INTRODUCTION

C’est au cours de la première conférence mondiale sur le climat en 1979 que les scientifiques ont pris conscience de la « transition » climatique. Ce qui n’était qu’une hypothèse dans les années 80 est devenu une certitude à la fin du 20ème siècle. Sous l’égide de l’OMM et le PNUE, une Convention Cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC) a été rédigée. Elle a permis d’établir les structures pour une étude internationale et sérieuse du climat ainsi que des conséquences de son évolution.

Ainsi, depuis une dizaine d'années, l'effet de serre est au premier plan de la politique internationale de l'environnement. Plusieurs questions se posent sur les rapports entre les activités humaines et les bouleversements de la biosphère sur Terre. Généralement, l’effet de serre est un phénomène physique naturel qui est lié à la présence dans l'atmosphère de certains gaz qui piègent le rayonnement émis par la Terre (infrarouge). Une partie de ce rayonnement est réémise en direction du sol, contribuant ainsi au réchauffement des basses couches de l'atmosphère. L'azote et l'oxygène sont quasiment transparents au rayonnement infra-rouge. Ils ne sont pas impliqués dans l'effet de serre. La vapeur d'eau, le gaz carbonique (CO2), le méthane (CH4), les

chlorofluorocarbures (CFC), l'ozone(O3), y contribuent directement.

L'influence de ces gaz est variable selon leur concentration dans l'atmosphère et leur structure moléculaire.

Cependant, les activités humaines ont fortement modifié la composition de l’atmosphère en gaz à effet de serre. Ainsi depuis le début de l’ère industrielle, la quantité d’énergie disponible pour « chauffer » les basses couches de l’atmosphère a augmenté de 2,5 Watts/m2 dont prés de 60% pour le CO2 et environ 20% pour le CH4 avec une longue durée de

vie pour le CO2 (Jouzel et Lorius, 1999). En conséquence le climat change

et le rythme de ces changements prévu par plusieurs modèles climatiques, est plus rapide que celui connu au cours des 100 dernières années (GIEC, 1996 ; 2001, 2007).

II- CAUSES NATURELLES DES VARIATIONS DU CLIMAT DE LA TERRE

Le climat se définit comme étant l’ensemble des conditions dominantes du milieu physique de la Terre. Le système climatique global est régit par le soleil (une grande source d’énergie thermique) et se trouve façonner aussi par les interactions complexes de divers éléments : l’atmosphère, les océans, la cryosphère, la lithosphère, et la biosphère. C’est par le jeu de ces interférences que le système climatique établit un

équilibre entre le rayonnement solaire incident et le rayonnement réfléchi vers l’espace, et que le climat de la Terre a été remarquablement stable. Plusieurs facteurs naturels contrôlent les variations climatiques :

II-1. L’activité solaire et les paramètres astronomiques

L'énergie qui vient du soleil fluctue légèrement en fonction du nombre de taches solaires présentes sur le soleil. Ces taches sont des régions plus sombres et moins chaudes du soleil. Elles sont souvent le lieu d’explosions gigantesques appelées « éruptions solaires ». Le nombre de taches solaires varie avec une périodicité de 11 ans. Lorsque le nombre de taches solaires est important, le Soleil émet plus d'énergie (la Terre en reçoit plus), par conséquent un changement de température et du climat a lieu (Lean, 1995; Hoyt, 1998; Fröhlich, 2000, Bond et al; 2001).

Vers 1924, le mathématicien serbe, Milutin MILANKOVITCH a développé la théorie sur l'évolution du mouvement de la Terre autour du Soleil et de l'orientation de son axe de rotation, qui modifient la répartition de l'ensoleillement avec la latitude et les saisons. Il a pris en compte les paramètres astronomiques de la Terre :

- l'obliquité qui est l'inclinaison de l'axe des pôles par rapport à la perpendiculaire au plan de l'écliptique (plan de l’orbite terrestre). L’oscillation de l'obliquité agit sur la répartition de l'énergie reçue aux différentes latitudes suivant les saisons, en particulier la durée de la nuit polaire aux latitudes les plus élevées. Ces fluctuations engendrent les saisons astronomiques ;

- La variation de l'orbite terrestre ( excentricité) : La masse du Soleil commande le mouvement de la Terre dans l'espace, mais la présence des autres planètes du Système Solaire perturbe ce mouvement et entraîne des variations à long terme des paramètres de l'orbite de la Terre. Le flux global du rayonnement qu'elle reçoit du Soleil, varie suivant sa répartition dans l'espace et le temps. Les cycles climatiques liés à l'excentricité sont les plus visibles.

