Variabilité et changements climatiques

La variabilité climatique correspond à tous les changements du système climatique qui persistent plus longtemps qu'un évènement météorologique. Un changement climatique est une modification durable (de la décennie au million d'années) des paramètres statistiques (paramètres moyens, variabilité) du climat global de la Terre ou de ses divers climats régionaux. Ces changements peuvent être dus à des processus intrinsèques à la Terre, à des influences extérieures[alpha 1] ou, plus récemment, aux activités humaines.

Cet article concerne les variations du climat terrestre au cours des temps géologiques. Pour le changement climatique en cours, voir Réchauffement climatique.

Le réchauffement climatique en cours depuis la révolution industrielle résulte d'une modification de la composition de l'atmosphère terrestre par les émissions de gaz à effet de serre engendrées par les activités humaines[1]. Des variations naturelles du climat peuvent s'y superposer.

Principaux facteurs reconnus de changement climatique (toutes échelles de temps confondues).

Définition

Selon l'objectif poursuivi, le terme « changement climatique » n'a pas la même signification :

  • dans les travaux du GIEC[2], le terme fait référence à tout changement dans le temps, qu'il soit dû à la variabilité naturelle ou aux activités humaines[3] ;
  • dans la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques[4], le terme désigne uniquement les changements dus aux activités humaines. La Convention-cadre utilise le terme « variabilité climatique » pour désigner les changements climatiques d'origine naturelle.

Variations climatiques

Notice historique

Le philosophe grec Théophraste, dans son ouvrage Des vents[source insuffisante][5], écrit que sur les monts crétois, on pouvait déjà voir des ruines d'anciennes cités, sites abandonnés, autrefois terrains habités ou cultivés, dépeuplés depuis longtemps pour des raisons climatiques.

Un autre philosophe grec, Platon, décrit l'effet d'un changement climatique local en Attique dans son Critias[6],[alpha 2].

L'idée de variations climatiques redevient un thème scientifique important au XVIIIe siècle, notamment grâce aux progrès de la paléontologie, mais c'est seulement à partir de l'entre-deux-guerres que la climatologie se constitue comme science véritable.

Anciennes variations
Température globale moyenne au cours des 540 derniers millions d'années.
Graphe de températures des 2 derniers millénaires, mettant en évidence l'optimum climatique médiéval, le petit âge glaciaire, auquel succède la rupture du réchauffement climatique contemporain[7].

Les phases antérieures à la Préhistoire relèvent de la paléoclimatologie. Elle permet de suivre, au fil de la dérive des continents et des périodes de glaciations successives, les variations liées aux changements climatiques ayant affecté les sols et les espèces.

Les diverses successions de périodes glaciaires et interglaciaires durant la Préhistoire, selon les cycles de Milanković.

+ jusque 450 000 ans en arrière : Interglaciaire de Waal

- jusque 400 000 ans en arrière : Glaciation de Günz ou Nébraskien

+ jusque 350 000 ans en arrière : Interglaciaire de Cromer ou Aftonien

- jusque 320 000 ans en arrière : Glaciation de Mindel, Elster ou Kansien

+ jusque 270 000 ans en arrière : Interglaciaire de Holstein ou Yamouthien

- jusque 200 000 ans en arrière : Glaciation de Riss, Saal, ou de l'Illinoien

+ jusque 125 000 ans en arrière : Interglaciaire de Eem, Sangamonien ou Éémien

- jusque 70 000 ans en arrière : Glaciation de Würm, glaciation Weichselien ou Wisconsinien

+ jusque 11 625 ans en arrière : Interglaciaire de l'Holocène, Optimum climatique de l'Holocène parfois désigné comme « le nouveau réchauffement » de l'Holocène

Début de l'histoire humaine écrite et constatation des variations climatiques par les chroniqueurs.

- Changement climatique de 535-536 constaté par le byzantin Procope de Césarée.

+ Du Xe siècle au XIVe siècle, l'optimum climatique du Moyen Âge est un réchauffement localisé à l'Europe et à l'Amérique du Nord.

- Des années 1550 aux années 1850 subsiste le petit âge glaciaire.

+ La dernière phase correspond au réchauffement climatique en cours depuis le milieu du 20e siècle. Elle est à séparer du reste compte tenu de la constante ingérence anthropique sur les équilibres climatiques depuis la révolution industrielle (voir réchauffement climatique, gaz à effet de serre, Recul des glaciers depuis 1850).

