Les mécanismes et causes du changement climatique

Quels mécanismes physiques changent le climat ?

Le climat est influencé par de nombreux mécanismes physiques connus. Voici les éléments dont nous savons qu’ils influencent le climat sur notre planète.

• L’orbite terrestre : le cycle des glaciations

Le climat de notre planète est influencé par la position du Soleil et de la Terre. Nous savons que notre planète tourne sur elle-même, ce qui cause un cycle jour-nuit. Nous savons qu’elle tourne inclinée autour du Soleil, ce qui cause le cycle des saisons.
On croit aujourd’hui qu’un troisième grand cycle a un impact sur le climat : une lente variation de la trajectoire de la Terre autour du Soleil.
Ce cycle survient environ tous les 100 000 ans. Le dernier maximum glaciaire (DMG) a eu lieu il y a environ 20 000 ans ; depuis le climat s’est beaucoup réchauffé et la mer est montée de 130 m. Il est aujourd’hui stable et ne bougera pas avant 50 000 ans pour se diriger vers une nouvelle glaciation.

• Le rayonnement cosmique : rien n’est prouvé

On pense aujourd’hui qu’il y a un effet du rayonnement cosmique sur la formation de nuages sur Terre. Certaines théories supposent qu’une baisse du rayonnement cosmique pourrait diminuer la couverture nuageuse terrestre, ce qui réchaufferait la planète.

On n’a aucune preuve de cela, ces théories n’ont pas pu être vérifiées pour la simple raison qu’il n’y a actuellement aucune modification du rayonnement cosmique. Cela reste à l’étude pour l’instant.

• L’occupation des sols : la température et les précipitations évoluent

En fonction de l’occupation des sols, le climat localement va évoluer. Deux grandes études sur le sujet ont mis en évidence le phénomène.
Au Sahel, une région d’Afrique, l’utilisation des espaces de culture pour mettre en place des pâturages pour le bétail dans toute la région ont entraîné de plus faibles pluies dans les régions avoisinantes, causant des sécheresses et des famines.
Aux États-Unis, dans le Midwest, le climat s’est moins réchauffé qu’ailleurs et davantage de pluies ont eu lieu après l’irrigation massive des cultures.
Il semble y avoir un lien non négligeable entre l’occupation des sols et le climat localement, faisant apparaître des conditions de vie plus clémentes ou plus dures suivant l’état des sols (souvent en fonction de l’activité humaine).

• Le volcanisme : un changement brutal

L’éruption d’un volcan est souvent un phénomène impressionnant et brutal. Ce phénomène naturel a un impact direct sur le climat mondial pendant plusieurs années. Les cendres et gaz rejetés dans l’atmosphère vont refroidir l’espace situé sous le panache de cendres pendant plusieurs mois.
Ainsi, en 1816, l’année suivant l’éruption du Tambora en Indonésie, le monde entier a été touché. Les conditions météorologiques ont causé des récoltes catastrophiques de maïs et de riz. Il a neigé à Boston et à New-York en plein été, et les températures sur l’Europe ont chuté en moyenne de 3 °C.
Le volcanisme a un impact sur le climat de courte durée, mais qui est très sensible et qui survient brutalement. Puisqu’il n’y a pas de baisse ou d’augmentation sensible du volcanisme planétaire, ce mécanisme ne suffit pas à expliquer les changements climatiques.

• L’effet de serre : la principale cause du changement

L’effet de serre est un mécanisme physique connu et bien étudié aujourd’hui. La présence de certains gaz dans l’atmosphère participe à modifier le climat en piégeant le rayonnement solaire, participant ainsi au réchauffement terrestre.
La majorité de ces gaz sont naturels, aussi on a étudié leurs effets sur le climat à travers l’Histoire, et on sait leur participation et leur impact sur le changement climatique. Aujourd’hui, l’activité humaine en est le principal producteur.

Quels sont les gaz à effet de serre ?

On compte de nombreux gaz à effet de serre (GES), chacun de ces gaz ayant des origines et des durées de séjour dans l’atmosphère variées. Cela explique les effets d’inertie qui vont se produire avec certaines actions. De plus, certains produits ont bien plus d’effet, ainsi on évalue une sorte de score équivalent carbone : plus le score est élevé, et plus le gaz est dangereux pour l’environnement.
Si demain on arrêtait toute production de CO₂ (et c’est impossible), le taux ne baisserait pas avant 50 ans et ne retrouverait pas son niveau « normal » avant 200 ans. Les approches vont donc devoir évoluer et varier suivant la source du gaz étudié.

