Les grands mécanismes du changement climatique
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Les grands mécanismes du changement climatique Jean-François BERTHOUMIEU ACMG – Agen © JFB - ACMG ARVICLIM Les arboriculteurs et viticulteurs français face au changement climatique • Formation d’un réseau de 6 partenaires et dépôt d’un projet (AAP de l’ADAR). • Le projet a débuté le 1er septembre 2005 pour une durée de 2 ans Association Climatologique de la Moyenne Garonne et du Sud-Ouest Centre expérimental Climat de la filière Fruits et légumes du Bassin du Grand Sud-Ouest Ø Agro climatologie Ø recherche appliquée sur le gel, la grêle, la pluie et le stockage inter saisonnier de l’eau, Ø Services pour les agriculteurs: irrigation, télédétection, … Ø Gestion de l’eau, sondes capacitives ACMG ACMG Aérodrome Aérodrome d’Agen d’Agen 47520 47520 LE LE PASSAGE PASSAGE Tel Tel 33 33 553.77.08.40 553.77.08.40 Fax Fax 33 33 553.68.33.99 553.68.33.99 [email protected] [email protected] Internet Internet www.acmg.asso.fr www.acmg.asso.fr Ø Environnement, biomasse 8/10 personnes Président : Bertrand SALIBA Directeur : Dr Jean-François BERTHOUMIEU Les grands mécanismes du changement climatique • Le soleil notre source d’énergie • L’effet de serre qui nous assure des conditions de vie • Quelles données objectives sur l’évolution passée du climat? • Evolutions probables. La terre tourne sur elle-même, un tour en 24h. Plan écliptique Soleil Angle moyen 23°45 La vie est possible grâce à l’énergie du soleil L’énergie reçue du soleil est celle émise à environ 6000 °C Soit 1367 W/m² avec une variation de: ± 1% qui ne peut donc expliquer le changement climatique ± 6,6 % en fonction de la distance au soleil qui varie au cours de l’année L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse qui entoure la Terre. Par rapport au rayon de la Terre (6370km) elle est très fine, environ 80 Km. C’est cette enveloppe gazeuse qui pi ège la chaleur du soleil en créant un effet de serre Le soleil nous envoie en majorité du rayonnement dans le visible qui traverse en grande partie l’atmosphère L’ozone d’altitude, l’eau sous forme de nuages liquides ou de glace, l’oxygène et le CO2 réfléchissent vers l’espace une partie de ce rayonnement incident. 550 à 1100 W/m² au maximum au sol en fonction de la saison 1 353 W/m2 Pôle Nord 1 353 W/m2 1 353 W/m2 Equateur Rayonnement Solaire global Pôle Sud 342 W/m² en moyenne Bilan dans le visible: Bilan radiatif moyen de la Terre 239 W/m2 103 W/m2 Rayonnement Solaire incident moyen visible Rayonnement solaire réfléchi Rayonnement le sol 50% atteignent terrestre 30% repartent dans infrarouge l’espace 89 W/m 130 W/m 20% restent dans Atmosphère l’atmosphère 2 342 W/m2 14 W/m2 68 W/m2 21 W/m2 Atmosphère 54 W/m2 11 W/m2 174 W/m2 Océans Continents Equilibre à +15°C au raz du sol au lieu de – 30°C 2 Facteurs influents sur l’énergie solaire arrivant au sol L’albédo de la terre, c’est-à-dire la partie du rayonnement solaire réfléchi par: • les nuages, la neige ou la glace • les poussières (aérosols) comme celles du Sahara ou provenant des volcans. L’éruption d’un volcan sous les tropiques ou les régions équatoriales comme le Pinatubo en 1991, fait baisser la température moyenne de la Terre de 1 à 1.5°C pendant 1 ou 2 ans. Pinatubo Historique des températures 21 Station Agen Années agricoles 1945-46 à 2004-05 20 19 18 Températures en °c 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 Nouveautés Projets Documents L'équipe Liens 14 12 7 6 5 Normale Mini 1970-71 1999-00 Normale Jour 1970-71 1999-00 Normale Maxi 1970-71 1999-00 Normale Lissée T° Mini sous abri T° Moyenne sous abri T° Maxi sous abri + 2° C pour les maximales au cours de ces 30 dernières années Heureusement la Terre perd également son énergie par rayonnement aux grandes longueurs d’onde, dans l’infra rouge thermique, vers l’espace. L’eau et le CO2 retiennent ce rayonnement comme le fait une vitre =+ 3°C CO2 H20 http://meted.ucar.edu/satmet/goeschan/print/6_6_1.htm + = Bilan radiatif moyen de la Terre VISIBLE Rayonnement Solaire incident moyen visible 103 