dans le permafrost, et surtout aux 37 000 GtC dissous dans l'eau de mer sous forme de gaz carbonique et de carbonates. Tous ces stocks échangeant du carbone, on conçoit que des perturbations de ces échanges dues à l'action de l'homme et au changement climatique puissent affecter sensiblement le contenu de l'atmosphère en gaz carbonique, et son bilan radiatif.
Figure 1 : en noir, stocks et flux de carbone dans le système climatique avant l’ère industrielle, et en rouge modifications intervenues du fait de l’activité humaine, telles qu’estimées dans le 5ème rapport du GIEC. L’unité est la gigatonne de carbone (1 GtC = 109 tC), à ne pas confondre avec la gigatonne de CO2 (1 GtCO2 = 3,7 GtC).
C’est donc l’océan (Figure 1) qui, de très loin, renferme les plus grandes quantités de carbone, avec 37 100 Gt avant l’ère industrielle. Ce carbone est principalement sous forme d’ions carbonate CO32- ou bicarbonate HCO3-. Ces ions participent à l’équilibre des carbonates :
2 HCO3- H2O + CO32- + CO2
dans lequel apparaît le gaz carbonique : ce stock interagit donc avec l’atmosphère car le gaz carbonique est soluble et traverse l’interface, du milieu où règne la pression partielle la plus élevée vers celui où elle est plus faible. Les échanges annuels qui prévalaient avant que débutent les rejets de gaz carbonique par l'homme sont estimés à 60 GtC de l'atmosphère vers l'océan, et 60,7 GtC de l'océan vers l'atmosphère (figure 1). Le léger déséquilibre de 0,7 GtC/an résulte de la différence entre 0,9 GtC/an apportés par les rivières à l'océan et 0,2 GtC/an déposés sur le fond des océans par des processus biologiques. Des flux de carbone importants ont lieu au sein de l'océan, soit par simple mélange ou transport vertical de l'eau de mer (90 GtC de la surface vers l'océan profond, 101 GtC/an en sens inverse) soit par fixation biologique par photosynthèse (50 GtC/an) et respiration (37 GtC/an), la sédimentation des particules vers la profondeur et la reminéralisation du carbone qu'elles contiennent maintenant l'équilibre (voir encart « Diversité du cycle vivant du carbone »).
Les réserves de carbone dans la biosphère terrestre sont plus modestes. Le carbone y est stocké dans la végétation (450 à 650 GtC) et dans les sols qui recueillent les racines et les débris de ces végétaux ainsi qu'une microfaune variée (1 500 à 2 400 GtC). La photosynthèse y ajoute chaque année 108,9 GtC, pris à l'atmosphère, à laquelle la respiration de ces écosystèmes terrestres restitue 107,2 GtC, la différence, soit 1,7 GtC/an représentant le carbone organique dissous exporté par les rivières, lequel est restitué à l'atmosphère ou aux océans, ou enfoui dans les sédiments lacustres.
La perturbation anthropique
Les flux présentés sur la figure 1 sont basés sur des observations comportant des marges d'erreurs, et sont ajustés de telle sorte que le bilan soit en équilibre. Cet équilibre correspond à une longue période, depuis la dernière déglaciation, où le climat est resté assez stable. Cependant, depuis le début de l'ère industrielle vers 1850, les activités humaines brûlent du charbon et des hydrocarbures pour fournir de l'énergie, et le produit de cette combustion, le gaz carbonique, s'ajoute à celui qui préexistait dans l'atmosphère : La concentration en gaz carbonique de l'atmosphère s'accroît régulièrement (figure 2) et cette accumulation tend à réchauffer le climat, ainsi qu'on l'observe depuis une trentaine d'années.
