rechauffement climatique

ACCUEIL
Réchauffement climatique :
bases scientifiques pour comprendre le problème
Frédéric Élie, novembre 2007
modifié mars 2009
La reproduction des articles, images ou graphiques de ce site, pour usage collectif, y compris dans le cadre des études
scolaires et supérieures, est INTERDITE. Seuls sont autorisés les extraits, pour exemple ou illustration, à la seule condition de
mentionner clairement l’auteur et la référence de l’article.
La question du réchauffement climatique fait l’objet de débats dont la nature varie de la
simple confrontation entre experts scientifiques, jusqu’à l’affrontement médiatique et
politique. La passion avec laquelle cette question scientifique est abordée quelques fois
laisse présumer de l’enjeu économique et politique dans lequel elle se place. Mais le
véritable enjeu n’est-il pas celui de la survie de notre espèce, laquelle passe par nos
liens étroits avec l’équilibre de notre planète beaucoup plus vieille que celle de notre
existence ?
Mais un problème scientifique ne se résout pas avec uniquement la passion. Et même si
la réalité et la pertinence de ce problème sont encore mises en doute par certains, y
compris des experts, les établir nécessite autre chose que des opinions et des débats
passionnels. Certes l’homme a besoin de motivation, de s’impliquer, pour comprendre et
agir. Mais dans une deuxième étape, la raison aidée de la méthode expérimentale, avec
souvent ses contraintes un peu froides et impersonnelles (c’est le prix à payer pour
l’objectivité !) doit prendre le relais, dans un climat de maîtrise, de pédagogie, de
consensus raisonné... Et alors, l ‘écocitoyen pourra, par sa raison et son intelligence
d’homme libre et responsable, adhérer aux résultats et aux propositions de solutions
dans lesquelles il sera acteur pour leur mise en oeuvre.
Ainsi, à son très humble niveau, notre site propose ici de présenter quelques bases pour
comprendre le problème du réchauffement climatique. Au lecteur, ensuite, après cet
effort, d’aller plus loin pour se forger une conviction et pour agir...
SOMMAIRE
1 – INTRODUCTION
2 – SOURCES DE L’APPORT D’ENERGIE THERMIQUE DE L’ATMOSPHERE, ET BILAN
GLOBAL DE CET APPORT
2.1 – Source de rayonnement thermique solaire, constante solaire
2.2 – Première réponse de l’atmosphère terrestre au rayonnement solaire incident :
renvoi dans l’espace d’une partie de ce rayonnement. Notion d’albédo et « effet
parasol »
©Frédéric Élie, mars 2007, novembre 2009 - http://fred.elie.free.fr - page 1/130

2.3 – Seconde réponse de l’atmosphère : absorption du rayonnement infrarouge
émis par la surface terrestre, réémission d’une partie vers le sol. Effet de serre
2.4 – Bilan radiatif de la Terre, en équilibre, et thermodynamique de l’atmosphère
3 – FORçAGES (VARIATIONS) DU BILAN RADIATIF NET RN ET LEURS DIFFERENTES
CAUSES
3.1 – Notion de forçage
3.2 – Constantes de temps (temps de réponse) de retour à l’équilibre suite à une
perturbation
3.3 – Les différentes causes de forçages
3.3.1 – Causes affectant la constante solaire S
3.3.2 – Causes affectant l’effet de serre g
3.3.2.1 – Causes naturelles
3.3.2.2 – Causes liées à l’intervention humaine
- dioxyde de carbone, méthane...
- ozone troposphérique
3.3.3 – Causes affectant l’albédo a
3.3.3.1 – Causes liées à l’émission du dioxyde de soufre
3.3.3.2 – Effets des nuages sur l’albédo, cycle de l’eau
3.3.3.3 – Effets des aérosols sur l’albédo
4 – CIRCULATION OCEANIQUE ET VARIABILITE INTERNE
4.1 – Les circulations océaniques
4.1.1 – Généralités
4.1.2 – Ecoulement des masses d’eau océaniques « wind driven » (spirale
d’Ekman), ou circulation de surface
4.1.3 – Circulation des masses d’eau océaniques thermohaline (ou
circulation profonde)
4.1.3.1 – Généralités
4.1.3.2 – Les « upwellings » équatoriaux
4.1.4 – Oscillations océaniques (ENSO et autres)
4.1.4.1 - Basses latitude (équateur) : El Niño
4.1.4.2 - Latitudes moyennes
4.1.4.3 - Hautes latitudes
4.2 – Flux thermiques transportés par les circulations de surface et profonde
4.2.1 – Généralités
4.2.2 - Ensoleillement S*
4.2.3 - Flux d’énergie rayonnée par la mer S° (infrarouge à grande longueur
d’onde)
4.2.4 - Flux de chaleur sensible SH
4.2.5 - Flux de chaleur latente de vaporisation SL
©Frédéric Élie, mars 2007, novembre 2009 - http://fred.elie.free.fr - page 2/130

