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DÉCIDER DANS UN CLIMAT D'INCERTITUDE
:
LA SCIENCE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
Rédaction :
Tim Williams
Division des sciences et de la technologie
Le 15 novembre 2001
TABLE DES MATIÈRES
A. Les facteurs qui influent sur le climat
1. Les variations orbitales de la Terre :
la théorie de Milankovitch
2.
Leffet de serre
3. Le rayonnement solaire
4. Les aérosols
5. Lalbédo
6. La variabilité interne
A.
Mesures des températures en surface
1.
Leffet dîlot thermique urbain
B. Mesures des températures par ballon et par satellite
D.
Autres moyens de mesure des températures en surface
1. Les carottages
2.
Les océans
3.
Les glaciers
4. Les indicateurs biologiques
POURQUOI SINQUIÉTER DU DIOXYDE DE CARBONE?
A. Les paléoclimats
1.
Les carottes de glace
2. Les foraminifères
B.
Le dioxyde de carbone et leffet de serre
1.
Tendances des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone
2.
CO2 et température : un lien à établir
3.
Les modèles informatiques
4.
Autres GES
C. Les modèles de circulation générale
DÉCIDER DANS UN CLIMAT DINCERTITUDE
B. Adaptation au changement climatique
DÉCIDER DANS UN CLIMAT DINCERTITUDE :
LA SCIENCE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
Souvent, lexamen des questions environnementales dun point de vue politique est fortement biaisé et sans nuances et met en opposition les intérêts de divers secteurs de la société. Dans un contexte où la politique compte pour beaucoup, les résultats des études scientifiques servent souvent de munitions dans une guerre pour la conquête de lopinion publique. La question des changements climatiques est un bon exemple du phénomène de lassujettissement de la science à des fins politiques. Elle est aussi un bon exemple dune situation dans laquelle la science ne peut répondre à toutes les questions.
La science du climat repose essentiellement sur lobservation. Comme il nexiste quune seule planète Terre, il est impossible de mener des expériences dans des conditions dirigées où lon peut manipuler un élément plutôt quun autre, comme on le fait habituellement pour contrôler une hypothèse. Pour tenter de comprendre le climat de la Terre, les scientifiques doivent donc poser une hypothèse, puis voir si la reproduction des conditions climatiques passées à court ou à long terme infirment ou confirment cette hypothèse. Pour cela, il leur faut souvent recourir à des modèles informatiques, qui cherchent à reproduire les processus climatiques tels que nous les comprenons. Ces modèles servent ensuite à prédire le changement climatique. Or, puisque nos reconstitutions des régimes climatiques passés, nos modèles informatiques et nos estimations de la composition future de latmosphère sont loin dêtre parfaits, le débat politique sur les changements climatiques continuera vraisemblablement de salimenter dincertitude, dans un contexte où lon se basera sur une étude ou une autre pour appuyer ou contrer un point de vue ou un autre. Sans compter que létude des changements climatiques est très compliquée, ce qui narrange pas les choses.
Cela dit, un certain nombre de constatations des scientifiques qui étudient le climat et leffet de serre semblent indiquer quil y a vraiment lieu de sinquiéter de laugmentation de cet effet. Nous examinerons ici certains des moyens scientifiques utilisés pour comprendre les changements climatiques ainsi que certaines des principales conclusions tirées des recherches effectuées dans ce domaine.
A. Les facteurs qui influent sur le climat
1. Les variations orbitales de la Terre : la théorie de Milankovitch
Ni la rotation de la Terre autour du Soleil ni laxe de rotation de la Terre sur elle-même ne sont immuables lorsquon les considère sur une très longue période. Langle de laxe de rotation oscille entre 22 et 25 degrés selon un cycle de 41 000 ans, la période où langle est le plus petit étant caractérisée par des étés frais et des hivers doux. Le moment de lannée où la Terre est le plus proche du Soleil dans son orbite elliptique change à lintérieur dun cycle de 22 000 ans. Lorsque ce moment est en juillet, les saisons sont plus marquées. La forme de lorbite elliptique, elle, change à lintérieur de cycles de 100 000 et de 400 000 ans; elle détermine limportance des variations orbitales dans le temps. La théorie de Milankovitch attribue la succession des âges glaciaires et interglaciaires à ces variations orbitales. Lorsque langle de laxe de rotation est faible, cest en janvier que la Terre est le plus proche du Soleil et lellipse est moins ronde; dans cette configuration, les étés dans lhémisphère nord sont plus frais et favorisent laccumulation de neige. Selon la théorie de Milankovitch, la quantité moyenne de lumière solaire reçue par la Terre dans lhémisphère nord (en particulier au nord du 65e parallèle) devrait augmenter progressivement pendant les 25 000 prochaines années et il ne devrait pas y avoir de combinaison de variations orbitales amorçant un âge glaciaire avant 100 000 ans. Il semble que les variations dexcentricité de lorbite de la Terre soient la principale cause des glaciations. Toutefois, les variations de lapport dénergie qui en résultent sont faibles et doivent être amplifiées pour que la température baisse suffisamment; on a conjecturé que les rétroactions associées à la réflectance des calottes glaciaires et au CO2 atmosphérique contribueraient à amplifier ces apports.
Lénergie solaire est absorbée par la surface de la Terre et transformée en chaleur, qui est réfléchie vers lespace par rayonnement. Labsorption dune partie de cette chaleur par les gaz présents dans latmosphère fait en sorte que la température moyenne y est supérieure denviron 33 oC à ce quelle serait en labsence de ces gaz. Cest cette absorption de chaleur par latmosphère quon appelle effet de serre, sans lequel il ne pourrait y avoir de vie humaine sur notre planète. Le principal gaz à effet de serre (GES) est la vapeur deau qui, bien que sa concentration soit très variable, représente environ 3 p. 100 du volume de latmosphère; selon des estimations, elle serait à lorigine de 95 p. 100 de leffet de serre dans la basse atmosphère, appelée troposphère. Les 5 p. 100 restants sont attribuables essentiellement au dioxyde de carbone (CO2). Le méthane et loxyde nitreux sont aussi dimportants GES. Lincidence des variations des concentrations de dioxyde de carbone sur leffet de serre serait amplifiée par les rétroactions sur la teneur en vapeur deau de latmosphère. Ainsi, un léger réchauffement de latmosphère causé par une hausse des concentrations de CO2 pourrait accroître lévaporation et, donc, la quantité de vapeur deau, ce qui accentuerait le réchauffement. On croit que lactivité humaine augmente leffet de serre, ce qui entraînerait une hausse des températures atmosphériques supérieure à celle qui se produirait naturellement.
