Les causes du réchauffement climatique

Peaufinez votre préparation bac SVT avec cet article sur les causes du réchauffement climatique avec Benoît, E-Prof de soutien scolaire SVT.

Depuis plusieurs années, nous battons des records météo. Régulièrement les médias nous informent que « Ce mois de mai a été le plus chaud jamais enregistré depuis… », « Cet hiver a été le plus doux depuis… », « Cette semaine, nous sommes bien au dessus des températures de saison », etc.

Toutes ces données météorologiques (température, hygrométrie, ensoleillement etc.), cumulées sur une longue période d’au moins 30 ans, nous permettent de caractériser le climat et de mettre en évidence, partout sur le globe, un réchauffement climatique comme en témoigne le graphique ci-dessous :

Les mesures sont effectuées par deux organismes indépendants ce qui les valide mutuellement. Nous avons donc gagné 1.5 °C depuis 1910 environ.

Mais cette augmentation n’est qu’une moyenne globale et ne reflète pas des écarts plus importants selon les régions du monde au contraire de cette animation de la cartographie du réchauffement produite par la Nasa :

On constate bien que ce réchauffement (exprimé en écart de température par rapport à la moyenne 1880-2010) n’est pas réparti de façon homogène et touche gravement les régions du pôle Nord avec notamment pour conséquence une fonte des glaces de la banquise et de la calotte.

La machine climatique terrestre est une machine complexe. Quels sont les facteurs la contrôlant ?

Le document ci-dessous présente les principaux facteurs régulant la température terrestre, que vous pourrez trouver commenté sur notre chaîne Youtube ! Ce schéma explique le cas d’une élévation de température ; vous pouvez le modifier afin de comprendre comment un refroidissement pourrait avoir lieu et nous le proposer en requête pour vérification 😉

Quelques éléments d’explications :

Comme vous l’avez peut être vu en seconde la température terrestre est contrôlée par :

• L’activité solaire : le Soleil nous envoie une certaine quantité d’énergie lumineuse qui peut varier selon les années. Si son activité augmente, alors nous recevrons davantage de lumière et la température augmentera. L’activité du Soleil varie tous les 11 ans et ne saurait donc être à l’origine d’un réchauffement qui se produit sur plus d’un siècle.
• La distance Terre-Soleil: la Terre orbite autours du Soleil sur une trajectoire elliptique d’où une variation de la distance Terre-Soleil au cours de l’année. Cependant on peut calculer une distance moyenne annuelle aujourd’hui d’environ 149.6 millions de Km. Au cours du temps, l’orbite de la Terre peut changer de forme et passer d’une ellipse (excentricité positive) à un cercle parfait (excentricité nulle) ; dans ce cas, la distance moyenne annuelle Terre-Soleil augmente. Nous recevrons donc globalement moins de lumière ce qui entraînerait un refroidissement. A l’inverse, si l’excentricité augmente, cela conduira à une augmentation de température. Ce phénomène varie cycliquement mais sur une très longue échelle de temps : plus de 100 000 ans ! Il n’est donc pas non plus à l’origine du réchauffement actuel.
• L’effet de serre : la Terre et la Lune sont environ à la même distance du Soleil pourtant la température lunaire est de -18°C contre environ +15°C sur Terre. Cette différence salvatrice (car elle permet l’existence d’eau à l’état liquide et donc la vie !) est due à l’atmosphère terrestre dont certains gaz, dits gaz à effet de serre (GES), permettent de retenir la chaleur émise par la surface (sous forme de rayons infrarouges) après que cette dernière ait été réchauffée par le Soleil. Parmi ces GES, on trouvera la vapeur d’eau et le CO₂. C’est ce dernier qui va nous intéresser car si la teneur en eau est constante, ce n’est pas le cas du CO₂ bien que très faiblement représenté.

Si le taux de CO₂ augmente, l’effet de serre en sera accentué et la température globale s’élèvera.

Quels sont les facteurs susceptibles de faire varier le taux de CO₂ ?

On peut penser aux éléments suivants :

• Le volcanisme : lors d’éruptions, les volcans rejettent d’importantes quantités de CO₂ dans l’atmosphère d’où un renforcement de l’effet de serre. Cependant nous verrons que l’activité volcanique peut aussi conduire à un refroidissement ; d’autre part, il faut que ces épisodes volcaniques soient nombreux, intenses et long : il s’agit d’un phénomène qui peut influencer le climat mais sur de longues échelles de temps (évaluées en milliers d’années).
• L’érosion : ce phénomène de destruction des roches continentales essentiellement par l’eau conduit à un pompage du dioxyde de carbone de l’air piégé sous forme de CaCO₃ dans les sédiments océaniques. C’est un processus qui s’inscrit sur de très longues échelles de temps et qui ne saurait, lui non plus, expliquer le réchauffement actuel. Si l’érosion diminue (car la surface terrestre émergée diminuerait), cela ne conduirait pas vraiment à une augmentation du taux de CO₂ mais au moins à une « non diminution » !
• La photosynthèse (et la respiration) : la photosynthèse est le processus selon lequel les végétaux chlorophylliens utilisent l’énergie lumineuse pour produire leur matière organique à partir de CO₂ et d’eau. La respiration est le processus qui permet à la majorité des êtres vivants (végétaux chlorophylliens compris) de récupérer l’énergie contenue dans la matière organique ce qui rejette du CO₂. Globalement, la photosynthèse capture davantage de CO₂ que la respiration n’en rejette. De plus une faible proportion (1%) des êtres vivants fossilise ce qui retire du CO₂ de l’air pour une très longue durée. Pour que le taux de CO₂ augmente, il faut donc une diminution de la photosynthèse où une augmentation de la respiration et une baisse de la fossilisation. Comme nous le verrons plus loin, ce facteur est des plus difficiles à évaluer.

