12
MODULE 1 L’histoire de la découverte de l’existence des changements climatiques par Sebastian Weissenberger CHANGEMENTS CLIMATIQUES : impacts, adaptation, mitigation ENV 6003

impacts, adaptation, mitigation

  • Upload
    others

  • View
    13

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: impacts, adaptation, mitigation

MODULE 1L’histoire de la découverte de

l’existence des changements climatiques

par Sebastian Weissenberger

CHANGEMENTS CLIMATIQUES :impacts, adaptation, mitigation

ENV 6003

Page 2: impacts, adaptation, mitigation
Page 3: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 3

IntroductionMODULE 1

Déjà, en 1896, le Suédois Svante Arrhenius, Prix Nobel de chimie en 1903, postule que

les émissions de CO2 ont un rôle potentiel sur le climat de la planète (Arrhenius, 1896). C’est

en s’inspirant des travaux d’observation atmosphérique sur le pouvoir absorbant du rayon-

nement infrarouge du CO2 de Joseph Fourier, John Tyndall et Knut Angström, entre autres, et

en se penchant sur la question des glaciations, que Svante Arrhenius en vient à proposer que la

température augmente avec le logarithme naturel de la concentration de CO2. Il estime qu’un

doublement de la concentration de CO2 causerait une augmentation de la température de 4 à

6 oC (l’estimation du GIEC, en 2007, est de 2 à 4,5 oC). En se fondant sur les taux d’émissions

de CO2 au tournant du XIXe siècle, il prévoit alors que ce doublement aura lieu dans trois mille

ans; il considère d’ailleurs ce réchauffement comme un événement souhaitable.

Longtemps, cette proposition n’est demeurée qu’hypothétique. Elle est reprise en 1938 par le

scientifique anglais Guy Stewart Callendar. Celui-ci émet l’hypothèse que l’augmentation de

10 % du CO2 atmosphérique entre 1850 et 1940 est liée au réchauffement observé dans le nord

de l’Europe et en Amérique du Nord depuis les années 1880 (Fleming, 2007). Cependant, cette

théorie se heurte à des critiques notamment :

− sur le rôle de la vapeur d’eau qui absorbe le rayonnement infrarouge (IR) dans les mêmes

fréquences que le CO2;

− sur le rôle des nuages;

− sur la réalité même de l’augmentation de la concentration de CO2.

D’autres chercheurs contemporains, comme l’Allemand Hermann Flohn, s’inquiètent de la

possibilité de changements climatiques causés par les émissions anthropiques de CO2 (Flohn,

1935; 1941). La preuve de l’augmentation de la concentration de CO2 est l’œuvre de Charles

David Keeling qui entreprend, en 1958, à l’observatoire de Mauna Loa dans l’île d’Hawaii

(figure 1), un projet de mesures continues du CO2 dans l’atmosphère, projet qui se poursuit

toujours jusqu’à maintenant.

Page 4: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 4

IntroductionMODULE 1

Figure 1

LES MESURES DE C. D. KEELING DE 1958 À 1971. Les variations saisonnières de CO2 sont superposées à l’augmentation à long terme de la concentration atmosphérique de CO2. En 2006, cette concentration est d’environ 380 parties par million (ppm).

Source : Inadvertent climate modification. Report of conference, Study of Man’s Impact on Climate (SMIC). Stockholm, sous la direction de Carroll L. Wilson et William H. Matthews, p. 234, © MIT Press, 1971.

En 1952, les travaux du physicien Lewis Kaplan, démontrant que les bandes d’absorption du

CO2 et de la vapeur d’eau dans la haute atmosphère sont distinctes, éliminent une des objec-

tions à la théorie d’Arrhenius et de Callendar. En 1956, un autre physicien, Gilbert Plass, utilise

des nouveaux ordinateurs puissants pour calculer que, sans considérer l’impact des nuages, le

CO2 provoquerait une augmentation de la température moyenne de 1,1 oC par siècle. L’origine

fossile, donc anthropique d’une partie du CO2 atmosphérique, est démontrée en 1955 par le

chimiste suisse Hans Suess à l’aide de la nouvelle technique du carbone-14, technique que

nous étudierons en détail dans le module 2.