- la précession : La Terre ne présente pas toujours le même hémisphère vers le soleil. La Précession des équinoxes et du Périhélie sont deux paramètres orbitaux qui interviennent en même temps pour expliquer les variations des saisons.

- la rotondité de la Terre (sa forme se rapproche d'un géoïde) fait que les rayons du soleil doivent traverser à la fois une plus grande distance et surtout une épaisseur plus importante de l'atmosphère en allant vers les pôles. Ceci définit les grandes zones climatiques :

*zone toujours chaude de part et d'autre de l'équateur jusqu'au-delà des tropiques

* deux zones tempérées aux latitudes moyennes (c'est à dire à égale distance entre l'équateur et le pôle)

* deux zones froides entre les cercles polaires et les pôles.

De part ces positions, la Terre va recevoir plus où moins d'énergie solaire et va donc subir des changements climatiques.

II-2. Les activités volcaniques

Plusieurs études ont montré que l'activité volcanique est un autre moteur de la variabilité climatique (Budyko, 1984 ; Touchard, 2002; Baroni, 2006). Les grandes quantités de particules et de gaz émis dans l'atmosphère suite aux éruptions empêchent le rayonnement solaire de passer. Toute fluctuation de ce rayonnement a une incidence sur le climat, en particulier sur la température.

Le volcanisme implique une chute des températures à court terme mais s'avère être un puissant facteur de réchauffement sur le long terme. Les éruptions volcaniques sont parfois si violentes que de grandes quantités de poussière et de gaz sont projetées à haute altitude dans l'atmosphère. Les particules qui atteignent la stratosphère peuvent persister pendant plusieurs années. Elles provoquent une baisse des températures en réfléchissant le rayonnement solaire.

II-3. La Circulation thermohaline

C’est la circulation permanente à grande échelle de l'eau des océans engendrée par des écarts de température et de salinité des masses d'eau. Ces deux paramètres ont un impact sur la densité de l'eau de mer. Les eaux, refroidies et salées plongent en profondeur et circulent lentement vers les autres bassins océaniques. Dans le même temps, les eaux tropicales chaudes de surface remontent vers le pôle Nord. Cette circulation lente atténue les différences de températures entre les latitudes, et influence fortement le climat.

II-4. L’Oscillation Nord-Atlantique (NAO)

Découvert vers 1920 par deux météorologues, l'autrichien Friedrich et l'anglais Gilbert Walker, la NAO (North Atlantic Oscillation) est un phénomène atmosphérique et océanique, qui concerne principalement l'Atlantique Nord. Elle a des impacts importants sur le climat de l'Europe de l'ouest, des environs du nord de l'Afrique et de l'est de l'Amérique du Nord. La NAO a des effets bien plus importants en hiver qu'en été. Cette oscillation contrôle la formation des nouvelles eaux profondes, et influence la circulation thermohaline. La variation de ce phénomène dépend de la pression atmosphérique et influence par conséquent le climat (températures, précipitations) tout autour du bassin atlantique (Hurrel, 1995 et 1996, Osborn et al., 1999, Mann et al., 1999 et 2003).

II-5. L’effet de serre

C’est un phénomène naturel résultant de la réémission, sous forme d'un rayonnement thermique infrarouge, d'une partie du rayonnement solaire incident, par la surface terrestre. L’autre partie est absorbée par l’atmosphère ou par la surface de la Terre et donc transformés en chaleur. Les gaz à effet de serre, que sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane et l'oxyde nitrique, piègent ce rayonnement thermique dans l'atmosphère terrestre et augmentent ainsi la température au sol .