La quantité dénergie dégagée par le Soleil varie dans le temps et pourrait donc exercer une influence sur le climat. Cela na cependant pu être confirmé que grâce à la technologie des satellites. On a pu ainsi établir un lien entre le cycle de lactivité solaire, qui séchelonne sur onze ans, et le changement de température, en particulier dans la haute atmosphère, mais seulement après que le traitement des signaux satellite eut permis décarter les effets de phénomènes importants, comme léruption du mont Pinatubo. En outre, la prise en compte de lincidence de lactivité humaine et volcanique a permis de conclure à des variations semblables de la température en surface au cours du dernier siècle. Enfin, des hypothèses ont été formulées concernant une réduction de la production solaire et lépisode du petit âge glaciaire, un épisode froid compris entre 1645 et 1715 environ.
La plupart des aérosols, cest-à-dire des fines particules ou gouttelettes, tendent à réfléchir la lumière du Soleil dans lespace et ainsi à produire un refroidissement. Cest ce quon a constaté à la suite de laugmentation des quantités daérosols dans latmosphère attribuable à léruption du Pinatubo dans les années 1990. Toutefois, les aérosols de teinte sombre, comme la suie, tendent à absorber la lumière et à la transformer en chaleur et, donc, à réchauffer latmosphère. Le brûlage des combustibles fossiles peut produire des aérosols des deux types. Les modèles informatiques utilisés pour simuler les conditions climatiques avaient tendance à surestimer la hausse de température due à laccumulation de GES jusquà ce quon tienne compte des aérosols à effet de refroidissement.
Lalbédo de la Terre est essentiellement la quantité de lumière que la planète réfléchit dans lespace. Les surfaces terrestres très claires, comme la neige et les nuages blancs, augmentent lalbédo et réduisent donc la production de chaleur, alors que les surfaces sombres, comme les forêts de conifères et les zones deau libre, ont tendance à absorber la lumière et à la transformer en chaleur. Lalbédo peut créer de nombreuses boucles de rétroaction. Ainsi, moins la surface glacée est étendue, moins il y a dénergie réfléchie et plus il y a de chaleur produite, ce qui réduit davantage la surface glacée. Linteraction entre latmosphère qui se réchauffe et sa capacité de retenir de leau et de former des nuages (et donc daccroître lalbédo ou labsorption de chaleur, ou les deux) est une des rétroactions les moins bien connues lorsquil sagit de prévoir le climat. De plus, lalbédo complique lanalyse de la couverture forestière. En théorie, le réchauffement de la planète peut favoriser lexpansion des forêts septentrionales et partant la séquestration dune plus grande quantité de CO2, mais les parties sombres de ces forêts peuvent convertir une plus grande quantité de lumière en chaleur, en particulier lhiver.
Les facteurs « externes » dont il vient dêtre question peuvent induire une variation naturelle du climat terrestre sur une longue période. Or, des variations « internes » du climat de la Terre peuvent aussi entrer en jeu. Ces variations peuvent être attribuables, par exemple, à la façon dont les transferts de chaleur sopèrent autour du globe. Cest ce quon appelle la variabilité interne, qui comprend des changements épisodiques de la circulation océanique et atmosphérique tels que le phénomène El Niño-Oscillation australe (ENSO) et loscillation nord-atlantique (NAO).
A. Mesures des températures en surface
Depuis plus de 150 ans, on mesure la température à la surface de la Terre à laide de différentes sortes de thermomètres. Il nest pas facile dextrapoler les mesures ponctuelles pour établir des moyennes planétaires. Sans compter que, plus on recule dans le temps, plus la masse de données historiques samenuise. Pour estimer les moyennes à léchelle du globe, il faut produire des cartes quadrillées relativement complexes, puis interpoler les valeurs sur des grilles vierges et les soumettre à une quelconque pondération. Différentes méthodes dextrapolation de mesures ponctuelles à des moyennes planétaires ont cependant donné des résultats très comparables(1).
Selon les registres des mesures de température à la surface terrestre, il sest produit deux épisodes de réchauffement durant le dernier siècle : le premier de 1900 à 1945 et le second de 1976 à 2000 avec, entre les deux, un intervalle de léger refroidissement. Dans lensemble, la température moyenne de la Terre a augmenté de 0,6 (± 0,2) ºC au cours des cent dernières années. Cette moyenne nest cependant pas très révélatrice, car la situation a varié dune région du globe à lautre. Ainsi, durant cette période, la température moyenne est demeurée inchangée dans certaines parties de lest des États-Unis alors quelle a connu une hausse de 0,6 à 0,8 ºC dans le nord-ouest du Canada et les pays scandinaves. De même, une tendance se dessine, à savoir que la hausse des températures en surface est plus rapide sur terre que sur les océans. Qui plus est, au cours des 50 dernières années, sur les continents, la température minimale quotidienne moyenne a augmenté à peu près deux fois plus vite que la température maximale quotidienne moyenne. Durant le jour, le brassage atmosphérique est plus prononcé que la nuit. Par conséquent, le plus grand réchauffement enregistré la nuit semble indiquer que la température à la surface a augmenté plus rapidement que celle de latmosphère dans son ensemble.
1. Leffet dîlot thermique urbain
La contamination attribuable à leffet dîlot thermique urbain constitue une des limites le plus souvent évoquées des mesures de température en surface. Beaucoup de registres de mesure de ces températures portent sur des régions où lutilisation du territoire a connu, au fil du temps, une importante évolution susceptible de réchauffer les zones terrestres environnantes. Certains ont donc laissé entendre que la tendance générale au réchauffement qui a été décelée est causée par ce phénomène et quil ne sest pas produit de réchauffement en réalité. La comparaison des températures mesurées dans des centres urbains et des milieux ruraux semble indiquer que cet effet pourrait expliquer environ un dixième du réchauffement observé. Ajoutons quun réchauffement a également été observé au-dessus des océans, où leffet dîlot thermique urbain nintervient évidemment pas.