Le dernier paramètre capable d’influencer le taux de CO₂ est la température elle-même !

Si la température de l’atmosphère augmente, celle des océans augmentera aussi. Or il faut savoir que plus une eau est chaude, moins elle peut contenir de gaz dissous. Cela conduit donc à une élévation du taux de CO₂ de l’air puisque le CO₂ dissous dans l’eau quitte les océans.

On comprend donc que l’élévation de la température de l’air provoque sa propre augmentation : le phénomène s’auto-amplifie ! On parle de boucle de rétroaction positive. Ceci explique en partie qu’une faible augmentation initiale du taux de CO2 puisse aboutir à une forte augmentation de température.

D’autant plus qu’il ne s’agit pas de la seule boucle de rétroaction positive !

L’augmentation de la température terrestre provoque une fonte des glaces continentales (glaciers de montagne et calottes) ainsi qu’une dilatation thermique des océans (plus un corps est chaud, plus il prend du volume comme l’air chauffé d’une montgolfière). Ces deux processus conduisent à une élévation du niveau marin.

En conséquence, la proportion de surface sombre du globe augmente et, corrélativement, la proportion de surface claire diminue. Or, plus une surface est sombre, et plus elle absorbe le rayonnement lumineux et plus elle s’échauffe. Cela se mesure grâce à l’albédo : c’est le rapport entre l’énergie lumineuse renvoyée sur l’énergie lumineuse reçue par une surface. Si l’albédo augmente, la température baisse ; s’il diminue, elle augmente.

Dans notre cas, le réchauffement conduit à une baisse de l’albédo d’où…un réchauffement !

C’est une seconde boucle de rétroaction positive.

D’autres facteurs peuvent influencer l’albédo :

• La surface forestière : plus il y a de forêt, plus l’albédo diminue. Il s’agit donc de savoir si le réchauffement conduirait à une augmentation où à une diminution des forêts. Difficile à dire.
• Le volcanisme : il est à l’origine d’un rejet de poussières dans l’atmosphère (aérosols) qui réfléchissent la lumière du Soleil (d’où une augmentation de l’albédo) et un refroidissement. Un ou deux volcans peuvent provoquer une baisse de température significative les années suivantes ! Les volcans peuvent donc refroidir la planète (à court terme) et la réchauffer (sur le long terme).

L’ensemble de ces phénomènes conduisent à des variations de la température et du climat, à différentes échelles de temps. Ces processus peuvent s’opposer ou agir dans le même sens.

On peut donc penser que le réchauffement actuel est naturel.

Deux arguments simples vont à l’encontre de cette idée :

• Le réchauffement est rapide et semble avoir débuté quelques décennies après la révolution industrielle de 1850, début de l’utilisation massive des roches carbonées (charbon, pétrole) comme source d’énergie.
• Le taux de CO2 actuel a dépassé les 400 ppm (parties par millions), taux inédit depuis plus de 800 000 ans d’après les archives glaciaires ! Il ne s’agirait donc pas d’un phénomène naturel.

Evolution du taux de CO2 depuis 800 000 ans.

NB : les variations cycliques observables sont liées aux variations de l’excentricité.

L’Homme est donc responsable de cette évolution puisque la combustion des ressources d’énergie fossile (charbon et pétrole) rejette chaque année plus de 6 Gt (gigatonnes = milliards de tonnes) de CO₂ ! Chiffre en augmentation d’année en année du fait de l’augmentation de notre démographie et de nos besoins individuels !

Emissions de CO₂ liés aux activités humaines

Un tiers environ sera absorbé par l’environnement notamment grâce à la photosynthèse et à la dissolution dans les océans. Mais comme nous l’avons vu, la dissolution océanique est moins efficace si la température des eaux augmente. Enfin, l’efficacité de la photosynthèse est discutée : si elle est favorisée par l’augmentation de température et un taux atmosphérique de CO₂ plus élevée, elle est défavorisée par une désertification galopante (liée au changement climatique et à la déforestation humaine) et à une baisse de la quantité de CO₂ océanique.

Pour conclure, vous comprenez que le climat est une machine complexe dépendante de nombreux facteurs. Il est néanmoins possible de démontrer la responsabilité humaine dans le réchauffement qui nous touche actuellement.

Pour qui en douterait encore, de nombreux modèles climatiques sont développées. Ils tentent de reconstituer l’évolution passée du climat afin de mieux prévoir l’avenir. Il s’agit d’un travail complexe (certains facteurs agissent dans les deux sens à différentes échelles de temps comme le volcanisme mais aussi la nébulosité, l’impact des différents facteurs est difficile à estimer) nécessitant d’importantes puissances de calculs (superordinateurs).

On voit clairement que les modèles (bleu ou orange) suivent globalement l’évolution réelle du climat (courbe noire)  de 1860 à 1970 environ. A cette période, le modèle bleu (sans activité humaine) s’écarte des mesures réelles que le modèle orange (phénomènes naturels et anthropiques) continue de suivre.

Le GIEC (groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat), à l’origine de ces modèles, les utilise pour prévoir le futur :

On voit que différents scénarios sont possibles (selon notamment l’évolution démographique, politique, économique et technologique des différents pays) mais que tous prévoient une augmentation de température allant de +2.6 °C en 2100 par rapport à 1900 (scénario RCP 2.6) à + 8.5 °C (scénario 8.5).

Je vous invite à avance dans vos révisions bac SVT en poursuivant votre lecture par l’article sur les conséquences du réchauffement climatique.

N’hésitez pas à poser des requêtes auprès de votre e-prof de soutien scolaire en ligne SVT si vous souhaitez des précisions sur tel ou tel point (comme le cas de la nébulosité)!

A bientôt !