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Comment sait-on que nos activités réchauffent la planète?

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Graphe du Giec montrant la part joué par les activités humaines et les causes naturelles dans l'élévation des températures

Votre question. Par courriel, après une première question-réponse sur la responsabilité humaine dans le changement climatique, qui manifestement ne vous a pas convaincu, vous me posez la question suivante:

«Dans quelle proportion l’humain participe au changement climatique?

On parle beaucoup du CO2 en tant que gaz à effet de serre, mais quel est son impact réel? Je doute que l’humain en soit la cause principale, cela pourrait être 1% pour l’homme et 99% pour la nature.»

La réponse de Sarah Sermondadaz, responsable du Flux Sciences et Climat. Cher Monsieur, évidemment, je suis un peu déçue que ma première réponse ne soit parvenue à vous convaincre! Entre-temps est justement paru la première partie du dernier rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec), consacré aux mécanismes physiques par lesquels le climat de la planète se dérègle. En lisant le rapport du 9 août dernier, et en particulier sa FAQ, j’y ai trouvé de nombreux éléments concrets pour répondre à vos interrogations.

Le réchauffement est «indiscutable»

Dans votre message, vous me précisez «ne pas être climatosceptique», mais j’ai jugé utile de rappeler que le réchauffement de la planète est considéré comme indiscutable, non seulement par le Giec mais également par toute la communauté scientifique.

Pour l’anecdote, les messages-clés du résumé du rapport du Giec à l’intention des décideurs sont souvent accompagnés d’un indice de confiance, mais pas celui-là. Comme l’indiquait lors de la parution du rapport Valérie Masson-Delmotte, paléoclimatologue, directrice de recherche au CEA et coprésidente du groupe 1 du Giec depuis 2015: «Il s’agit d’un fait établi.»

Le changement en cours est différent des précédents

Vous me posez notamment la question suivante:

«Il y a eu des périodes glaciaires et d’autres beaucoup plus chaudes dans le passé, on en est réduit à extrapoler à partir d'observations indirectes. Ces dernières sont-elles suffisamment fiables?»

Les chercheurs disposent en effet d’intervalles de confiance — qui sont clairement calculés, évalués et pris en compte lors des comparaisons — lorsqu’ils reconstituent les températures du passé. Ces dernières sont estimées grâce à des indices indirects tels que des sédiments, des carottes glaciaires ou encore les cernes des arbres, etc.

Mais le changement en cours est différent des fluctuations précédentes du climat, pour quatre raisons:

  • 1) Presque toute la planète se réchauffe. Les fluctuations récentes du climat au cours de l’histoire humaine, par exemple au cours du 10e et du 13e siècle, étaient beaucoup plus hétérogènes: certaines régions se réchauffaient, pendant que d’autres se refroidissaient. Par comparaison, le changement actuel est beaucoup plus homogène.

  • 2) Ce réchauffement est rapide. Beaucoup plus rapide que les fluctuations climatiques précédentes de la planète, explique le Giec. Il explique que le climat de la Terre, au cours des deux derniers millions d’années, a fluctué entre des périodes interglaciaires relativement chaudes et des périodes glaciaires plus fraîches. Lors de la dernière transition glaciaire-interglaciaire, il a fallu 5000 ans pour que la température moyenne s’élève de 5°C, soit en moyenne 1°C par millénaire. En comparaison, il nous a fallu à peine plus d’un siècle pour gagner 1,1°C par rapport à l’ère préindustrielle.

  • 3) Le réchauffement en cours a inversé une tendance de long terme au refroidissement. Si l’on suit la logique de l’alternance entre périodes glaciaires et interglaciaires, la température interglaciaire maximale a normalement déjà été atteinte il y a environ 6500 ans, et la tendance est depuis au refroidissement. Les activités humaines émettrices de gaz à effet de serre (GES) sont parvenus à infléchir cette tendance.