325

324

323

322

321

320

319

318

317

316

315

314

313

312

311

3101958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971

CO

NC

ENTR

ATIO

N D

E C

O2 (

ppm

)

Années

Page 5: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 5

IntroductionMODULE 1

Plus tard, dans les années 1950 et au début des années 1960, l’Américain Roger Revelle, les

Suédois Bert Bolin et Erik Eriksson ainsi que le Russe Mikahail Budyko, auteur de la théorie

de l’« hiver nucléaire » et d’études sur la relation albédo-climat, effectuent plusieurs travaux

fondés sur le pouvoir d’absorption du CO2 de l’océan (Budyko, 1972; 1977; 1982). Ces travaux

prévoient une augmentation substantielle des concentrations de CO2 et la possibilité réelle

d’un réchauffement à l’échelle mondiale. Cependant, plusieurs éminents scientifiques à l’image

d’Helmut Landsberg ou d’Hubert Lamb n’accordent à cette époque que peu d’importance à

ces prévisions. Ce scepticisme s’explique par une certaine baisse des températures depuis

les années 1940 jusqu’au début des années 1970. Ce refroidissement se limite d’ailleurs à

l’hémisphère Nord puisque des mesures effectuées en Nouvelle-Zélande, à la même époque,

continuent à montrer une augmentation de la température. Les causes de ce refroidissement

– cycles naturels, effet des aérosols – sont restées incertaines.

Néanmoins, les travaux sur l’interaction entre le CO2 et la température se poursuivent. Une

grande question apparaît au cours des années 1970, celle du CO2 « manquant ». En effet, les

concentrations de CO2 mesurées augmentent moins vite que prévu et il semble que la moitié des

émissions anthropiques disparaît de l’atmosphère bien plus que ce que l’océan peut absorber.

Cette question amène la science climatique à s’ouvrir à d’autres disciplines et surtout à l’éco-

logie. Ainsi, le rôle de la végétation terrestre comme capteur de CO2 commence à être discuté.

Cette discussion se poursuit encore maintenant et soulève des enjeux importants autant sur le

plan scientifique que sur le plan politique et économique, comme nous le verrons plus loin dans

le cours. Un élément important pour la compréhension du lien entre le CO2 et la température est

apporté par les analyses des carottes glaciaires forées au Groenland et en Antarctique, en parti-

culier celle de la station soviétique de Vostok (figure 2). Dans cette carotte qui remonte jusqu’à

160 000 ans dans le passé, la température et le CO2 sont étroitement corrélés. Cela démontre

que le CO2 atmosphérique peut amplifier les petites variations d’ensoleillement (voir le cycle de

Milankovitch, expliqué dans le module 2) et peut faire osciller la Terre entre des états glaciaires et

interglaciaires. Aujourd’hui, de nouvelles carottes permettent de remonter jusqu’à 400 000 ans

dans le passé pour celle de Vostok (figure 2), et même jusqu’à 800 000 ans pour celle de Dôme C

du projet européen Epica dans l’Antarctique Est (EPICA community members, 2004). Ces

carottes confirment le lien entre le CO2 et la température. Elles démontrent aussi que la concen-

tration atmosphérique de CO2 actuelle de 380 parties par million (ppm) dépasse largement les

concentrations atteintes au cours des dernières périodes glaciaires et interglaciaires. En effet,

le maximum mesuré pendant les périodes chaudes interglaciaires se situe autour de 280 ppm,

ce qui équivaut à la concentration de CO2 atmosphérique préindustrielle, alors que le minimum

durant les périodes glaciaires est d’environ 180 ppm.

Page 6: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 6

IntroductionMODULE 1

Figure 2

LE LIEN ENTRE LE CO2 ET LA TEMPÉRATURE, DURANT LES DERNIERS 160 000 ANS, DANS LA CAROTTE GLACIAIRE DE VOSTOK.

