Dans cet article je vais tenter de donner une explication générale du changement climatique et des émissions de gaz à effet de serre dues aux activités anthropiques.
Cet article est le premier d’une série en trois parties :
- Le symptôme – une explication générale sur le changement climatique et les émissions de gaz dits à « effet de serre » – dues aux activités humaines ou anthropiques.
- Le problème – une explication approfondie des causes majeures de ces émissions dues aux activités humaines.
- L’adaptation – une investigation sur les possibles leviers qui sont mis à la disposition de notre société (en particulier celles des pays « riches ») pour s’adapter et développer une résilience systémique. Cette dernière partie sera basée sur le dernier rapport du GIEC sorti le 28 février 2022, [1, 2].
Le premier sujet de cette série a déjà été longuement abordé, c’est en quelque sorte de la vieille science. J’aimerais déjà fixer les bases scientifiques désormais connues parfaitement mais encore mal maîtrisées pour beaucoup de personnes qui s’intéressent au sujet climatique. Et pour militer, il faut dans un premier temps se former ! Ou mieux s’informer si le temps nous manque.
Bien que la plupart des médias, des institutions politiques et de la gouvernance mondiale ont laissé de côté les nouveaux rapports du GIEC, il est temps de reprendre à la base et de commencer à informer la population sur les enjeux physiques du changement climatique mais aussi systémique.
Commençons donc avec un peu de physique-chimie, cela donnera une fondation importante aux articles détaillés sur ce site.
Par souci de clarté et afin de ne pas perdre les lectrices et lecteurs de cet article, je mettrai certaines sources en lien dans certaines phrases (comme ceci). Mais les plus importantes sources sont indiquées en fin d’article dans la partie « Références (pour aller plus loin…) ».
Je préfère aussi que vous vous concentriez sur la lecture, plutôt que de cliquer sur des liens, ou directement plonger dans les sources avant d’avoir terminé cet article. Donc prenez le temps de bien le lire.
Si vous savez ce qu’est une serre agricole, vous allez très vite comprendre l’effet de serre. Dans sa forme la plus classique, son but est de réchauffer la température afin de permettre à ce qui se trouve à l’intérieur (légumes, fruits, salades, etc.), de se développer rapidement et en toute saison !
La principale différence avec le verre d’une serre agricole est que la « serre » de notre planète Terre est de type gazeux. Elle se réchauffe à cause de gaz qui sont donc appelés, au sens figuré, GES ou gaz à « effet de serre » (en anglais greenhouse gases).
En réalité, ce qu’il se passe est grossièrement le phénomène suivant :
- Le soleil nous envoie du rayonnement (sous forme de lumière) qui passe sans trop de problème à travers notre atmosphère et donc l’air.
- Une partie de cette lumière est réfléchie, en particulier par tout ce qui est assez clair et visible depuis l’espace – neige, glace, déserts, champs agricoles, etc.
- Le reste est absorbé par nos sols, les océans et les forêts et ça chauffe !
- À son tour, ce sol émet du rayonnement, pour se débarrasser de cette chaleur.
- Cette chaleur prend la forme d’infrarouges – des ondes que l’oeil ne peut pas voir mais que l’on peut détecter facilement avec des appareils modernes.
- Ces infrarouges sont émis vers l’atmosphère, qui les laisse beaucoup moins bien passer que la lumière visible, et en absorbe une grande quantité avant qu’ils ne repartent dans l’espace.
- Cet effet permet de retenir la chaleur (et donc l’énergie) près du sol, plus l’effet de serre est important, plus ce même sol devient chaud en « moyenne » à la surface de la planète Terre.
En fait, l’analogie de la serre est assez proche dans le sens qu’elle devient très opaque à ce même rayonnement. D’où son efficacité redoutable en toute saison !
Je vais même aller plus loin en écrivant que l’effet de serre est vital à notre existence et celle de la biodiversité sur Terre.
Si on souhaitait, par une technologie magique, retirer d’un seul coup les gaz à effet de serre de l’atmosphère, la température moyenne de la planète perdrait beaucoup de degrés (environ une trentaine). Ceci, pour arriver autour d’une moyenne de -18°C. Une moyenne veut simplement dire, par exemple, -40°C à un endroit du globe et 4°C à un autre bien différent.
On peut donc dire que l’effet de serre est nécessaire au vivant. Et sans lui il ferait très très froid sur Terre.