Réchauffement planétaire en cours

Le système climatique se réchauffe depuis le 20e siècle[alpha 3],[8]. La décennie 2011-2020 a été plus chaude de 0,95 à 1,2 °C que la référence préindustrielle (1850-1900)[9]. Les températures de surface augmentent d'environ 0,2 °C par décennie[10], l'année 2020 atteignant une température de 1,2 °C au-dessus de l'ère préindustrielle[11]. Depuis 1950, le nombre de jours et de nuits froids a diminué, et le nombre de jours et de nuits chauds a augmenté [12] .

Le changement climatique en cours est dû principalement aux émissions de gaz à effet de serre engendrées par les activités humaines. Cette attribution fait actuellement consensus parmi les scientifiques[13]. Il est caractérisé par une augmentation des températures environ deux fois plus rapide sur les continents qu'au dessus des océans[9], une augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes[14], une élévation du niveau de la mer, une acidification des océans et a un impact fort sur la biodiversité.

Le réchauffement planétaire a d'abord été évoqué par plusieurs auteurs, puis modélisé par Svante Arrhenius en 1896[15]. L'expression anglaise d'origine, global warming, a été inventée par le climatologue Wallace Broecker dans la revue Science le [16]. Depuis, le GIEC affirme[réf. souhaitée] que ce réchauffement tend à s'emballer et que les cycles et processus de régulation climatique classiques sont dépassés depuis 1950[réf. souhaitée], avec notamment le dégel du pergélisol contenant du méthane (CH4), dont l'action sur l'effet de serre est de 25 fois supérieure au dioxyde de carbone (CO2) et la fonte des glaces polaires et des glaciers augmente l'absorption par les sols et les océans des rayonnements solaires. Durant les canicules plus fréquentes[réf. souhaitée], la végétation ralentit sa croissance et donc sa capacité à extraire le carbone de l'atmosphère. Il s'agirait d'un basculement vers un déséquilibre climatique de forte ampleur, sans déjà savoir si un point de non-retour est atteint[réf. souhaitée].

Le GIEC ne mène pas de recherche en son propre nom mais a pour mission d’évaluer les informations d’ordre scientifique, technique et socio-économique qui sont nécessaires pour mieux comprendre les fondements scientifiques des risques liés au changement climatique d’origine humaine, cerner les conséquences possibles de ce changement et envisager d’éventuelles stratégies d’adaptation et d’atténuation[17].

Sécheresse et désertification
Zones vulnérables à la désertification.

Les phénomènes de sécheresse, salinisation et désertification peuvent être aggravés par les modifications du climat, notamment dans le Sahel et le désert de Gobi. La désertification peut elle-même contribuer à des modifications locales et globales du climat, exemple en favorisant les incendies de savanes ou steppes, en étant une source importante de poussières (aérosols qui peuvent influer sur la pluviométrie) et par leur albédo (plus importante qu'un milieu végétalisé).

ENSO - El Niño - La Niña

ENSO est un acronyme composé avec les initiales des mots El Niño et Southern Oscillation (« oscillation australe »). Il s'agit du phénomène climatique et océanographique reliant le phénomène El Niño et l’oscillation australe de la pression atmosphérique. El Niño et respectivement La Niña sont des phénomènes climatiques ayant pour origine une anomalie thermique des eaux équatoriales de surface (premières dizaines de mètres) de l'océan Pacifique centre et est caractérisé par une température anormalement élevée (respectivement basse) de ces eaux. Le phénomène La Niña (la petite fille en espagnol) tire son nom du phénomène opposé El Niño. Les conséquences maritimes et climatiques de El Niño et de La Niña sont globalement inverse l'une de l'autre mais la fréquence de La Niña est différente de celle d'El Niño et les deux événements ne semblent pas nécessairement induits l'un par l'autre. En plus de provoquer des catastrophes naturelles (sécheresses, inondations, cyclones tropicaux) les phénomènes El Niño et La Niña affectent de manière non négligeables le niveau de la mer[18].

Facteurs

Activités humaines
Facteurs contribuant au changement climatique de la période 1850-1900 à la moyenne de 2010-2019, tels que rapportés dans le sixième rapport d'évaluation du GIEC. Tous les facteurs énumérés sont d'origine humaine, le GIEC n'ayant constaté aucune contribution significative de la variabilité interne ou des facteurs solaires et volcaniques.

Le changement climatique constaté depuis le 20e siècle est principalement du aux activités humaines telles que l'utilisation massive d'énergies fossiles[19].

Alors que les changements climatiques naturels se font sur de très longues périodes, ce qui implique une certaine adaptation des espèces animales et végétales, les changements anthropiques (c'est-à-dire liés aux activités humaines) sont très rapides et par conséquent menacent les écosystèmes souvent fragiles.

