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Neuf chroniques d'indices climatiques

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Les indices climatiques 2020

Yves Dandonneau.

Sommaire

La température
Le contenu thermique océanique
Le niveau de la mer
El Niño
La cryosphère
Le gaz carbonique
Événements remarquables
Conclusion

La température

En 2020, la température moyenne globale à la surface de la Terre a été de 1,2°C plus chaude que la moyenne des années 1850 à 1900. Elle prend la deuxième place parmi les années les plus chaudes, à seulement 0,02°C de 2016, qui reste la plus chaude jamais enregistrée. Tandis que la concentration en gaz carbonique, principal gaz à effet de serre, s’accroît régulièrement d’année en année, la température moyenne globale augmente de façon irrégulière (figure 1). La première cause d’irrégularités est liée à l’occurrence du phénomène El Niño, qui, lorsqu’il se produit, réchauffe de plusieurs degrés une très vaste partie de l’Océan Pacifique tropical. On voit ainsi sur la figure 1 que les années El Niño en 2016, 2010, 1998 et 1983, sont marquées par des hausses de température rapides. En 2020 au contraire, des conditions opposées, dites «La Niña» ont maintenu sur le Pacifique équatorial des températures basses. Les grandes éruptions volcaniques sont une autre cause d’irrégularités dans la croissance de la température moyenne globale : elles projettent en effet jusqu’à la stratosphère de grandes quantités de cendres qui, en réfléchissant vers l’espace une partie du rayonnement solaire, refroidissent le climat.

Evolution de la température moyenne globale depuis 1880

Fig 1 : évolution de la température moyenne globale depuis 1880 (source NOAA). Les flèches ajoutées rouges indiquent le forts évènements El Niño, les flèches noires les grandes éruptions volcaniques.

Le réchauffement n’affecte pas uniformément la surface de la Terre.
Certaines parties de l’océan ont même été moins chaudes en 2020 que précédemment (figure 2) :

  • le sud de l’Océan Indien,
  • l’Atlantique nord ouest,
  • et le Pacifique équatorial, ce dernier en raison de forts alizés correspondant à des conditions La Niña dans cette région.

Sur les terres émergées, à l’exception du Canada, le réchauffement est quasi général, et atteint des valeurs record en Sibérie où le risque d’un dégel de grande ampleur est l’émission de méthane, qui est un puissant gaz à effet de serre.

Distribution du réchauffement observé en 2020 à la surface de la Terre

Fig. 2 : distribution du réchauffement observé en 2020 à la surface de la Terre par rapport à la moyenne de 1981 à 2010 (Centre Européen de prévisions météorologiques).

En France, deux épisodes de canicule ont sévi fin juillet et à la mi-août. Ce dernier, un peu moins long que celui de 2003, a été marqué par des températures aussi élevées, et a aussi concerné d’autres pays d’Europe du nord ouest : la Belgique, les Pays Bas et le Royaume Uni.

Le contenu thermique océanique.

Les océans emmagasinent plus de 90 % de la chaleur gagnée par la Terre du fait de l’effet de serre.
Le contenu thermique des océans a continué de croître en 2020. C’est surtout les couches proches de la surface qui ont gagné de la chaleur, mais cette chaleur pénètre aussi les couches de 500 à 1500 m de profondeur, et de façon moins perceptibles celles au-delà de 1500 m (figure 3). La distribution des différences par rapport à 2019 est une résultante caractéristique des conditions La Niña qui ont régné en 2020 dans le Pacifique tropical, avec de forts vents alizés qui entraînent la chaleur accumulée aux basses latitudes par les eaux superficielles vers le Pacifique tropical ouest, dans une région nommée la «warm pool» (figure 4).À noter également la persistance d’un refroidissement marqué de l’océan dans l’Atlantique nord, qui explique le refroidissement dans cette région de la température moyenne à la surface de la Terre (figure 2).

 Le contenu thermique océanique.

Fig 3 : évolution du contenu thermique (ZJ) des océans dans la couche superficielle et dans les couches plus profondes (Chen et al., advances in atmospheric sciences).

 Différence de contenu thermique des océans entre 2019 et 2020

 Fig 4 différence de contenu thermique des océans entre 2019 et 2020
(Chen et al., advances in atmospheric sciences).