D’ailleurs, l’effet de serre n’existe pas que sur notre petite planète toute bleue ; Vénus, la fameuse « étoile du berger » – qui est en fait une planète de notre système solaire (celui-ci est une étoile) – a un effet de serre bien plus puissant que le nôtre. Son atmosphère est composée quasi exclusivement de CO2 (le dioxyde de carbone) et il fait plus de 450°C à sa surface…
Autant vous dire que les épisodes de canicules ne sont pas les mêmes que chez nous. Aujourd’hui, sur notre planète, le GIEC, nous dit qu’il fait environ 15°C.
Mais alors comment reconnait-on un gaz à effet de serre exactement ?
Et bien si l’on devait donner une définition plus ou moins rigoureuse et rapide cela donnerait ceci : c’est un gaz qui a la capacité d’absorber les infrarouges terrestres. Par ailleurs, une définition scientifique du GIEC est donné dans le glossaire du rapport complet intitulé The Physical Science Basis, écrit par le groupe de travail n°1, [3, p. 3913] :
Constituants gazeux de l’atmosphère, tant naturels qu’anthropiques, qui absorbent et émettent des radiations à des longueurs d’onde spécifiques dans le spectre des radiations émises par la surface de la Terre, par l’atmosphère elle-même et par les nuages. Cette propriété est à l’origine de l’effet de serre. La vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), l’oxyde nitreux (N2O), le méthane (CH4) et l’ozone (O3) sont les principaux GES présents dans l’atmosphère terrestre. Les GES d’origine humaine comprennent l’hexafluorure de soufre (SF6), les hydrofluorocarbones (HFC), les chlorofluorocarbones (CFC) et les perfluorocarbones (PFC) ; plusieurs d’entre eux appauvrissent également l’ozone (O6). (et sont réglementés par le protocole de Montréal).
Maintenant que vous connaissez une définition et que vous avez une explication plus ou moins correcte de l’effet de serre, vous devez savoir que ce sont des gaz triatomiques ou plus (composés de trois atomes ou plus).
Voici donc les principaux GES dans l’ordre de composition de l’atmosphère :
- La vapeur d’eau, H2O – oscillant entre 0 et 5%.
- Le dioxyde de carbone, CO2, 0.0412% (ou 412 ppm – parts per million).
- Le méthane, CH4, 0.0001866% (ou 1866 ppb – parts per billion). Il est parfois plus utile de parler en ppm et ppb que pourcentage… C’est simplement une manière d’exprimer une fraction en science.
- Le protoxyde d’azote, NO2, 0.00003% (ou 332 ppb).
La dernière fois qu’une telle concentration de dioxyde de carbone avait été atteinte, c’était il y a plus de 3 millions d’années. Autant vous dire qu’entre 1750 et aujourd’hui (c’est à dire l’ère pre-industrielle) nous n’avons pas perdu de temps, sur une échelle de temps planétaire.
Vous noterez bien que j’ai positionné la vapeur d’eau en premier de cette liste, mais celle-ci ne pose aucun problème connu au changement climatique. En fait, les émissions de vapeur d’eau sont sans effet sur la concentration atmosphérique en vapeur d’eau car la pression de vapeur saturante en ce qui concerne l’eau est essentiellement pilotée par la température et les vastes surfaces à évaporer que sont les océans mais assez peu par les émissions directes des hommes.
Les gaz diatomiques (composés de deux atomes), notamment ceux qui composent l’atmosphère, n’ont pas la propriété d’absorber les infrarouges terrestres. Pareil pour les gaz monoatomiques.
Rappelons la composition principale de l’atmosphère :
- le diazote N2 (78.1%) ;
- le dioxygène O2 (20.9%) ;
- et l’argon Ar (0.9%).
Vous l’aurez bien compris, l’effet de serre et donc les gaz qui le provoquent, sont en minorité par rapport à l’azote et l’oxygène dans l’atmosphère. Et cette minorité va de plus en plus nous déranger, et cela a déjà bien commencé d’ailleurs, [3, 4, 5, 7, 8, 9].
Je vais reprendre une excellente explication donnée par Jean-Marc Jancovici, un ingénieur qui est devenu expert des questions énergie-climat depuis bientôt 20 ans. Je vous conseille fortement d’aller dépenser un peu d’empreinte carbone numérique pour écouter ses cours et conférences.
Dans son livre intitulé de vulgarisation scientifique Le changement climatique expliqué à ma fille, [8, p. 20] :
Aujourd’hui, sur deux litres de CO2 que l’homme met dans l’atmosphère, un litre arrive à ‘profiter’ des plantes et des océans pour partir rapidement, mais l’autre litre reste là… et s’accumule dans l’air. On comprend facilement qu’il faut diviser le plus vite possible les émissions mondiales de CO2 par deux, simplement pour que la quantité dans l’air arrête d’augmenter. Ce n’est pas un petit changement qui nous attend, mais un changement majeur.
