Extention Climat | cultures

EXTENTION CLIMAT

Mais oui vous comprenez le réchauffement climatique !

Lauwers S.

cultures aout 2021

Intro

Ancre 2

Introduction

Sur cette page nous ne rentrerons pas dans toutes les composantes du climat, mais uniquement celles qui composent le réchauffement climatique. Nous allons ici rentrer dans les détails de ce qui l'a provoqué, quels en sont les réponses en termes de physique, chimie, biologie,... bref toutes ces questions que l'on se pose et ce qu'en disent les différents acteurs et comment réagissent les différentes composantes de la terre que sont; les océans, la biosphère, la glace, l'atmosphère, les nuages, la latitude et la topographie, sans bien sur oublier notre Soleil qui est en directe interaction avec tous ces éléments.

Plus personne (ou presque) ne nie le réchauffement climatique et ses effets. Nous pouvons le voire directement sur la météo, le recul généralisé des glaciers, l'élévation du niveau des océans, l'avancée des déserts, les perturbations d'approvisionnement en eau et nourriture, et bien sur l'accroissement des vagues de chaleur. Nous verrons que si le climat et le dioxyde de carbone (CO2) ont connu des variations par le passé, ce qu'il ce passe depuis la révolution industrielle et la constante augmentation de ce gaz dans l'atmosphère, n'a rien de naturel et révèle un bouleversement drastique de tout l'écosystème planétaire (1). Mais aussi parce qu'il porte atteinte à l'économie en général et aux résultats des entreprises aujourd'hui, et non dans un avenir lointain. Ces dernières années, AT&T a dépensé 874 millions de dollars en réparations après des catastrophes naturelles qu'elle lie au changement climatique. Le leader de la réassurance, Swiss Re, a connu une forte augmentation des indemnités versées pour les dommages causés par des événements météorologiques extrêmes - 2,5 milliards de dollars de plus en 2017 que ce qu'il avait prévu - une tendance que le PDG Christian Mumenthaler attribue à la hausse des températures mondiales. Si nous n'agissons pas rapidement sur le climat, déclare Mark Carney, le gouverneur de la Banque d'Angleterre, nous verrons des faillites d'entreprises et augmenterons les chances d'un effondrement économique systémique

En langage clair : L'augmentation des gaz à effet de serre provoque un déséquilibre dans tout le système climatique de la planète, le forçage radiatif, dans le bilan radiatif planétaire, et les températures de surface augmentent en réponse alors que le climat tente de rétablir l'équilibre énergétique de la Terre. (Kramer & al 2021)

Pour bien comprendre le fonctionnement de notre climat, il faut intégrer les interactions entre la Terre et le Soleil par ce que l'on appelle le bilan énergétique. Le bilan énergétique c'est l'ensemble des processus physico chimique d'énergies entre les systèmes Terre et le Soleil. Le soleil étant la seule source notable d'énergie reçue sur Terre. Ce que nous montre le schéma ci dessus.

Chaque composante comprend des processus physiques, chimiques et biologiques qui déterminent l'équilibre de l'énergie et de l'humidité à l'origine du climat dans n'importe quel lieu et/ou moment de l'année.

On entend par "équilibre", l'équilibre thermodynamique :
1) la thermodynamique qui est l'étude du mouvement de la chaleur

2) l'équilibre thermodynamique quand les flux de chaleur sont fixes ; c'est à dire qu'il n'y a pas de circulation de chaleur d'un endroit vers un autre.

L'atmosphère, hautement dynamique, transporte en permanence l'eau et la chaleur dans 4 dimensions :

Les océans, qui ont la capacité de stocker la chaleur lorsque la quantité d'énergie entrante est excessive et la libère lorsqu'elle est insuffisante. Ils peuvent aussi la diffuser d'un endroit à l'autre de la planète.
Les masses terrestres, qui jouent aussi un rôle déterminant sur le climat en raison de leurs réflectivité (l'Albédo) et d'une capacité propre qui leur permettent de stocker la chaleur et l'humidité dans les sols, la végétation, et la résistance que ces masses exercent sur les vents atmosphériques.
La cryosphère - les glaces océaniques et terrestres (calottes glaciaires et glaciers) ainsi que l'eau gelée dans le sol (~90% de l'eau douce de la planète).
Enfin, la biosphère dont l'importance dans le cycle des gaz comme le CO2 est de plus en plus importante.

Comme nous pouvons le voir sur l'animation en dessous, dans l'atmosphère, ce sont les gaz et les particules qui modifient le rayonnement émis par le Soleil (flèche Jaune) et le rayonnement de la Terre (flèche Rouge), ensuite l'équilibre de ce rayonnement est modifié par les nuages.

bilan radiatif gaz + soleil + nuages.gif

Au sommet de l'atmosphère, la mesure par des satellites de l'éclairement d'une surface d'un mètre carré (1m²) faisant face au soleil (la constante Solaire : S ) est de 1370 ~ 4 watts (~ j'utilise ce signe pour environ). Comme la surface terrestre est sphérique, elle est donc quatre fois plus grande que celle du disque terrestre qui intercepte le rayonnement solaire, ce qui revient pour un mètre carré (1m²) de surface à S (1370) divisé par quatre, à :