B. Mesures des températures par ballon et par satellite
Depuis 1958, on lance des ballons équipés de thermomètres pour mesurer la température de lair à différentes altitudes; toutefois, les mesures ainsi obtenues sont encore plus fragmentaires que les mesures de température en surface. Les tendances des températures mesurées par les ballons dans la troposphère concordent assez bien avec celles des températures en surface jusquen 1979 environ. Depuis, cependant, le taux daugmentation des températures à la surface semble se maintenir à 1,5 (± 0,05) ºC par décennie, alors que celui des températures troposphériques sétablit à 0,05 (± 0,1) ºC par décennie, ce qui représente un important écart.
On mesure les températures dans la troposphère par satellite depuis 1979, à laide dun instrument appelé sondeur hyperfréquences, qui mesure le rayonnement émis directement par la haute troposphère à environ 7 km daltitude. La quantité de rayonnement électromagnétique détectée est directement proportionnelle à la température. Or, la température ainsi mesurée à cette altitude subit une certaine contamination à partir de la basse stratosphère, qui devrait se refroidir, et non se réchauffer, sous laction du changement atmosphérique. Pour corriger cet effet, on prend deux mesures à différents angles, puis on effectue une soustraction, dont le résultat correspond à la température à quelque 4 km daltitude. Malgré les corrections mathématiques quil faut leur apporter, les données recueillies par sondeur hyperfréquences sont très précises et concordent avec les données recueillies par ballon au cours des vingt dernières années.
La différence entre les températures en surface et celles mesurées dans latmosphère par ballon et par satellite depuis vingt ans suscite beaucoup de débats. Certains sont davis que les seules mesures fiables de la température en surface sont celles qui sont prises dans les pays très développés, comme les États-Unis, et que toutes les autres mesures pourraient être biaisées par des erreurs détalonnage des instruments de mesure, par exemple. En rejetant les mesures de la température prises à la surface dans de vastes régions du globe pour la raison que les instruments quon y utilise pourraient être défectueux et en se basant ainsi sur des données incomplètes, ceux qui contestent lidée dun important réchauffement planétaire apportent de leau à leur moulin. En effet, les données retenues excluent notamment les mesures effectuées dans les régions septentrionales, là où, selon ces mesures, le réchauffement est supérieur à la moyenne.
Lécart qui existe entre la tendance des mesures en surface et celle des mesures troposphériques est également troublant parce que, selon létat actuel des connaissances sur les processus atmosphériques, laccroissement des émissions de GES devrait entraîner le réchauffement de la troposphère. Or si les mesures sont exactes dans les deux cas, cet écart pose un problème aux spécialistes qui cherchent à comprendre les processus atmosphériques. En général, on a tendance à reconnaître que cet écart existe bel et bien et à ne pas tenir pour inacceptables les données recueillies en surface tout simplement parce quelles ne concordent pas avec des mesures satellitaires effectuées sur une vingtaine dannées seulement. Cette opinion sappuie en outre sur le fait que beaucoup dautres moyens de mesurer les températures en surface, dont certains sont abordés ci-après, semblent corroborer lexistence de lécart noté.
D. Autres moyens de mesure des températures en surface
Avec le temps, la chaleur à la surface du globe se diffuse dans le sol. Si lon fore un trou à une profondeur de 10 m, on peut mesurer la température à différents niveaux et ainsi, grâce à des calculs basés sur les taux de diffusion de la chaleur dans le sol, établir lhistorique des températures en surface par extrapolation. Une étude de ce genre, qui comportait lexamen de 358 carottes prélevées dans lest de lAmérique du Nord, le centre de lEurope, le sud de lAfrique et lAustralie(2), a révélé que les températures ont augmenté de 0,5 ºC au cours des cent dernières années, ce qui concorde assez bien avec les mesures effectuées à la surface terrestre.
Pendant nombre dannées, les climatologues étaient intrigués, car leurs modèles prévoyaient un réchauffement atmosphérique supérieur à celui que les mesures des températures indiquaient. Une étude basée sur des millions de mesures de la température des fonds océaniques effectuées sur 50 ans et dont les résultats ont été publiés en 2000 révèle que la couche supérieure de 300 m des océans sest réchauffée de 0,31 ºC sur cette période(3). Ces résultats sont généralement considérés comme lexplication dune partie au moins de lécart. De plus, il est difficile de concevoir le réchauffement des océans sans quil y ait réchauffement de la surface du globe. Et ce réchauffement océanique explique en grande partie la hausse, mesurable, bien que faible, du niveau de la mer à léchelle mondiale.
En 1999, des scientifiques ont publié un article annonçant que la couche de glace recouvrant locéan Arctique aux eaux profondes sétait amincie de 40 p. 100 en moins de trente ans(4). Cette découverte a été montée en épingle comme preuve des effets spectaculaires du réchauffement planétaire. Il faut préciser cependant que les données qui ont mené à cette conclusion ont été recueillies en grande partie à un seul endroit et seulement à deux moments. Selon des études ultérieures, cet amincissement apparent résulterait vraisemblablement dun mouvement plutôt que de la fonte des glaces, et une autre étude menée sous leau dans une région plus vaste mais dune étendue tout de même limitée na pas permis de déceler un amincissement mesurable.
Par contre, des données satellitaires indiquent sans lombre dun doute que la masse des glaces de lArctique a reculé denviron 3 p. 100 par décennie entre 1978 et 1998. Qui plus est, durant cette période de vingt ans, la quantité de glace éternelle (qui survit au dégel estival) a diminué de 14 p. 100(5). Bien quune partie de lamincissement de la couche de glace ait pu être attribué à des changements dans le régime des vents dans lArctique, le reste serait le fruit du réchauffement planétaire(6).