Maintenant que nous savons ce qu’est l’effet de serre et que certaines minorités de gaz, comme le CO2 et le CH4 s’accumulent dans notre atmosphère, vous allez me dire : « Mais quel est le problème exactement ? ». Eh bien, rappelez-vous du sort actuel de l’étoile du Berge (Vénus). Nous n’irons pas jusque là, en tout cas pas avant quelques milliards d’années. Mais cela peut chauffer tout de même, et surtout dérégler plusieurs paramètres sur Terre.
Prenons une petite analogie : la goutte d’encre dans une piscine. En fait, ce que nous faisons depuis deux siècles, c’est d’ajouter quelques gouttes d’encre dans une piscine (ici notre atmosphère). Ces gouttes deviennent donc opaques, comme un colorant lorsque la piscine dispose d’une eau relativement claire et transparente.
À la lumière blanche notre piscine devient donc très opaque. C’est en quelque sorte la même chose avec notre atmosphère. Car nos gaz minoritaires agissent comme des gouttes opacifiantes aux infrarouges terrestres. Cela ne change évidemment rien au volume total de l’atmosphère, mais cela modifie fortement son opacité et augmente donc l’effet de serre expliqué avant. Ainsi, l’atmosphère devient plus opaque et cela donne encore plus de mal à notre planète pour évacuer l’énergie de la surface vers l’espace.
Ce qui se passe ensuite est très complexe et notre planète réagit comme un système à une sorte de déséquilibre physique. Une des conséquences est l’accroissement du forçage radiatif. C’est la mesure du déséquilibre entre l’énergie qui arrive chaque seconde sur Terre et celle qui repart. Il se définit en « watt-par-metre-carré », et la mauvaise nouvelle pour nous c’est que sa valeur augmente. Sous peine de faire un article trop long, je reviendrai spécifiquement sur ce phénomène plus tard.
La raison principale de nos maux ou du sous problème engendré par l’accumulation des GES (minoritaires), a été, en partie, découverte par un savant physicien et mathématicien français – j’ai nommé Joseph Fourier, tadaah ! Ce dernier nous a expliqué, en 1824, avec sa craie, un tableau et son cerveau le phénomène suivant :
La température du sol est augmentée par l’interposition de l’atmosphère, parce que la chaleur solaire trouve moins d’obstacles pour pénétrer l’air, étant à l’état de lumière, qu’elle n’en trouve pour repasser dans l’air lorsqu’elle est convertie en chaleur obscure.
— Joseph Fourier, Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires, [7].
À ce stade, nous savons donc les éléments suivants :
- L’augmentation de température sur Terre est induite par une minorité de gaz triatomiques, des gaz à effet de serre. Il existe donc une forte corrélation entre l’augmentation de la température moyenne sur Terre et celle de la concentration atmosphérique.
- Cet effet n’est pas nouveau et est même indispensable à la pérennité du vivant sur notre planète.
- Ces gaz opacifient notre atmosphère et rendent celle-ci moins efficace pour évacuer le rayonnement infrarouge terrestre vers l’espace.
- Le phénomène de forçage radiatif s’accentue, et il existe une déséquilibre thermique qui va donc nous chauffer les fesses de manière plus accentuée.
Je me suis abstenu de vous partager un beau graphique jusqu’à cette ligne, mais je ne peux plus m’en empêcher car comme on le dit souvent, une image vaut 1’000 mots :
Les scénarios SSPX-Y-y que vous voyez sont les potentielles trajectoires.
Les cinq scénarios (SSP1-1.9, SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 et SSP5-8.5) que vous pouvez observer sont des trajectoires potentielles de notre système socio-économique communes (j’ai plutôt envie de dire du pire au moins pire) du bon au plus terrible scénario. Cela mérite un article en entier pour traiter ce sujet, donc j’y reviendrai plus tard sur ce blog.
Jusque là, rien de catastrophique, sachant que la situation de Vénus n’est pas pour demain…
Mais que se passe t-il une fois que les principaux GES sont dans l’atmosphère ? Prenons l’exemple des deux plus importants provocant le réchauffement : le CO2 (dioxyde de carbone) et le CH4 (méthane) :
- Le dioxyde de carbone est malheureusement un oxyde assez stable… Il n’existe donc pas de processus d’épuration spontanée du CO2 tant qu’il est dans l’atmosphère. Il est chimiquement inaltérable. Certains experts du climat nous expliquent qu’il a une réversibilité d’environ 1’000 à 10’000 ans. Le GIEC nous dit : [[REF À TROUVER CAR C’EST PEUT ÊTRE MOINS !]]
