Série d`affiches sur les changements climatiques
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Gaz responsables de l’effet de serre Nom commun Symbole Dioxyde de carbone CO2 Sources principales Combustion, Aménagement du territoire Vapeur d’eau H 2O Évaporation de la surface CH4 Élevage, Décharges Extraction du charbon et du pétrole Méthane (précurseur d’ozone) Oxyde nitreux Combustion biomasse Activités industrielles & agricoles Produits exclusivement synthétisés en industrie N 2O HFCs, PFCs, SF6, CFCs Gaz industriels halogénés Ozone O3 Oxydes d’azote * (précurseur d’ozone) Monoxyde de carbone * (précurseur d’ozone) Composés organiques volatils (précurseur d’ozone) Réactions chimiques des précurseurs NOx Combustion L’effet de serre L’atmosphère joue un rôle essentiel dans la régulation du climat de la Terre. Sans l’effet de serre, la température moyenne de la surface de la planète serait inférieure d’environ 34°C. Radiation terrestre vers l’espace Radiation solaire 3 1 Absorption par la surface 4 Combustion, Industries Déboisement Solvants Production, distribution et utilisation de carburants CO VOC Ce sont des particules de très petites dimensions en suspension dans l’atmosphère. Les aérosols ont un rôle naturel essentiel dans la régulation du climat. Comme un parasol, leur effet est associé à une réduction de l’intensité solaire effective qui atteint le sol, ce qui contribue à refroidir la surface. Une réduction des émissions anthropiques d’aérosols (provenant surtout de la combustion) provoquerait un effet de réchauffement local. Contrairement à la plupart des GES, le temps de vie atmosphérique des aérosols est très court (quelques jours). L’effet exact des aérosols sur le climat demeure toutefois incertain en raison, notamment, du manque de données d’observation. Radiation terrestre absorbée 2 Les aérosols Radiation réémise vers la surface Radiation réémise vers l’espace Les changements climatiques * Ces deux gaz ne sont pas des GES mais contribuent significativement aux réactions de l’ozone. 200 360 SO2 CO2 340 Début de l’ère industrielle 320 Début de l’ère industrielle 100 300 Les gaz responsables de l’absorption de l’énergie émise par la surface sont appelés gaz à effet de serre (GES). L’effet de serre est un mécanisme absolument naturel et nécessaire au maintien de la vie sur Terre. Les principaux GES naturels sont la vapeur d’eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2). 280 1800 1600 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 2000 0 260 (ppb) (ppb) 310 1750 CH4 1500 N2O Début de l’ère industrielle 1250 Début de l’ère industrielle 290 1000 270 750 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 250 900 4) Le rayonnement absorbé par l’atmosphère est partiellement réémit vers la surface où il contribue, avec le Soleil, au rayonnement total absorbé. GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques L’efficacité d’un gaz comme agent à effet de serre peut être quantifiée en terme de forçage radiatif, défini comme la réduction dans le flux net d’énergie s’échappant vers l’espace pour un changement donné de concentration du gaz concerné. Forçage radiatif moyen global du système climatique en l’an 2000 par rapport à 1750 3 Gaz halocarbonés Réchauffement (ppm) 380 2) La surface absorbe la majorité du rayonnement solaire qu’elle reçoit; elle réémet une partie de cette énergie sous forme de rayonnement terrestre infrarouge. 3) Une portion importante du rayonnement terrestre est absorbée par l’atmosphère; le reste s’échappe vers l’espace. Aérosols N2O 2 Carbone noir résultant de la combustion de combustibles fossiles CH4 1 CO2 Ozone troposphérique Liés à l’aviation Poussières minérales Traînées de condensation / Cirrus Rayonnement solaire 0 Ozone stratosphérique Refroidissement Les gaz à effet de serre (GES) sont émis ou détruits naturellement par l’environnement de façon continue. Les concentrations atmosphériques sont stables dans la mesure où les deux processus s’équilibrent. Depuis la révolution industrielle, cet équilibre a été rompu et les concentrations de GES ont augmenté, amplifiant l’effet de serre naturel. 