Le niveau de la mer

Depuis 1993, le niveau des océans s’est élevé d’un peu plus de 90 mm, soit à une vitesse moyenne de 3,29 mm/an. Le niveau le plus élevé a été estimé en juillet 2020, suivi par une légère baisse due principalement aux conditions La Niña qui se sont ensuite établies sur le Pacifique équatorial (figs 5, 6). Dans ces conditions en effet, l’intensification des vents alizés entraîne les eaux chaudes de surface vers l’ouest et crée une vaste échancrure (fig 7) le long de l’équateur où viennent affleurer des eaux profondes froides et plus denses.

Niveau moyen de la mer

Fig 5 : évolution du niveau moyen des océans (mm) depuis 1993.

El Niño

Comme on l’a vu pour les indices précédents, l’état du Pacifique tropical, soumis à la variabilité liée au phénomène El Niño, a une forte influence sur les moyennes globales.
L’année 2020 a débuté avec un indice ENSO modérément élevé dans des conditions qui pouvaient conduire à un événement El Niño, avec un réchauffement du Pacifique équatorial. Cela ne s’est pas produit, et il y a eu au contraire au deuxième semestre 2020 un renforcement des Alizés qui a entraîné des conditions froides de type La Niña avec une reprise de l’upwelling équatorial et un niveau marin bas (figs 6, 7).

Anomalies de niveau marin et d’indice ENSO

Fig 6 : anomalies de niveau marin et d’indice ENSO normalisés de 2018 à 2020
(zone Niño 3-4, données AVISO).

Anomalies de température de la surface de l’océan en novembre 2020

Fig 7 : anomalies de température de la surface de l’océan en novembre 2020.

Le bulletin du Climate Prediction Center de la National Oceanic and Atmospheric Administration indique une probabilité de 60 % qu’un retour à des conditions intermédiaires entre El Niño et La Niña ait lieu au printemps 2021.

La cryosphère

Le retrait de la banquise de l’Océan Arctique se poursuit. L’étendue maximale observée en général à la fin de l’hiver au mois de mars diminue depuis 1980 au rythme d’environ 40 000 km² par an, avec une forte variabilité inter annuelle (figure 8).
Les étendues maximales observées en 2019 et 2020 ne s’inscrivent pas parmi celles où la banquise d’hiver a été la moins étendue. En fin d’été, cette superficie a atteint en septembre 2020 la deuxième valeur la plus basse jamais enregistrée (la plus basse est celle atteinte en 2012). En Antarctique au contraire, que ce soit en fin d’été ou d’hiver, il n’apparaît pas de tendance à une augmentation ni à une diminution de la surface de la banquise (fig 8 ).

Evolution de la surface de la banquise en Arctique et en Antarctique

 Fig 8 : évolution de la surface de la banquise en Arctique (à gauche) et en Antarctique (à droite) en septembre (rouge) et en mars (bleu).

La masse des glaciers du Groenland a diminué de 152 GT en 2020. Les pertes se font principalement par vêlage de ces glaciers lorsqu’ils débouchent sur la mer, car le bilan de surface reste positif, les précipitations l’emportant sur la fusion et l’évaporation (figure 9). Le franchissement d’un point de non retour a été proclamé à la fin de l’été 2020, concernant les glaciers périphériques de la côte est du Groenland, dont l’écoulement ne serait désormais plus freiné par la présence de glace de mer en été.

Evolution du bilan de masse des glaciers du Groenland.

Fig 9 : évolution du bilan de masse des glaciers du Groenland. En bleu, bilan de surface (précipitations moins évaporation et fonte). En vert, écoulement des glaciers. En rouge, bilan global.

Le gaz carbonique

L’année 2020 a été marquée par un fort ralentissement de l’activité humaine, qui a eu comme conséquence une baisse des émissions de gaz carbonique, estimée à 6,7 %. En 2019, ces émissions avaient atteint un niveau record. Pour significative qu’elle soit, la baisse des émissions de 2020 n’a pas encore eu d’effet visible sur l’évolution de la concentration en gaz carbonique de l’atmosphère (figure 10) qui continue de croître au rythme d’environ 2,3 ppm/an.