W/m2 Rayonnement solaire réfléchi 342 W/m2 14 W/m2 68 W/m2 21 W/m2 INFRA ROUGE 239 W/m2 Rayonnement terrestre infrarouge 20 W/m2 89 W/m2 130 W/m2 Atmosphère Atmosphère 54 W/m2 10 W/m2 154 W/m2 174 W/m2 Océans Continents Equilibre vers +15°C au ras du sol Une fois la chaleur stockée elle se déplace sur des supports liquides ou gazeux, surtout par convection, le principal moteur du transfert thermique dans l’air ou l’eau A l’origine des mouvements d’air dans l’atmosphère L’air froid descend L’air chaud monte Permet le transfert par l’atmosphère, de chaleur de l’équateur vers nos régions tempérées et du froid des pôles vers le Sud Cellules Polaires + froid Cellules de Ferrel Cellules de Hadley 60°N 30°N + chaud Equateur 60°N 30°N L H Equateur 30°S 60°S Source: http://www.ngdc.noaa.gov/ Pôle Nord Air polaire Air tropical Equateu r Pôle Sud Zones de frontogenèse Source: http://www.ngdc.noaa.gov/ La pluie se produit à la rencontre des ces 2 masses d’air Traîne Corps Tête Sens de déplacement Vent: NNW Secteur chaud Vent: W Vent: SSW Exemple de perturbation pluvieuse vue par le satellite NOAA 16 Sens de déplacement: vent à 500hPa Et à plus petite échelle par les orages quand il fait chaud Un autre transfert par l’intermédiaire des courants marins • Toujours par convection naturelle • L’eau est capable de transporter environ 3430 fois plus de chaleur que le même volume d’air ce qui rend les océans plus efficaces pour réguler la température au niveau de la planète. L’eau froide ou salée va vers le fond, l’eau chaude ou douce reste en surface Circulation thermoaline Les courants marins agissent comme notre chauffage central Chaud Froid Transfert de chaleur de l’équateur vers les pôles et de froid des pôles vers l’équateur Que nous enseigne l’histoire du climat? • Qu’il a toujours été variable • Qu’il fait plutôt chaud au Moyen Age lorsque le Groenland était Groen (vert) • Mais sans que jamais le CO² n’atteigne les niveaux actuels!! D’aprè après Leroy Ladurie Histoire du Climat depuis l’ l’An Mil U n clim at variable de “ tout tem ps ” G rand O ptim um du N é olithique P etit optim um du M o yen - Age 800 à 120 0 - 55 0 00 - 20 0 00 - 15 0 00 - 9 00 0 - 5 50 0 - 3 00 0 1981 à ? C lim at actuel Ann é es 1560 à 18 50 Dryas P etit âge glaciaire D’aprè après Leroy Ladurie Histoire du Climat depuis l’ l’An Mil Les arbres en sont témoin! Chronologie des croissances du chêne d'après Hollstein 300 275 250 Moyenne lissée 11 ans 225 Moyenne lissée 22 ans Moyenne lissée 36 ans Moyenne lissée 178 ans 200 175 150 125 100 1117 75 1922 1872 1822 1772 1722 1672 1622 1572 1522 1472 1422 1372 1322 1272 1222 1172 1122 1072 1022 972 922 872 50 822 Grossissement en 1/100 de mm Epaisseur annuelle en 1/100 mm Réchauffement climatique du Moyen Age • La population double en moins de 200 ans passant de 257 à 429 millions • Le déboisement des plaines est important et les montagnes se peuplent. Des glaciers de plus de 4 km d’épaisseur pour remonter 400 000 ans Maxi 300 ppm il y a 325 000 ans Mini 180 ppm + 3°C - 8°C Alors qu’aujourd'hui on en mesure 378 et que l’on risque d’atteindre 500! 378 CO2 ppm 330 ppm 288 ppm 1000 1400 1800 Jamais observé sur terre depuis 3.5 millions d’années, du temps des dinosaures Emissions mondiales de CO2 2005 = 7 milliards de gigatonnes de Carbone Emission de CO2 par habitant (tonnes/an) 1998 USA, plus de 15 tonnes par habitant et par an France, autour de 5 tonnes / habitant.an Production du CO2 par secteur Prévisions ministère de l’énergie USA L’effet de Serre, la raison la plus avancée et la plus étayée scientifiquement Ø Cause interne : L ’activité humaine Bilan radiatif moyen de la Terre Effet de Serre W/m2 Rayonnement Solaire incident moyen visible 103 Rayonnement solaire réfléchi 239 W/m2 = 233 W/m² Rayonnement terrestre infrarouge 20 W/m2 14 W/m2 342 W/m2 68 W/m2 21 W/m2 89 W/m2 130 W/m2 Atmosphère + CO² = - 6W/m² Atmosphère 54 W/m2 10 W/m2 154 W/m2 174 W/m2 Océans Continents D’où recherche d’un nouvel équilibre à une température un peu plus élevée On assiste à un nouveau réchauffement climatique que 1850 l’activité humaine