1) L’atmosphère est essentiellement transparente au rayonnement solaire (lumière visible). La partie non réfléchie atteint ainsi le sol en étant que très peu absorbée par l’air. Forçage radiatif (Watts par mètre carré) Équilibre des gaz à effet de serre Un forçage radiatif net positif a été induit par les hausses des concentrations des GES dans les deux derniers siècles. L’effet de serre naturel s’en trouve amplifié, ce qui augmente la température de surface. D’autres processus peuvent induire un forçage radiatif sur le climat (figure ci-dessous). Bien que leurs effets se fassent déjà ressentir, les changements climatiques seront un enjeu majeur tout au long du XXIe siècle. Sulfates -1 Carbones organiques résultant de la combustion de combustibles fossiles -2 Élevé Moyen Moyen Faible Combustion de la biomasse Effet indirect des aérosols Très faible Utilisation des sols (effet du seul l’albédo) Très faible Niveau des connaissances scientifiques GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques Conception Réalisation & Réseau canadien de modélisation régionale du climat P.-Y. Trépanier, P. Martineu, R. Laprise & C. Chartrand Scénarios d’émissions Qu’est-ce qu’un scénario? Influence de la population C’est une représentation de l’évolution future de la société qui tient compte d’hypothèses plausibles et cohérentes basées sur les facteurs déterminants. Parmi tous les facteurs qui influent les émissions, la croissance démographique est de loin le plus déterminant. Croissance économique rapide Population qui se stabilise Pénétration rapide de technologies efficaces Convergence entre les régions Divisée en sous-groupes distincts par le type de source d’énergie dominante: fossile (A1FI), renouvelable (A1T) ou équilibré (A1B) Les hypothèses sur lesquelles reposent les scénarios sont autant d’ordre quantitatif (croissance de la population, variation du PIB, etc.) que qualitatif (valeurs sociales, politiques gouvernementales), les deux étant également nécessaires pour construire une projection réaliste. Un scénario est le mariage entre modèles numériques et énoncés directeurs : Économique A2 Pas de convergence démographique Développement économique et technologique plus lent et plus hétérogène entre les régions Global Énoncés 16 14 B2 Semblable à A1 Forte croissance du secteur tertiaire (services) Réduction de la consommation de matière première Technologies plus propres et plus efficaces Scénarios 2,5 Régional B1 Modèles 18 • Croissance démographique continue mais plus modérée que pour A2 Développements modérés, mais variés répondant au besoins locaux et régionaux Environnemental A2 (IIASA) A2 (IIASA) B2 (UN) 1,5 B1, A1 (IIASA) 12 0,5 10 8 1990 1995 2000 2050 B2 (UN) 2100 Point de départ des projections (1990) B1, A1 (IIASA) 6 4 Monde 2 GIEC 2001 Rapport spécial, chapitre 4 GIEC 2001, Rapport spécial, chapitre 1 2,0 Pays industrialisés 1,0 Population mondiale (milliards) A1 0 1900 1950 2000 2050 2100 GIEC 2001, Rapport spécial, chapitre 4 Un scénario d’émissions représente un futur possible concernant les émissions de substances relativement actives (gaz à effet de serre, aérosols). Aucune probabilité ne doit être associée à un scénario donné, aucun scénario n’étant plus ou moins probable qu’un autre. Les scénarios sont nombreux pour rendre compte de cette incertitude. Rôle des pays émergents Quelques projections pour les scénarios représentatifs de chaque famille: 150 Scénarios Concentration de CO2 (ppm) 1100 20 15 10 5 2000 2020 2040 2060 2080 2100 A1B 970 ppm Émissions de SO2 (Mt/an) 25 Émissions de CO2 (Gt/an) Le rapport spécial sur les scénarios d’émissions du GIEC propose 40 scénarios répartis en quatre familles (schéma ci-dessous). Les facteurs retenus pour décrire le développement futur influencent de plusieurs façons les émissions de substances radiativement actives. 1300 A1T A1F1 900 A2 B1 700 500 De façon générale, il est projeté que les développements futurs dans les pays industrialisés se fassent de façon plutôt modeste, comme c’est le cas dans les projections de population (ci-dessus). B2 IS92a 340 ppm Les plus grandes incertitudes sur les développements à venir reposent sur les pays en voie de développement, et particulièrement ceux de la région asiatique qui connaissent actuellement un taux de développement très rapide. 100 Ces incertitudes reposent notamment sur les choix technologiques et le poids démographique de ces pays émergents. 50 540 ppm 300 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2000 2020 2040 2060 2080 2100 GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques Conception Réalisation & Réseau canadien de modélisation régionale du climat P.