Figure 2 : augmentation de la concentration en gaz carbonique de l'atmosphère (source : NOAA)
Ce gaz carbonique est soluble dans l'eau, et sur les 7,8 GtC qui sont rejetées chaque année dans l'atmosphère (ce chiffre a augmenté d'année en année mais tend à se stabiliser depuis 2014), auxquelles il faut ajouter 1,1 GtC provenant du changement d'usage des sols (le déboisement principalement), les océans absorbent 2,3 GtC/an, ce qui correspond à la quantité nécessaire pour mettre la couche supérieure de l'océan en équilibre avec l'atmosphère (voir encadré « quelques outils pour comprendre comment l'océan absorbe ou émet du gaz carbonique. »). C'est ensuite par mélange turbulent que ce gaz carbonique anthropique capté par l'océan pénètre lentement dans l'océan profond. Les flux de carbone associés à la vie marine restent inchangés (figure 1).
Ce n'est pas le cas des écosystèmes terrestres dont les plantes profitent de l'accroissement de la teneur en gaz carbonique de l'atmosphère, qui facilite leur photosynthèse. De ce fait, la quantité de carbone présente dans la biomasse s'accroît de 2,6 GtC/an. Le puits océanique et le puits terrestre de carbone contribuent ainsi à limiter le changement climatique.
Tableau 1 : évolution des puits océanique et terrestre de CO2 au cours des années récentes
La consommation de carbone fossile (augmentée de la production de gaz carbonique dans les cimenteries) a augmenté d'année en année, passant de 5,5 GtC/an dans les années 80 à 8,3 GtC/an de 2002 à 2011 (tableau 1). En réponse à cette augmentation, le puits océanique s'est renforcé (de 2 GtC/an dans les années 80 à 2,4 GtC/an en 2002-2011), la couche supérieure de l'océan absorbant du gaz carbonique jusqu'à atteindre l'équilibre avec l'atmosphère. La photosynthèse terrestre a augmenté de 1,5 à 2,6 GtC/an entre les années 80 et les années 90, mais plafonne depuis, tandis que l'apport de gaz carbonique à l'atmosphère du au changement d'usage des sols est en diminution, de 1,5 GtC/an dans les années 90 à 0,9 GtC/an actuellement, du fait de programmes de reboisement .
Quelques évolutions à moyen et long terme
Lorsque du gaz carbonique est ajouté dans l'atmosphère, sa contribution à la pression atmosphérique (c'est à dire, sa pression partielle) augmente, et devient supérieure à celle dans les océans. Du gaz carbonique pénètre donc dans les océans jusqu'à ce que les pressions partielles dans les deux milieux s'égalisent. Ce processus n'a pas de raison de s'arrêter, et le puits océanique de carbone devrait donc continuer à prendre environ 1/4 des émissions de gaz carbonique. Toutefois, on peut prévoir une diminution de l'efficacité de ce puits, car l'accumulation du gaz carbonique dans les océans rend peu à peu ceux ci plus acides et augmente la réponse de la pression partielle de gaz carbonique à la dissolution de ce gaz dans l'océan (voir l'encart «Quelques outils pour comprendre comment l'océan absorbe ou émet du gaz carbonique»). De plus, à contenu en carbone constant, la pression partielle de gaz carbonique dans l'océan est sensible à la température : elle y augmente de 4 % par ° C. Enfin, si la vie marine n'a pas semblé jusqu'à présent affectée par la perturbation anthropique (voir figure 1), le réchauffement de la surface des océans et la stabilité accrue de la stratification de l'océan qui en résulte pourraient renforcer le frein à la remontée des sels nutritifs nécessaires à la photosynthèse. Cela, ainsi qu'éventuellement d'autres modifications de la dynamique des océans, pourrait conduire à une diminution de la production primaire marine comme certains articles récents semblent l'indiquer ; l'affaiblissement de la pompe biologique océanique de carbone qui en résulterait créerait un déséquilibre pendant plusieurs décennies entre les flux descendants et ascendant associés à cette pompe, les premiers diminuant aussitôt alors que les seconds se maintiendraient encore longtemps.
La biosphère terrestre bénéficie comme on l'a vu de l'accroissement de la teneur en gaz carbonique, gaz qui est indispensable à sa croissance. De ce fait, sa biomasse s'accroissant, elle constitue un puits pour le gaz carbonique anthropique. Mais il n'existe pas de réservoir qui soit isolé de l'atmosphère pour cette biomasse, et d'ici quelques dizaines d'années, la respiration et la dégradation par les bactéries s'ajusteront à ce stock et équilibreront la photosynthèse : le puits «végétation terrestre» devrait donc peu à peu tendre vers zéro. D'autre part, le changement climatique en cours soumet la végétation à des modifications du régime des pluies et à des températures plus élevées, auxquelles les écosystèmes doivent s'adapter. Le stress résultant est lui aussi de nature à faire décroître ce puits. Enfin et surtout, les 1 700 GtC que renferment les sols gelés des régions arctiques (permafrost, voir figure 1) sont menacés d'oxydation par le réchauffement très marqué qui caractérise les hautes latitudes, et du gaz carbonique additionnel serait alors émis vers l'atmosphère.
Un retour aux conditions préindustrielles (une atmosphère à 280 ppm de gaz carbonique) est pratiquement impossible. Si les rejets de gaz carbonique cessaient (ils cesseront nécessairement si les réserves de carbone fossile viennent à épuisement), on estime que 60 % du gaz carbonique serait absorbé par les océans et par la biosphère terrestre au bout d'une centaine d'années (figure 3). Après un millier d'années, il n'en subsisterait que 25 % environ. La lenteur de ce retour aux conditions initiales s'explique par la lenteur du temps de renouvellement de l'océan (de l'ordre de 1 000 ans) et aussi par le fait que, après absorption des premiers 60 %, les océans sont devenus plus acides et ont une capacité moindre à dissoudre le gaz carbonique. Il faut alors remettre à niveau l'alcalinité de l'océan, ce qui se fait lentement et incomplètement par dissolution des dépôts de carbonate de calcium dans les sédiments marins. Au delà (10 000 à 100 000 ans), l'absorption du reste du gaz carbonique est limitée par l'excès d'acidité des océans induite par le CO2 absorbé préalablement. Le retour à une alcalinité plus élevée propice à une absorption de gaz carbonique repose sur l'érosion des silicates (la réaction du gaz carbonique avec du silicate de calcium donne du carbonate de calcium et de la silice). La quantité restante du gaz carbonique injecté après cette très longue dernière phase dépend de la force de la perturbation : pour une injection anthropique de 100 GtC, il n'en subsistera que 10 à 15 %, mais pour 5 000 GtC, il en restera encore plus de 20 %, ceci à cause de l'acidité accrue des océans (Figure 3).
Figure 3 : temps de résidence d'une injection de gaz carbonique dans l'atmosphère.
Encart : quelques généralités sur le carbone :
Le carbone est un élément très répandu dans le système terrestre. Il est très réactif, et le plus souvent associé à d’autres molécules :
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à de l’oxygène pour former les carbonates des roches, ou le gaz carbonique de l’atmosphère ;
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à de l’hydrogène et à d’autres atomes (oxygène, azote, phosphore etc…) pour former la matière vivante et tous les composés qui résultent de sa dégradation, y compris le pétrole et le gaz naturel, sources d’énergie pour l’activité humaine.
On le trouve à l’état pur dans les gisements de charbon… et de diamants (...auxquels nous ne nous intéresserons pas car ils sont en quantité négligeable!)
L’oxydation du carbone dégage beaucoup d’énergie (33 kJ par gramme de carbone pur). Symétriquement, la réduction du gaz carbonique en carbone ou en hydrates de carbone est gourmande d’énergie. Elle ne se produit dans la nature que par les réactions vivantes : photosynthèse de la matière organique par les végétaux, et, intéressante mais quantitativement négligeable, chimiosynthèse dans les sources thermales sous marines.
Au cours de la photosynthèse, l’énergie lumineuse émise par le soleil et captée par la chlorophylle est transmise aux «centres de réaction de la photosynthèse», merveilleux assemblages de molécules au sein desquels huit photons peuvent «casser» une molécule de gaz carbonique. C’est cela qui a donné naissance aux gisements de charbon et d’hydrocarbures. Pour revenir à l’état de gaz carbonique, il suffit d’oxygène et d’une allumette.