S/4 = 342 watts

Les continents, les océans et l'atmosphère, en particulier les nuages, réfléchissent une fraction de ce rayonnement vers l'espace (flèches rouge). Cette fraction qualifiée d'albédo A, vaut globalement 0,31 pour l'ensemble de la planète. L'équilibre radiatif ( l'énergie solaire absorbée par la Terre qui elle même réémet vers l'espace une quantité d'énergie infrarouge quasi identique afin de maintenir l'équilibre énergétique ) du système Terre-Océan-Atmosphère, considéré dans un premier temps comme un corps noir (le corps noir est un objet hypothétique qui absorbe toute la lumière qui le frappe peu importe la fréquence ou la direction ) à température T que l'on peut écrire :

désigne la constante de Stefan - La puissance, par unité de surface, du rayonnement émis par un corps noir porté à la température absolue T , est proportionnelle à la puissance quatre de cette température.

bilan énergétique seb cultures-page-001.jpg

Le calcul de la température d'équilibre donne alors : T = 255 K, soit -13°C
Ce qui correspond en grande partie à l'émission à grande longueur d'onde des basses couches de l'atmosphère, avec un maximum d'émission dans l'infrarouge thermique. Mais alors pourquoi avons nous en surface une moyenne de + 15°C ?

Cette différence s'explique par un transfert d'énergie radiative entre la surface de la Terre est son atmosphère, selon la verticale et dans l'infrarouge thermique. Ces échanges d'énergie sont du même ordre de grandeur que le rayonnement solaire incident. Comme nous le montre la figure ci-dessus.

La courbe de Keeling

Ancre 3

Impact

L'équation de Kaya

L'équation de Kaya est une expression mathématique servant à corréler les impacts environnementaux avec les facteurs démographiques, économiques et technologiques. Elle permet de calculer l'intensité CO2 par personne, ce qui permet de s'affranchir de l'effet démographique. En d'autres termes c'est le tonnage annuel moyen de Gaz à Effet de Serre émis par personne, qui donne l'équation suivante :

Ou :

CO2 : émissions anthropiques mondiales de CO2,
POP : population mondiale,
PIB : PIB mondial,
E : consommation d’énergie primaire mondiale

Ce qui donne :

Ou :

est le pouvoir d'émission moyen du mix fossile, qui s'exprime en tco2/MWh, qui doit être pondérée*
est l'intensité énergétique qui s'exprime en MWh/k€, ou en kWh/€
est le PIB/hab qui s'exprime en k€ par habitant

Ancre 4

L'équation de Kaya permet d'analyser l'évolution de l'intensité CO2 au cours des dernières années. Croissance oblige, elle reproduit :

Une forte croissance de l'intensité en CO2 avant le premier choc pétrolier. À cette époque l'intensité énergétique était supérieur à 4 MWh/k€ tandis que le revenu par personne croissait de 2,6% par an. Principalement les pays de l'OCDE.
Les deux chocs pétroliers marquent une rupture de croissance. Entre 1974 et 2000, le revenu par personne n'augmentera plus que de 1,6% par an. On assiste durant cette période à certaines réductions de l'intensité énergétique et du pouvoir d'émission moyen, notamment suite au déplacement du mix électrique mondial du pétrole et du charbon vers le gaz et le nucléaire, ce qui a pour effet direct de faire stagner pour un instant l'intensité en CO2 par habitant, mais qui repart aussitôt après.
Dès le début des années 2000, une forte croissance économique des pays émergent, principalement les BRICS, refont partir l'intensité CO2 vers le haut, malgré une réduction de l'intensité énergétique.
On peut y voir la courbe infléchir suite à la crise de 2007/2008.

Ce qui saute rapidement aux yeux, c'est que cette équation ne prend en compte que les émissions de CO2, sans faire de distinction entre les inégalités de revenu et des capacités de capture de la biosphère.

SOURCES

1. Britannica, Les rédacteurs de l'Encyclopédie. "Ecosystème". Encyclopédie Britannica , 3 février 2020, https://www.britannica.com/science/ecosystem. Consulté le 31 juillet 2021.

https://www.theguardian.com/environment/2021/jul/17/regulate-business-to-tackle-climate-crisis-urges-mark-carney#:~:text=Governments%20must%20step%20up%20their,reduce%20greenhouse%20gas%20emissions%20alone.&text=He%20is%20a%20UN%20envoy,finance%20adviser%20on%20the%20climate.

Effective radiative forcing from emissions of reactive gases and aerosols – a multi-model comparison

Gillian D. Thornhill et al.

Atmos. Chem. Phys., 21, 853–874, 2021 https://doi.org/10.5194/acp-21-853-2021

https://acp.copernicus.org/articles/21/853/2021/#top

Kramer, R. J., He, H., Soden, B. J., Oreopoulos, L., Myhre, G., Forster, P. M., & Smith, C. J. (2021). Observational evidence of increasing global radiative forcing. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL091585. https://doi.org/10.1029/2020GL091585

Panagiota Asimakopoulou, Panagiotis Nastos, Emmanuel Vassilakis, Maria Hatzaki, Assimina Antonarakou, Earth Observation as a Facilitator of Climate Change Education in Schools: The Teachers’ Perspectives, Remote Sensing, 10.3390/rs13081587, 13, 8, (1587), (2021).

Crossref

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/action/downloadSupplement?doi=10.1029%2F2020GL091585&file=2020GL091585-sup-0001-Supporting+Information+SI-S01.docx

https://reports.swissre.com/2018/business-report/the-year-in-review/statement-from-the-group-ceo.html#

Laboratoire d'images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA