Comprendre et agir face au changement climatique

L'effet de serre est un phénomène naturel indispensable à la vie sur Terre. Sans lui, la température moyenne de notre planète serait d'environ $-18°C$ au lieu de $+15°C$ actuellement.

Le bilan radiatif de la Terre repose sur un équilibre entre :

• l'énergie solaire reçue (rayonnement visible et UV absorbé par la surface)
• l'énergie infrarouge émise par la Terre vers l'espace

Les principaux gaz à effet de serre naturels sont :

Depuis la révolution industrielle (~1850), les activités humaines ont massivement augmenté les concentrations atmosphériques des GES :

• CO₂ : de 280 ppm (préindustriel) à plus de 420 ppm en 2023
• CH₄ : concentration multipliée par 2,5 depuis 1750
• N₂O : concentration multipliée par 1,2 depuis 1750

Évolution de la concentration en CO₂ atmosphérique depuis le début de l'ère industrielle, montrant la forte accélération au XXe siècle.

Pour comprendre le changement climatique actuel, il est indispensable de le replacer dans le contexte des variations climatiques passées. Les paléoclimats sont reconstitués à partir d'archives naturelles appelées proxies.

Les carottes de glace

Les carottes glaciaires (Vostok, EPICA en Antarctique) permettent de remonter jusqu'à 800 000 ans en arrière. Elles contiennent des bulles d'air piégé qui conservent la composition atmosphérique ancienne. On y mesure :

• les concentrations en CO₂ et CH₄
• les variations isotopiques de l'eau ($\delta^{18}O$ et $\delta D$) corrélées aux températures passées

Les autres archives

Les données instrumentales accumulées depuis la fin du XIXe siècle et les observations directes fournissent des preuves convergentes et indiscutables d'un réchauffement climatique global en cours.

Hausse des températures

La température moyenne mondiale a augmenté d'environ $+1,1°C$ depuis la période préindustrielle (1850-1900). La quasi-totalité des années les plus chaudes jamais enregistrées ont eu lieu après 2000. Les dix dernières années constituent la décennie la plus chaude jamais mesurée.

Modifications du cycle de l'eau

• Intensification des précipitations dans les zones déjà humides
• Sécheresses accrues dans les zones subtropicales
• Modification des régimes des rivières (crue plus précoce liée à la fonte nivale)

Fonte des glaces

• Réduction de l'étendue de la banquise arctique ($-13\ \%$ par décennie depuis 1979)
• Recul généralisé des glaciers de montagne (fonte de 20 à 40 m par an sur certains fronts)
• Fonte de la calotte groenlandaise : perte de ~280 Gt/an

Élévation du niveau des mers

Le niveau moyen des mers a augmenté d'environ 20 cm depuis 1900, et l'accélération est nette depuis les années 1990 : le taux actuel est de ~3,7 mm/an. Cette élévation résulte de deux phénomènes :

• la dilatation thermique des océans (~40% de la hausse)
• la fonte des glaciers et calottes polaires (~60%)

Anomalie de température mondiale depuis 1880 montrant l'accélération du réchauffement depuis 1980 (source : données NOAA/NASA).

Les scientifiques distinguent les facteurs naturels et les facteurs anthropiques pour expliquer les variations climatiques.

Facteurs naturels

• Variations orbitales (cycles de Milanković) : variations de l'excentricité de l'orbite (100 000 ans), de l'obliquité de l'axe terrestre (41 000 ans) et de la précession des équinoxes (26 000 ans) → responsables des cycles glaciaires-interglaciaires
• Activité solaire : variations de la luminosité solaire (cycles de 11 ans)
• Volcanisme : éruptions majeures → injection de SO₂ dans la stratosphère → aérosols sulfatés → refroidissement temporaire

Facteurs anthropiques

L'attribution scientifique du réchauffement actuel aux activités humaines repose sur des méthodes de détection-attribution :

• Émissions de GES : combustion des énergies fossiles, déforestation, agriculture, ciment
• Aérosols (suies et sulfates) : effet refroidissant partiel compensant une partie du réchauffement
• Changements d'usage des sols : déforestation réduit l'albédo et la captation de CO₂

Les modèles climatiques sont des simulations numériques qui reproduisent les interactions entre l'atmosphère, les océans, les surfaces continentales, la cryosphère et la biosphère.