Courbe du gaz carbonique

Fig 10 : émissions de gaz carbonique depuis 1960. La valeur indiquée pour 2020 est une estimation (Global Carbon Budget). En encart : évolution de la teneur en gaz carbonique de l’atmosphère au cours des trois dernières années.

Les estimations de la baisse des émissions en 2020 selon les grands émetteurs sont de -1,7 % pour la Chine, -12,2 % pour les États Unis, -11,3 % pour l’Europe, et -9,1 % pour l’Inde.

Événements remarquables

Incendies de forêts

L’année 2020 a débuté alors que les gigantesques incendies de forêts dans l’est de l’Australie n’étaient pas encore contrôlés. Une sécheresse marquée dans l’ouest des États Unis d’Amérique y a favorisé les incendies les plus ravageurs jamais observés.

Tempêtes tropicales et cyclones tropicaux

Leur nombre a été plus élevé que la normale avec 103 tempêtes tropicales identifiées dans les deux hémisphères. Dans l’Atlantique nord en particulier, 30 tempêtes ont frappé, et comme il est de coutume de les nommer selon l’ordre alphabétique au fur à mesure qu’ils y apparaissent, il a fallu désigner les quatre derniers par des lettres grecques : un record ! Dans les autres régions favorables au développement des cyclones, ceux ci ont été plus nombreux que la moyenne au nord de l’Océan Indien et dans le Pacifique sud ouest, moins nombreux ailleurs.

On attend les grandes manœuvres

Après la décevante Cop 25 qui s’est tenue à Madrid fin 2019, la Cop 26 a été reportée à la fin de 2021 en raison de la pandémie de Covid19.
L’année 2020 n’est pas toutefois une année blanche : l’élection d’un nouveau président aux États Unis d’Amérique promet un retour de ce pays dans les accords de Paris, qui, espérons le, redynamisera les débats lors de la prochaine Cop.
D’autre part, un peu partout dans le monde, les gouvernements sont pressés d’agir pour le climat par les citoyens. Les récentes condamnations pour «inaction» des Pays Bas et de la France sont symptomatiques à cet égard. En France, la Convention Citoyenne pour le Climat est une initiative inédite qui a pour le moins contribué à porter la question climatique aux premières pages de l’actualité. Se préoccuper du climat est désormais impératif pour tout candidat à des élections nationales.

Conclusion

Le changement climatique causé par l’activité humaine continue son cours.
Dans cette même rubrique après l’année 2019, la conclusion était que
«Les émissions de CO2 continuent à un rythme inchangé, et le climat continue de se réchauffer, avec ses conséquences : le niveau marin et le contenu thermique des océans sont en hausse, et la masse des glaciers continentaux se réduit de façon continue. Davantage soumis à la variabilité inter annuelle, la température moyenne globale, et la surface des calottes polaire, n’ont pas atteint des valeurs record cette année. À suivre ».
Cette conclusion pourrait rester inchangée pour 2020, si l'on excepte que les émissions de CO2 qui ont baissé en 2020 du fait de la pandémie et de la mise en sommeil de l'économie.
2020 a été une année très chaude, avec de nombreux cyclones et des incendies de forêts dévastateurs, sans Cop, ni décision politique majeure.


Indices climatiques 2019 

Yves Dandonneau.

Sommaire

La température
Le contenu thermique océanique
El Niño
Le niveau de la mer
Les calottes polaires
Groenland et glaciers continentaux
Le gaz carbonique
Événements remarquables
La COP 25
Conclusion

 La température

La température moyenne globale à la surface de la Terre en 2019 a été de 0,98°C plus chaude que la moyenne des années 1951 à 1980 d’après l’analyse GISTEMP de la NASA (fig1). Elle prend ainsi la place de deuxième année la plus chaude depuis les enregistrements modernes, après l’année 2016 qui avait vu une grande partie de l’Océan Pacifique tropical être touchée par des températures anormalement chaudes du fait d’un événement El Niño marqué. Plusieurs agences analysent l’évolution de la température à la surface de la Terre. Elles aboutissent à un classement identique, et montrent au cours des quatre dernières décennies un réchauffement global à la vitesse de 0,02 °C par an.

figure1 evolution temperature

Fig. 1 : Évolution de la température moyenne globale depuis 1880

Comme observé lors des années précédentes, le réchauffement est beaucoup plus rapide dans les régions polaires, surtout en arctique, que sur le reste du globe (fig. 2).

figure2 distribution rechauffement

Fig.2 : Distribution du réchauffement observé en 2019 à la surface de la Terre par rapport à la moyenne de 1981 à 2010 (Centre Européen de prévisions météorologiques).