Des analyses de mesures par satellite effectuées dans le cadre du programme de mesure spatiale des glaces terrestres à léchelle mondiale du U.S. Geological Survey montrent aussi que les glaciers perdent du terrain partout sur la planète. Des mesures effectuées par laser indiquent que les bords de linlandsis du Groenland reculent. Cest également le cas pour certains glaciers de lArctique. Selon les auteurs dune étude menée au Canada et au Danemark en 2001, la réduction du volume de linlandsis du Groenland pourrait sopérer plus rapidement que prévu(7).
4. Les indicateurs biologiques
Des observations effectuées par satellite révèlent que la durée de la saison de croissance a augmenté de 18 jours en Eurasie et de 12 jours en Amérique du Nord entre 1981 et 1999. De plus, on a établi une relation entre la hausse des températures et lexpansion de la couverture végétale dans les régions où la croissance nest pas limitée par le manque deau(8). Dautres changements associés au réchauffement atmosphérique, tels que le moment de la ponte chez certaines espèces doiseaux, ont également été observés. Enfin, dans lArctique, les changements dans la couverture glacielle de certains systèmes aquatiques terrestres ont modifié considérablement la biologie des algues, par exemple.
La température moyenne de la Terre a augmenté denviron 0,6 ºC au cours des cent dernières années. Même si la hausse des températures dans la troposphère mesurée par satellite nest pas identique à celle des températures en surface enregistrée au cours des vingt dernières années, cette dernière est confirmée par beaucoup dautres sources de données. Le Groupe dexperts intergouvernemental sur lévolution du climat (GIEC), après avoir comparé la hausse des températures avec des données indirectes sur les températures annuelles (provenant de lexamen des anneaux de croissance darbres, de carottes de glace et de coraux, par exemple), a conclu quil est certain dans une proportion de 66 à 90 p. 100 que la hausse de la température sopère à une cadence et à une ampleur inégalées au cours du dernier millénaire. Même ceux qui voient leffet de serre dun il sceptique commencent à admettre que la Terre se réchauffe.
POURQUOI SINQUIÉTER DU DIOXYDE DE CARBONE?
Comme nous lavons vu précédemment, de nombreux facteurs influent sur le climat, notamment le rayonnement solaire, les aérosols, les variations de lorbite de la Terre autour du Soleil sur une longue période et les variations naturelles de leffet de serre. Comme le dioxyde de carbone (CO2) représente seulement 0,035 p. 100 de latmosphère, il pourrait sembler raisonnable de penser que cette proportion pourrait doubler, et même quadrupler, sans quil y ait lieu de sinquiéter.
La neige qui saccumule sur les vastes glaciers des pôles emprisonne lair dans les espaces entre les flocons. Comme la majeure partie de cet air demeure intacte, on peut mesurer les concentrations de CO2 dans lair extrait des carottes prélevées dans les glaciers. Leau qui forme la neige fournit également de linformation. Une de ces carottes, la carotte de glace de Vostok, permet de remonter sur 420 000 ans.
Leau est constituée dhydrogène et doxygène. Lhydrogène, comme la plupart des éléments chimiques, existe sous forme de divers isotopes. Lisotope dhydrogène le plus courant a une masse atomique de 1, mais un petit pourcentage de lhydrogène présent dans leau a une masse atomique de 2 (le deutérium). Quand leau sévapore, les molécules légères sévaporent plus facilement que les molécules lourdes, et ce, encore plus à mesure que la température baisse. En dautres termes, leau présente dans lair au-dessus de locéan contient relativement plus dhydrogène léger quand lair est frais que lorsquil est chaud. Par conséquent, lhydrogène contenu dans la neige formée à partir de cette eau quon retrouve dans les glaciers polaires constitue une sorte de paléothermomètre isotopique.
Dans le passé, on considérait quil y avait une corrélation très étroite entre le thermomètre isotopique et la concentration de CO2, de sorte que beaucoup de gens estimaient quil y avait un lien étroit entre cette concentration et la température au cours des quelque 150 000 dernières années. Pourtant, dimportants écarts par rapport à ce profil ont été observés, ce qui a soulevé un doute relativement à lexactitude de la corrélation. Toutefois, de nouvelles corrections apportées aux données tirées de la carotte de glace de Vostok pour tenir compte des variations climatiques dans la région où leau sest évaporée ont révélé que cette corrélation est en réalité encore plus étroite quon le croyait. On a constaté quil existait un rapport étroit entre les concentrations de CO2 et le thermomètre isotopique au cours des 150 000 dernières années. Du point de vue statistique, près de 90 p. 100 de la variation de la composition isotopique sexpliquent par des variations des concentrations de CO2. La corrélation correspondante sétablit à 84 p. 100 pour la période comprise entre les 150 000 et les 350 000 dernières années. Du point de vue scientifique, lexistence dune relation aussi étroite dans un système aussi complexe est remarquable et constitue une très forte indication de limportance du dioxyde de carbone en tant que facteur déterminant le climat. Les résultats dune étude menée en 2001 sur le nombre de pores dans des feuilles fossilisées, qui varie en fonction de la concentration de CO2 pendant la croissance des plantes en cause, semblent indiquer quil existe un lien entre le CO2 et la température depuis 300 millions dannées(9).
Les foraminifères sont de petits organismes océaniques dont la cellule est entourée dune capsule calcaire. Dune manière comparable aux changements subis par les isotopes dhydrogène décrits précédemment, labondance relative disotopes doxygène dans les capsules est fonction des températures auxquelles celles-ci se sont formées. Puisque les foraminifères senfoncent dans les sédiments du fond lorsquils meurent, on peut analyser des carottes de sédiments pour estimer ces températures.
Jusquà très récemment, le thermomètre isotopique constitué par les variations du rapport isotopique de loxygène observées chez des foraminifères inclinait à penser que les mers tropicales étaient beaucoup plus froides que les mers arctiques à lépoque où les concentrations atmosphériques de CO2 étaient élevées. Cest en sappuyant sur ce genre danomalie quon a mis en question le lien entre la teneur en CO2 et la température de latmosphère. Toutefois, en poussant lanalyse, on sest rendu compte que le rapport isotopique de loxygène chez les foraminifères était modifié par un phénomène appelé diagenèse(10) qui na pas de relation avec les températures à la surface de la mer. Lanalyse de foraminifères dont on sait, par un examen au microscope, quils nont pas subi de diagenèse semble indiquer que lécart entre la température et le thermomètre isotopique résulte en réalité de la diagenèse. Sil sagit dun phénomène généralisé, les données détude des foraminifères confirmeraient la corrélation entre les concentrations de CO2 et la température.
