Compte tenu de l’urgence climatique et en partenariat avec l’Institut National des Sciences de l’Univers, nous voulons démystifier ces idées reçues et rendre accessibles les connaissances scientifiques sur le climat au plus grand nombre.
Après notre premier article sur le consensus scientifique sur le climat, nous souhaitions revenir sur les climats du passé et les causes des changement climatiques. Nous savons que par le passé, la Terre a connu un climat bien plus chaud que le climat actuel. Dans ces conditions, comment les scientifiques peuvent-ils affirmer avec certitude que le changement actuel est dû aux activités humaines (ou anthropiques) ?
Pour y répondre, nous avons eu la précieuse aide de Pascale Braconnot, chercheuse CEA au LSCE (laboratoire des sciences du climat et de l’environnement).
Que sait-on du climat du passé ?
Depuis 600 millions d’années, le climat moyen mondial a été la plupart du temps plus chaud d’une bonne dizaine de degrés que le climat actuel. Pendant cette période, il y a eu quatre relativement petites périodes froides qui se sont traduites par des glaciers plus ou moins importants dans les zones polaires voire tempérées.
Au cours des deux derniers millions d’années, où le climat a été globalement moins chaud que lors de la période précédente, la Terre a connu une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires. Ces cycles ont d’abord été peu intenses mais fréquents, se succédant environ tous les 40 000 ans. Depuis environ un million d’années, les glaciations sont devenues plus intenses et plus longues, leur durée atteignant 100 000 ans.
La dernière glaciation a culminé il y a environ 20 000 ans et s’est achevée il y a environ 12 000 ans, au moment où débute l’Holocène, la période géologique actuelle, au cours de laquelle l’Homme est devenu sédentaire et les civilisations actuelles se sont développées.
À l’échelle globale, l’Holocène s’est révélée climatiquement assez stable mais n’a pas été exempte de variations, comme en atteste la période qui a vu l’aridification du Sahara. Au début de notre millénaire (XIe-XIIIe siècles), les températures étaient généralement assez élevées (c’est l’optimum médiéval) puis ont montré une tendance générale au refroidissement entre le XIVe et le XIXe siècle : c’est le petit âge glaciaire.
Et depuis le XIXe siècle ?
Nous observons, depuis le XIXe siècle, un réchauffement global. Si, au cours du XXe siècle, la température moyenne a augmenté en France de 0,1 °C par décennie, cette tendance s’est récemment accélérée. Selon le cinquième rapport du GIEC, chaque décennie depuis 1980 a été significativement plus chaude que n’importe quelle décennie passée depuis 1850.
La période 1983-2012 a probablement été la plus chaude depuis 1400 ans. Au-delà de toutes ces variations, il faut noter que le changement climatique constaté actuellement se produit à un rythme bien plus soutenu que celui qui a été reconstruit pour les 10 000 dernières années. Il est également plus soutenu que celui qui a été reconstruit pour les périodes de grandes déglaciations.
https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_all_final.pdf
Comment reconstitue-t-on le climat du passé ?
Les grands réseaux de mesures météorologiques permettent de connaître l’évolution du climat depuis environ 150 ans. Pour la période antérieure, roches, sédiments, calottes glaciaires, et différents fossiles sont nos principales sources d’information sur le climat du passé, qu’on appelle paléoclimat. On prélève ces archives naturelles dans le sol, les lacs, les tourbières, les océans, ou encore la glace.
Peu à peu, les scientifiques ont développé des méthodes de plus en plus précises pour dater ces indices. Certaines archives, comme les cernes annuels de croissance des arbres ou les stries de croissance des coraux, donnent accès à des informations datées à la saison près !
Les enregistrements paléoclimatiques permettent également de caractériser l’activité volcanique, l’activité solaire, les changements d’usage des sols (déforestation et extension des zones cultivées) et la composition atmosphérique connue grâce aux analyses de l’air et des aérosols emprisonnés dans les glaces polaires.
Comment explique-t-on les différents changements climatiques ?
Le moteur du climat est le rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère. Ses caractéristiques propres dans les différentes régions du globe sont régies par les nombreuses interactions entre l’océan, l’atmosphère, les surfaces continentales et les glaces. À l’échelle mondiale, un changement climatique lié à un facteur externe (modification de l’énergie solaire, volcanisme, émission de gaz à effet de serre d’origine anthropique) est caractérisé par une perturbation de l’équilibre entre le rayonnement solaire absorbé par la Terre et l’énergie thermique qu’elle restitue dans l’espace. Cette perturbation énergétique est appelée forçage radiatif. Un réchauffement résulte d’un surplus d’énergie apportée au système climatique (forçage positif), provenant par exemple d’une hausse du rayonnement solaire, d’une réduction de la réflectivité de la Terre, ou encore d’une modification de l’effet de serre via l’émission de CO2.