En France, l’événement le plus remarquable a été la vague de chaleur qui a sévi du 21 au 26 juillet, au cours de laquelle les températures enregistrées ont battu des records sur une large partie du territoire. A Lille notamment, le précédent record égal à 37,6°C, qui datait de 2018, fut largement dépassé 41,5°C.

Le contenu thermique océanique

Du fait de l’augmentation de l’effet de serre, la Terre accumule de l’énergie sous forme de chaleur. La majeure partie de ce gain de chaleur (93 %) est captée par les océans où il pénètre en profondeur. Le suivi du contenu thermique des océans est possible grâce aux mesures de température effectuées lors des campagnes océanographiques, et est devenu beaucoup plus précis depuis le déploiement en 2000 du réseau de sondes ARGO qui réalisent en routine partout dans l’océan des profils verticaux de température jusqu’à 2000 m de profondeur (4000 m pour certains flotteurs) et transmettent les résultats par satellite. Le contenu thermique de l’océan a pu être estimé depuis 1958 où le nombre de mesures est devenu suffisant. Il augmente, et cette augmentation s’est accélérée à partir de 1987 environ (fig. 3). Il est à noter que les variations inter annuelles, probablement dues à l’échantillonnage irrégulier par les campagnes océanographiques n’apparaissent pratiquement plus à partir de 2002 grâce au déploiement du réseau ARGO (fig. 3). Ainsi, les cinq années où le contenu thermique des océans a été le plus élevé sont, sans surprise, dans cet ordre : 2019, 2018, 2017, 2016 et 2015.

Par rapport à la période 1980 – 2010, l’océan s’est réchauffé assez uniformément dans tous les bassins. Au cours de l’année écoulée, le gain de chaleur entre la surface et 2000 m s’est porté principalement sur l’Océan Indien, l’Océan Pacifique nord, et l’Océan Atlantique, tandis que l’Océan Pacifique équatorial et le Pacifique tropical nord ont perdu de la chaleur (fig. 4). Il est à noter que ce réchauffement des océans se traduit par une moindre solubilité de l’oxygène dans l’eau de mer, et donc par une perte d’oxygène des océans au profit de l’atmosphère.

figure3 contenu thermique

Fig. 3 : Évolution du contenu thermique des océans de 1958 à 2019.

figure4

Fig. 4 : Gain de contenu thermique de l’océan entre 2018 et 2019.

 

El Niño

La température de surface de l’Océan Pacifique équatorial montre des anomalies légèrement positives mais qui restent très inférieures à celles de l’épisode El Niño de 2016 qui a eu des conséquences climatiques importantes. En particulier, de fortes anomalies positives de température dans une zone aussi vaste ont un impact sur le calcul de la température moyenne globale de l’année en cours. Ainsi, correspondant au fort épisode El Niño de 2016, l’année 2016 reste en tête du classement des années les plus chaudes. Rien de tel en 2019 : le Pacifique équatorial ne s’est pas éloigné d’un état moyen entre El Niño et La Niña.

figure5

Fig.5 :  Anomalie de température depuis 2000 dans la zone Nino 3.4. 

 

 Le niveau de la mer

La hausse du niveau marin déjà détectée à la fin du 20ème siècle se poursuit régulièrement et tend même à s’accélérer. Au cours des 27 dernières années, le niveau s’est élevé à la vitesse moyenne de 3,24 ± 0,3 mm/an, mais la vitesse de la montée des océans s’accélère : +45 mm de 2009 à 2019. Les dernières années montrent une progression très régulière. Pour rappel, cette hausse du niveau marin est due à l’expansion thermique en réponse au réchauffement, à la fonte des glaciers continentaux, et aux variations du stockage d’eau sur les continents.

figure6

Fig.6 : Évolution du niveau des océans depuis 1993
(ESA ,  CMEMS : Copernicus  ; en rouge pour l'année 2019 : mesures du satellite Jason 3). 

