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Le système climatique : interaction et effet de serre

Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages
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En climatologie, on parle de forçage pour désigner les perturbations dans l'équilibre énergétique de la Terre, qui engendrent des changements de températures. Ces forçages sont fluctuants et pourtant déterminants dans l'évaluation et la prévision du réchauffement climatique.

  
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Afin de bien comprendre les difficultés et les enjeux des prévisions climatiques, voyons ici le système climatique dans son ensemble.

Figure 1. Le système climatique, ses couplages internes et ses contraintes (ou forçages). © Yves Fouquart

Le système climatique et ses interactions

La figure 1 ci-dessous présente le système climatique, c'est évidemment la planète dans son ensemble. On peut en distinguer les différents sous-systèmes comme l'atmosphère, l'océan, la glace, la biosphère et la Terre interne. Entre ces sous-systèmes se trouvent des interactions plus ou moins fortes (ex : le vent à la surface de la mer qui provoque un brassage de l'eau, l'évaporation à la surface des océans, etc.). Ces interactions sont responsables des oscillations dont on parlait ci-dessus. L'ensemble du système est soumis à des contraintes qui modifient le bilan de l'énergie qui y entre et qui en sort, les variations de l'énergie solaire arrivant sur Terre en sont un exemple évident. Ce sont ces contraintes (ou forçages) qui conditionnent l'évolution générale du climat, comme ce sont des modifications du bilan d'énergie, elles s'expriment en W/m2.

Avec un ordinateur et des données climatiques, il est très facile de calculer l'énergie qui est émise par la surface de la planète (continents et océans inclus) dans son ensemble : elle est en moyenne annuelle d'environ 390 W/m2. Depuis l'espace, on peut mesurer la quantité qui sort du sommet de l'atmosphère vers l'espace : elle est de 240 W/m2.

Principe et rôle de l'effet de serre

L'atmosphère retient la différence et joue donc le rôle d'un isolant efficace. C'est ce qu'on appelle l'effet de serre, il est dû aux gaz de l'atmosphère dont la molécule est composée de trois atomes et plus (H2O, CO2, CH4, O3, N2O) et aux nuages. Son accroissement provoqué par l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 et autres gaz à effet de serre (GES) augmente donc l'isolation de la planète qui perd moins d'énergie. C'est un forçage positif parce qu'il tend à augmenter la quantité d'énergie qui reste dans le système. Ce forçage s'exerce constamment et il s'accroît au cours du temps puisque la concentration de ces gaz est en augmentation.

Puisqu'on sait que la Terre perd moins de chaleur, elle doit se réchauffer. Cette conclusion très simple a été tirée dès les années 1970 quand les premiers résultats des mesures systématiques de la concentration en CO2 à Hawaï ont été publiés. La question qui se pose est alors de savoir de combien sera ce réchauffement et à quelle vitesse il arrivera. Cela pose deux sortes de questions : quels sont les autres forçages appliqués au système et quelle est la sensibilité de celui-ci ?