Effet de serre et réchauffement climatique

Publié le par Thierry T

Les concentrations en gaz à effet de serre dans l'atmosphère augmentent depuis le XIXe siècle pour des raisons anthropiques avec un nouveau record en 2019 selon l'OMM. Et ces gaz à effet de serre ont une conséquence sur le réchauffement climatique. En France, une personne rejette en moyenne 33kg par jour (11.9t/ an)  de CO2 dans l'atmosphère.

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plan de l'article:
1- L'effet de serre naturel déréglé
    1a-Comment fonctionne t-il ?
    1b-l'utilité de la vapeur d'eau et des nuages
    1c-quels sont les gaz à effet de serre ?
2- Et si les nuages disparaissaient
3- Le forçage radiatif
4- Les scénarios du GIEC
     4a - le RCP2.6, le scénario le plus optimiste , +2°C, 2.6W/m2
     4b - le RCP4.5, un scénario réaliste , +2.4°C, 4.5W/m2
     4c - le RCP6, le scénario le plus réaliste, +3°C, 6W/m2
     4d - le RCP8.5, le scénario le plus dramatique, +4.9°C, 8.5W/m2
5- La concentration de CO2 dans l'atmosphère
6- L'effet de la pandémie sur les concentrations de CO2
7- Les paramètres internes des variations climatiques sur la terre


1) L'effet de serre naturel déréglé

a) Comment fonctionne t-il ?

Si l'effet de serre n'existait pas, la vie sur Terre serait très différente, avec une atmosphère beaucoup plus froide. Les variations naturelles de l'orbite terrestre, en modifiant la quantité d'énergie solaire reçue par la planète, sont responsables de la variation du climat.
La Terre reçoit l'énergie du soleil sous forme de lumière et de chaleur. Environ la moitié de ce rayonnement de courtes longueurs d'onde est réfléchie par l'atmosphère et la surface terrestre. C'est
l'effet albedo. L'autre moitié est absorbée par la surface terrestre et réchauffe la Terre. Cette chaleur est ensuite renvoyée sous forme de rayonnement ascendant de grandes longueurs d'onde. Une partie de cette chaleur part dans l'espace, mais une autre est absorbée dans l'atmosphère par les gaz à effet de serre et renvoyée vers la Terre.

Le gaz à effet de serre naturel
Le gaz à effet de serre naturel

 

b) L'utilité de la vapeur d'eau et des nuages

La transparence de l'atmosphère permet au rayonnement solaire d'atteindre le sol. L'énergie ainsi apportée s'y transforme en chaleur. Comme tout corps chaud, la surface de la Terre rayonne sa chaleur. Mais les GES et les nuages sont opaques aux rayons infrarouges émis par la Terre. En absorbant ces rayonnements, ils emprisonnent l'énergie thermique près de la surface du globe, où elle réchauffe l'atmosphère basse. Les nuages qui sont des particules de glace (ou d'eau liquide) réfléchissent le rayonnement solaire vers l'espace et le rayonnement terrestre vers elle. Certains nuages (grands cirrus notamment) ont deux effets (contradictoires) sur le climat : A la fois ils rafraichissent l'atmosphère en atténuant le rayonnement infrarouge reçu à la surface de la Terre (effet immédiat et momentané) ; et ils la réchauffent en participant à la réflexion vers la Terre du rayonnement infrarouge (effet sur le long terme).

c) Quels sont donc les gaz à effet de serre

Le principal gaz à effet de serre (GES) naturel est la vapeur d'eau. Elle contribue pour 55%  à l'effet de serre. Les nuages, pour 17% de l'effet de serre. Les 28% restants qui sont dus à l'activité humaine sont :
=> Le gaz carbonique qui contribue à 77% du phénomène.
=> Les autres gaz, le méthane, le protoxyde d'azote, l'ozone, les halocarbures, participent également à l'effet de serre.
Les activités humaines rejettent d'importantes quantités de gaz à effet de serre, CO2 et méthane, dans l'atmosphère, conduisant à éloigner l'effet de serre de son fonctionnement naturel.
L'essentielle de la vapeur d'eau est donc responsable de l'effet de serre naturel, sans lequel la planète Terre aurait une température moyenne de -18°C.
La vapeur d'eau reste très peu de temps dans l'atmosphère, à peine quelques jours, tandis qu'un gaz comme le dioxyde de carbone y demeure un siècle environ.

