impacts, adaptation, mitigation
Transcript of 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
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.
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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.
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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
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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.
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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
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CO
2 (pp
mv)
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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
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1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
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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
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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
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0
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-1800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Dév
iatio
n de
late
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re m
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C)
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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
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
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mpé
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re (˚
C)
Variations de la température de la Terredurant les 10 000 dernières années
Varia
tion
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C)
Années
Années
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4 ˚C
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Périodes chaudes
Dernière glaciation
Période chaude
médiévale
Petite âgeglaciaire
1998
Proj
ectio
n
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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.
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.
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Budyko, M. I. 1982. The earth’s climate : Past and future. New York, Academic Press, 307 p.
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EPICA community members. 2004. Eight glacial cycles from an Antarctic ice core. Nature, 429, 623-628.
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IntroductionMODULE 1
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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.
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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)