La Science Physique du Changement Climatique

Introduction

Dans le monde contemporain, le changement climatique a transcendé les discussions académiques pour devenir une réalité palpable qui façonne notre quotidien. La communauté scientifique, armée d'une multitude de données, de modèles climatiques sophistiqués et d'examen minutieux par les pairs, a attesté de cette réalité. Le présent document aspire à plonger dans les fondements de la science physique du changement climatique.

Les moteurs du changement climatique Les gaz à effet de serre (GES) comme le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux (N2O) sont des piliers du réchauffement climatique. L'essor des concentrations de dioxyde de carbone, exacerbé par les actions humaines, s'est accéléré de manière notable au cours de la dernière décennie, surpassant toute autre période depuis les années 1950. En 2022, les émissions globales de CO2 ont grimpé de 1,5% par rapport à 2021, atterrissant à 36,1 GtCO2. Au premier trimestre de 2023, l'Union Européenne a emboîté le pas avec une contraction de 2,9% des émissions de gaz à effet de serre comparé au même laps de temps en 2022 (Eurostat 2023).

Le concept de forçage radiatif demeure central dans la compréhension des mécanismes du réchauffement climatique. Il quantifie la modification du bilan énergétique terrestre depuis l'ère préindustrielle. Un forçage positif est synonyme de réchauffement, tandis qu'un forçage négatif signifie un refroidissement. L'empreinte humaine sur le forçage radiatif se révèle être dix fois supérieure à celle naturelle, principalement induite par les fluctuations de l'activité solaire.

Depuis l'ère préindustrielle, les perturbations anthropogéniques ont conduit à une augmentation significative de l'exportation du carbone terrestre vers les océans et de l'évasion de CO2, révélant ainsi la complexité des interactions entre les cycles biogéochimiques terrestres et l'atmosphère.

Outre les GES, d'autres mécanismes anthropiques, comme les émissions d'aérosols, les modifications de l'ozone stratosphérique et troposphérique, ainsi que les variations de l'albédo de surface, orchestrent également la mélodie du changement climatique. Bien que moins prononcés que les GES, ces facteurs jouent un rôle indéniable dans le climat terrestre. Par exemple, les activités humaines ont modifié les apports et les charges sédimentaires des zones humides, comme démontré dans le cas de la zone humide d'Anzali (Mahdian, Hosseinzadeh 2023). De plus, l'effet compensatoire des gaz à effet de serre sur les aérosols a été modélisé pour retarder les précipitations de mousson dans certaines régions de l'Asie du Sud jusqu'en 2049 (Jitendra 2023).

Changements climatiques observés

Tendances de la température

La trajectoire ascendante de la température mondiale est une illustration frappante des changements climatiques. Un élan particulier a été observé dans les dernières décennies ; onze des douze années récentes se positionnent comme les plus chaudes depuis le début des enregistrements en 1850. La période 1956-2005 a, à elle seule, vu un accroissement de 0,65 ± 0,15 degré Celsius (IPCC, 2007).

L'institut Goddard d'études spatiales de la NASA a révélé que septembre 2023 a marqué le mois de septembre le plus chaud jamais enregistré. De même, Copernicus a corroboré ce constat, indiquant que la température moyenne de l'air à la surface du globe pour ce mois était de 16,38°C (NASA 2023; Copernicus 2023)

NASA/Peter Jacobs

Changements Océaniques

Les océans, en absorbant plus de 80% de la chaleur additionnelle dans le système climatique, se présentent comme des acteurs clés dans la régulation du climat terrestre. Depuis 1993, l'élévation du niveau de la mer mondial est estimée à 3,1 ± 0,7 millimètres par an. En 2023, le niveau moyen mondial de la mer s'est élevé à 101,2 millimètres au-dessus des niveaux de 1993 (Church et al. 2013).

Le taux d'élévation du niveau de la mer mondial a doublé par rapport à la première décennie de mesures de 1993-2002, révélant une accélération inquiétante de ce phénomène (Church et al. 2013).

Cryosphère

La diminution de la glace de mer arctique et des calottes glaciaires est une autre manifestation de l'empreinte humaine sur le climat. Depuis 1978, l'étendue de la glace de mer arctique a connu un recul de 2,7 ± 0,6 pour cent par décennie en moyenne annuelle (Comiso et al. 2017).

Le déclin rapide de l'étendue de la glace de mer arctique pendant la première moitié d'août 2023 et la situation alarmante en Antarctique, qui a atteint un niveau « record » bas, marquent la plus faible étendue maximale de glace de mer de 1979 à 2023 (NSIDC 2023).