Les émissions mondiales de Gaz à effet de serre


2) Et si les nuages disparaissaient

Au précédent chapitre, on a vu le rôle important des nuages. Un niveau très élevé de CO2 dans l'atmosphère, disons trois fois le taux actuel ( ce qui pourrait être possible à la fin du siècle si on ne fait rien), serait capable de faire disparaitre complètement des couches nuageuses qui ont actuellement un effet de refroidissement du climat. La disparition en partie de ces nuages contribuerait à augmenter encore plus la température.
A ce jour, aucun scénarios du GIEC ne prévoit la disparition par étapes de stratocumulus maritimes.

Les stratocumulus couvrent environ 20% de la surface des océans dans les zones tempérées du globe et se trouvent en particulier dans les parties Est des océans, par exemple le long de la Californie, du Mexique et du Pérou. Leur disparition entraînerait un réchauffement « d’environ huit degrés Celsius, qui s’ajouterait au réchauffement climatique provoqué par la hausse de la concentration des gaz à effet de serre »


3) Le forçage radiatif

En climatologie, le forçage radiatif est approximativement défini comme la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par un système climatique donné. Un forçage radiatif positif tend à réchauffer le système (plus d'énergie reçue qu'émise), alors qu'un forçage radiatif négatif va dans le sens d'un refroidissement (plus d'énergie perdue que reçue).
Ce terme prend une définition légèrement différente et possède une importance capitale dans les questions liées aux changements climatiques. À température constante, la terre émet autant d’énergie qu’elle en reçoit ; et un peu plus ou un peu moins lorsque la température change. Or de très nombreux facteurs interviennent dans les échanges d’énergie entre la terre et l’espace. Pour simplifier l’analyse des impacts de chacun de ces facteurs, le concept de forçage radiatif est utilisé par les scientifiques pour mesurer la propension d'un de ces facteurs à garder sur Terre l’énergie provenant du soleil ou à la renvoyer dans l’espace. Par exemple un chiffre positif pour un gaz à effet de serre signifie que celui-ci contribue à réchauffer l’atmosphère en renvoyant des infrarouges vers la Terre, et un chiffre négatif pour les aérosols signifie que ces particules, en empêchant le rayonnement solaire d’atteindre la terre, contribuent à la refroidir. Le forçage radiatif, appliqué au réchauffement climatique, mesure donc la propension d’un facteur à perturber l’équilibre énergétique de la Terre
L'énergie radiative affectant le climat de la Terre provient du Soleil. La planète et son atmosphère absorbent et réfléchissent une partie de cette énergie, alors qu'une autre partie est réémise vers l'espace. L'équilibre entre l'énergie absorbée et l'énergie radiative émise détermine la température moyenne. La planète est plus chaude qu'elle ne le serait en l'absence d'atmosphère
L'équilibre radiatif peut être modifié par des facteurs tels que l'intensité de l'énergie solaire, le réfléchissement des rayons par les gaz ou nuages, l'absorption par divers gaz ou surfaces, et l'émission de chaleur par différents matériaux. Une telle modification est un forçage radiatif, qui va induire un nouvel équilibre
Cet équilibre radiatif contrôle la température à la surface de la planète. Le terme forçage est utilisé pour indiquer que l’équilibre radiatif de la Terre est en train d’être déstabilisé

Le forçage radiatif est donc la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par un système climatique donné. Positif (plus d’énergie reçue qu’émise) tend à réchauffer le système. Négatif (plus d'énergie émise que reçue)tend vers un refroidissement.


4) Les scénarios du GIEC

Plusieurs scénarios ont été établis par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat(GIEC) mais on va en retenir 4.

a) le RCP2.6, le scénario le plus optimiste

Si nous restons à une augmentation < 2°C , selon les objectifs de la COP21, ce qui voudra dire que les états auront fait ce qu'il faut pour diminuer les GES (gaz à effet de serre). Le forçage radiatif atteindra 3.1W/m2 vers 2050 pour redescendre par la suite à 2.6W/m2 en 2100. Des espèces vont disparaître durant la phase de pic et les générations futures devront inventer de nouvelles technologies durant la phase de déclin.
D'autres parts, ce scénario projette une population planétaire à 9 milliards de personnes en 2100.

b) Le RCP4.5, un scénario réaliste

Ce scénario correspond à un forçage radiatif qui se stabilise à 4,5W/m2 vers 2100, sans phase de pic et déclin comme dans le RCP2.6.
L'augmentation de température, calculée à partir de l'ère industrielle ( 19ème siècle) sera de 2.4 °C. Cette augmentation quoique au dessus des 2°C comme recommandé par le GIEC, traduira tout de même une maitrise des émissions de gaz à effet de serre avec une plus faible émission du CO2, du CH4(méthane)  et du dioxyde d'azote(NO2).
Ce scénario reflète un tournant dans la valorisation des espaces couverts par la végétation, en tant que puits de carbone, capables d'aider au stockage des excédents de gaz à effet de serre.
Même projection que le RCP2.6 pour la population.