Si l’un des éléments régissant le système climatique subit des modifications considérables, l’équilibre peut être rompu, ce qui entraînerait un changement climatique planétaire qu’il soit temporaire ou permanent.

III. QU’EST-CE QUE LE CHANGEMENT CLIMATIQUE ?

Le changement climatique correspond à un changement du «temps moyen» observé dans une région donnée. Le temps moyen comprend tous les éléments associés au temps, à savoir la température, les caractéristiques des vents et les précipitations. Le terme de changement climatique, tel qu’utilisé par le GIEC, désigne tout changement du climat dans le temps, qu’il soit dû à la variabilité naturelle ou provoqué par les activités humaines. Pour la CCCC, il désigne un changement attribué directement ou indirectement aux activités humaines , qui modifient la composition de l’atmosphère mondiale, ajouté à la variabilité climatique naturelle observée sur des périodes de temps comparables.

Les tendances au réchauffement et au refroidissement font partie des cycles normaux du climat, et les conditions climatiques varient au cours d'une même année, d'une année à une autre et au cours des décennies, des siècles et des millénaires. Les données du passé révèlent que le climat a connu de nombreuses variations, fluctuant régulièrement entre des périodes chaudes et froides (Fig. 1). De nombreuses études (Folland et al, 1990 ; Jouzel et Lorius, 1999 ; Mann et al, 1999) démontrent que le climat mondial s'est réchauffé au cours des 150 dernières années. La hausse de température n'a pas été constante; des cycles de réchauffement et de refroidissement se sont succédés à des intervalles de plusieurs décennies. Néanmoins, la tendance à long terme est au réchauffement planétaire (GIEC, 2001 ; 2007).

Figure I.1 : Variation de la température à l’échelle planétaire au cours des 10000 dernières années. D’après Folland et al., 1990 et Mann et al. 1999.

III-1. Les causes naturelles et anthropiques du réchauffement climatique.

Le climat et la température moyenne à la surface de la terre dépendent du bilan qui s’opère entre l’énergie issue du rayonnement solaire incident (ondes courtes) et l’énergie solaire renvoyée par la surface de la terre (rayonnement infrarouge). Les gaz à effet de serre « piègent » une partie de ce rayonnement infrarouge, ce qui a pour effet de maintenir une température supérieure à celle que l’on aurait sans ce phénomène (Fig. 2). La température moyenne à la surface de la terre, qui est d’environ +15°C, serait très largement négative sans cet effet de serre naturel (-18°C) (Vellinga et Verseveld ,2000).

Figure I.2 : Effet de Serre. L'émission suivant l'absorption des radiations telluriques par les molécules des gaz à effet de serre se fait dans toutes les directions. Une partie du flux lumineux émis est donc dirigé vers la Terre au lieu de s'échapper vers l'espace. Ce flux descendant s'ajoute au flux solaire incident et permet à la température terrestre d'atteindre 15°C contre -18°C en absence d'atmosphère absorbante. http://www.ens- lyon.fr/Planet-Terre

La concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère (Fig. 3) tels que le CO2, le CH4, le N2O, le HCFC, le PFC et le SF6, a augmenté

depuis l’ère préindustrielle, et surtout depuis 1960 (GIEC, 2001). Et dans l'effet de serre additionnel ou d'origine anthropique, le CO2 contribue

majoritairement à l'effet de serre, suivi des CFC qui sont déjà connus pour détruire la couche d’ozone.

Figure I.3 : Part des différents gaz à effet de serre dans l’atmosphère (IPCC, 2001).

Les changements de la teneur de l’atmosphère en gaz à effet de serre et en aérosols (principalement sulfates, carbone organique, suie, nitrates et poussières), du rayonnement solaire et des propriétés de la surface du sol altèrent le bilan énergétique du système climatique. Ces changements sont exprimés en termes de forçage radiatif1 qui est utilisé pour comparer la façon dont une série de facteurs humains et naturels provoquent un réchauffement ou un refroidissement du climat mondial.