La signature de Deutérium est proportionnelle à la température.

Source : J. M. Barnola et al. (1987). Nature, 329, p. 410.

Autour de 1980, deux groupes de scientifiques, l’un américain, dirigé par James Hansen, et

l’autre anglais, dirigé par Tom Wigley et Phil Jones, réalisent respectivement des études qui ex-

pliquent le refroidissement de 1940-1970 par une combinaison de diminution d’ensoleillement

et d’augmentation d’aérosols, effet temporaire et localisé dans l’hémisphère Nord. Après avoir

analysé un grand volume de données, ils déduisent qu’entre 1960 et 1980 il y a eu un réchauf-

fement de 0,2 oC.

Au cours des années 1980, la reprise du réchauffement observé de 1880 à 1940 devient évi-

dente (figure 3). Les années les plus chaudes des 130 dernières années se situent toutes alors

dans les années 1980. Cette tendance se confirme au cours des deux décennies qui suivent. Les

années les plus chaudes mesurées jusqu’en 2005 sont dans l’ordre : 2005, 1998 (une année

El Niño exceptionnelle), 2002, 2003, 2001 et 2004.

DEU

TÉR

IUM

2 D(‰

)

Milliers d'années avant notre ère

0 40 80 120 160

-420

-430

-440

-450

-460

-470

-480

-490

-500

280

260

240

220

200

180

CO

2 (pp

mv)

Page 7: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 7

IntroductionMODULE 1

Figure 3

LA TEMPÉRATURE MONDIALE MOYENNE DE 1860 À 2002 EN TANT QUE DÉVIATION EN DEGRÉS CELSIUS DE LA MOYENNE « NORMALE » 1961-1990.

Le réchauffement de 1860 à 2002 interrompu par un léger refroidissement entre 1940 et 1970 apparaît clairement. Les mesures sont une moyenne de mesures sur terre et en mer, utilisant des bateaux et des bouées.

Source : Hadley Centre, U.K. © Crown copyright 2003.

Pendant les années 1980 et 1990, la modélisation des changements climatiques profite des

avancées de la science expérimentale et de l’informatique au point que les modèles actuels sont

capables de retracer fidèlement des variations climatiques qui ont eu lieu dans le passé. De plus

en plus d’éléments sont inclus dans l’explication du climat : les gaz à effet de serre autres que

le CO2, le rôle de l’albédo, le rôle de la circulation océanique, les rétroactions avec la végéta-

tion, les changements d’affectation des terres, les variations de la constante solaire, l’effet de

l’amoindrissement de la couche d’ozone, celui des aérosols et ainsi de suite. Des reconstruc-

tions climatiques du passé, comme celles effectuées par Michal Mann et ses collaborateurs de

l’Université du Massachusetts (Mann et al., 1998), témoignent de l’augmentation exception-

nelle de la température au cours des cent dernières années (figure 4 et 5).

Années

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

-0,1

-0,2

-0,3

-0,4

-0,5

-0,6

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Page 8: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 8

IntroductionMODULE 1

Figure 4

LA COURBE EN « BÂTON DE HOCKEY » (HOCKEY STICK CURVE).

Cette courbe représente la température mondiale moyenne reconstruite à partir de différentes méthodes sur le dernier millénaire.

Dév

iatio

n de

late

mpé

ratu

re m

oyen

ne (˚

C)

Années

Mann et al. IncertitudeJones et al., scaled 1856-1980Esper et al., scaled 1856-1980Crowley and LoweryCrowley EBM

Long instrumentalInstrumental (Jones et al.)Huang et al., 2000Huang et al., cos-latitudeForages

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Dév

iatio

n de

late

mpé

ratu

re m

oyen

ne (˚

C)

Années

0,8

0,6

0,4

0,2

0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Données mesurées / reconstructionsMann et al., 1999, avec invertitudesJones et al., 1856-1980Crowley and LoweryEsper et al., 1856-1980Mann et al., 2003 (forages)Mann et al., 2003 (forages)Mann et Jones avec incertitudesBriffa et et al., 1856-1980

Données mesurées / reconstructions Simulations

Crowley EBMBauer et al., EBMGerber et al., 1,5 CO2Gerber et al., 2,5 CO2

Page 9: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 9

IntroductionMODULE 1

Figure 5

L’ÉVOLUTION DES TEMPÉRATURES MOYENNES DE SURFACE DEPUIS LA DERNIÈRE GLACIATION.