- Le méthane est quant a lui environ 80 fois plus puissant ou “opacifiant” pour retenir les rayonnements une fois dans l’atmosphère. Cependant, sa durée de vie est bien inférieure, de l’ordre de 20 années.
Dans le cas du CO2, la très mauvaise nouvelle c’est qu’il n’y a pas de système plus efficace que l’arrêt dès demain matin de nos émissions plus le cycle carbone et la re-génération de nos forêts et océans pour diminuer l’effet de sa concentration atmosphérique. En fait, il faut plusieurs années si les émissions baisses demain, pour que le processus engendré s’arrête.
Alors existe t-il une inertie climatique ? Je reviendrai plus tard sur cette question qui a longuement était traitée par le super influenceur du climat Bon Pote (alias Thomas Wagner), [2] et le magnifique site de vulgarisation scientifique sur le changement climatique Carbon Brief.
La réponse trop courte à cette question et selon l’expertise de la personne qui la donne peut souvent favoriser l’inaction climatique. Voici donc la mienne, qui sera le sujet d’un article à part entière (aussi dans la partie 2 et 3 de cette série) : il existe surtout une inertie systémique et d’adaptation afin de diminuer, efficacement, nos émissions et notre impact sur la biosphère.
Donc tout budget carbone maitrisé, émissions évitées ou encore « mangées » par nos écosystèmes sont une excellente nouvelle. Cependant, il faut se mettre au travail pour atténuer notre impact. Si nous mettions tous nos efforts pour arrêter les émissions de CO2 et de CH4 demain matin, le système climatique se stabiliserait autour d’une température moyenne de 1.5°C, autour de l’an 2040, comme le montre le scénario SSP1-1.9 ci-dessous :
Nous verrons, que le phénomène de réversibilité pour les océans et les glaciers sera beaucoup plus difficile à générer (encore une mauvaise nouvelle).
En résumé : le temps de résidence très long d’un surplus de dioxyde de carbone dans l’atmosphère nous amène presque à dire que la stabilité climatique que l’on connait aujourd’hui est perdue à jamais. Cependant, l’effet immédiat de sauvegarde du climat, peut être atteint sur la température, mais pas les océans ni la calotte polaire.
Nous nous réveillons un peu tard, mais rien n’est perdu. Nous avons démarré la partie dans la mauvaise direction, il faut désormais s’adapter et changer pour devenir enfin une société résilience qui respecte le capital naturel et le vivant ! Cela commence par rallonger les horizons de temps lorsque nous prenons chacune de nos décisions. En premier lieu, pour les générations à venir.
Voici une version sans les scénarios, avec la reconstruction grâce aux archives paléo climatiques:
La figure (a) est simplement le changement de la température à la surface du globe reconstitués à partir des archives paléoclimatiques (ligne grise pleine, années 1-2000) et des observations directes (ligne noire pleine, 1850-2020), par rapport à 1850-1900 et en moyenne décennale.
La figure (b) indique les variations de la température à la surface du globe au cours des 170 dernières années (ligne noire) par rapport à 1850-1900 en en moyenne annuelle. Ces variations sont comparées par rapport aux simulations du modèle climatique CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6).
Si vous souhaitez vraiment tout savoir, je vous invite à aller fouiller dans le rapport du GIEC du groupe de travail I (cf. références en fin d’article).
Le GIEC nous explique en légende de cette figure que :
Le dernier interglaciaire, il y a environ 125 000 ans, est le candidat le plus récent pour une période de température plus élevée. Ces périodes chaudes passées ont été causées par des variations orbitales lentes (plurimillénaires).
Je vais conclure avec une citation d’un professeur, désormais connu pour ses travaux d’effondrement de notre société à travers l’ouvrage The Limits to Growth. Il nous livre son analyse 50 ans après :
Je pense qu’il est tout d’abord important de comprendre que le changement climatique n’est pas un problème en lui-même. C’est un symptôme. Le problème sous-jacent est la croissance physique continue de population et de la consommation matérielle dans un monde fini. Le changement climatique est une conséquence de cette croissance continue. Tout comme l’érosion des sols, la pandémie et beaucoup d’autres choses sont également des symptômes de ce qui se passe quand on soumet les écosystèmes à des pressions.