Le forçage orbital (appelé aussi astronomique) ou une augmentation de l’activité solaire répondent au premier cas. En effet, des changements cycliques affectent l’orbite de la Terre (excentricité) ainsi que l’orientation (précession) et l’inclinaison (obliquité) de son axe de rotation. Ces paramètres contrôlent l’insolation, c’est-à-dire la quantité d’énergie reçue au sommet de l’atmosphère. Ils sont en grande partie responsables de l’alternance des grandes périodes glaciaires/interglaciaires. Ces cycles, appelés cycles de Milankovitch, se produisent à un rythme de l’ordre de plusieurs dizaines de milliers d’années.
Sur de très grandes échelles de temps (plusieurs millions d’années), la tectonique des plaques, qui modifie les dynamiques océaniques et atmosphériques, a pu contribuer à de très importants changements climatiques.
Enfin, un effet de serre renforcé, lié à une plus forte teneur en gaz à effet de serre (dont essentiellement le CO2) peut expliquer des périodes chaudes. En effet, en piégeant le rayonnement infrarouge sortant dans l’atmosphère, l’effet de serre contribue à réchauffer le climat. La teneur en dioxyde de carbone peut être modifiée par des processus naturels ou anthropiques impliquant le cycle du carbone et la façon dont le carbone est stocké dans l’océan.
Des facteurs naturels peuvent-ils expliquer les changements climatiques actuels ?
Durant l’Holocène, la période géologique actuelle, l’impact de l’ensemble des forçages naturels sur le climat a été modeste à l’échelle de la planète, comparé aux grandes variations climatiques passées. Si l’on prend l’exemple des latitudes moyennes de l’Hémisphère nord, l’insolation a été maximale vers 10 000 ans avant aujourd’hui.
L’obliquité et la précession des équinoxes engendraient alors une plus forte saisonnalité (écart de température entre l’été et l’hiver) et donc des étés plus chauds, même si la température moyenne annuelle pouvait être comparable à celle que nous connaissons.
La baisse continue de l’insolation dans l’Hémisphère Nord a contribué à un refroidissement de long terme culminant récemment, lors du petit âge glaciaire. On estime la différence d’insolation d’été entre le début et la fin de l’Holocène à 40 W/m2 vers 45°N.
L’activité solaire peut-elle expliquer les variations de températures constatées ?
Si sur les périodes passées, l’activité solaire peut expliquer les variations de températures constatées, ce n’est plus le cas depuis la moitié du XXe siècle, ainsi que l’a démontré le cinquième rapport du GIEC.
En résumé, si un climat chaud a bien existé dans le passé, c’est en raison de forçages naturels dont il existe des traces. De nos jours, les modulations du forçage naturel sont faibles. Elles n’expliquent en aucun cas l’évolution observée des conditions climatiques, ni leur rapidité.
En revanche, parce qu’ils changent la composition atmosphérique ou la réflectivité des surfaces, le CO2, les aérosols (de fines particules en suspension dans l’air) et l’utilisation des terres par les humains modifient le bilan énergétique de la Terre avec une amplitude bien plus large qui, quant à elle, correspond à l’évolution constatée.
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Est-ce que des éruptions volcaniques pourraient expliquer le réchauffement actuel ?
Les éruptions dégagent bien du CO2 et participent à l’émission de gaz à effet de serre, mais leur impact doit être très relativisé dans la mesure où l’on a estimé, par exemple, qu’en 2010, le volcan islandais Eyjafjöll a émis 100 fois moins de CO2 par jour, au plus fort de son activité, que la Chine cette même année, par jour également.
De plus, l’activité volcanique est essentiellement un forçage négatif : lors d’une forte éruption, les cendres volcaniques et des gouttelettes d’acide sulfurique présentes dans l’atmosphère restituent vers l’espace, au lieu de les laisser passer, une partie des rayons du Soleil. Quelques éruptions volcaniques historiques ont ainsi provoqué un refroidissement planétaire qui a pu durer plusieurs années.
Peut-on affirmer que l’Homme est responsable du changement climatique ?