Il sest établi une corrélation remarquable sur une longue période entre les concentrations de CO2 et la température, mais des indices portent à croire que cette corrélation a fléchi considérablement à certains moments dans le passé. Même sil faudra pousser lanalyse pour contrôler ces anomalies, il ne faut pas sétonner que dautres facteurs soient entrés en ligne de compte. Par exemple, la position des continents il y a 500 millions dannées nétait pas la même que celle quon observe aujourdhui. De plus, toute corrélation est statistique et ne permet pas de conclure à une relation de causalité : en fait, il est possible que ce soient les variations de température qui influent sur les concentrations de CO2 plutôt que linverse, ou encore que les deux variables réagissent en même temps à linfluence dun autre facteur. Cela dit, toutefois, il y a des raisons mécanistes de croire que les concentrations de CO2 constituent un facteur primaire agissant sur le changement climatique.
B. Le dioxyde de carbone et leffet de serre
1. Tendances des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone
Pendant au moins 800 ans avant 1800, la teneur en CO2 de latmosphère sest maintenue à 280 parties par million (ppm). En 1900, elle était denviron 290 ppm et en 1950, de 300 ppm; cette teneur sétablit maintenant à quelque 370 ppm. Cette augmentation résulte du brûlage de combustibles fossiles et de modifications de lutilisation des terres. Selon le GIEC, les concentrations atmosphériques de CO2 mesurées actuellement nont jamais été aussi élevées en 420 000 ans et sont vraisemblablement exceptionnelles sur un horizon de 20 millions dannées.
Ces concentrations nont pas augmenté de façon constante, et elles varient en fonction des quantités de CO2 qui sont ajoutées à latmosphère et qui en sont retirées. Les variations des quantités absorbées par les masses terrestres et les océans font varier la vitesse nette daugmentation des concentrations de CO2. En réalité, près de la moitié des quantités totales estimées de CO2 émises dans latmosphère par suite dactivités humaines a été absorbée par les forêts et les océans, sans quon sache toutefois pendant combien de temps ces quantités y demeureront.
2. CO2 et température : un lien à établir
Daprès la théorie de laccentuation de leffet de serre, la quantité supplémentaire de CO2 présente dans latmosphère devrait capter davantage dénergie et donc entraîner un réchauffement. Il est indéniable que la température en surface augmente mais, pour établir un lien entre les concentrations de CO2 et le réchauffement, il faut démontrer quil y a augmentation de la quantité dénergie captée. Une étude comportant la comparaison sur une longue période du rayonnement sortant émis de nouveau à partir de la Terre, tel que mesuré par satellite, a confirmé quune plus grande quantité dénergie est séquestrée dans latmosphère à cause des variations des quantités de GES qui sy trouvent. Le CO2 absorbe lénergie à certaines longueurs donde, et cette étude a révélé que la Terre émettait une plus grande quantité dénergie à ces longueurs donde en 1970 quen 1997(11).
Les modèles informatiques dont les sorties sappuient sur les mécanismes du changement climatique et qui ne sont pas tout simplement ajustés en fonction des données dobservation sont de plus en plus perfectionnés et en mesure de simuler les conditions climatiques passées. On peut sen servir pour mieux comprendre linfluence de facteurs externes et internes sur le climat ainsi que pour distinguer les causes naturelles des causes anthropiques (résultant de lactivité humaine) des changements. Dans un de ces modèles, il a fallu prendre en compte des facteurs anthropiques pour la période 1963-1993 pendant laquelle il sest produit trois grandes éruptions volcaniques (qui ont refroidi latmosphère) pour que les sorties cadrent avec les tendances des températures observées. Inversement, il a fallu intégrer au modèle non seulement des facteurs anthropiques mais aussi des facteurs naturels pour simuler le refroidissement qui sest produit entre 1945 et 1965(12).
Dautres GES, comme le méthane, loxyde nitreux et les halocarbures (hydrocarbures halogénés), contribuent à laugmentation de leffet de serre, ce qui a été confirmé lorsquon a constaté quils réduisent la quantité de rayonnement sortant émis à partir de la Terre. En réalité, ces gaz captent beaucoup plus ce rayonnement que le CO2, dont le temps de séjour dans latmosphère (environ 200 ans) est pourtant plus long que celui du méthane (environ 12 ans). Sur une période de cent ans, le méthane a une capacité de captage dénergie 21 fois plus élevée, et loxyde nitreux, une capacité 310 fois plus élevée en poids, que celle du dioxyde de carbone. On estime que la libération massive de méthane à partir des océans aurait causé certains épisodes de réchauffement dans le passé, mais seulement après que ce méthane eut été converti en CO2. Certains halocarbures, notamment le perfluorométhane, séjournent dans latmosphère pendant des dizaines de milliers dannées et pourraient de ce fait exercer encore longtemps une influence sur le climat.
Les concentrations de méthane et doxyde nitreux ont également augmenté par suite de lactivité humaine. Le GIEC estime quentre 1750 et 2000, le changement de la quantité dénergie emprisonnée dans latmosphère à cause du méthane était environ le tiers de celui attribuable au CO2. La hausse des concentrations de méthane semble avoir ralenti et, comme ce gaz ne séjourne que 12 ans dans latmosphère, il ne devrait pas susciter beaucoup dinquiétude à long terme. La teneur de latmosphère en halocarbures diminue elle aussi depuis quon a adopté des règlements pour contrecarrer leur incidence néfaste sur la couche dozone. Le dioxyde de carbone constitue davantage une préoccupation à long terme, à cause des quantités qui pourraient se dégager du brûlage dimportants dépôts de combustibles fossiles.
Les données scientifiques indiquant que les émissions anthropiques de CO2 contribuent au réchauffement planétaire sont convaincantes. Au cours des 420 000 dernières années, et probablement depuis plus longtemps, la corrélation entre la température du globe et les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone a été presque parfaite. La concentration de dioxyde de carbone dans latmosphère augmente actuellement en raison de lactivité anthropique. Les températures à la surface de la Terre, y compris à la surface des océans, augmentent au diapason de cette concentration. Selon la théorie mécaniste, le dioxyde de carbone peut absorber le rayonnement sortant et, partant, faire monter les températures atmosphériques. Des observations par satellite ont confirmé que laccroissement des quantités de dioxyde de carbone a réduit ce rayonnement.