Hiver nucléaire

Un hiver nucléaire est un phénomène climatique hypothétique, de baisse globale des températures de surface, prédit comme pouvant être le résultat d'une guerre nucléaire massive. Il serait analogue à l'hiver volcanique ou à l'hiver d'impact.

Actuellement, le phénomène des changements climatiques dits naturels (ou « variations climatiques ») n'est pas totalement compris, mais il existe plusieurs hypothèses qui tentent de les expliquer.

Cycles solaires
Les variations de différents paramètres et celles de la température.

Cette théorie proposée par Milutin Milanković entre 1911 et 1941, confirmée par l'étude de l'oxygène 18, et largement approuvée par la communauté scientifique explique les cycles climatiques glaciaires / interglaciaires par les variations d'excentricité, d'obliquité et de précession terrestre. Selon cette théorie, sans forçage anthropique la planète devrait entrer dans une nouvelle ère de refroidissement, ou entrer dans une phase interglaciaire exceptionnellement longue et stable (encore 50 000 ans)[20].

Une autre théorie, compatible avec les autres, est celle des cycles solaires, développée par l'Allemand Heinrich Schwabe vers 1840, puis par l'Américain George Hale en 1906. Elle explique les faibles variations climatologiques qui ont lieu tous les onze ans, cycle correspondant à celui des taches solaires qui ont une périodicité de onze ans ; lorsque le nombre de taches solaires est important, le Soleil émet plus d'énergie (la Terre en reçoit donc plus) et donc un changement de température a lieu. Ce rayonnement influe de manière complexe sur la nébulosité (Cf. principe physique de la chambre à brouillard) et donc à la fois sur l'albédo planétaire et l'effet de serre dû aux nuages et à la vapeur d'eau. Ces taches sont plus froides (4 500 K) que la surface du Soleil (5 800 K environ), mais elles correspondent à une augmentation du rayonnement en rayons X qui peut augmenter de 1 000 fois pour 1 % dans la lumière visible dans les périodes d'intense activité. La petite période glaciaire observée entre les années 1645 à 1715, est une illustration de la théorie de l'influence des variations de température dues au cycle des taches solaires. Un nombre inhabituellement faible de taches solaires y ont été observées (minimum de Maunder).

Milieu interstellaire dense

Le milieu interstellaire comporte des zones de densité variable en hydrogène et en poussières. Lors du passage dans un milieu interstellaire dense en hydrogène, l'héliosphère rétrécit et l'accrétion d'hydrogène par les planètes comme par le Soleil s'accroît. L'hydrogène accrété par le Soleil augmente légèrement sa luminosité, tandis que celui accrété par la Terre réagit avec l'oxygène présent dans la haute atmosphère, ce qui pourrait accroître la formation de nuages dans la mésosphère, réduisant l'énergie solaire reçue à la surface de la planète, notamment dans les régions polaires[21].

Déplacements des continents vers les pôles

Pour comprendre l'influence des déplacements des continents, il faut d'abord savoir que les courants océaniques ont une influence très importante sur les changements climatiques, les continents n'ont en réalité pas d'influence directe sur le climat, mais ils permettent en se déplaçant la formation ou l'arrêt des courants marins.

L'exemple de l'Antarctique : avant la dislocation du supercontinent Gondwana, le climat antarctique était chaud et humide ; dès que l'Australie, l'Afrique et l'Amérique du Sud ont migré vers le nord, les divers détroits se sont ouverts et un courant océanique circulaire (appelé courant circumpolaire) commença. En quelque temps, le climat se modifia pour atteindre celui actuel avec une énorme calotte glaciaire qui se mit en place sur le continent antarctique, malgré son aridité (c'est la zone la plus aride du monde), mais toute la neige s'accumule au sol, car à −45 °C de moyenne, la pression de sublimation est négligeable ; la cause d'ablation est d'origine éolienne et sur les côtes, le vêlage des glaciers. D'autre part, le « tapis roulant » océanique tourne en environ 2000 ans. Si la circulation thermohaline venait à être interrompue, le climat serait très nettement perturbé.

Les deux modèles informatiques de climats (américain et européen) donnent des résultats assez semblables, mais sont très largement dépendants des facteurs anthropiques.

Crises volcaniques
Éruption du Pinatubo en 1991.

Les émissions gazeuses des volcans ont deux effets opposés : les aérosols (émissions de SO2 et poussières) obscurcissent l'atmosphère, augmentent la pluviométrie et refroidissent le climat ; dans un second temps, les grandes quantités de gaz à effet de serre émis provoquent un effet de serre additionnel. L'effet de serre a pour conséquence, à l'instar du climat dans une serre, d'amplifier les différences de températures : s'il y a du soleil, la chaleur est conservée et réfléchie, s'il n'y a pas de soleil, la chaleur rentre plus difficilement et par conséquent il fait plus froid. La majorité des extinctions des espèces du passé semble due à une variation climatique brutale.