accélère. Avec un doublement de la population de la Terre tous les 40 ans Des besoins pour nourrir 80 millions d’être humains par an en plus jusqu’en 2050 !! • Au moment où la surface des terres fertiles diminue (en hectare par habitant) Source FAO DIMINUTION PRÉVISIBLE DES SURFACES CULTIVABLES PAR HABITANT Le cycle du Carbone ATMOSPHERE 750 Giga tonnes Forêts Sols 610 1580 Surface océan Océan profond 1020 38100 Energie fossile : Charbon 4000 Pétrole 500 Gaz naturel 500 Total fossile 5000 Durée de vie moyenne 100 ans http://www.safeclimate.net/business/understanding/carboncycle.php Depuis 1 siècle l’Océan a permis de stocker une grande partie du CO² favorable au plancton; aujourd’hui ce puits serait plein et les eaux commencent à s’acidifier ce qui pourrait tuer les coraux et donc la vie aquatique associée Echange de chaleur et de CO2 dans les Océans Vrai sur toute la Terre ou presque Maxi 14.4 °C 1981 1850 Mini 13.5 °C Comparaison à la normale 1951-80 Source GISS - NASA En Sibérie et au nord du Canada le permafrost se dégèle et libère du CO² stocké depuis des milliers d’années Partout ou presque les glaciers reculent Glacier Qon Kalis dans les Andes Péruviennes 1978 2002 Le Groenland redevient Groen, c’està-dire vert comme au Xéme siècle lorsque les premiers Danois l’ont colonisé Évolution des températures sous le pôle nord de 1950 à 2000: en moyenne +1°C entre 140 et 400 m de profondeur On va pouvoir passer par le pôle nord pour aller d’Europe au pacifique en bateau! Risques de pollution! 1979 2003 Ce réchauffement climatique, va t’il se poursuivre? Bernard Seguin Inra 25.7 en juillet 2006 Le futur?; avec plus de jours de canicule en été et plus de besoins en eau. A Agen le cumul d’ETP a progressé de 25% en 30 ans D’ou besoin d’agir vite! • Stocker davantage d’eau douce au niveau mondial sur les continents pour compenser la disparition des glaciers, • Sachant que l’eau est le meilleur moyen pour faire baisser la température, créer des nuages qui réfléchissent le rayonnement solaire et permettre des conditions de vie satisfaisantes Réduire ou stocker le CO2 • Pour ralentir le changement climatique • Pour créer de nouvelles filières industrielles et de savoir faire que l’on saura ensuite exporter (Biomasse, éolien, solaire, nucléaire, stockage, agriculture durable, économies d’énergie dans l’habitat, etc • Sans attendre que les autres s’y mettent car il sera ensuite trop tard pour tous. • En attendant, à court terme, l’agriculture en profite mais redoute l’aggravation des phénomènes orageux qui s’intensifient ! Et la pluie? • Elle dépend des flux atmosphériques • Elle est extrêmement variable dans l’espace et dans le temps • L’activité humaine en modifiant les aérosols qui servent de noyaux de condensation ou de congélation perturbe de plus en plus son cycle Précipitations annuelles à Agen, années agricoles 1891-92 à 2004-05 1400 1910 Loi Pêche Cumul annuel - 319 à 1314 mm Moy 113 ans - 676 mm 1200 Loi sur l’eau Ecart Type - 175 mm Normale Lissée Hauteur des précipitations en mm 1000 800 600 1990 400 2002 1976 2005 1964 200 1949 1929 Années Agricoles 2003-04 1999-00 1995-96 1991-92 1987-88 1983-84 1979-80 1975-76 1971-72 1967-68 1963-64 1959-60 1955-56 1951-52 1947-48 1943-44 1939-40 1935-36 1931-32 1927-28 1923-24 1919-20 1915-16 1911-12 1907-08 1903-04 1899-00 1895-96 1891-92 0 Chaque crise climatique provoque des conséquences, sociales, économiques et environnementales Précipitations à Agen, de novembre à mars, années 1891-92 à 2004-05 700 Cumul - 111 à 610 mm 1910 Moy 113 ans - 285 mm 600 1966 Normale Lissée 500 2001 1951 1960 400 300 200 100 1903 1929 1933 1932 1918 1949 2002 2005 1976 2003-04 1999-00 1995-96 1991-92 1987-88 1983-84 1979-80 1975-76 1971-72 1967-68 1963-64 1959-60 1955-56 1951-52 1947-48 1943-44 1939-40 1935-36 1931-32 1927-28 1923-24 1919-20 1915-16 1911-12 1907-08 1903-04 1899-00 1895-96 0 1891-92 Hauteur des précipitations en mm Ecart Type - 99 mm Années Agricoles Les sécheresses hivernales rendent les conditions estivales difficiles; il faut au moins 300 mm pour réalimenter naturellement