L'attribution des changements observés au cours des dernières décennies souligne l'influence humaine prédominante. Selon le rapport de synthèse AR6 du GIEC publié en 2022, il est incontestable que les activités humaines sont le principal moteur du réchauffement climatique, soulignant l'urgence de réductions substantielles et soutenues des émissions de gaz à effet de serre pour atténuer le changement climatique (IPCC 2022). Les données de Yale Climate Connections, en s'appuyant sur les données de la NASA, ont mentionné que septembre 2023 était de 1,7 degré Celsius au-dessus de la température de la période 1880-1899 (Yale Climate Connections 2023). L'Organisation météorologique mondiale a également souligné que 2023 est en passe de devenir l'année la plus chaude jamais enregistrée, mettant en lumière l'urgence d'agir.

Projections futures Si les tendances actuelles se perpétuent, les températures mondiales pourraient s'envoler de 3 à 5°C d'ici la fin du siècle, surpassant largement l'objectif de l'Accord de Paris de limiter le réchauffement à bien moins de 2°C. Selon les prévisions, les émissions mondiales de CO2 pourraient atteindre environ 43 Gt par an d'ici 2030. L'élévation du niveau de la mer, en fonction du scénario d'émission, pourrait fluctuer entre 0,26 et 0,77 mètre d'ici 2100, exposant les communautés côtières à des risques accrus. En outre, la fréquence et l'intensité des événements météorologiques extrêmes tels que les ouragans, les vagues de chaleur et les inondations sont prévues en augmentation. L'Eau comme Gaz à Effet de Serre

La vapeur d'eau joue un rôle primordial dans l'effet de serre naturel, étant le gaz à effet de serre (GES) naturel le plus important dans l'atmosphère. Cependant, son interaction avec le réchauffement climatique anthropique peut intensifier l'effet de serre global. Une augmentation de la température de la surface terrestre conduit à une évaporation accrue des eaux de surface, augmentant ainsi la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Celle-ci, en tant que gaz à effet de serre, capture et retient la chaleur, exacerbant ainsi l'effet de réchauffement global (Santer et al., 2007).

Biais des Modèles

Les modèles climatiques ont parfois du mal à représenter avec précision les niveaux d'humidité atmosphérique. Par exemple, les modèles du Projet d'Intercomparaison des Modèles Climatiques Phase 5 (CMIP5) ont montré des biais dans les niveaux d'humidité, particulièrement dans la troposphère supérieure et inférieure tropicale. Ces biais sont associés à des erreurs dans la grande circulation et la température près de la tropopause (Jiang et al., 2012; Tian et al., 2013).

L'évaluation des modèles climatiques dans le cadre du CMIP5 a révélé des biais humides dans la troposphère supérieure tropicale et des biais secs dans la troposphère inférieure. Ces biais sont étroitement liés aux erreurs dans la circulation à grande échelle, et les erreurs de température dominent près de la tropopause (Takahashi et al., 2016). Ces biais peuvent avoir des implications significatives sur la précision des projections climatiques futures, notamment en ce qui concerne l'évolution de l'humidité atmosphérique et ses répercussions sur le cycle global de l'eau et les patrons de précipitation.

Humidité et Impression Humaine

Les changements dans l'humidité atmosphérique ne sont pas uniquement une réponse passive au réchauffement climatique, mais reflètent également l'empreinte humaine. Santer et al. (2007) ont fourni des preuves d'un humidification anthropique de la troposphère, en utilisant des estimations de la vapeur d'eau atmosphérique obtenues par le capteur spécial satellite SSM/I et les simulations climatiques historiques du CMIP3. Ils ont constaté que l'empreinte humaine simulée était détectable au niveau de 5% en 2002 dans les données de vapeur d'eau par satellite (de 1988 à 2006). Cette humidification n'est pas due uniquement à la variabilité naturelle, mais est attribuable à une combinaison de forçages anthropiques et naturels (Santer et al., 2009; Chung et al., 2014).

Tendances de l'Humidité

Des études ont identifié des tendances dans l'humidité relative et spécifique au niveau global et régional. Par exemple, une étude a montré que l'humidité relative moyenne de la surface a augmenté entre 1973 et 2000, puis a diminué jusqu'en 2013, tandis que l'humidité spécifique est restée approximativement constante (Dunn et al., 2017). Cette tendance n'a pas été capturée par les modèles CMIP5, indiquant un besoin d'amélioration dans la représentation des processus terrestres et leur réponse au forçage du CO2.

Implications Futures

Avec le réchauffement climatique continu, il est anticipé que des changements significatifs dans l'humidité atmosphérique se produiront, affectant à la fois les patrons climatiques régionaux et globaux. Les implications de ces changements sur le cycle de l'eau, les patrons de précipitation, et l'agriculture nécessitent une attention particulière pour une planification et une adaptation efficaces aux changements climatiques futurs. Références

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