La chute de la météorite du Chicxulub au Mexique est souvent évoquée comme cause initiale de l'effondrement de la biodiversité à la fin du Crétacé. Selon Courtillot en 2004, les éruptions volcaniques (induites ou indépendantes de chocs météoritiques) qui ont déposé des quantités gigantesques de trapps dans le Deccan en Inde à la fin du Crétacé seraient responsables de la perturbation du climat, intervenue durant des centaines d'années, à une vitesse dépassant la cadence des adaptations évolutives possibles des espèces.

De même, la crise des trapps de Sibérie serait associée à l'hécatombe de la fin du Permien.

À une échelle infiniment moindre, des perturbations mesurables ont suivi l'éruption du Pinatubo en 1991 et, en 1783-1784, celle des Lakagígar (éruption islandaise dont le nuage a laissé une trace dans les registres de mortalité d'Europe (Courtillot, 2005)). En 1815, l'éruption du Tambora a également eu des conséquences climatiques mondiales, avec de fortes perturbations en 1816 qui sont restées dans les annales climatiques comme « l'année sans été ».

Rétro-action

Variation de l'albédo

Cet effet n'est pas à proprement parler un facteur des changements climatiques mais un amplificateur. L'albédo est la proportion (en pourcentage) de rayonnement solaire arrivant au sol réfléchie vers l'espace. Les surfaces enneigées et glacées ont un fort albédo. Les surfaces sombres (terre) ont un faible albédo. Plus l'albédo est élevé, plus le rayonnement est réfléchi et moins il réchauffe le sol puis l'atmosphère subjacente. En effet, lorsque la Terre rentre dans une ère glaciaire, la surface occupée par les glaces augmente et donc l'albédo augmente, ce qui diminue le réchauffement du sol et de l'atmosphère subjacente et renforce ainsi l'ère glaciaire. Et inversement lorsque la Terre est en période interglaciaire.

Notes et références

Notes
  1. Par exemple les variations de l'intensité du rayonnement solaire dues aux variations de l'orbite terrestre, ou aux variations de l'activité solaire.
  2. « Telle était l’excellence et la fécondité du sol de l’Attique. Qui le croirait, et notre pays d’aujourd’hui peut-il donner quelque idée de l’ancien ? Toute l’Attique se détache en quelque sorte du continent, et s’avance au loin dans la mer, semblable à un promontoire. La mer qui lui sert de ceinture est partout très-profonde. Or, dans les terribles inondations qui, durant les neuf mille ans écoulés jusqu’à ce jour, causèrent de vastes bouleversements, la terre, détachée des hauteurs par le cours des eaux, n’exhaussa point le sol comme en d’autres lieux, mais, en se roulant autour du rivage, alla se perdre dans les flots. Aussi, comme il arrive dans les longues maladies, notre pays, auprès de ce qu’il était autrefois, est devenu semblable à un corps malade tout décharné ; et la terre, se fondant de toutes parts, de grasse et de puissante qu’elle était, ne présente plus qu’un squelette aride. Avant que le territoire fût ainsi dégénéré, nos montagnes d’aujourd’hui n’étaient que des collines élevées : les plaines que nous appelons les champs de Phellée avaient une terre grasse et fertile ; et les monts étaient couronnés de forêts dont on peut reconnaître des traces manifestes. Le temps n’est pas encore bien éloigné que, sur ces montagnes qui ne servent aujourd’hui qu’à nourrir des abeilles, on trouvait des arbres de haute futaie très-propres à être employés dans de grandes constructions dont il subsiste plus d’un débris. Il y avait d’ailleurs beaucoup de grands arbres à fruits ; les troupeaux avaient de vastes pâturages. Les pluies que Jupiter accordait chaque année ne laissaient pas comme à présent ces campagnes arides pour aller se perdre dans la mer ; mais la terre, les conservant en abondance et les recueillant dans son sein, les répandait dans les couches d’argile propres à les contenir, et, les faisant descendre des hauteurs, les distribuait dans tous les bassins, et faisait paraître en foule des sources et des fleuves : les monuments sacrés qui subsistent encore auprès de leurs lits desséchés, attestent la fidélité de ce récit. Voilà ce que la nature avait fait pour nos campagnes : elles étaient aussi cultivées par de véritables laboureurs, uniquement occupés de leur art, amis du beau et de l’honnête, jouissant d’un sol fertile arrosé d’eaux abondantes, et du climat le plus tempéré. ».
  3. L’U.S. Global Change Research Program, l'Académie nationale des sciences et le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) ont tous conclu indépendamment que le réchauffement du système climatique au cours des dernières décennies est « sans équivoque ». Cette conclusion n'est pas tirée d'une seule source de données, mais repose sur de multiples sources de preuves, notamment trois ensembles de données sur les températures mondiales montrant des tendances au réchauffement presque identiques, ainsi que de nombreux autres indicateurs indépendants du réchauffement climatique (par exemple, l'élévation du niveau de la mer ou la diminution de la glace de mer arctique).