Le gaz carbonique est soluble dans l’eau, où il donne des ions carbonate (CO32-) et bicarbonate (HCO3-) et se comporte en acide faible. La haute teneur de l’eau de mer en carbonate et en bicarbonate ainsi qu’en autres sels y influence fortement la solubilité du gaz carbonique.
L’isotope du carbone le plus abondant est le carbone 12. Il existe aussi, en faibles proportions, du carbone 13 et du carbone 14. Ce dernier est radioactif et sa diminution permet des datations. L’isotope 13, plus lourd que l’isotope 12, est moins réactif lors de la photosynthèse, de telle sorte que les produits dérivés de la photosynthèse (et en particulier : le pétrole) en contiennent proportionnellement moins que le gaz carbonique ou que les carbonates. Cette propriété est utilisée dans l’étude du climat pour identifier l’origine des masses d’air.
Encart : quelques outils pour comprendre comment l'océan absorbe ou émet du gaz carbonique.
Le gaz carbonique est soluble dans l'eau de mer et y pénètre ou s'en échappe selon que sa pression partielle (pCO2) y est moins forte ou plus forte que dans l'atmosphère. Le flux de gaz est fonction du vent, de la différence de pression partielle entre l'océan et l'atmosphère, et de la solubilité du gaz carbonique :
F = k s Δ pCO2
où k est proportionnel au cube de la vitesse du vent et s est la solubilité du gaz carbonique dans l'eau de mer. La vitesse du vent n'a d'influence que sur le temps que mettra la masse d'eau pour s'équilibrer avec l'atmosphère (un ordre de grandeur pour une couche océanique de surface de 100 m d'épaisseur en région tropicale est de 6 mois). C'est la solubilité qui définit la quantité de gaz carbonique qui sera passée d'un milieu à l'autre une fois l'équilibre atteint, et celle ci décroît lorsque l'acidité augmente et lorsque la température augmente (d'environ 4 % par ° C).
La quantité de gaz carbonique que doit absorber l'océan pour atteindre une pression partielle donnée peut être estimée grâce au Facteur de Revelle (du nom d'un chercheur de la Scripps Institution of Oceanography qui a été très actif dans l'étude du rôle de l'océan dans le cycle du carbone), qui représente la variation relative de la pression partielle de gaz carbonique divisée par la variation relative de carbone inorganique total (TCO2) :
F = (ΔpCO2 / pCO2) / (ΔTCO2 / TCO2)
Dit plus simplement, si le contenu en carbone inorganique total d'une masse d'eau augmente de 1 %, la pression partielle de gaz carbonique dans cette masse d'eau augmente de F %. Le Facteur de Revelle rend donc compte de l'effet d'amplification de la réponse de pCO2 à une pénétration de gaz carbonique dans l'océan. Dans les conditions actuelles, ce rapport varie entre 8 et 15 (voir carte ci dessous), les valeurs les plus fortes se trouvant aux hautes latitudes, c'est à dire dans les eaux les plus froides. En effet, le gaz carbonique est plus soluble dans les eaux froides et celles ci, qui en contiennent davantage, sont plus acides ; pour un même apport de gaz carbonique, la pression partielle y augmente davantage. Ceci signifie que, pour un même rejet de gaz carbonique dans l'atmosphère, dans un monde où la pression partielle de gaz carbonique sera plus élevée, et les océans plus acides, ceux ci, pour atteindre l'équilibre avec l'atmosphère, absorberont une quantité moindre de gaz carbonique : l'efficacité du puits océanique de carbone diminuera.
C'est ce que montre le graphique établi pour de l'eau de mer à 25 °C, avec une salinité de 35 %o et une alcalinité de 2 300 µmol/kg : si actuellement, avec une pression partielle de 400 µatm environ, une variation du contenu en carbone inorganique total entraîne une variation relative 9,3 fois plus forte de la pression partielle, lorsque celle ci sera de l'ordre de 500 µatm, ce sera 10,2 fois plus.
