Les effets de réchauffement dans les villes (ilots urbains) influencent-ils l'évaluation du réchauffement climatique ?

Les effets locaux « d’ilots urbains » interviennent peu dans la reconstitution des évolutions de température à l’échelle globale, car les stations utilisées sont sélectionnées et des corrections sont apportées. De plus les moyennes globales tiennent compte des océans et de grandes régions non urbanisées (rappelons que c’est dans les régions arctiques que l’augmentation de température est la plus rapide). Dans les grandes villes comme Paris, les effets d’ilôt urbain sont sensibles (différences souvent de plus de 2°C entre la ville et la région environnante). Mais l’augmentation rapide de température observée depuis 1980 est la même dans les stations rurales et urbaines : en effet, le caractère urbain de nos villes a peu évolué entre 1980 et 2007. Le réchauffement est observé à l'échelle globale, y compris dans les régions non urbanisées. Par exemple dans les régions nordiques dont le sol est gelé toute l'année, ainsi que dans les océans très éloignés des ilots urbains!

Pourquoi attribue-t-on le changement climatique actuel à l'influence de l'homme ?

On pense que le réchauffement actuel est lié à l’influence de l’homme pour plusieurs raisons :

-   L'augmentation rapide des gaz à effet de serre depuis un siècle est d'origine anthropique (voir la note précédente sur ce blog postée par Rémy Roca -et rédigée par Jean-Louis Dufresne- sur ce sujet).

-   L’augmentation actuelle de la température globale est très rapide, surtout dans les derniers vingt ans (0,2°C par 10 ans). On n’a pas de trace d’une telle rapidité d’augmentation dans la période historique (dans les derniers 2000 ans).

-   Il n’y a actuellement aucun facteur naturel (variations solaires, changements d’orbite de la Terre) pouvant  expliquer l’augmentation observée.

-    La concentration en CO2 de l’atmosphère et surtout sa vitesse de variation n’ont jamais été aussi élevées au cours des 700 000 dernières années (d’après les carottes glaciaires).

-    Le réchauffement observé est compatible avec notre compréhension physique du fonctionnement du système climatique, et son amplitude est comparable à celle calculée par les différents modèles informatiques de simulation du climat.

Y-a-t-il déjà eu sur Terre des périodes plus chaudes qu'actuellement ?

Oui, il y a des périodes de l’histoire de la Terre avec une température plus chaude que l’actuelle. Sans remonter à des millions d’années, on peut citer les trois périodes « interglaciaires » qui ont précédé la nôtre (dans les derniers 400 000 ans). La température était de plus de 2°C supérieure à l’actuelle, mais ces périodes n’ont pas duré longtemps (de l’ordre du millier ou de quelques milliers d’années), et on est retombé rapidement dans des périodes glaciaires, qui sont l’état d’équilibre le plus fréquent de la Terre. Plus proche de nous, la sortie du dernier âge glaciaire (il y a environ 10 000 ans) nous a conduit à la période appelée « Holocène » période « chaude » où nous sommes encore actuellement. Au cours de cette période, la température a probablement dépassé celle du milieu du 20ème siècle à une époque appelée « Optimum Holocène » il y a environ 8000 ans. Cette époque chaude l’était surtout dans les régions Nord de l’Hémisphère Nord, mais n’était pas aussi marquée plus près de l’équateur. Les estimations vont de 0,5°C à 2°C au-dessus de la température du milieu du 20 ème siècle. Il y a débat actuellement pour savoir si la température actuelle moyenne est plus chaude ou plus froide que celle de cette période. Ces grandes variations de température s’expliquent essentiellement par les variations des paramètres de l’orbite de la Terre autour du Soleil. A l’optimum holocène, l’axe de la Terre était légèrement plus incliné que maintenant, et le moment où la Terre est le plus proche du soleil se situait en été de l’hémisphère Nord (c’est l’inverse actuellement). Plus près de nous encore, dans les derniers 2000 ans, les variations de température sont restées beaucoup plus faibles à l’échelle globale. La période médiévale relativement chaude observée vers l’an mille étant néanmoins plus froide que l’époque actuelle, puis la température a décru vers un « petit âge glaciaire » sensible surtout au 17ème et 18ème siècle, avant de croître à partir de la fin du 19ème siècle. Ces évolutions sont détaillées dans le dernier rapport du GIECC, dans la partie "les bases physiques du changement climatique" (groupe de travail n°1, notamment dans les chapitres 3 et 6). Ces documents sont accessibles sur le site www.ipcc.ch. la plupart sont en anglais, mais des parties sont disponibles en français, notamment les "résumés pour décideurs".