c) Le RCP6, le scénario le plus réaliste

Ce scénario prévoit également une stabilisation du forçage radiatif , sans phase de pic et déclin, aux alentours de 6W/m2 vers 2100. Un forçage radiatif plus haut que le RCP4.5 car il ne table pas sur la mise en oeuvre de politiques climatiques et le développement des puits de carbone.
Les températures auront donc subi une augmentation de 3°C.

Même projection que le RCP2.6 pour la population

d) Le RCP8.5, le scénario le plus dramatique

Les émissions de gaz à effet de serre continuent à augmenter dans le temps sans se stabiliser. Le forçage radiatif atteindra 8.5W/m2 en 2100 et progressera encore comme les températures avec une hausse de 4.9°C en 2100.
Contrairement aux 3 autres précédents scénarios, le RCP8.5 prévoit une population à 12 milliards d'habitants en 2100. La consommation et les besoins de consommation vont s'envoler. Pas de place pour des puits de carbone.


5) La concentration de CO2 dans l'atmosphère

La concentration dans l'atmosphère du CO2, principal gaz à effet de serre responsable du réchauffement climatique en cours, est au plus haut depuis trois millions d'années, rendant inéluctable la hausse dramatique de la température de la Planète et du niveau des océans en quelques siècles.

En 2010, les émissions de CO2 auraient été de 381 parties par millions  issue de la consommation d'énergie (fossiles). En 2013, la concentration du CO2 dans l'atmosphère avait dépassé 400 ppm.
En 2019, la concentration de CO2 a atteint 410 ppm.

2010 381ppm de CO2
2013 400ppm de CO2
2015 400.1 ppm de CO2
2016 403.3 ppm de CO2
2017 405.5 ppm de CO2
2018 407 ppm de CO2
2019 410 ppm de CO2


On considère que la limite qu'il ne faudrait pas dépasser devrait être 350 ppm ; mais ce niveau a constamment été dépassé depuis 1988.
En se basant sur les concentrations de CO2, les glaciologues prédisent une augmentation du niveau des océans entre 50 centimètres et un mètre d'ici la fin de ce siècle.
Les scientifiques du Giec ont tiré la sonnette d'alarme : pour rester sous les 1,5 °C, il faudrait réduire les émissions de CO2 de près de 50 % d'ici 2030. Mais malgré les promesses, ces émissions liées aux énergies fossiles et à l'agriculture augmentent inexorablement. À 400 ppm, nous restons sur la trajectoire d'un climat similaire au Pliocène. La calotte glaciaire du Groenland, qui contient assez d'eau pour faire augmenter le niveau des mers de sept mètres, avait alors disparu. Et celle de l'ouest de l'Antarctique, qui contient environ cinq mètres, avait probablement disparu.

Selon le GIEC si aucune mesure n'est prise, la teneur en CO2 dans l'atmosphère, qui est passée de 350 à 410 ppm (partie par million) entre 1990 et 2019, dépassera 1000 ppm d'ici la fin du siècle, entraînant une élévation de température comprise entre 2 et 6°  C.


 

ppm de CO2 dans l'atmosphère

ppm de CO2 dans l'atmosphère

6) L'effet de la pandémie sur la concentration de CO2

On le constatera à la fin de l'année 2020 mais il est probable que la pandémie du coronavirus qui a un effet collatéral sur la les économies de tous les pays de la planète avec des récessions d'ores et déjà annoncées, que la concentration de CO2 dans l'atmosphère diminue d'une manière significative. 
Suite au dernier relevés d'avril 2020, même si au niveau mondial , les émissions de GES venant des activités humaines a baissé, les concentrations de CO 2 dans l'atmosphère ont atteint un nouveau record dépassant les 416 ppm
A suivre.
Voir l'urgence climatique et l'après Covid-19


7) Les paramètres internes des variations climatiques sur la Terre

=> Les éruptions volcaniques entrainent des baisses de températures moyennes allant jusqu'à 0.2°C
=> La circulation thermohaline
=> Les cycles astronomiques : la variation d'excentricité, la variation de l'obliquité de l'axe des pôles, la précession des équinoxes.


Publié dans Climat

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