Pour répondre à la question du lien avec l’activité humaine (aussi appelée forçage anthropique), il faut se demander si la rapidité, l’intensité et la globalité du phénomène pourraient avoir lieu en considérant uniquement les évolutions naturelles des conditions environnementales.
Les modèles climatiques nous donnent des éléments de réponse en reproduisant les signaux observés et en fournissant les bases de compréhension sur la façon dont les différentes perturbations, d’origine naturelle ou anthropique, expliquent le signal observé.
De plus, les études de détection-attribution permettent de définir si les évolutions du climat observées sont le résultat des forçages naturels ou celui de perturbations d’origine humaine. Elles permettent en outre d’attribuer les contributions relatives des différents forçages.
Reconstructions des forçages radiatifs en moyenne globale depuis l’an 1000 en W/m² pour [a] l’activité volcanique ; [b] l’activité solaire ; [c] tous les autres forçages incluant les gaz à effet de serre et les aérosols troposphériques sulfatés. Les différentes couleurs correspondent à différents modèles simulant le passé. Adapté du rapport du GIEC (2007), Author provided
À ce jour, il est démontré par de nombreuses études, et synthétisé par les rapports du GIEC, que l’on peut attribuer aux activités humaines la quasi intégralité du réchauffement observé au niveau planétaire depuis le XIXe siècle.
Le mot de la fin
Comprendre les climats du passé permet de mieux appréhender ce qu’il se passe aujourd’hui. Le changement climatique constaté actuellement se produit à un rythme bien plus soutenu que celui qui a été reconstruit pour les 10 000 dernières années et est également plus soutenu que celui qui a été reconstruit pour les périodes de grandes déglaciations.
Si un climat chaud a bien existé dans le passé, c’est en raison de forçages naturels, dont il existe des traces. De nos jours, les modulations du forçage naturel sont faibles. Elles n’expliquent en aucun cas l’évolution observée des conditions climatiques, ni leur rapidité. En revanche, parce qu’ils changent la composition atmosphérique ou la réflectivité des surfaces, le CO2, les aérosols (de fines particules en suspension dans l’air) et l’utilisation des terres par les humains modifient le bilan énergétique de la Terre avec une amplitude bien plus large qui, quant à elle, correspond à l’évolution constatée.
Bonus : une superbe infographie de cet article sur le site du CNRS 😉
Sources et références :
- http://www.meteofrance.fr/climat-passe-et-futur/comprendre-le-climat-mondial/387
- https://www.encyclopedie-environnement.org/climat/variations-climatiques-dernier-millenaire/
- climat-en-questions.fr/reponse/mecanismes-devolution/etude-climats-passe-par-valerie-masson-delmotte-0
- https://www.climat-en-questions.fr/reponse/observation-climat/connaitre-levolution-passee-climat-par-elsa-cortijo-valerie-masson-0
- https://www.climat-en-questions.fr/reponse/mecanismes-devolution/etude-climats-passe-par-valerie-masson-delmotte
- https://archive.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/fr/spmsspm-2.html
- https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/WG1AR5_SPM_brochure_fr.pdf
2 Responses
Merci pour cet article !
J’apprécie toujours autant lire ce genre d’études synthétisées qui peuvent être transmises au plus grand nombre 🙂
Par contre, j’ai énormément de mal avec les graphiques utilisés ainsi que leur échelles (par exemple, la notion de “forçage” ou les différentes courbes du premier graphique). J’ai pourtant une formation “scientifique” qui me permet de les lire mais je pense qu’il faudrait les simplifier sans les abîmer…
Loin de moi l’idée d’effacer les travaux des scientifiques mais les graphiques dans leur études sont fait pour être lut par des “experts”.
La notion du forçage dans le second graphique me montre que l’activité anthropique fait monter le forçage et que l’activité solaire ou volcanique n’y est pour rien. Mais :
Quel est le degré d’implication de l’Humain dans tout ça ?
Comment puis-je me représenter ce forçage en terme de degrés C ?
Qu’est-ce que “Tambora” ? (j’imagine que c’est une grosse éruption volcanique)
De mon point de vue, les informations visuelles et les machins dont je ne trouve plus le nom mais qui viennent après les valeurs…. ne sont pas assez clairs pour tout le monde comme pour les articles sur le train VS avion où vous parliez de CO2/km
Merci pour votre retour Luc. Effectivement, un lien vers notre article sur le forcage radiatif et une explication un peu plus détaillée aurait été mieux. Je note pour les prochains !