Les scénarios RCP/SSP

Pour projeter les évolutions futures, le GIEC utilise des scénarios d'émissions basés sur des trajectoires socio-économiques :

Le budget carbone

Pour limiter le réchauffement à $+1,5°C$ avec 50% de probabilité, le budget carbone restant est d'environ 500 Gt CO₂ à partir de 2020. Au rythme actuel (~40 Gt/an), ce budget sera épuisé en une douzaine d'années.

Projections de l'anomalie de température mondiale selon trois scénarios du GIEC (SSP). Les fourchettes d'incertitude ne sont pas représentées.

Le changement climatique engendre des impacts qui touchent tous les systèmes naturels et humains. Ces impacts sont d'ores et déjà observés et s'intensifieront avec la hausse des températures.

Impacts sur les écosystèmes

• Déplacement des aires de répartition : espèces migrant vers les pôles ou en altitude
• Phénologie : décalage de la floraison, du départ en migration (jusqu'à 2-3 semaines plus tôt)
• Blanchissement des coraux : la hausse de température de seulement $+1°C$ sur quelques semaines provoque l'expulsion des zooxanthelles et peut tuer le corail
• Extinction d'espèces : jusqu'à 50% des espèces menacées d'extinction si réchauffement dépasse $+3°C$

Impacts sur la mer

• Acidification : absorption du CO₂ atmosphérique → formation d'acide carbonique → baisse du pH ($\Delta pH \approx -0,1$ unité depuis 1850)
• Expansion de zones hypoxiques (mortes)
• Modification des courants thermohalins (AMOC en affaiblissement)

Impacts sur les sociétés humaines

• Menace sur la sécurité alimentaire (rendements agricoles)
• Inondations et submersions côtières (800 millions de personnes vivent à moins de 10 m d'altitude)
• Vagues de chaleur plus fréquentes et intenses (surmortalité, incendies)
• Déplacements de populations (réfugiés climatiques)

Face au changement climatique, deux stratégies complémentaires sont mobilisées : l'atténuation (réduire les causes) et l'adaptation (réduire les impacts).

Stratégies d'atténuation

• Transition énergétique : remplacement des énergies fossiles par les renouvelables (solaire, éolien, hydraulique)
• Efficacité énergétique : isolation thermique, véhicules électriques, sobriété
• Captation du carbone : reforestation, sols agricoles, technologies CCS (Carbon Capture and Storage)
• Agriculture bas-carbone : réduction de l'élevage intensif, agroécologie

Stratégies d'adaptation

• Diguettes, digues et protections côtières contre la submersion
• Variétés agricoles résistantes à la chaleur et à la sécheresse
• Plans de canicule (urbanisme, zones de fraîcheur, végétalisation)
• Gestion intégrée des ressources en eau

Carte mentale des deux grandes familles de solutions face au changement climatique : atténuation et adaptation.

La lutte contre le changement climatique est à la fois un défi scientifique, technologique, économique et géopolitique.

Accords internationaux

• Convention-cadre de l'ONU sur les changements climatiques (CCNUCC, 1992) : cadre multilatéral de négociation
• Protocole de Kyoto (1997) : premier accord contraignant de réduction des GES pour les pays industrialisés
• Accord de Paris (2015) : engage 196 parties à limiter le réchauffement bien en dessous de $+2°C$, et si possible à $+1,5°C$ ; chaque pays soumet des NDC (Contributions Déterminées au niveau National)

La notion de neutralité carbone

L'objectif de neutralité carbone (« net-zéro ») à l'horizon 2050 (UE, France) ou 2060 (Chine) signifie que les émissions de GES devront être compensées par des captations équivalentes (forêts, CCS…). Cela nécessite une réduction de $45\%$ des émissions mondiales d'ici 2030 par rapport à 2010.

Inégalités et justice climatique

Les pays les plus vulnérables (petits États insulaires, pays d'Afrique subsaharienne) sont souvent ceux qui ont le moins contribué aux émissions historiques. La question de la justice climatique et des financements (fond vert pour le climat) est centrale dans les négociations internationales.