Références
  1. Définitions, Légifrance.
  2. (en)Special Report on Global Warming of 1,5 °C (SR15), GIEC (consulté le 3 mai 2017).
  3. (en) Changements Climatiques 2007: Rapport de Synthèse [PDF], GIEC, page 30.
  4. UN Climate Change Newsroom, UNFCCC (consulté le 3 mai 2017).
  5. Fragment dans la collection de Heinsius.
  6. William V. Harris, « Bois et déboisement dans la Méditerranée antique », Annales. Histoire, Sciences sociales, vol. 66, no 1,‎ , p. 105-140 (lire en ligne).
  7. pour plus de précisions sur les sources utilisées, voir la description de ce fichier sur Commons.
  8. (en) « Myths vs. Facts: Denial of Petitions for Reconsideration of the Endangerment and Cause or Contribute Findings for Greenhouse Gases under Section 202(a) of the Clean Air Act », U.S. Environmental Protection Agency, (consulté le ).
  9. (en) GIEC, « Summary for Policymakers », dans Climate Change 2021: The Physical Science Basis, (lire en ligne), A.1.2, p. 5
  10. (en) GIEC, « Framing and Context », dans Global Warming of 1.5 ºC, (lire en ligne), FAQ 1.2, p. 81.
  11. (en) Organisation météorologique mondiale, WMO Statement on the State of the Global Climate in 2020, Genève, coll. « WMO-No. 1264 », (ISBN 978-92-63-11264-4, lire en ligne), p. 6
  12. (en) IPCC, Climate change 2013 : Les éléments scientifiques, , 1535 p. (ISBN 978-1-107-66182-0), chap. Chapter 2 Observations : Atmosphere and Surface , p. 162.
  13. (en) GIEC, « Summary for Policymakers », dans Climate Change 2021: The Physical Science Basis, (lire en ligne), A.1, p. 4.
  14. (en) GIEC, « Summary for Policymakers », dans Climate Change 2021: The Physical Science Basis, (lire en ligne), A.3.5, p. 9.
  15. (en) [PDF] (en) Svante Arrhenius, « On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground », Philosophical Magazine and Journal of Science, vol. 5, no 41,‎ , p. 237-276 (lire en ligne).
  16. Audrey Garric, « Un nouveau nom pour le “réchauffement climatique” ? », le Monde, (consulté le ).
  17. GIEC : qui somme nous?.
  18. (en) « El Niño & La Niña - Cours météo », sur Météo-Contact (consulté le ).
  19. (en) V. John R. McNeill : Something New Under the Sun - An Environmental History of the Twentieth-Century World (New York: Norton, 2000). Trad. fr. Du nouveau sous le soleil: Une histoire de l'environnement mondial au XXe siècle (Seyssel: Champ Vallon, 2010).
  20. Thèse « Datation glaciologique des forages profonds en Antarctique et modélisation conceptuelle du climat : implications pour la théorie astronomique des paléoclimats », 2002, par Frédéric Parrenin du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement de Grenoble, France, université Joseph-Fourier (voir sa conclusion [PDF]).
  21. National Research Council (U.S.). Geophysics Study Committee. et American Geophysical Union. Meeting (1980 : Toronto, Ont.), Climate in earth history, National Academy Press, (ISBN 978-0-309-03329-9, OCLC 8866483), p. 74-75.

Voir aussi

Bibliographie
  • Amy Dahan et Stefan Aykut, Gouverner le climat ? 10 ans de négociations climatiques, Presses de Sciences Po, 2015, 752 pages.
  • Jean-François Mouhot, Des esclaves énergétiques. Réflexions sur le changement climatique, Champ Vallon, 2011
  • Helga-Jane Scarwell, Isabelle Roussel, Le changement climatique. Quand le climat nous pousse à changer d'ère, Presses Universitaires du Septentrion, 2010

Articles connexes
Changements et cycles climatiques
Relation avec l'activité humaine
Phénomène contemporain
Instances internationales

Liens externes
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