En ce qui a trait aux changements climatiques, les médias sattardent souvent sur les potentiels effets dévastateurs du réchauffement du globe, par exemple la hausse du niveau des mers et laugmentation de la fréquence dévénements catastrophiques comme les sécheresses et les violentes tempêtes. Or, les dires des prophètes de malheur ne reposent pas nécessairement sur des bases solides et sont souvent fondés sur les hypothèses les plus pessimistes de changements climatiques.
Dun autre point de vue, on pourrait encourager fortement les gens à émettre du CO2 pour accroître le volume de végétation terrestre simplement parce que les horticulteurs utilisent environ 1 000 ppm de CO2 dans les serres pour favoriser la croissance des plantes. Les tenants dune telle idée considèrent le CO2 indépendamment de ses effets néfastes sur le climat, une hypothèse que même les plus sceptiques ont de plus en plus de mal à continuer de soutenir.
Cependant, pour planifier les mesures à prendre pour réduire les émissions, il faut prévoir les effets du changement climatique sur lagriculture, le niveau des mers et les écosystèmes. Et cest la prévision du changement climatique qui comporte le plus dincertitude, car il sagit destimer les futures concentrations atmosphériques de CO2 et leur incidence sur le climat. Ces futures concentrations seront fonction de lampleur des émissions et des réactions du cycle biogéochimique du carbone à laccroissement des concentrations de CO2 et aux changements de climat. Enfin, le degré dexactitude des estimations des effets du CO2 atmosphérique sur le climat dépend de lefficacité avec laquelle les modèles informatiques prévoient le changement climatique.
La prévision des émissions est étroitement liée aux estimations de la croissance économique et de la mesure dans laquelle celle-ci peut être dissociée des sources de carbone. Il faut, entre autres, estimer lexpansion démographique et poser des hypothèses sur le niveau de vie, lefficacité de lutilisation finale de lénergie dégagée par le brûlage des combustibles fossiles et lavènement de nouvelles technologies. Le GIEC a élaboré 35 scénarios relatifs aux émissions dont les « trames » vont dune croissance économique majeure sans restrictions relatives au brûlage des combustibles à base de carbone jusquà des situations où les émissions sont réduites considérablement. Toutefois, le climat ne réagit pas aux émissions mais aux concentrations atmosphériques, qui dépendent du sort que connaît le CO2 une fois dégagé.
Actuellement, les scénarios du GIEC relatifs aux émissions ne tiennent pas compte des rétroactions du changement climatique sur le cycle biogéochimique du carbone, bien que des tentatives aient été faites pour intégrer ces rétroactions à des modèles du changement climatique. Comme il a été indiqué précédemment, près de la moitié du CO2 émis dans latmosphère jusquà présent a été absorbée par les océans et les forêts, qui sont considérés comme des puits tant quon y décèle un mouvement net de CO2. On ne connaît pas la capacité de ces puits; on ne sait pas non plus combien de temps ceux-ci demeureront des puits, mais il est probable que ce ne sera pas sur une longue période.
Du carbone emmagasiné pendant des millions dannées sous forme de combustibles fossiles a été libéré et sest intégré à un cycle dont léchelle temporelle se mesure en centaines dannées. Il semble que les forêts peuvent faire fonction de puits en raison dune période de croissance plus longue, dun rendement photosynthétique plus élevé et, surtout, du reboisement de terres agricoles abandonnées. Laugmentation des concentrations atmosphériques de CO2 accroît le rendement de captation du CO2 à lintérieur de la photosynthèse et peut-être aussi le transfert de CO2 vers les forêts. Des expériences menées durant de longues périodes dans des zones forestières soumises à une incubation en présence de fortes concentrations de CO2 semblent indiquer que cet effet nest quéphémère dans certains régimes forestiers. De plus, il est généralement reconnu que la respiration, et donc les émissions de CO2 à partir des forêts, est directement proportionnelle à la température, mais probablement dans une moindre mesure que ce que les expériences de courte durée en laboratoire laissent croire. Il faut dire aussi que la capacité totale de reboisement est limitée. Si lensemble des arbres abattus dans le passé pouvaient être replantés, les concentrations de CO2 dans latmosphère pourraient diminuer denviron 50 ppm un chiffre modeste en regard des concentrations auxquelles pourraient mener les taux actuels démission.
Les océans absorbent environ le quart des quantités de CO2 libérées dans latmosphère mais, ici encore, la connaissance de la nature exacte des puits quils constituent comporte de nombreuses inconnues. Le carbone peut être absorbé par des microorganismes qui senfoncent ensuite à grande profondeur ou il peut simplement se dissoudre et demeurer dans les couches supérieures jusquà ce quil gagne les régions polaires, où leau froide descend vers les couches profondes. On ne connaît pas la quantité de CO2 qui gagne les grands fonds océaniques ni la quantité qui demeure emmagasinée à long terme dans des roches. Sans compter que plus les océans se réchauffent, plus leur capacité de dissoudre le CO2 diminue.
La connaissance des puits et de la rétroaction du changement climatique sur ceux-ci est encore incomplète. Même si les puits ont contribué à réduire les concentrations de CO2, on ne sait pas dans quelle mesure, et leur influence et sa durée sont probablement limitées. Il est cependant essentiel daccroître cette connaissance pour prévoir quelles seront les concentrations atmosphériques de CO2 au cours des cent prochaines années.
C. Les modèles de circulation générale
Pour simuler le climat de la Terre, les climatologues utilisent ce quils appellent des modèles de circulation générale. La capacité quont ces modèles de simuler les conditions climatiques passées sest améliorée, et des progrès récents permettent destimer les différents taux daugmentation de la température au-dessus des masses terrestres et des océans. Toutefois, ces modèles ne sont pas suffisamment perfectionnés pour prévoir les effets à léchelle locale. Or, ce sont précisément ces effets qui comptent, en particulier pour la planification de ladaptation au changement climatique. Pour citer un commentateur, disons que cest dans les détails que tout se joue. Ainsi, il importe peu aux décideurs européens de savoir que la température moyenne du globe grimpera, si leau douce libérée par la fonte doit annuler linfluence du Gulf Stream et refroidir lEurope, comme il semble que ce fut le cas dans le passé.