Source : Folland et al. (1990).

La préoccupation quant au danger d’un réchauffement climatique d’origine anthropique, peu

courante dans les milieux scientifiques jusqu’aux années 1970, a depuis mené la communauté

scientifique à s’unir pour faire avancer l’étude des changements climatiques et pour élaborer

des recommandations destinées aux décideurs. La première conférence portant sur le climat

a lieu à Boulder, aux États-Unis, en 1965, et une importante étude intitulée Study of Man’s Impact on Climate (Étude de l’impact de l’humain sur le climat) est publiée en 1971.

Varia

tion

de te

mpé

ratu

re (˚

C)

Variations de la température de la Terredurant les 10 000 dernières années

Varia

tion

de te

mpé

ratu

re (˚

C)

Années

Années

2

0

-2

-4

5 ˚C

4 ˚C

3 ˚C

2 ˚C

1 ˚C

0 ˚C

-1 ˚C

-8000 -4000 0 2000

2100

1000 1200 1400 1600 1800 2000

1,0

0,5

0

-0,5

-1,0

Périodes chaudes

Dernière glaciation

Période chaude

médiévale

Petite âgeglaciaire

1998

Proj

ectio

n

Page 10: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 10

IntroductionMODULE 1

La fin des années 1970 voit apparaître l’implication des grandes organisations internationales,

en particulier l’Organisation météorologique mondiale (OMM) et le Programme des Nations unies

pour l’environnement (PNUE), dans le dossier des changements climatiques. En 1979, l’OMM

et le PNUE organisent une conférence mondiale sur le climat, à Genève, qui attire l’attention

sur l’augmentation de la concentration de CO2 atmosphérique et de ses répercussions futures

ainsi que sur la nécessité d’intensifier la recherche. À la suite de cette conférence, le Programme

mondial de recherche sur le climat (World Climate Research Programme) est créé afin de coor-

donner la recherche sur plan international.

En 1985, à l’initiative de l’OMM, du PNUE et du Conseil international pour la science, a lieu à

Villach, en Autriche, une importante conférence à l’issue de laquelle les participants concluent

qu’un certain réchauffement est inévitable, peu importe les mesures qui seront prises à l’ave-

nir, et recommandent d’examiner la possibilité d’établir un traité mondial pour lutter contre les

changements climatiques. En 1988, lors de la Conférence mondiale sur l’atmosphère en évo-

lution, à Toronto, la coordination internationale de la recherche acquiert un cadre formel, sous

l’égide de l’OMM et du PNUE; le rôle de la science des changements climatiques comme support

d’aide à la décision est reconnu. À l’issue de cette conférence, les participants parviennent à la

conclusion que le risque de changements climatiques est important et qu’une action immédiate

est indispensable. La même année est mis sur pied le Groupe d’experts intergouvernemental sur

l’évolution du climat (GIEC) (Intergovernmental Panel on Climate Change ou IPCC) qui publie

son premier rapport sur le climat en 1990. D’autres rapports suivront en 1995, 2001 et 2007.

En 1990, en conclusion de la deuxième conférence mondiale sur le climat, à Genève, un appel

en faveur d’un accord international sur la réduction des émissions de CO2 est lancé. En réponse

à cet appel, la Convention-cadre sur les changements climatiques (CCNUCC) (United Nations

Framework Convention on Climate Change ou UNFCCC) est signée en 1992, dans le cadre du

Sommet de la Terre de Rio de Janeiro, et donne naissance en 1997 au protocole de Kyoto.

