Série d`affiches sur les changements climatiques

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.
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).
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.
Nom commun Symbole Sources principales
Dioxyde de carbone CO2Combustion, Aménagement du
territoire
Vapeur d’eau H2O Évaporation de la surface
Méthane
(précurseur d’ozone) CH4Élevage, Décharges Extraction du charbon et du pétrole
Oxyde nitreux N2OCombustion biomasse
Activités industrielles & agricoles
Gaz industriels halogénés HFCs, PFCs,
SF6, CFCs Produits exclusivement synthétisés en industrie
Ozone O3Réactions chimiques des précurseurs
Oxydes d’azote *
(précurseur d’ozone) NOxCombustion
Monoxyde de carbone *
(précurseur d’ozone) CO Combustion, Industries Déboisement
Composés organiques
volatils
(précurseur d’ozone) VOC Solvants
Production, distribution et utilisation
de carburants
Gaz responsables de l’effet de serre
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.
Équilibre des gaz à effet de
serre
Les aérosols
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.
Les changements climatiques
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 XXIesiècle.
3) Une portion importante du
rayonnement terrestre est
absorbée par l’atmosphère; le
reste s’échappe vers l’espace.
4) Le rayonnement absorbé par
l’atmosphère est partiellement
réémit vers la surface où il
contribue, avec le Soleil, au
rayonnement total absorbé.
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.
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.
* Ces deux gaz ne sont pas des GES mais contribuent significativement aux réactions de l’ozone.
Conception &
Réalisation
Réseau canadien
de modélisation régionale du climat
P.-Y. Trépanier, P. Martineu, R. Laprise & C. Chartrand
Radiation solaire
Radiation terrestre vers
l’espace
Radiation réémise
vers l’espace
Radiation
réémise vers
la
surface
Radiation
terrestre
absorbée
Absorption
par
la surface
12
3
4
GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques
900
1000
1100
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
1900
2000
Début de
l’ère
industrielle
200
100
0
1600
1800
2000
SO2
Début de
l’ère
industrielle
1750
1500
1250
1000
750
900
1000
1100
1200
1300
1400 1500 1600 1700 1800
1900
2000
CH4
(ppb)
Début de l’ère
industrielle
380
360
340
320
300
280
260
CO2
(ppm)
310
290
270
250
Début de
l’ère
industrielle
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500 1600 1700 1800
1900
2000
N2O
(ppb)
GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques
Forçage radiatif moyen global du système climatique
en l’an 2000 par rapport à 1750
Niveau des connaissances scientifiques
Forçage radiatif (Watts par mètre carré)
Réchauffement
Refroidissement
Gaz halocarbonés
N2O
CH4
CO2
3
2
1
0
-1
-2
Ozone
stratosphérique
Sulfates
Ozone
troposphérique
Carbone noir
résultant de la
combustion de
combustibles
fossiles
Aérosols
Poussières
minérales
Combustion
de la
biomasse
Carbones
organiques
résultant de la
combustion de
combustibles
fossiles
Traînées de
condensation / Cirrus
Liés à l’aviation
Effet indirect
des aérosols
Utilisation
des sols
(effet du seul
l’albédo)
Rayonnement
solaire
Élevé Moyen Moyen Faible Très faible Très faible

Scénarios d’émissions
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.
Qu’est-ce qu’un scénario? Influence de la population
Parmi tous les facteurs qui influent les émissions, la croissance
démographique est de loin le plus déterminant.
Rôle des pays émergents
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).
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.
Ces incertitudes reposent notamment sur les choix technologiques et le
poids démographique de ces pays émergents.
GIEC 2001, Rapport spécial, chapitre 1
C’est une représentation de l’évolution future de la société qui tient
compte d’hypothèses plausibles et cohérentes basées sur les facteurs
déterminants.
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 :
Quelques projections pour les scénarios représentatifs de chaque famille:
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.
Modèles
Énoncés
Scénarios
GIEC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques
340 ppm
970 ppm
540 ppm
25
20
15
10
5
2000 2020 2040 2060 2080 2100
Émissions de CO2 (Gt/an)
Concentration de CO2 (ppm)
300
500
700
900
1100
1300
A1B
A1T
A1F1
A2
B1
B2
IS92a
Scénarios
2000 2020 2040 2060 2080 2100 2000 2020 2040 2060 2080 2100
150
100
50
Émissions de SO2 (Mt/an)
GIEC 2001, Rapport spécial, chapitre 4
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
1990 1995 2000 2050 2100
Pays
industrialisés A2 (IIASA)
B2 (UN)
B1, A1 (IIASA)
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Population mondiale
(milliards)
1900 1950 2000 2050 2100
Monde
A2 (IIASA)
B2 (UN)
B1, A1 (IIASA)
Point de départ des
projections (1990)
GIEC 2001 Rapport
spécial, chapitre 4
Pas de convergence
démographique
Développement
économique et
technologique plus
lent et plus
hétérogène entre les
régions
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)
Semblable à A1
Forte croissance du
secteur tertiaire (services)
Réduction de la
consommation de matière
première
Technologies plus propres
et plus efficaces
•Croissance démographique
continue mais plus modérée
que pour A2
Développements modérés,
mais variés répondant au
besoins locaux et régionaux
Économique
Environnemental
Global
A1
A2
B1 B2
Régional
Conception &
Réalisation
Réseau canadien
de modélisation régionale du climat
P.-Y. Trépanier, P. Martineu, R. Laprise & C. Chartrand

Les modèles climatiques
Évolution des modèles climatiques
Approche numérique Structure d’un modèle
Incertitudes
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.
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.
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.
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).
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..
Modèle climatique
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. 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
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.
Images fournies par Daniel Caya
Le Québec vu par un
GCM Le Québec vu par
un MRC
Chimie de
l’atmosphère
Chimie de
l’atmosphère
Chimie de
l’atmosphère
Modèle dynamique
de la végétation
Modèle dynamique
de la végétation
Modèle du cycle du
carbone dans l’océan
Modèle du cycle du
carbone
Modèle du cycle du
carbone sur terres
émergées
Aérosols non sulfatés
Modèle du cycle du
soufre
Modèle de glace de
mer et d’océan
Chimie de
l’atmosphère
Modèle dynamique
de la végétation
Cycle du carboneCycle du carbone
Aérosols non sulfatésAérosols non sulfatés
Aérosols sulfatésAérosols sulfatésAérosols sulfatés
Glace de mer et
d’océan
Glace de mer et
d’océan
Glace de mer et
d’océan
Glace de mer et
d’océan
Terres émergéesTerres émergéesTerres émergéesTerres émergéesTerres émergées
AtmosphèreAtmosphèreAtmosphèreAtmosphèreAtmosphèreAtmosphère
Début années
2000?
PrésentFin années 90Début années 90Milieu années 80Milieu années 70
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