4.2.6 - Flux d’advection SV
4.2.7 - Mesures et distributions zonale et méridionale des flux de chaleur
5 – SCENARIOS SUR LES PRINCIPALES CAUSES ET CONSEQUENCES DU
RECHAUFFEMENT CLIMATIQUE
5.1 – Note sur les modèles de prévision
5.2 – Scénarios des évolutions des gaz à effet de serre et de leur impact sur la
température terrestre
5.3 – Conséquences sur le cycle du carbone
5.3.1 - Rôle de la photosynthèse et de la respiration végétale dans le cycle
du carbone
5.3.2 - Rôle des océans dans le cycle du carbone
5.4 – Conséquences sur les précipitations et le cycle de l’eau
5.4.1 – Evolution du niveau moyen des précipitations
5.4.2 – Précipitations extrêmes
5.5 – Conséquences sur la neige, les glaces et la banquise
5.5.1 – Glaces de mer et banquise
5.5.2 – Couverture neigeuse
5.5.3 – Calottes glaciaires et glaciers
5.6 – Conséquences sur la circulation thermohaline
5.7 – Elévation du niveau de la mer
5.8 – Alarmes et actions préventives : un consensus planétaire encore à trouver
Références bibliographiques
1 - INTRODUCTION
cumulonimbus (image : Wikipedia)
La question du réchauffement climatique est depuis plusieurs années à l’ordre du jour des
informations destinées au grand public, mais aussi des travaux et colloques internationaux des
©Frédéric Élie, mars 2007, novembre 2009 - http://fred.elie.free.fr - page 3/130

experts en climatologie, dont le GIEC (ou IPCC en anglais) est le plus caractéristique.
Pourtant, nombreux encore sont ceux qui manifestent un grand scepticisme envers cette
problématique qu’ils considèrent comme un engouement médiatique, un effet de mode, et
même une manipulation des masses par quelques décideurs ou industriels désireux de bien
vendre l’écologie voire de chercher une « gouvernance mondiale ». A l’autre extrême,
nombreux aussi sont ceux qui considèrent le réchauffement climatique comme le signe
manifeste d’une évolution catastrophique de notre planète et de tout ce qu’elle abrite, dont notre
humanité.
D’un côté comme de l’autre, il faut insister sur l’idée que la connaissance scientifique des faits,
et les conséquences en terme de décisions à prendre, ne sauraient se satisfaire d’être une
seule question d’opinions. Ce qu’elles demandent avant tout, pour se forger un avis, c’est de
s’approprier les bases qui permettent de comprendre le problème, et en particulier les termes et
les hypothèses employés. Cet effort est rarement exigé lorsqu’au grand public sont présentées
toutes faites les conclusions « clé en main ». Le « prêt à conclure » n’est pas une bonne
méthode de connaissance et d’action auprès des gens qui veulent, par leur raison et leur
intelligence d’hommes et de femmes libres, être de véritables « écocitoyens ».
Face, d’une part, à l’angélisme ou au scepticisme de ceux qui rejettent en bloc l’idée du
réchauffement climatique, et, d’autre part, au catastrophisme de ceux qui la brandissent sous
l’aspect de la terreur écologique, il convient, de la part de tout homme et femme de science, et
plus généralement de tout homme et femme raisonné, de se demander si chacun d’entre nous
possède bien les bases scientifiques et techniques pour apprécier ce qui est présenté à ce
sujet. C’est ce que se donne de faire, à son très humble niveau, le présent article.
Que l’on ne s’y méprenne pas : toute question de choix qui s’appuie sur des données et des
analyses scientifiques, et qui doit conduire à la mise en oeuvre de techniques actuelles ou
nouvelles, ainsi que de dispositions politiques, sociologiques et économiques, exige de la part
du citoyen l’effort intellectuel qui consiste à :
(a) – faire la part entre ce qui est une donnée avérée et une chose supposée ;
(b) – comprendre comment ce qui est avéré a pu être établi ;
(c) – comprendre ce qui relève de l’hypothèse et quelles en sont les limites de validité ;
(d) – s’approprier les principes scientifiques et les théories qui servent à identifier les
relations de cause à effet, lesquelles ne sont pas toujours linéaires mais présentent des
rétroactions propres à un système complexe (et l’atmosphère et la biosphère terrestres
en sont un !). C’est la partie la plus difficile : comment faire comprendre aux gens de
cultures et de savoirs différents que la question ne se réduit pas à quelques approches
naïves sans pour autant leur imposer un verbiage d’experts incompréhensible par la
plupart ?
(e) – bref, à s’approprier le problème avec l’esprit de la méthode expérimentale qui, comme
je l’ai déjà dit dans l’article « Méthode expérimentale », est du ressort de chacun, sans
qu’il soit besoin d’être un expert, afin d’être un citoyen averti, respecté dans sa capacité
de raisonner, et de se soustraire de la manipulation des émotions de la part des divers
pouvoirs politiques, économiques et techniques !
De façon générale, ce qui est plaisant dans les questions d’écologie, c’est que, très
rapidement, on s’aperçoit que pour bien comprendre un sujet faisant l’objet de querelle
d’opinions, on ne peut pas se dispenser de faire l’effort de connaître ses bases scientifiques
élémentaires.
Dès à présent, pour ce qui concerne l’exigence (a) ci-dessus, je fais la part entre ce qui est une
donnée avérée et ce qui relève encore de la supposition :
Sont des données avérées les propositions suivantes :
©Frédéric Élie, mars 2007, novembre 2009 - http://fred.elie.free.fr - page 4/130