Encart : Diversité du cycle vivant du carbone
Qu'elle soit terrestre ou marine, la photosynthèse produit, à partir de gaz carbonique, d'eau, et de sels nutritifs, de la matière organique. Celle ci est la source de nourriture et d'énergie pour les écosystèmes marins ou terrestres. Les plantes ou les algues porteuses de cette matière organique, elles mêmes comportant des milliers d'espèces, sont la nourriture de brouteurs, dont la variété n'est pas moindre, et qui peuvent être à leur tour les proies de carnivores. Phytoplancton, zooplancton herbivore, zooplancton carnivore, anchois, thons en mer ; herbe, gazelles, lions, ou feuilles insectes oiseaux sur terre. A chaque niveau de ces chaînes alimentaires, des excréments constituent des pertes. Pas pour tout le monde : les bactéries en profitent. Elles se développent aussi aux dépens des cadavres qui jalonnent ces chaînes alimentaires à tous les stades. Et au final, la respiration des écosystèmes restitue le gaz carbonique qui a été fixé lors de la photosynthèse.
La grande différence entre la filière terrestre et la filière marine est que la première se développe dans un milieu peu profond, pratiquement en contact en permanence avec l'atmosphère. Il n'y a pas de stockage à l'abri de l'oxygène. Le cycle du carbone y est relativement court. Au contraire, la seconde génère des particules qui, sous l'effet de leur densité, sédimentent lentement vers la profondeur. La matière qui les compose évoluera alors lentement à l'obscurité, dans l'eau froide, et ne réapparaîtra, sous forme de gaz carbonique ou de carbonates, qu'après un long périple qui peut durer un millier d'années. Ce transfert de matière de la surface vers la profondeur est la cause des différences de la fertilité des océans qu'on peut observer d'une région à une autre : sans ce transfert, les océans auraient partout la même teneur en éléments nutritifs.
Voir aussi les FAQs :
Quel est le rôle du CO2 sur l'évolution du climat ?
Comment le carbone agit sur le climat?
Mis à jour avril 2016
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- Écrit par : Y. Dandonneau
- Catégorie : Dossier Climat
IV- ... une élévation du niveau des mers
Les chercheurs observent....
Michel Petit
La variation du niveau des mers est sans doute maintenant le meilleur indicateur que l’on puisse avoir des variations climatiques. Elle intègre en effet deux composantes.
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Le changement en volume lié à la dilatation thermique de l'océan (effet stérique) provoquée par l'accroissement de la température associée au réchauffement climatique. L’océan a absorbé 90% du surplus de chaleur induit par l’accroissement des gaz à effet de serre, ce qui se traduit par une dilatation importante.
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Les changements en masse des océans résultant d’échanges d’eau avec les autres réservoirs : atmosphère, réservoirs d’eaux continentales, glaciers de montagne, calottes polaires hors banquise (principalement, le Groenland et l’Antarctique).
Le graphique ci-dessous (d'après A. Cazenave) montre comment le niveau de la mer a évolué au cours des 140 000 dernières années. Après un minimum correspondant à la période de glaciation maximum, il y a 18 000 ans environ, où il était à 120 mètres au-dessous de l’actuel il a plafonné au cours des 6 000 dernières années (partie gauche de la Figure 5).
....mais son taux d'augmentation s'est brutalement élevé à 1,8 mm/an au cours du XXème siècle (partie droite de la figure 6 ci-dessus, et figure 6a, ci-après)
Figure 6a : Moyennes annuelles du niveau moyen global de la mer.
Partie rouge de la courbe : champs de niveau reconstitués (1870 à 1950) - Partie bleue : exploitation des mesures de réseaux de marégraphes (1950 à 1992) - Partie noire : mesures altimétriques par satellite (depuis 1992) - (le niveau de la mer est exprimé en mm par rapport à la moyenne de 1961 à 1990).
Depuis 1992 l’élévation du niveau de la mer s’est faite au rythme de 3.2mm/an. (Voir figure 6 b ci-dessous).