 Les banquises polaires

La superficie de la banquise arctique se réduit avec le réchauffement climatique, et montre depuis 2006 un fort recul en été. L’année 2019 confirme cette tendance, elle n’atteint pas le record de recul de 2012 (fig. 7), mais présente à la fin de l’été une superficie très réduite par rapport à la moyenne de 1981 à 2010 (fig. 8).En Mars, qui est le mois de maximum d’extension de la glace, une diminution est aussi observée, mais elle est inférieure à celle de l'été.

figure7

Fig.7 : Évolution de la surface de la banquise arctique : extensions maximale en mars (bleu) et minimale en septembre (rouge)

figure8

Fig.8 : Extension de la banquise arctique en septembre 2019.

La réduction de la banquise antarctique est beaucoup moins marquée. 

Groenland et glaciers continentaux

Le bilan des précipitations neigeuses du Groenland a été de 169 GT seulement, alors que la moyenne de 1981 à 2010 a été de 328 GT. Ce bilan a été le plus faible en 2012 (fig.9). Les pertes moyennes par vêlage des glaciers étant estimées à 498 GT/an, la réduction de la masse glaciaire du Groenland est donc d’environ 329 GT pour l’année 2019.

figure9

Fig.9 : Comparaison du bilan de masse neigeuse au Groenland en 2019 par rapport à la moyenne de 1981 à 2010, et à l’année record de 2012.

Les autres glaciers pour lesquels on dispose d’observations perdent eux aussi de la masse chaque année. 2019 est la trente deuxième année consécutive de réduction de ces glaciers fig.10).

figure10

Fig.10 : Évolution du bilan de masse neigeuse des principaux glaciers terrestres (en bleu) et effet cumulatif sur la masse glaciaire (en rouge). 

 Le gaz carbonique

La croissance de la concentration en gaz carbonique de l’atmosphère se poursuit à un rythme inchangé (fig.11). Nous sommes en route pour bientôt atteindre 410 parties par million. Cette concentration était avant l’ère industrielle d’environ 280 ppm, et le «doublement» de cette concentration, soit 560 ppm, sur lequel reposent certaines des interrogations des climatologues, se rapproche.

figure11

Fig.11 : Concentration en gaz carbonique de l’atmosphère.

figure12

Fig.12 :  Évolution des émissions de gaz carbonique (d’après Global Carbon Budget).

Les émissions de CO2 en 2019 ont atteint un niveau à peu près équivalent à celles de 2018 (fig. 12), soit 36,4 GT (ou 9,9 GT de carbone), ce qui représente une augmentation de 61 % par rapport aux émissions de 1990.
Si les émissions totales semblent s’être stabilisées globalement en 2019, elles ont cru en Chine et en Inde, tandis qu’elles ont diminué aux Etats Unis d’Amérique et dans l’Union Européenne (table 1).

Emissions de gaz carbonique par grande région en 2019

Table 1 : Émissions de gaz carbonique par grande région en 2019

 

Événements remarquables

Incendies de forêts

Le déclenchement d’incendies de forêts nécessite une combinaison de plusieurs facteurs tels que la présence en abondance de biomasse sèche, du vent, et des imprudences. Le réchauffement climatique à lui seul ne suffit pas, mais il les favorise. 2019 a vu de très nombreux incendies se déployer dans des régions habituellement préservées de telles catastrophes (fig.13). Ainsi, le Groenland et l’Alaska, probablement les derniers endroits où on s’attendrait à en voir, ont été touchés. Ils ont été particulièrement étendus et nombreux en Sibérie, et aussi en Indonésie, en Afrique subsaharienne et au Brésil. Toutefois, dans ces trois dernières régions où les feux de défrichement sont traditionnels, 2019 ne se distingue pas particulièrement des années précédentes. Ces incendies ont été particulièrement dévastateurs en Californie et en Australie.

figure13

Fig.13 : Incendies de forêts en 2019. 