La capacité de prévoir les changements climatiques constitue donc le nud du problème. Comme cela a été souligné, bien quon comprenne beaucoup mieux et avec plus de certitude les mécanismes du changement climatique maintenant quà lépoque de la parution du deuxième rapport du GIEC, la gamme du changement de température possible indiquée dans le troisième rapport, paru en février 2001, est encore plus étendue(13). La compréhension des phénomènes a augmenté, mais lincertitude aussi. Quelle sera lampleur générale du changement de la température du globe et quels effets ce changement entraînera-t-il à léchelle locale? Il est encore relativement difficile de répondre à cette question. Certains ont émis lopinion selon laquelle, dans lensemble, le changement climatique causé par les concentrations de CO2 sera bénéfique. Mais lincertitude est aussi grande dans un sens que dans lautre, et il se peut que le changement climatique ait des effets dévastateurs, surtout à léchelle locale. Dans ce contexte, le GIEC prône la prudence dans la politique à adopter relativement au CO2.
DÉCIDER DANS UN CLIMAT DINCERTITUDE
En ce qui a trait aux changements climatiques, les hommes et les femmes politiques doivent prendre des décisions difficiles en se basant sur des scénarios incertains, mais potentiellement alarmants, du climat futur, sur lequel lêtre humain exerce une influence, du moins en partie. Diverses suggestions leur ont été faites pour les aider à élaborer une politique appropriée, du moins à court terme, qui intègre à la fois la réduction des émissions de GES et ladaptation aux changements climatiques. À long terme, une telle politique devra sans lombre dun doute prévoir lintégration de sources dénergie exemptes de carbone comme moyen de réduire les émissions de CO2.
Le Protocole de Kyoto représente le principal programme daction visant la réduction des émissions. En 1992, plus de cent pays ont ratifié la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques. En sappuyant sur le premier rapport du GIEC, paru en 1990, les parties à la Convention-cadre ont établi que, malgré les incertitudes reconnues dont souffrent les prévisions, il fallait adopter une approche prudente et sefforcer de stabiliser, au plus tard en 2000, les émissions de GES aux niveaux de 1990. En 1995, les parties se sont entendues pour travailler à lélaboration dune convention juridiquement contraignante. Deux ans plus tard, à la troisième rencontre de suivi des signataires de la Convention (la troisième Conférence des Parties (CdP-3)), tenue à Kyoto, les parties ont établi un protocole à la Convention-cadre dans le but de réduire les émissions moyennes de GES dans une proportion supplémentaire de 5,2 p. 100 entre 2008 et 2012.
Les événements qui ont suivi la signature du Protocole de Kyoto, en 1997, nont pas rendu la vie facile à ses promoteurs. Une des principales critiques formulées au sujet du Protocole était que sa capacité de réduire les émissions est limitée. Même si lon parvient à réduire les émissions de 5,2 p. 100 par rapport aux niveaux de 1990, les concentrations de CO2 continueront daugmenter, bien quà un rythme légèrement réduit. De plus, ce nest que récemment que les parties sont parvenues à sentendre, après maints débats, sur les mécanismes à utiliser pour opérer les réductions visées. Le Canada a mis laccent sur lutilisation de ses forêts comme puits, tandis que la Communauté européenne a tenté de privilégier lutilisation efficace de lénergie. Par ailleurs, daucuns estiment quil coûterait trop cher de se conformer au Protocole. Durant lhiver 2001, les États-Unis se sont retirés des négociations en arguant du coût élevé des mesures de réduction des émissions et du manque de participation des pays en développement. Les autres pays ont décidé de poursuivre les négociations, et lentente politique conclue à Bonn en juillet 2001 a été libellée en termes pratiques à la CdP-7 tenue à Marrakech en novembre 2001.
Les coûts élevés ont servi dargument aux opposants à la réduction des émissions, surtout que les prévisions des changements climatiques présentent encore énormément dincertitude et que latteinte des objectifs fixés à Kyoto naura quun effet limité sur cette réduction. Toutefois, dautres sont davis que si lon incluait les coûts pour lenvironnement et la santé du brûlage des combustibles fossiles (linternalisation), la réduction des émissions de CO2 procurerait en fait des avantages financiers(14). On a déjà reconnu ces avantages dans des villes fortement polluées, en particulier en Chine, où lon déploie de grands efforts pour utiliser des combustibles écologiques et réduire la consommation de charbon, dont la combustion produit une fumée qui étouffait pratiquement les villes dans le passé. Des négociations visant ladoption de mesures supplémentaires devraient commencer en 2005, car on reconnaît les limites du Protocole de Kyoto.
On a également fait valoir que, même si elle a des effets limités à long terme, la réduction des émissions de méthane, doxyde nitreux et dhalocarbures constituerait lintervention initiale la plus facile et la plus efficace. Le méthane est libéré dans latmosphère principalement à partir des sources agricoles tout comme loxyde nitreux , mais aussi par suite de fuites à partir dinstallations de gaz naturel et de sites denfouissement. Quant aux halocarbures, ils servent dans lindustrie de la réfrigération. Toutes ces substances absorbent beaucoup plus de chaleur par kilogramme que le CO2, et il pourrait être plus facile et moins coûteux de modifier la gestion des déchets et de lutilisation des terres ainsi que lutilisation des halocarbures que de réduire les émissions de carbone résultant du brûlage des combustibles fossiles.