les nappes. ETP Penman à Agen de mai à août, années 1971 à 2005 650 Cumul - 418.4 à 605.7 mm 2003 Moy 35 ans - 501 mm 600 Ecart Type - 41 mm 2004 1998 1995 1976 550 550 mm 500 450 mm 450 1979 1987 1992 1980 400 1977 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 1987 1986 1985 1984 1983 1982 1981 1980 1979 1978 1977 1976 1975 1974 1973 1972 350 1971 Cumul des ETP Penman en mm 1989 Années Une demande climatique qui progresse de 30 % en 35 ans Alors que les pluies estivales diminuent : 17 mm à Bouglon, cet été entre juin et août Relation Pluie-ETP Penman à Agen de mai à août, années 1971 à 2004 650 03 Cumul des ETP Penman en mm 600 04 89 98 550 90 500 95 76 00 99 9401 74 86 91 85 96 83 82 75 73 02 84 97 93 88 81 78 72 450 87 80 9271 79 77 400 100 150 200 250 300 350 400 Cumul des Pluies en mm En été, moins de pluies et plus de demande climatique 450 Le changement climatique et l’augmentation de la population entraînent de nouvelles contraintes sur la ressource en eau. Le Centre de gravité des décisions économiques et sociales s’est déplacé des régions Méditerranéennes vers le Nord de l’Europe. Là où l’eau n’a pas besoin d’être stockée. Celle du sol suffit vu que la demande climatique y est limitée et qu’il pleut régulièrement. Ce choc de culture provoque des incompréhensions que chaque crise climatique exacerbe et dont les médias profitent. En effet, la seule solution des économies d’eau ne peut pas permettre de résoudre l’absence de pluie ! • Quelles alternatives ? Comment limiter les conséquences des prochaines sécheresses ? Ø THEORIE DES RISQUES : Les Cyndiniques Probabilité d ’avoir moins de ... La gravité est diminuée X 400 mm Bonne Gestion X 500 mm X 600 mm Stockage interannuel Lacs - nappes Gravité Conséquences économiques, sociales et environnementales MIEUX STOCKER POUR QUI? • Pour tous les usagers et en particulier pour l’eau potable, l’agriculture et l’environnement • Les prélèvements profonds doivent être réduits, • Il faut ré utiliser les eaux de surface, en améliorer la disponibilité et la qualité, • Afin de ne plus dépendre du Ciel, avec comme seuls moyens d’adaptation l’économie, qui doit se perfectionner, et les interdictions d’usage. Fonctionnement d’une retenue collinaire de première génération (Le lac du Roubillou sur la Masse de Prayssas) Eau de bonne qualité Zone pH>8 MES Grossières Zone d’anoxie Argiles et limons fins 8 à 13 % d’envasement au bout de 25 ans De 50 000 m3 à plusieurs millions Le lac d’Arasse : un lac de deuxième génération Bassin de décantation Plus pilotage de l’irrigation Digue Sur le Bourbon, prés de Laugnac (47) Photos A.C.M.G. (J.F. Berthoumieu) Autres Ressources d’eau Stockage Gestion des nappes Principe de réalimentation artificielle des nappes alluviales Contrôle de qualité Vanne Fo ss e éd ré m al i e ti nt a on viè Ri Puits re Puits Limon Graviers non saturés Graviers saturés terrain imperméable Quelques mois plus tard Et aussi pour de l’eau potable 200 à 420 €/Ha d’investissement pour stocker de 800 à 1500 m3/Ha Autres Ressources d’eau Pluie Provoquée Désalinisation de l’eau de mer 0.8 à 1 € / m3 !! Stockage dans des réservoirs Gestion des nappes L’augmentation des précipitations doit être scientifiquement reconnue Aujourd’hui, il existe deux hypothèses : • Traitement avec des noyaux de congélation • Traitement avec des noyaux de condensation hygroscopiques Il y a aussi la collecte des brouillards à l’aide d’immenses filets dans les montagnes. 1946: 20 min après un ensemencement avec de la neige carbonique Il n’y a pas de doute, l’effet est visible et évident. Cela ne peut pas se produire naturellement Le traitement à l’aide de sels Hygroscopiques agit sur la phase liquide des nuages altitude 9000m 5000m Parties liquides 1000m Il ne déplace pas les nuages ni n’empêche pas de pleuvoir ailleurs Une fois l’eau stockée, • Il faut en optimiser sa gestion en cherchant à apporter juste l’eau qu’il faut, au moment où il faut et là où il faut! • Ce qui nécessite des investissements en moyens et en savoir faire MERCI Jean-François Berthoumieu 05 53 77 08 48 [email protected]