Les grandes manœuvres

Initiative de la nouvelle Commission européenne d’un «green deal»

Il s’agit de définir et mettre en place un ensemble de résolutions visant à atteindre la neutralité carbone d’ici à 2050, afin de permettre une transition écologique radicale du Vieux Continent.

La COP 25

Initialement prévue au Chili, cette 25ème conférence des parties s’est finalement tenue à Madrid du 2 au 14 décembre 2019. Avec le slogan «Time for action», son objectif était de faire progresser les accords internationaux après l’Accord de Paris, afin de lutter contre le changement climatique. Elle a été marquée par une incapacité à avancer, en décalage avec l’appel constant des jeunes, des scientifiques, à agir face à l’urgence climatique. Comme attendu, les grands pays émetteurs de CO2 (États-Unis, Australie, Brésil) ont bloqué les négociations, souvent rejoints hélas par des pays dont on attendait davantage (Canada, Japon, Chine, Inde). Il a fallu une alliance progressiste de petits Etats insulaires et de pays européens, africains et latino-américains, et une prolongation la COP de 42 heures pour parvenir la signature d’un accord minimal avec des pays plus divisés que jamais sur des sujets clés.

Conclusion

Les émissions de CO2 continuent à un rythme inchangé, et le climat continue de se réchauffer, avec ses conséquences : le niveau marin et le contenu thermique des océans sont en hausse, et la masse des glaciers continentaux se réduit de façon continue. Davantage soumises à la variabilité inter annuelle, la température moyenne globale, et la surface des calottes polaire, n'ont pas atteint des valeurs record cette année. À suivre.


Les bilans climatiques depuis 2012

 Année 2020Année 2019 -  Année 2018 - Année 2017 - Année 2016 - Année 2015 - Année 2014 - Année 2013 - Année 2012

Les chercheurs observent....

Février 2004 - Dernière mise à jour, juin 2017

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.

*

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 :

  • Le retrait des glaciers de montagne

  • Le risque de chutes de rochers et de glaces, glissements de terrain

  • La réduction de l’étendue de la banquise arctique en été et de son épaisseur en été comme en hiver

  • Des floraisons précoces et des périodes plus longues de croissance des plantes et de reproduction des animaux dans l’hémisphère nord 

  • Une migration en latitude et en altitude des plantes, des poissons, des oiseaux et des insectes

  • Une arrivée précoce et un départ tardif des oiseaux migrateurs dans l’hémisphère nord

  • 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.

Janvier 2011 - Mis à jour avril 2016 - Yves Dandonneau

Les chercheurs ont désormais des certitudes... 

Les stocks de carbone dans le système climatique

La perturbation anthropique 

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 :

  • à de l’oxygène pour former les carbonates des roches, ou le gaz carbonique de l’atmosphère ;

  • 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? 

Février 2004 - Dernière mise à jour, mai 2017

C'est un fait d'observation. De 1860 à nos jours... Les chercheurs observent....

La température moyenne de l'air de la planète a augmenté d'environ 0,8°C (à +/- 0,2°); cette augmentation s'est faite par paliers, entre 1910 et 1940, puis entre 1980  et nos jours.

Un point effectué en l'an 2001 indiquait que les années 1989 à 2000 étaient les années les plus chaudes jamais enregistrées depuis 1850, à une exception près 1996. La même analyse effectuée au début 2016 indique qu'un record de température globale a été établi en 2010, puis en 2014 et 2015 (voir la News sur l'année climatique 2015 référencée à la fin de cette page). La tendance générale au réchauffement s'est poursuivie sur la période 2001-2015, même si l'on observe de fortes fluctuations d'une année sur l'autre.

On note sur la figure ci-dessous, l’évolution semblable au cours du temps de la température des terres (courbe en rouge), de la surface de l’eau de mer (courbe en bleu). L'échelle des températures est  graduée par rapport à la moyenne des températures entre 1961 et 1990 (base 0).

Figure 1

Depuis 650 000 ans...

Les glaces polaires constituent les seules archives des climats passés. L'analyse des carottes de glace donnent accès à des informations sur la modification du climat du globe et sur la composition de l'atmosphère.