Les principaux gaz à effet de serre naturels sont :

• La vapeur d’eau : H₂O
  C’est le principal gaz à effet de serre, mais il est important d’en comprendre le fonctionnement. Sa présence dans l’atmosphère accompagne et amplifie les effets de tous les autres gaz. Ainsi, on ne peut pas l’étudier seul.
  • Origine : présent naturellement dans l’atmosphère
  • Durée de séjour : *pas pertinent*
  • Équivalent carbone : *pas pertinent*
• Le dioxyde de carbone : CO₂
  C’est le gaz qui est à l’origine de la majorité des GES émis par l’Homme. Sa concentration dans l’atmosphère a augmenté de près de 50 % depuis 1750. Il provient des usages industriels et de la combustion des énergies fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon).
  • Origine : présent naturellement dans l’atmosphère, produit par l’Homme
  • Durée de vie : 50 à 200 ans
  • Équivalent carbone : 0,273
• Le méthane : CH₄
  C’est le gaz qui est produit par la décomposition des matières organiques : décharges, rizières, marais, feux de forêt, élevage du bétail.
  • Origine : présent naturellement dans l’atmosphère, produit par l’Homme
  • Durée de vie : 12 ans
  • Équivalent carbone : 6,82
• Le protoxyde d’azote : N₂O
  Il provient de l’agriculture intensive, des engrais chimiques et des zones humides.
  • Origine : présent naturellement dans l’atmosphère, produit par l’Homme
  • Durée de vie : 120 ans
  • Équivalent carbone : 81,3
• L’ozone : O₃
  Provient de la combustion d’énergie fossile dans les transports et de certains solvants industriels ou ménagers.
  • Origine : présent naturellement dans l’atmosphère, produit par l’Homme
  • Durée de séjour : *pas pertinent*
  • Équivalent carbone : *pas pertinent*

Ces gaz sont naturels dans le sens où leur présence dans l’atmosphère est normale, mais l’activité humaine augmente leur concentration ce qui cause une augmentation de l’effet de serre.

Certains gaz n’existent pas dans la nature, seule l’activité humaine les a créés. Les principaux gaz à effet de serre industriels sont :

• Les gaz fluorés : CFC-12, HCFC-22, CF₄, SF 
  Ces gaz proviennent exclusivement de l’activité humaine ;  leur dangerosité pour l’environnement est très élevée. Ils sont utilisés surtout dans l’industrie et dans les aérosols.
  • Origine : produit par l’Homme
  • Durée de séjour : jusqu’à 50 000 ans
  • Équivalent carbone : entre 2000 et 6000 suivant le produit

Le protocole de Kyoto vise donc en priorité ces gaz afin de limiter la production de gaz à effet de serre dans l’activité humaine et d’essayer de réduire les changements climatiques. Ces changements affectent également la planète quant au cycle biogéochimique et interviennent sur le cycle du carbone.

Comment la nature régule-t-elle son carbone ?

Le climat de la Terre dispose de son propre moyen de gestion du carbone et le dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre en est une partie clé. Dans la nature, les choses fonctionnent à leur rythme, avec leurs mécanismes.

Le fonctionnement de ce cycle biogéochimique fait intervenir tout l’écosystème : de l’atmosphère aux grandes masses d’eau océanique, des forêts aux animaux microscopiques du plancton marin.

Le carbone peut être stocké dans quatre types de réservoirs :

• le manteau terrestre : prisonnier des roches et enfoui dans le sol à grande profondeur, le carbone est alors diffus et dissous dans la matière même de la Terre ;
• la lithosphère : le carbone est piégé sous la forme de roches fossiles (pétrole, charbon, gaz) ou de calcaire dans la croûte terrestre ;
• la biosphère : le carbone est un composant essentiel du vivant. Il constitue 20 % du corps humain par exemple, mais il se trouve dans toute la biosphère. Il fait partie du tronc et des feuilles des arbres, des coquilles des microscopiques animaux du plancton océanique… Il est présent partout ;
• l’atmosphère et l’hydrosphère (océans) : le carbone est dissous dans l’atmosphère et dans les océans sous forme de gaz carbonique et de méthane.

Le fonctionnement du cycle du carbone se comprend en étudiant les éléments individuellement puis dans leur ensemble.

Un arbre va puiser du dioxyde de carbone dans l’air pour grandir et se développer. Il va ainsi stocker du carbone par le biais de la photosynthèse. En mourant, il va se décomposer en partie, et libérer son carbone dans l’atmosphère et dans le sol, fournissant ainsi un réservoir de carbone pour une autre forme de vie.

Un petit crustacé marin mettra quelques semaines à construire sa coquille qui grandira toute sa vie. En mourant, elle tombera au fond des océans, s’empilant petit à petit pour se transformer en calcaire.

Ce cycle, à l’échelle de la planète, crée le plus gros des échanges de carbone entre le vivant et la Terre. Il est en état d’équilibre depuis des millions d’années et s’adapte lentement aux évolutions qui peuvent survenir (périodes glaciaires, éruptions volcaniques…).

En produisant des gaz à effet de serre, l’Homme bouleverse ce cycle, et perturbe le fonctionnement du climat et de l’écosystème. Utiliser des combustibles fossiles qui ont été stockés dans la lithosphère il y a des millions d’années ou déforester pour développer des surfaces agricoles sont des activités quotidiennes. La vitesse à laquelle on produit ces GES est sans commune mesure par rapport à la capacité d’adaptation du cycle du carbone. Un arbre met des décennies à pousser, un coquillage des semaines à produire une coquille qui mettra des millions d’années à devenir une roche calcaire.