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Changement Climatique - Mise à jour GIEC 2013

3. D'où provient le changement climatique ?

  • 3.1 Qu’est-ce que le forçage radiatif ?
  • 3.2 Quels sont les facteurs naturels actuels du changement climatique ?
  • 3.3 Quels sont les facteurs de changement climatique d'origine humaine ?
  • 3.4 Quel est le rôle des mécanismes de rétroaction dans le changement climatique ?

3.1 Qu’est-ce que le forçage radiatif ?

Le forçage radiatif (RF) est un déséquilibre entre l'énergie reçue par la terre et l'énergie qui est rayonnée vers l'espace. Il est généralement exprimé comme une quantité d'énergie par unité de surface, exprimée en watts par mètre carré (W/m2). Un forçage positif représente une situation où il y a plus d'énergie entrante que d’énergie sortante, ce qui conduit à un réchauffement du système, alors qu’un forçage négatif conduit à un refroidissement.

Les activités humaines ont changé et continuent de changer la surface de la Terre et la composition chimique de l’atmosphère. Certains de ces changements ont un impact direct ou indirect sur le bilan énergétique de la Terre et sont donc les facteurs influençant le forçage radiatif. Plus en anglais…

3.2 Quels sont les facteurs naturels actuels du changement climatique ?

Au cours de la période correspondant à l'ère industrielle, depuis 1750, les forçages radiatifs d’origine solaire et volcanique sont les deux contributeurs naturels dominants au changement climatique mondial.

Le forçage solaire : l’observation par satellite des changements de l'irradiance solaire totale (TSI) depuis 1978 montrent une variation cyclique quasi-périodique, avec une période d'environ 11 années. Le forçage à plus long terme peut être estimé en comparant les minima solaires au cours desquels la variabilité est minimale. Cela donne un changement du forçage légèrement négatif entre le minimum de 1986 et le minimum de 2008, et un forçage légèrement positif depuis 1750. Il y a une probabilité élevée que le forçage solaire soit beaucoup plus petit que le forçage causé par les gaz à effet de serre, même si les capacités actuelles pour prévoir le rayonnement solaire sont extrêmement limitées, ce qui fait que le niveau de probabilité concernant le forçage solaire futur est très faible.

Il a été émis l'hypothèse que les changements de rayonnements cosmiques qui sont associés à des changements dans l'activité solaire affectent le climat par des changements dans la dynamique des nuages. Même si les rayons cosmiques augmentent en effet la nucléation des aérosols et peuvent affecter la condensation des nuages, l'effet est considéré comme trop faible pour avoir une influence climatique au cours d'un cycle solaire.

Les aérosols volcaniques : Le forçage dû aux aérosols volcaniques stratosphériques est maintenant bien compris et on observe un grand forçage négatif pendant les quelques années qui suivent les grandes éruptions volcaniques. Par exemple, l'éruption du Mont Pinatubo en 1991 a provoqué pendant un an un forçage négatif d'environ -3,7 W/m2. Plus en anglais…

3.3 Quels sont les facteurs de changement climatique d'origine humaine ?

3.3.1 L'activité humaine conduit à modifier la composition de l'atmosphère terrestre, soit directement (via les émissions de gaz ou de particules) ou indirectement (par l'intermédiaire de la chimie atmosphérique).

Les émissions anthropiques ont entraîné des changements dans les concentrations de gaz à effet de serre au cours de l'ère industrielle (donc depuis 1750). Comme l'évolution historique des concentrations de ces gaz est bien connue, et puisque leurs propriétés d’effet de serre sont également bien connues et définies, calculer le forçage radiatif (RF) lié à l'effet de serre donne des valeurs bien définies avec une très grande probabilité. (Figure RT.6). En fonction des changements de concentration, le forçage radiatif de tous les gaz à effet qui sont bien mélangés dans l'atmosphère était en 2011 à 2,83 W/m2 [2,54 à 3,12]. Au cours des 15 dernières années, le CO2 a été le principal contributeur à l'augmentation du forçage radiatif de l'effet de serre tandis que le méthane et l'oxyde d'azote sont également des facteurs importants. Les halocarbures, tels que les chloro-fluoro-carbones (CFC) – utilisés dans le passé entre autres dans les systèmes de refroidissement – sont des gaz à effet de serre très puissants, et ils contribuent également au forçage radiatif, même si ils ne sont présent que dans des relativement très petites quantités par rapport au CO2. La croissance du forçage par les gaz à effet de serre est plus lente qu'elle ne l'était dans les années 1970 et 1980 parce que les émissions de gaz à effet de serre autres que le CO2 ont augmenté plus lentement4.

Certains gaz à effet de serre, tels que l'ozone et la vapeur d'eau, contribuent également à des forçages d'origine anthropique. Dans la basse atmosphère, l'ozone entraîne un forçage positif tandis que, dans la haute atmosphère, l'appauvrissement de la couche d'ozone, induite notamment par des radicaux libres de chlore produits par la décomposition des halométhanes, conduit à un forçage négatif. L'ozone n'est pas émis directement dans l'atmosphère ; il est formé dans la basse atmosphère lorsque l'oxyde d'azote ou les hydrocarbures réagissent avec la lumière et dans la haute atmosphère où l'oxygène réagit avec la lumière ultraviolette. Il existe des preuves solides que l'ozone dans la basse atmosphère affecte les plantes et réduit leur absorption de CO2, ce qui contribue à l'augmentation de CO2 dans l'atmosphère.

L'impact des gaz à effet de serre peut être estimée d’un certain nombre de façons, mais les deux moyens principaux sont en termes de potentiel de réchauffement global (PRG) ou en termes de Potentiel de Changement de Température globale ou PCT (GTP en anglais). Le Potentiel de Réchauffement Global PRG (GWP en anglais) exprime le forçage radiatif d’un gaz à effet de serre particulier en référence à son potentiel de réchauffement par rapport au dioxyde de carbone, tandis que le PCT exprime la variation de température introduite par ce même gaz et tient donc compte de la réponse du système climatique. Plus en anglais…

4 Notamment parce que la production des halocarbones a été réglementée par le Protocole de Montréal

3.3.2 Les aérosols sont des gouttelettes liquides ou des particules minuscules (comme la poussière des volcans) qui sont en suspension dans l'atmosphère. Ils contribuent à l'équilibre de l'énergie en interagissant avec la formation de nuages, ou directement par la réflexion ou l'absorption de la lumière. Il y a eu des progrès au cours des dernières années sur la compréhension des propriétés et la distribution des aérosols, mais d'importantes incertitudes demeurent, en raison de la difficulté des observations et de leur grande variabilité.

Le forçage radiatif global produit par les aérosols est négatif (ils provoquent un refroidissement de l'atmosphère), mais il existe une grande marge d'incertitude à ce sujet.

Le forçage produit par les particules de noir de carbone sur la neige et la glace est évalué comme étant légèrement positif, mais avec un faible degré de probabilité. Il représente une variation moyenne de la température mondiale de la surface terrestre par unité de forçage plus grand que celui du CO2, principalement parce que toute l'énergie est déposée directement dans la cryosphère. Les calottes glaciaires, les glaciers et la banquise réfléchissent l'énergie solaire vers l'espace (cette réflectivité de la surface de la terre est appelé « albédo ») et le dépôt noir sur la glace affecte ce réfléchissement, ce qui a un impact sur le climat qui peut être important dans les régions polaires et d'autres régions couvertes de neige ou de glace.

Malgré la grande incertitude concernant l'importance du forçage produit par les aérosols, il y a une probilité élevée que les aérosols ont compensé une partie substantielle du forçage dû aux gaz à effet de serre. Les interactions entre aérosols et nuages peuvent également influencer la force de certaines tempêtes mais la probabilité d'un effet systématique des aérosol sur les tempêtes ou l'intensité des précipitations est plus limitée et ambiguë. Plus en anglais…

3.3.3 Il y a de solide preuves que les changements d’origine anthropique d'utilisation des terres, comme la déforestation, ont augmenté l'albédo de la surface terrestre (qui est différent dans une forêt plus sombre qu’un champ, en général plus clair, par exemple). Il y a encore des incertitudes dans l'évaluation de l'albédo des surfaces naturelles et gérées (telles que les terres cultivées, les pâturages) et l'influence des changements d'utilisation des terres au cours des derniers siècles est encore débattu. Les changements dans l'utilisation des terres provoque également d'autres modifications, comme des changements dans la rugosité des surfaces et dans les eaux de ruissellement vers les rivières, qui ont également un impact sur les températures locales mais sont difficiles à quantifier.

Les trainées persistantes provenant de l'aviation est une autre forme de contribution à un forçage radiatif positif. Ce forçage peut être beaucoup plus important à l'échelle régionale, mais il ne semble pas produire d’effets observables à ce niveau régional sur la moyenne ou sur l’amplitude diurne de la température de surface. Plus en anglais…

3.4 Quel est le rôle des mécanismes de rétroaction dans le changement climatique ?

Les mécanismes de rétroaction jouent également un rôle important dans la détermination de (futurs) changements climatiques. En effet, les changements climatiques pourraient induire des modifications des cycles naturels, ce qui peut renforcer ou freiner l'augmentation de température attendue.

Par exemple :

  • Les effets de rétroaction de l’albédo de la neige et des glaces sont connus pour être positifs : plus il fait chaud, moins il y a de neige, plus le sol est sombre et chaud, plus faible sont les facteurs de rémission ;
  • Il peut aussi y avoir des effets de rétroaction produits par la couverture nuageuse mais il y a encore de grandes incertitudes attachées à leur importance et leur influence.
  • Les émissions de méthane (CH4) par les zones humides (associées à la dégradation anaérobie de la matière organique) vont augmenter dans un contexte de réchauffement climatique mais il n'est pas clair si les zones de terres humides vont augmenter ou diminuer, et de ce fait, leur incidence globale n'est pas claire.

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