Publié en 1999, l’enregistrement de Vostok dans l'antarctique a révélé l’histoire du climat et de l’atmosphère sur les derniers 420 000 ans, avec 4 cycles glaciaire-interglaciaires rythmés environ tous les 100 000 ans par des périodes interglaciaires chaudes. Plus récemment en 2005, les trois kilomètres de carottes de glace  extraits du site de Dôme C en Antarctique (programme EPICA), ont prolongé de 200 000 ans les résultats de Vostok.

Figure 2 - Nota : Sur l'axe horizontal qui indique les années, notre époque se trouve à gauche

Au cours des 650 000 dernières années, la température moyenne de l'air, (en rouge sur la figure 2), a varié plusieurs fois de près de 10°C : de -8°C à +2°C, par rapport a la moyenne de l'année 1980.
On a pu mettre en évidence l'alternance de périodes "froides" beaucoup plus longues que les périodes "chaudes" (dites "interglaciaires"), d'une durée de 15 000 ans tous les 110 000 ans environ.  Les périodes interglaciaires antérieures à 430 000 ans sont moins chaudes, elles présentent des concentrations en CO2 et CH4 plus faibles que celles des quatre périodes interglaciaires les plus récentes. Cette information indique que la proportionnalité entre gaz à effet de serre et température antarctique est conservée pour des modes climatiques différents.

Depuis 12 000 ans, une période de grande stabilité a été observée (partie gauche de la courbe rouge), succédant à une période très froide, siège de grandes glaciations se traduisant par un abaissement de plus de 120 m du niveau des mers.

Il est remarquable de voir sur cette figure la corrélation entre les concentrations atmosphériques en CH4et CO2 et la température de l’air antarctique tout au long de l’enregistrement.

Pour en savoir plus :

Lettre CNRS : Le projet EPICA : la carotte antarctique du Dôme C, nouvelle donnée phare de la Paléoclimatologie

CEA : 800 000 ans d’histoire du climat lus dans la glace

Voir conférence grand public :

Climat : Pourquoi ça chauffe ? de Yves Fouquart, Laboratoire optique atmosphérique de l'université de Lille.

Voir aussi les FAQs :

Comment mesure-t-on la température?

Comment peut-on évaluer les températures pour la période antérieure à 1860?

Peut-on parler de température moyenne mondiale?

Quelles observations pour estimer la température à la surface de la Terre?

Voir aussi les News :

L’année climatique 2015 - L’année la plus chaude de l’époque moderne.

L’année climatique 2014 - L’année la plus chaude de l’époque moderne

L'année 2012 au palmarès des années les plus chaudes depuis 1880.  Analyse des indices climatiques 2012

L’année 2010 fut l’année la plus chaude sur Terre depuis 1880. 

Sur quelles connaissances s'appuie-t-on ?

Les connaissances scientifiques des mécanismes qui régissent les transformations de la planète ont fait des progrès considérables au cours des cinquante dernières années, grâce au renforcement quantitatif des équipes scientifiques, à l'accroissement des budgets consacrés à l'observation de la Terre, et aux progrès des systèmes d'observation (satellites en particulier) et de la modélisation rendue possible par la puissance des ordinateurs.

Depuis 1958, Année Géophysique Internationale, on a assisté aussi à la mise en place de programmes internationaux de recherche, s'accompagnant d'un nombre croissant d'échanges de communications entre chercheurs. 

Enfin,  en 1988 (date de création du GIEC), pour la première fois, les chercheurs internationaux les plus éminents dans les domaines concernés par les climats de la Terre, se sont groupés dans un contexte multinational ouvert (sous l'égide de l'ONU) pour discuter de leurs observations, émettre des avis et des recommandations: dont nous extrayons la substance de cette présentation. 

NB: Le groupe s'intitule "Groupe Intergouvernemental d'Experts sur l'Évolution du Climat" GIEC (en anglais "International panel for climate change", IPCC).

Voir : FAQ : Comment fonctionne le GIEC (IPCC)?

Les chercheurs observent....

Février 2004 - Dernière mise à jour, avril 2016 

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.

  • 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.

  • 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 :

  • Expansion thermique : 1.1 mm/an

  • Glaciers de montagne : 1mm/an

  • 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?

Pourquoi la connaissance précise du champ de gravité terrestre est-elle si importante pour le climat?

Février 2004 - Dernière mise à jour : janvier 2017

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 :

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?