Figure 6b
Niveau moyen des océans calculé de façon continue depuis 1993, grâce aux missions altimètriques des satellites Topex-Poséïdon, Jason-1 et Jason-2.
Il s'agit du niveau moyen, et comme pour tout paramètre géophysique que les chercheurs décrivent par une valeur moyenne, la répartition géographique des variations est loin d'être uniforme. Ainsi entre 1992 et 2011 l’élévation a-t-elle été de 15mm/an dans le Pacifique intertropical ouest alors que le niveau baissait de 10mm/an dans le Pacifique est. Il s’agit là de la signature des variations pluriannuelles du système couplé océan-atmosphère qui induit des variations du contenu thermique des couches superficielles de l’océan (figure 6c ci-dessous) (voir FAQ sur l'élévation du niveau de la mer).
Figure 6c
Avant l'existence de satellites altimétriques, le niveau de la mer était mesuré par des marégraphes développés à l’origine pour surveiller les marées, au service de la navigation. Ces instruments disséminés dans les ports n'offraient qu'une couverture partielle de la planète. Cependant, l’analyse de ces enregistrements a permis de reconstituer l'évolution du niveau de la mer avec une marge d'erreur certes, mais qui s'est améliorée au cours du temps.
A partir de 1992, date de mise en service, du satellite altimétrique Topex-Poséïdon, suivi de Jason-1, fin 2001 et Jason-2 en 2008, les mesures de hauteur du niveau des mers sont connues en permanence, avec une précision remarquable et une couverture globale des océans.
Depuis mars 2002, a été mis en orbite un système satellitaire de mesures gravimétriques constitué de deux satellites qui se suivent sur la même orbite : GRACE, dont l'objectif est de cartographier les variations temporelles du champ de pesanteur terrestre. (voir FAQ sur le champ de gravité).
L'exploitation de ces mesures a permis d’évaluer les variations des masses des calottes polaires (figure 6d ci-dessous), des masses d’eaux continentales et aussi de la masse océanique.
Figure 6d
On peut ainsi faire la part des contributions respectives de chaque phénomène responsable de l'élévation du niveau des mers pour la période 1993-2011 qui se repartit comme suit :
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Expansion thermique : 1.1 mm/an
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Glaciers de montagne : 1mm/an
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Calottes polaires : 0.9mm/an
Soit un total de 3 mm/an en très bonne adéquation avec la mesure directe de l’élévation du niveau de la mer par altimétrie de 3,2 mm/an compte tenu de l’incertitude de la mesure (0,5-0,6 mm/an).
Figure 6e
La contribution des eaux continentales est négligeable à cette échelle de temps. Elle est toujours faible mais soumise à une très importante variabilité interannuelle qui explique pour une large part les oscillations que l’on observe sur la courbe de l’élévation du niveau de la mer (figure 6b) en relation notamment avec les phénomènes Niño/Niña.
Pour en savoir plus :
FAQ :
Quelles sont les variations actuelles du niveau de la mer?
Dernière mise à jour, avril 2016
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- Écrit par : Michel Petit
- Catégorie : Dossier Climat
VIII - Prévisions du GIEC: élévations du CO2 et de la T° de l'atmosphère
Michel Petit
Dans diverses hypothèses, les chercheurs ont fait "tourner leurs modèles".
Comme les rapports du Giec l’ont bien établi, l’évolution du climat de la Terre dépendra de celle de la concentration dans l’atmosphère des gaz absorbant le rayonnement infrarouge, dits gaz à effet de serre.
Cette concentration sera fonction des émissions nettes résultant des activités humaines, que les lois physiques ne permettent pas de prévoir.
Les concentrations de CO2 attendues à la fin du XXI° siècle sont deux à quatre fois plus élevées que celles de l'ère préindustrielle. Elles dépendent essentiellement des développements démographiques et des politiques énergétiques.
Il s'agit de l'un des principaux facteurs d'incertitude sur la sévérité du Réchauffement Global qui va se produire. Les scientifiques qui cherchent à simuler par des modèles numériques le comportement futur du climat doivent faire des hypothèses sur cette évolution de la composition de l’atmosphère.