À l’instar des organisations internationales, de nombreuses instances nationales  – commis-

sions d’enquête, comités parlementaires, audiences, académies scientifiques, sociétés royales

et associations scientifiques disciplinaires – se sont penchées sur la question des changements

climatiques et ont produit au fil des ans une quantité considérable de rapports et de communi-

qués. Toutes ces études aboutissent à des conclusions qui sont similaires à celles du GIEC.

Page 11: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 11

IntroductionMODULE 1

Le sujet des changements climatiques est devenu au fil du temps un enjeu politique, social et

économique majeur (Environnement Canada, 2003; La Presse, 2007; Research on the Scien-

tific Basis for Sustainability, 2006; Weart, 2003-2006). Le consensus scientifique s’est établi

autour de l’existence de changements climatiques et du rôle des gaz à effet de serre dans l’at-

mosphère ainsi que des conséquences préoccupantes de cette évolution.

Beaucoup de questions brûlantes se posent aujourd’hui  : comment évoluera le climat dans le

futur? Cette évolution se fera-t-elle de manière progressive ou observera-t-on des seuils critiques?

Comment la société humaine réduira-t-elle ses émissions de gaz à effet de serre et à quel rythme?

Quels seront les impacts des changements climatiques sur la faune, la flore et la société humaine?

Comment cette société humaine pourra-t-elle s’adapter à un environnement changeant? Nous

aborderons toutes ces questions dans le cours Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation (ENV 6003). Cependant, il ne faut pas s’attendre à y trouver des réponses simples, car

il s’agit d’une problématique complexe autant en matière des connaissances scientifiques que sur

le plan des enjeux sociaux, politiques et économiques. Néanmoins, ce cours vous permettra de

mieux comprendre les rouages du système climatique de la Terre et de saisir dans leur complexité

et leur multidimensionnalité tous les enjeux liés à la question climatique.

Références

Arrhenius, S. 1896. On the influence of carbonic acid in the air upon temperature on the ground. The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 41, 237-276.

Budyko, M. I. 1972. Human’s impact on climate. Leningrad, Gidrometeoizdat.

Budyko, M. I. 1977. Climatic change. Washington, D.C., American Geophysical Union,261 p.

Budyko, M. I. 1982. The earth’s climate : Past and future. New York, Academic Press, 307 p.

Environnement Canada. 2003. La voie du progrès : une chronologie du changement climatique. Environnement Canada, Changements climatiques, [En ligne]. http://www.ec.gc.ca/climate/timeline-f.html (Consulté le 7 septembre 2007)

EPICA community members. 2004. Eight glacial cycles from an Antarctic ice core. Nature, 429, 623-628.

Page 12: impacts, adaptation, mitigation

Changements climatiques : impacts, adaptation, mitigation – ENV 6003 12

IntroductionMODULE 1

Fleming, J. R. 2007. The Callender effect : The life and work of Guy Stewart Callendar (1898-1964), the scientist who established the carbon dioxide theory of climate change. AMS Books, 176 p.

Flohn H. 1935. Eine neue Theorie der quartären Klimaschwankungen. Geogr. Wochenschrift, 3, 523-528.

Flohn H. 1941. Die Tätigkeit des Menschen als Klimafaktor. Z. f. Erdkunde, 9, 13-22. (En anglais : Flohn H. 1961. Man’s activity as a factor in climatic change. Annals of the New York Academy of Science, 95, 271-281.)

La Presse. 2007. Harper a qualifié Kyoto de « complot socialiste ». La Presse, 30 janvier.

Mann, M. E., Bradley, R. S., Hughes, M. K. 1998. Global scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries. Nature, 392, 779-787.

Research on the Scientific Basis for Sustainability. 2006. Science on sustainability 2006. Summary report, Tokyo, RSBS Secretariat, [En ligne]. http://www.sos2006.jp/english/rsbs_summary_e/about-rsbs.html (Consulté le 7 septembre 2007)

Weart, S. 2003-2006. The discovery of global warming, [En ligne]. http://www.aip.org/history/climate/index.html#contents (Consulté le 7 septembre 2007)