-Y. Trépanier, P. Martineu, R. Laprise & C. Chartrand Les modèles climatiques Structure d’un modèle Approche numérique Les équations qui gouvernent le climat sont trop complexes pour être résolues algébriquement. Des super-ordinateurs sont utilisés pour solutionner ces équations par approximations numériques. L'atmosphère est ainsi représentée par une grille en 3 dimensions contenant un nombre fini de points. Lors d’une simulation, l'évolution dans le temps des variables telles les vents, la température, la pression et l’humidité, sont calculées en chacun des points de la grille à des intervalles de temps réguliers. La quantification des changements appréhendés dans le climat futur est nécessaire afin d’élaborer des stratégies d’adaptation adéquates pour réduire les risques connexes. Puisque les expériences in situ ou en laboratoire sur le climat ne sont pas possibles, la modélisation demeure la seule approche pour quantifier l’effet d’une hausse des concentrations des GES dans l’atmosphère.. Importance de la résolution La résolution est liée au nombre de points sur la grille qui représentent le globe. Meilleure est la résolution, meilleure est la représentation du climat. L’augmentation de la résolution se fait toutefois au prix d’une hausse des temps de calcul. En conséquence les modèles mondiaux du climat (GCM) n’ont qu’une résolution très limitée. Modèle climatique Un modèle climatique est conduit par deux composantes bien distinctes : • Dynamique –Le noyau dynamique prend en charge la solution des équations de la mécanique des fluides sur la maille de calcul. • Physique (paramétrique) – Les processus sous-échelle, c'est à dire de trop fine échelle pour la résolution du modèle, doivent être paramétrés empiriquement en fonction des variables résolues par le noyau dynamique. Exemples : nuages, convection, turbulence, etc. Représentation virtuelle du système climatique planétaire en 3D et dans le temps basée sur les lois de la physique fondamentale. Le système climatique terrestre comporte plusieurs composantes interdépendantes qu’il importe de considérer dans une simulation. Les modèles actuels gagnent en complexité en couplant de plus en plus de composantes (figure ci-dessous) pour tenir compte des multiples interactions. Évolution des modèles climatiques Milieu années 70 Milieu années 80 Début années 90 Fin années 90 Atmosphère Présent Début années 2000? Atmosphère Atmosphère Atmosphère Atmosphère Atmosphère Terres émergées Terres émergées Terres émergées Terres émergées Terres émergées Glace de mer et d’océan Dans le contexte de l'adaptation aux changements climatiques, la quantification des processus régionaux et locaux est requise. Les modèles à faible résolution (GCM) fournissent des résultats qui sont valides à leur échelle, mais deviennent inadéquats pour le traitement des processus régionaux et locaux. Glace de mer et d’océan Glace de mer et d’océan Glace de mer et d’océan Aérosols sulfatés Aérosols sulfatés Aérosols sulfatés Incertitudes Les modèles ne sont pas parfaits, aussi d’importantes incertitudes leur sont associées. Ces incertitudes proviennent notamment de : Approximation et idéalisation des lois physiques Qualité du couplage entre les composantes Formulation numérique et support informatique Résolution Le Québec vu par un MRC Le Québec vu par un GCM Aérosols non sulfatés Aérosols non sulfatés Cycle du carbone Cycle du carbone Modèle dynamique de la végétation Les modèles régionaux du climat (MRC) sont une façon d’augmenter la résolution. Ils fonctionnent essentiellement comme un modèle mondial à quelques exceptions : Le domaine est limité à la région d’intérêt, ce qui permet d’augmenter la résolution et de mieux traiter les processus de sous échelle. Le MRC est alimenté à ses frontières par les données d’un GCM (pour des projections de changement climatique) ou par des observations (pour une validation). Chimie de l’atmosphère Modèle de glace de mer et d’océan Modèle du cycle du Aérosols non sulfatés soufre Modèle du cycle du Modèle du cycle du carbone sur terres carbone émergées Images fournies par Daniel Caya Modèle du cycle du carbone dans l’océan Chimie de l’atmosphère Modèle dynamique de la végétation Modèle dynamique de la végétation Chimie de l’atmosphère Chimie de l’atmosphère GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques Conception Réalisation & Réseau canadien de modélisation régionale du climat P.-Y. Trépanier, P. Martineu, R. Laprise & C. Chartrand