Les scénarios du "Rapport spécial" sur les scénarios d’émission, formellement approuvé en 2000, ont servi de base aux modélisations dont ont rendu compte les troisième (2001) et quatrième (2007) rapports du Giec. Les émissions supposées étaient déduites de scénarios de développement socio-économique, élaborés par les prospectivistes. Les concentrations de gaz à effet de serre, calculées à partir de ces émissions servaient de base à l'évaluation du changement climatique.
Quatre grandes familles de scénarios ont été définies : A1, A2, B1 et B2, lesquelles se déclinent en variantes selon des hypothèses retenues.
Le scénarios A1 décrit un monde futur dans lequel la croissance économique sera très rapide, la population mondiale atteindra un maximum au milieu du siècle pour décliner ensuite et de nouvelles technologies plus efficaces seront introduites rapidement. Elle se scinde en trois groupes qui décrivent des directions possibles de l’évolution technologique dans le système énergétique.
Les trois groupes A1 se distinguent ainsi: forte intensité de combustibles fossiles (A1FI), sources d’énergie autres que fossiles (A1T) et équilibre entre les sources (A1B) («équilibre» signifiant que l’on ne s’appuie pas excessivement sur une source d’énergie particulière, en supposant que des taux d’amélioration similaires s’appliquent à toutes les technologies de l’approvisionnement énergétique et des utilisations finales).
Le scénario A2 prévoit un monde très hétérogène. Le thème sous-jacent est l’autosuffisance et la préservation des identités locales. Les schémas de fécondité entre régions convergent très lentement, avec pour résultat un accroissement continu de la population mondiale. Le développement économique a une orientation principalement régionale, et la croissance économique par habitant et l’évolution technologique sont plus fragmentées et plus lentes que dans les autres canevas.
Le scénario B1 correspond à un monde convergent avec la même population mondiale culminant au milieu du siècle et déclinant ensuite, comme dans le canevas A1, mais avec des changements rapides dans les structures économiques vers une économie de services et d’information, avec des réductions dans l’intensité des matériaux et l’introduction de technologies propres et utilisant les ressources de manière efficiente. L’accent est placé sur des solutions mondiales orientées vers une viabilité économique, sociale et environnementale, y compris une meilleure équité, mais sans initiatives supplémentaires pour gérer le climat.
Le scénario B2 décrit un monde où l’accent est placé sur des solutions locales dans le sens de la viabilité économique, sociale et environnementale. La population mondiale s’accroît de manière continue mais à un rythme plus faible que dans A2, il y a des niveaux intermédiaires de développement économique et l’évolution technologique est moins rapide et plus diverse que dans les canevas et les familles de scénarios B1 et A1.
À titre d'exemple, la figure ci-dessous montre les prévisions d'augmentation de la température moyenne de surface du globe par rapport à la période 1980-1999. Les courbes colorées montrent, en continuité avec les simulations relatives au 20ème siècle les variations pour les scénarios A2, A1B et B1, ainsi que pour un scénario irréaliste où les concentrations seraient restées constantes à leur valeur de 2000 et qui présente l’intérêt de montrer le réchauffement auquel nous condamnent les émissions passées. Les zones colorées donnent une indication de la dispersion des simulations. Dans les barres de droite, le trait horizontal indique la valeur la plus probable pour le scénario d’émissions considéré et l’étendue des barres indique la gamme des valeurs vraisemblables.
Figure 12a
Les modèles ne sont pas parfaits, ils sont en particulier incapables de simuler en des temps de calcul raisonnables des phénomènes de taille inférieure à 300 km. Il en résulte que les températures prévues par rapport au présent sont entachées d’une incertitude. Les barres à droite de la figure sont relatives à la température prévue en 2100.