  • 4) Il n’a pas fait si chaud depuis au moins 125’000 ans. Pour trouver traces de températures aussi élevées sur la planète, il faut remonter à la précédente période interglaciaire — plus loin que celle datant d’il y a 6500 ans —, soit il y a 125’000 ans.

La responsabilité des activités humaines

Vous me direz: «soit, ce changement climatique est différent des précédents, et il s’est accéléré au cours de 50 dernières années, mais qu’est-ce qui me dit que ce n’est pas un phénomène naturel qui est en jeu?»

Certes, il y a toujours eu des fluctuations naturelles du climat:

  • Les variations internes, liées aux fluctuations «normales» (autrement dit, les aléas de la météo), mais celles-ci sont lissées dès lors qu’on examine la situation sur plusieurs décennies. Sur la période 1850-2020, la plage possible s’élève à seulement -0,23°C, +0,23°C.

  • Les facteurs extérieurs, comme les modifications de l’activité du solaire ou du volcanisme. Là aussi, elles ne suffisent à expliquer la situation actuelle. L’énergie reçue du Soleil par la Terre est en légère baisse depuis les années 1970. Le volcanisme, à l’inverse, a traditionnellement un effet refroidissant, de par les quantités d’aérosols qui occultent le rayonnement solaire — parfois pendant plusieurs années — après une éruption majeure.

  • Ni l’un ni l’autre ne suffisent donc à expliquer le changement climatique en cours.

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Le lien entre gaz à effet de serre et températures

Autrement dit, on ne peut expliquer l’évolution actuelle du climat si l’on ne prend pas en compte l’impact des gaz à effet de serre (GES) que les activités humaines émettent. Ces derniers — principalement dioxyde de carbone, méthane et protoxyde d’azote — ont atteint des concentrations atmosphériques record au cours des 800’000 dernières années.

Ces GES, dont le CO2 représente souvent le mètre-étalon — on les comptabilise en «équivalent carbone» — n’ont pas tous le même pouvoir réchauffant dans l’atmosphère: une molécule de protoxyde d’azote (N2O) contribue ainsi 298 fois au réchauffement qu’une molécule de CO2. Ces gaz interviennent aussi dans des cycles géochimiques complexes. C’est le cas pour le CO2, où il existe à la fois des sources naturelles de CO2 (respiration des plantes par exemple), mais aussi des puits naturels — océans, forêts… — normalement en mesure de stocker l’excédent de CO2 et d’assurer un effet tampon. Ces puits de carbone ont jusque-là permis de réduire de moitié l’augmentation des concentrations de CO2 atmosphérique. Ils devraient toutefois être de moins en moins efficaces, avec l’augmentation de la concentration de CO2, pour capturer l’excédent, selon les derniers travaux sur lesquels s’est appuyé le Giec.

En réalité, les scénarios de réchauffement planétaires futurs, avant de se traduire en degrés supplémentaires, font intervenir la notion de forçage radiatif. C’est-à-dire: la quantité d’énergie solaire supplémentaire retenue par m² de surface terrestre. Dans une certaine mesure, un effet de serre naturel — principalement basé sur la vapeur d’eau — est bénéfique puisqu’il permet de maintenir la température de la Terre à une moyenne de 14°C, contre -18°C. Mais l’excédent de GES émis par nos activités dans l’atmosphère se traduit par un forçage radiatif accru, qui finit par élever la température moyenne. A noter que cet effet est en partie— mais pas entièrement — compensé par les aérosols — notamment particules fines— que nos activités émettent également.

C’est ce que montre le graphe ci-dessous, en termes de températures: si l’on veut modéliser l’évolution du climat au cours des 150 dernières années, on est obligé de faire intervenir les émissions de gaz à effet de serre des activités humaines pour que cela concorde avec les observations. Autrement dit: le changement climatique est non seulement indiscutable… mais aussi indiscutablement provoqué par nos activités.

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