B. Adaptation au changement climatique
Devant lincertitude des scientifiques au sujet du climat futur, et en supposant que notre capacité de réduire les émissions est limitée, du moins à court terme, certains ont fait valoir que des programmes dadaptation au changement climatique seraient une solution plus facile à appliquer et quils aideraient de toute façon à améliorer lexistence, même si ce changement ne se produisait pas(15). Comme la population mondiale va croissant, les événements climatiques extrêmes auront de plus en plus de répercussions sur les activités humaines, et ce, même si leur fréquence demeure la même. En particulier dans les pays en développement, les mauvaises pratiques de gestion de lutilisation des terres rendent les habitants encore plus vulnérables aux événements extrêmes. Pendant la période où il a stagné sur lAmérique latine, louragan Mitch a causé des dommages considérables, en partie parce que les terres, qui avaient fait lobjet dun aménagement inadéquat, nétaient pas en mesure den absorber les contrecoups. Ses effets sur les populations humaines auraient été grandement réduits si les terres avaient été soumises à un aménagement plus approprié et si les gens avaient quitté les régions vulnérables. Par ailleurs, lamélioration des pratiques agricoles en vue demmagasiner davantage deau dans les sols permettrait une meilleure adaptation aux sécheresses. En Chine, après les dernières inondations dévastatrices, on a pratiquement interdit la coupe du bois et on a mis en uvre des programmes de reboisement.
Il existe de très fortes indications que les activités humaines réchauffent la planète en modifiant la composition de latmosphère, principalement par laccroissement des concentrations de CO2. Et les effets, bien quon ne puisse les prévoir avec certitude, pourraient être dévastateurs. Toutefois, on na pas réagi aussi efficacement quil le faudrait au changement climatique, qui a plutôt fait lobjet dune guerre dopinion dont les protagonistes se livrent la lutte à coups détudes scientifiques aux résultats contradictoires.
Le changement climatique est inévitable. Les dossiers historiques indiquent, par exemple, que les premiers colons européens sont arrivés dans les prairies nord-américaines à un très bon moment : le climat a été relativement humide et favorable à lagriculture depuis 200 ans par comparaison aux 1 000 années qui ont précédé. Quelles que soient les prévisions de lincidence des activités humaines sur lenvironnement, ladaptation au changement climatique éventuel est donc une ligne de conduite judicieuse.
Les coûts constituent un des aspects les plus préoccupants de la réduction des émissions. Toutefois, on peut certainement réduire les coûts si lon met laccent sur les stratégies de réduction ayant des retombées positives sur la santé et léconomie, par exemple laccroissement du recours aux combustibles sans danger pour lenvironnement et de lefficacité énergétique. Daucuns soutiennent même que la réduction des émissions en soi procurera des avantages financiers nets. Par contre, même si la réduction des émissions de CO2 peut être avantageuse pour la société dans son ensemble et certains secteurs de léconomie, elle peut entraîner des coûts ailleurs. Selon toute probabilité, il faudra appliquer des stratégies visant à réduire les répercussions de ces coûts si lon veut susciter la volonté politique dagir.
Depuis 420 000 an, il existe une étroite corrélation entre les concentrations atmosphériques de CO2 et la température du globe. Or, les quantités de CO2 que lêtre humain a libérées dans latmosphère par la mobilisation de très anciens réservoirs de combustibles fossiles sont plus élevées quelles ne lont jamais été au cours de cette longue période et probablement même en 20 millions dannées. En outre, selon une théorie mécaniste bien étayée par lobservation, le CO2 entraîne le piégeage dénergie dans latmosphère. Même si lon ne sait pas avec certitude quels seront les effets du CO2 présent dans latmosphère sur le climat, il est raisonnable de se demander sil est vraiment « écologique » de continuer à accroître les quantités de CO2 dans latmosphère en brûlant des combustibles fossiles.
(1) Les sources suivantes fournissent
de plus amples renseignements sur les mesures de température en surface, par
satellite et par ballon.
a) Sommaire technique du Groupe de travail
I du Groupe dexperts intergouvernemental
sur lévolution du climat (en anglais seulement)
b) Rapport du National Research Council des États-Unis
intitulé Reconciling
Observations of Global Temperature Change, National Academy Press, Washington
(D.C.), janvier 2000 (en anglais seulement).
(2) Henry Pollack et al., « Climate Change Record in Subsurface Temperatures: A Global Perspective », Science, vol. 282, 1998, p. 279.
(3) Sydney Levitus et al., « Warming of the World Ocean », Science, vol. 287, 2000, p. 2225.
(4) D.A. Rothrock et al., « Thinning of the Arctic sea-ice cover », Geophysical Research Letters 26, 1999, p. 3469.
(5) Ola Johannessen et al., « Satellite Evidence for an Arctic Sea Ice Cover in Transformation », Science, vol. 286, 1999, p. 1937.
(6) Konstantin Vinnikov et al., « Global Warming and Northern Hemisphere Sea Ice Extent », Science, vol. 286, 1999, p. 1934.
(7) W.S.B Paterson et Niels Reeh, « Thinning of the ice sheet in northwest Greenland over the past forty years », Nature 414, 2001, p. 60.
(8) L. Zhou et al., « Variations in Northern Vegetation Activity Inferred from Satellite Data of Vegetation Index During 1981 to 1999 », Journal of Geophysical Research, 2001.
(9) Gregory J. Retellack, « A 300-million-year record of atmospheric carbon dioxide from fossil plant cuticles », Nature 411, 2001, p. 287.
(10) La diagenèse est un processus par lequel la capsule calcaire se corrode puis se recristallise. La recristallisation reflète non pas les températures en surface au niveau où la capsule sest formée, mais celles, plus basses, de la subsurface sous-marine.
(11) John Harries et al., « Increases in Greenhouse Forcing Inferred from the Outgoing Longwave Radiation Spectra of the Earth in 1970 and 1997 », Nature 410, 15 mars 2001.
(12) Peter Stott, « External Control of 20th Century Temperature by Natural and Anthropogenic Forcings », Science, vol. 290, décembre 2000.
(13) Richard Kerr, « Global Warming: Rising Global Temperature, Rising Uncertainty », Science, vol. 292, avril 2001, p. 192.
(14) Luis Cifuentes et al., « Climate Change: Hidden Health Benefits of Greenhouse Gas Mitigation », Science, vol. 293, 2001, p. 1221; Giulio De Leo et al., « The Economic Benefits of the Kyoto Protocol », Nature 413, octobre 2001, p. 478.
(15) David Sarewitz et Roger Pielke Jr., « Breaking the Global Warming Gridlock », The Atlantic, juillet 2000.