- Il y a une corrélation parfaite entre les variations de la température moyenne globale de
la basse atmosphère et celles des gaz à effet de serre, notamment du dioxyde de
carbone et du méthane. Ces données couvrent 420000 années.
- L’effet de serre contribue de manière prépondérante au réchauffement global de la
basse atmosphère. Et le dioxyde de carbone, le méthane sont les principaux gaz qui
contribuent à l’effet de serre.
- Il y a une tendance à l’augmentation de la quantité moyenne des gaz à effet de serre
depuis les 150 dernières années. Des deux points précédents il résulte que la
température moyenne globale augmente aussi.
- L’activité humaine crée des gaz à effet de serre.
- « L’effet parasol » (Robert Kandel) contribue, quant à lui, à refroidir la surface terrestre.
Il repose essentiellement sur le processus de l’albédo.
- Contribuent à l’effet parasol la couverture nuageuse d’altitude et certains aérosols,
particules solides ou liquides en suspension dans l’atmosphère.
- Certains aérosols contribuent au refroidissement de la surface de la Terre, non par effet
parasol, mais par piégeage du rayonnement solaire incident. Mais certains d’entre eux
contribuent à l’effet de serre la nuit.
- Bien qu’elle soit le principal gaz à effet de serre dans l’atmosphère, la vapeur d’eau
contribue de manière négligeable au réchauffement global : le flux thermique qu’elle
véhicule entre dans le processus du cycle de l’eau.
La façon dont varie la température globale moyenne dans la basse atmosphère n’est pas
descriptible uniquement par un bilan global de l’énergie résultant de l’effet de serre et de l’effet
parasol (la constante solaire étant reliée à une cause sur laquelle l’homme n’a aucun effet). Elle
nécessite de prendre en considération les échanges ou flux thermiques et chimiques entre les
différentes zones de l’atmosphère, entre l’atmosphère et les océans, entre les océans et les
continents, entre les différentes zones des océans, entre les différentes zones des continents,
et ceci en présence de rétroactions et compte tenu des proportions des nuages, particules et
aérosols présents dans l’atmosphère. Ces flux d’interactions, avec leurs rétroactions, sont
complexes et font souvent appel à des processus non linéaires parce que le milieu qui les
véhicule est un fluide (l’air ou la mer) qui obéit aux lois non linéaires de la physique des fluides,
notamment dans ses régimes turbulents.
Ces interactions atmosphère-océan, océan-océan, etc., font qu’il ne suffit pas d’expliquer le
climat par la seule donnée de la température globale moyenne. En effet, le transfert de la
chaleur et des compositions chimiques d’un point à l’autre de l’atmosphère ou des océans, par
voie non linéaire et rétroactive, fait que l’effet du réchauffement moyen peut se traduire en un
endroit par un refroidissement du climat, et ailleurs par un réchauffement. Ceci avec des temps
caractéristiques de réponse variables.
De ces considérations générales il découle que les points suivants relèvent encore à ce jour
d’investigations :
- La façon dont s’effectuent les couplages océans-atmosphère : pour être maîtrisés, ces
couplages nécessitent que soient approfondis les modèles théoriques (et les valider par
l’expérience !) qui prennent en compte les variations des diverses grandeurs jugées
pertinentes (températures, concentrations chimiques, pressions, vents, courants...) non
©Frédéric Élie, mars 2007, novembre 2009 - http://fred.elie.free.fr - page 5/130