On voit que si un mélange d'actions volontaristes et... de chance permet d'associer la concentration la plus faible et la partie basse de la barre correspondante, l’augmentation de température prévue peut se limiter à 1°, et que si, à l’opposé, la concentration la plus forte est associée à l'extrémité haute de la barre, on peut avoir 6,4° de plus en moyenne (sachant que d'après les observations, l'augmentation de température dans l'hémisphère nord est toujours supérieure à la moyenne Terre entière). C’est donc dans cette fourchette que l’on peut s’attendre à trouver l’augmentation de la température moyenne mondiale à la fin du siècle.
Les conséquences de telles variations de la température moyenne mondiale ne sont pas négligeables puisque c'est un écart de 5° qui sépare une ère glaciaire et un optimum interglaciaire, c’est-à-dire les périodes les plus froides et les périodes les plus chaudes des grands cycles climatiques naturels.
Les quatre grandes familles de scénarios d'émission, A1, A2, B1 et B2 décrits dans cette page qui ont servi de base aux modélisations des 3ème et 4ème rapport du Giec ont été remplacées, pour l'élaboration du cinquième rapport, par une approche différente.
Pour prendre en compte des scénarios d’émission correspondant à des mesures volontaristes de réduction des émissions envisagées, cette nouvelle approche est fondée sur le choix d’un nombre limité d’évolutions des concentrations, prises parmi celles utilisées par des scénarios existants qui intègrent de façon cohérente une évolution socio-économique, les émissions, les concentrations, les évolutions du climat et leurs conséquences.
Un travail important de chercheurs de toutes disciplines concernées a permis de choisir quatre d’entre eux dont les concentrations seront utilisées par les modèles pour permettre des comparaisons. Ces quatre scénarios, référencés conventionnellement par la valeur du forçage radiatif en 2100 calculés par le modèle de référence (2,6 ; 4,5 ; 6 et 8,5 W/m²), sont appelés en anglais «Representative Concentration Pathways (RCPs)» qu’on peut traduire par «Évolutions représentatives des concentrations».
L’évolution la plus modérée des concentrations correspond aux politiques les plus volontaristes des réductions d’émission et la plus forte correspond au contraire au maximum des émissions envisagées dans la littérature. Les deux autres RCP correspondent à des hypothèses intermédiaires.
Les quatre « Évolutions représentatives des concentrations » incluent tous les facteurs susceptibles d’influencer le climat. Elles ne sont ni des prévisions ni des recommandations politiques. Leur seule ambition est d’être un outil de travail permettant d’explorer la gamme des évolutions possibles du climat.
Elles sont utilisées en parallèle comme point de départ par les modélisateurs du climat et comme objectif par les chercheurs qui cherchent à déterminer l’influence des évolutions socio-économiques sur les émissions. Les résultats de ces modélisations du climat sont présentés dans la figure ci-dessous, tirées du 5ème rapport du Giec. On voit que seul le scénario RCP 2,6 permet d'espérer un accroissement de température de 1° qui correspond aux 2° par rapport à l'ère préindustrielle, valeur retenue par la COP 21.
Figure 12b :Evolution dans le temps de la différence entre la température moyenne mondiale de la surface et sa valeur au début du XXIe siècle.
Les simulations pour le futur sont traduites pour chaque RCP par la moyenne des modèles considérés (lignes continues), ainsi que par la dispersion entre ces modèles (zones colorées correspondant à une dispersion entre modèles allant de 5 à 95 %). La discontinuité des courbes en 2100 n'a aucune signification physique, elle est due au fait qu’un certain nombre de modèles n'ont pas fait de projection au-delà de 2100. Les nombres au milieu de la figure sont ceux du nombre de modèles pris en compte.
Voir la FAQ :
Les modèles climatiques ont-ils une valeur prédictive?
Voir News :
Janvier 2012 : Representative Concentration Pathways » : La nouvelle approche du Giec.
Avril 2013 : Le protocole de Kyoto : de belles paroles ne suffisent pas à éviter un bouleversement du climat de notre planète
Février 2015 : La COP 21 Paris - décembre 2015. Le seuil de 2°C : un artifice ?
Dernière mise à jour Mars 2016
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- Écrit par : Michel Petit
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