Ces différentes variations passées ont été provoquées au départ par une perturbation externe au système climatique qui a modifé l'équilibre énergétique global de la Terre. Pour la plupart des changements climatiques cités ci-dessus, la perturbation était liée à  des variations d'insolation, avec en plus parfois (pour les changements plus anciens) des variations liées à la géophysique interne (par exemple des changements dans la disposition des continents et des océans).  Il existe beaucoup d'autres exemples de changements du climat induits par des perturbations externes. Par exemple le refroidissement induit par l'émission massive d'aérosols lors d'éruptions volcaniques intenses (Crakatoa, Pinatubo). Vis-à-vis de la problématique du changement climatique, ce que ces variations passées illustrent magnifiquement est que le climat change (s'ajuste) lorsqu'une perturbation extérieure lui est appliquée ! (et on remarquera au passage que dans ces cas, « ajustement » ne signifie pas « invariance» du climat!) La réponse du climat à l'augmentation d'origine anthropique des gaz à effet de serre ne constitue qu'un exemple de plus de réponse du climat à une perturbation énergétique extérieure.

note rédigée par Michel Desbois et Sandrine Bony

Depuis quand sait-on que la concentration du CO2 dans l'atmosphère augmente à cause des activités humaines?

Le dioxyde de carbone, aussi dénommé gaz carbonique ou encore CO2, est omniprésent dans l'atmosphère terrestre. On parle beaucoup actuellement de l'augmentation de sa concentration. Mais on oublie souvent de dire que la découverte de cette augmentation et de son origine a une longue histoire qui commence à la fin du 19e siècle, plus précisément en 1896.
Cette année là, Svante Arrhenius, scientifique suédois qui reçu le prix Nobel de chimie 1903, publia un article dans lequel il émettait l'hypothèse que la concentration du CO2 dans l'atmosphère pouvait augmenter du fait des activités humaines. A cette époque, on savait déjà que la combustion du bois et du charbon dégageait du CO2. Avec le début de l'ère industrielle, le bois et le charbon étaient utilisés de façon de plus en plus massive (pour l'industrie, les machines à vapeur, le chauffage...) et on pouvait supposer que cette augmentation des émissions de CO2 se traduirait par une augmentation de la concentration atmosphérique du CO2.
Mais d’autres scientifiques ont également émis l'hypothèse que la Terre dans son ensemble pourrait réguler la concentration du CO2. En effet, de très nombreux phénomènes physiques, chimiques ainsi que tout ce qui est lié à la vie des plantes et des animaux tantôt absorbent, tantôt libèrent du CO2. Il suffisait donc d'une légère modification des quantités de CO2 émis ou absorbé naturellement pour compenser les émissions de CO2 dues aux activités humaines.
Finalement, c'est dans le cadre de l'année internationale de géophysique de 1958 que des mesures précises et systématiques de la concentration de l'atmosphère en CO2 ont commencé à être réalisées : Charles D. Keeling installa ses instruments au milieu de l'océan Pacifique à Mauna Loa (à Hawaii), c'est à dire loin des régions dans lesquelles de grandes quantités de CO2 était émises (villes, sites industriels...). Au bout d'une dizaine d'années, ses mesures montrèrent que la concentration de CO2 augmentait au fils des années, et cette augmentation continue depuis. Ces mesures furent étendues à d'autres sites, par exemple au pôle sud. C'est donc seulement depuis les années 1970 que l'on a une mesure directe de l'effet des activités humaines sur la valeur globale de la concentration du CO2.
La mesure de la composition chimique des bulles d'air emprisonnées dans les glaciers (notamment ceux des calottes polaires) permet de d'estimer la concentration atmosphérique du CO2 dans le passé. Si on se limite au passé récent (les 1000 dernières années), on observe que la concentration du CO2 a été stable jusque vers les années 1800, puis qu’elle a augmenté fortement: de 1800 à 2007, elle est passée de 280 à 377 parties par million (ppm), c'est à dire qu'elle a augmenté de 31%. Le début du 19e siècle correspond au début de l'ère industrielle.

Mais il existe également une autre raison indiquant que l'augmentation de la concentration du CO2 est due aux activités humaines. Les molécules de CO2 sont constituées d'un atome de carbone C et de deux atomes d'oxygène O. L'atome de carbone (comme beaucoup d'atomes) existe sous plusieurs formes très proches, que l'on appelle isotope. La proportion des différents isotopes du carbone est distincte pour le charbon et le pétrole d'une part, pour la matière organique vivante (plantes, animaux...) d'autre part. En mesurant la concentration des différents isotopes du carbone dans le CO2 atmosphérique, on a pu montrer que cette concentration évoluait et qu'elle était cohérente avec les quantités de charbon et de pétrole brûlés.