…
C’est un peu comme si vous avez un ami atteint d’un cancer et que le cancer lui donne des maux de tête : vous voulez bien sûr lui faire passer ses maux de tête, mais il est clair que les maux de tête ne sont pas le problème. Les maux de tête sont un symptôme. Il peut être utile de lui donner de l’aspirine, mais vous n’imaginez pas avoir résolu son problème. Vous avez simplement soulagé les symptômes. Pour vous débarrasser du cancer, il faut se concentrer directement sur lui. Pour que nous puissions nous débarrasser du cancer de la croissance continue, c’est sur elle qu’il faut directement nous concentrer.
— Dennis Meadows, Sismique podcast | #77 – La fin de la croissance ?, [10].
Sismique est d’ailleurs un podcast que je recommande à tous les lecteurs de cet article et de ce blog, il permet d’apprendre et de développer une vision holistique et donc globale de la marche du monde.
Vous avez bien compris que nous faisons en quelque sorte partie du cancer, et il va falloir rapidement procéder à l’ablation de la tumeur pour pouvoir faire un ensemble avec la nature et le vivant et non deux ensembles séparés (idée saugrenue qui émane du concept de dualisme).
Pour conclure, voici quelques données factuelles de l’AR6 – rapport aux décideurs du groupe de travail I du GIEC, [3] :
- +1.1°C : c’est l’augmentation de la température depuis 1850.
- +2.7°C : c’est la trajectoire que l’on prend pour la fin du siècle, si nous continuons dans cette direction.
- 20 cm : c’est le niveau d’élévation de la mer depuis 1901 jusqu’à nos jours (environ 2018 d’après le GIEC), notre système d’activités humaines actuel nous mène autour de 1 m.
- 410 ppm : un niveau de concentration moyen par an de CO2 jamais vu depuis environ 2 millions d’années.
- 156% : le niveau de concentration du CH4 dans l’atmosphère depuis 1750. Inégalé depuis au moins 800’000 ans. Le CO2 est quant à lui sur une augmentation de 47% depuis 1750.
- 900 Gigatonnes (milliards de tonnes) : le budget restant d’ici la fin du siècle si l’on souhaite tenir la température moyenne de 2°C sur la planète. Ceci afin d’obtenir 83% de chance de tenir 2°C de réchauffement planétaire moyen.
Le dernier point peut être interprété de la manière suivante : sachant que nous serons entre 8 et 9 milliards d’ici le milieu du 21ème siècle, le calcul par habitant est très rapidement fait et nous donne environ 100 tonnes de CO2 equivalent par paires de chaussure. Étant tous entre 6 et 15 tonnes par an d’empreinte carbone dans les pays « riches », si tout le monde était à notre rythme, nous brûlerions le budget en dix ans seulement…
Les éléments scientifiques sont sans équivoque: le changement climatique menace le bien-être de l’humanité et la santé de la planète. Tout retard dans l’action mondiale concertée nous ferait perdre un temps précieux et limité pour instaurer un avenir viable.
— Hans-Otto Pörtner, Co-Chair Working Group II, Communiqué de presse du GIEC, 2022-02-28.
Autrement dit, nous devons nous adapter et changer nos manières de vivre en société tout en composant avec le vivant, ou s’apprêter à disparaître !
À très bientôt sur SPLASH !
— Antoine
- Blast, le souffle de l’info, Paloma Moritz, Camille Etienne, Rapport du GIEC : changer ou disparaître, 2022-03-04.
- Bon Pote, Christophe Cassou, Existe-t-il vraiment une inertie climatique de 20 ans ?, 2021-07-21.
- IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson- Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
- IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
- IPCC, 2021: Annex VII: Glossary [Matthews, J.B.R., V. Möller, R. van Diemen, J.S. Fuglestvedt, V. Masson- Delmotte, C. Méndez, S. Semenov, A. Reisinger (eds.)]. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
- IPCC, 2022: Summary for Policymakers [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, M. Tignor, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem (eds.)]. In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
- Jean-Louis Dufresne, Jean-Baptiste Joseph Fourier et la découverte de l’effet de serre, La Météorologie, no 53, 2006-05.
- Jean-Marc Jancovici, Le changement climatique expliqué à ma fille, éd. Seuil 2017.
- Jean-Marc Jancovici, Conférence à l’École Polytechnique, 2021-09-21.
- Julien Devaureix, Sismique podcast #77, Dennis Meadow – La fin de la croissance ?
- NOAA climate.gov, Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide, 2020-08-14.
