Les incertitudes sur le réchauffement climatique

Si l'on agit sur l'effet de serre, sur l'effet parasol ou sur les deux, perturbant l'état du climat, quelles seront les rétroactions du cycle de l'eau sur l'effet parasol (nuages, aérosols) et sur l'effet de serre (vapeur d'eau atmosphérique et nuages) ?

Plus précisément, si l'augmentation de la concentration atmosphérique de CO2 entraîne un réchauffement de la surface et de certaines couches atmosphériques, le taux d'évaporation peut changer, l'humidité atmosphérique aussi, modifiant la contribution des molécules H2O à l'effet de serre. Mais la condensation de l'eau dans l'atmosphère changera aussi, d'où des modifications dans l'étendue et les propriétés des nuages, affectant à la fois l'effet parasol et l'effet de serre, et aussi, bien sûr, la répartition des pluies et des neiges.

Globalement, il faut P = E pour conserver l'eau. Mais pour représenter le cycle de l'eau de façon utile, il faut déjà abandonner le schéma global, et distinguer les terres des océans. Et si de l'eau tombe sur les terres, c'est parce qu'une partie (10%) de l'eau évaporée des océans est transportée dans l'atmosphère vers ces terres au lieu de retomber en mer.

Fig. 2 - Conservation de l'eau. Stocks d'eau en millions de milliards de tonnes ; flux d'eau en milliers de milliards de tonnes par an. Il y a l'équivalent d'une couche de 26 mm d'eau liquide présent dans l'atmosphère à chaque instant (beaucoup moins dans les nuages), mais plus de 1000 mm de pluie tombent chaque année.  

Fait établi : les activités humaines altèrent l'atmosphère, ajoutant des gaz à effet de serre.

Fig. 3 L'augmentation des concentrations atmosphériques du dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre. En haut, les mesures de CO2 faites directement au Mauna Loa (Hawaï) depuis 1957. En bas, mesures indirectes avant 1957 (analyses de l'air piégé dans les glaces), plus les mesures directes récentes, pour le CO2 (en ppm), le CH4 et le N2O (en ppb : 1000 ppb = 1 ppm = 0,0001 %), et certains des CFC (en ppt ; 1000 ppt = 1 ppb). Pour le CO2, on est passé d'une concentration de 280 ppm (parties par million) en 1850 à plus de 370 ppm aujourd'hui, essentiellement à cause de la combustion de carburants fossiles.  

L'augmentation encore plus spectaculaire du méthane ou CH4 (de 800 à 1700 ppb, soit de 0,8 à 1,7 ppm) résulte de l'expansion de la riziculture (bactéries méthanogènes dans les paddy inondés) et de l'élevage de bovins (fermentation entérique, = rots des vaches).

Pour le N2O, il s'agit de la perturbation du cycle de l'azote par l'utilisation massive d'engrais chimiques. Les CFC : créations de l'industrie chimique. Production arrêtée presque partout, leur disparition lente a commencé.

Fait établi et complication : les activités humaines altèrent l'atmosphère avec la pollution par le dioxyde de soufre (SO2), qui tend à renforcer l'effet parasol sur certaines régions du globe.

Les émissions de ce gaz désagréable dépendent à la fois de processus naturels (éruptions volcaniques) et de la combustion de charbon ou de pétrole contenant des impuretés de soufre. Dans l'atmosphère, ce gaz se transforme rapidement en gouttelettes d'acide sulfurique ou en d'autres particules soufrées. Tant que ces particules restent suspendues dans l'atmosphère (9 jours en moyenne), elles contribuent à l'effet parasol, à la fois par leur réflexion et par le fait qu'elles favorisent la condensation de très petites gouttelettes d'eau dans les nuages, les rendant plus réfléchissants.

Fig.4 Les émissions de so² (en millions de tonnes de soufre par an) augmentent fortement en Asie depuis 1980, elles diminuent en Europe et en Amérique du Nord. 

D'autres complications encore : les particules (suie, etc.) produites lorsqu'on brûle mal le charbon, le pétrole ou la biomasse. C'est le cas en Inde et en Chine. Bien que ces deux pays très peuplés produisent aujourd'hui moins de CO2 que l'ensemble (Etats-Unis, Union européenne, Japon, Canada, Australie), leurs émissions de particules sont bien plus fortes. Ces particules noires tendent à réduire la transmission du rayonnement solaire qui autrement réchaufferait la surface, mais elles absorbent ce rayonnement, ce qui réchauffe l'air à quelques km d'altitude. Toutefois, le temps de résidence atmosphérique de ces particules est limité, les effets se font sentir surtout à l'échelle régionale, et elles disparaîtront lorsque les nouvelles économies réduiront leur pollution. Le dioxyde de carbone, au contraire, s'accumule et se mélange dans l'atmosphère de toute la planète.

Les variations

Les variations du passé moins récent : 420.000 ans d'histoire

Fig. 5 - Variations du climat et de la composition de l'air depuis 420.000 ans.  

Les analyses faites au Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement (Grenoble), de la composition de bulles d'air piégées dans les glaces de Vostok (Antarctique) montrent que le CO2 et le CH4 ont varié en même temps que le climat, pour des raisons parfaitement naturelles. Toutefois, les augmentations du dernier siècle, qui résultent des activités humaines, sortent totalement de cette fourchette de variation naturelle. Les variations de la température et les alternances glaciaires - interglaciaires dans le volume des glaces sont déterminées à partir des rapports des isotopes d'hydrogène et d'oxygène.