Tous ces accroissements de gaz sont clairement expliqués par la contribution dans une large mesure des activités humaines liées aux combustibles fossiles, au changement d’utilisation des terres et aux processus industriels. Ces gaz amplifient l’effet de serre naturel et provoquent alors le réchauffement climatique. De nombreuses études indiquent qu’une combinaison de causes naturelles, en particulier le forçage solaire et les émissions volcaniques, pourrait avoir contribué aux variations de température relevées au début du siècle. Mais le réchauffement observé depuis le début des années 1980 tout comme les records des premières années du 21ème siècle (Fig.4) doit nécessairement être attribué en partie à des facteurs anthropiques, ce qui peut expliquer la hausse générale des températures au cours de cette période (Tett et al., 1999 ; Houghton et al., 2001).

D’ailleurs, une relation directe a été établie entre fluctuations des teneurs en gaz à effet de serre et les variations des températures (GIEC, 2001). La figure 5 montre un parallélisme entre fluctuations des températures et celles des teneurs en CO2 et en CH4.

L’analyse de l’évolution des températures moyennes mondiales sur la mer et sur la terre de 1880, a montré aussi que les terres se réchauffent plus vite que les océans vu la plus grande capacité thermique de l’eau (Fig.6). De ce fait, les écarts de température entre les océans et les terres se creusent, ce qui a, très probablement aussi, des effets sur la circulation atmosphérique. Ainsi la forte combinaison des forçages naturels (volcans, rayonnement solaire) et anthropiques (effet de serre, aérosols) expliquerait les observations et les évaluations notées par le GIEC.

1 _{Le forçage radiatif est une mesure de l’influence d’un facteur dans la modification de}

l’équilibre entre l’énergie qui entre dans l’atmosphère terrestre et celle qui en sort, et constitue un indice de l’importance de ce facteur en tant que mécanisme potentiel du changement climatique. Un forçage positif tend à réchauffer la surface et un forçage négatif à la refroidir. Dans le présent Rapport, les valeurs du forçage radiatif sont données pour l’année 2005 par rapport aux conditions préindustrielles définies comme celles de 1750 et sont exprimées en watt par mètre carré (Wm-2). Voir le glossaire et la section 2.2 pour plus de détails.

Figure I.4 : Simulation des changements de la température à la surface terrestre (GIEC, 2001).- la ligne rouge correspond aux températures mesurées et le profil en gris au modèle. Le profil en A ne tient compte que de causes naturelles (variations solaires, activité volcanique); celui en B, que des causes anthropiques (émissions de gaz à effet de serre, aérosols sulfatés); celui en C, de la somme des causes naturelles et anthropiques.

Figure I.5 : Relation directe entre fluctuations des teneurs en gaz à effet de serre (CO2 et CH4) et les variations des températures. (D’après Jouzel

et al., 1993).

Figure I.6: Evolution des températures moyennes mondiales sur mer et sur terre de 1880 à 2004. En ordonnée, se trouvent les écarts de températures en °C par rapport aux normales calculées. Source : www.notre-planéte.info

Dans le sens d’évaluer l’incidence des changements climatiques, de prévoir des mesures d’adaptation en plus de celles de la vulnérabilité, et

d’avoir aussi des visions différentes des conditions susceptibles d’influer sur un système ou sur une activité, plusieurs scénarios des changements climatiques futurs ont été énoncés dans les différents rapports du GIEC. Ils dépendent des hypothèses faites sur la croissance de la population mondiale et des politiques énergétiques mises en œuvre, ce qui explique leur grande variété.

III-2. Les scénarios d’émissions de gaz à effet de serre du GIEC Un scénario est une description vraisemblable, cohérente et homogène d’un état futur du globe (GIEC, 2001). Il permet de déterminer la sensibilité des systèmes, leur vulnérabilité et leur capacité d’adaptation. Il y a le scénario climatique, qui décrit le facteur de forçage, et le scénario non climatique, qui défini le contexte socio-économique et environnemental dans lequel ce forçage survient. La plupart des évaluations des incidences des changements climatiques se base sur les résultats de modèles d’impact, qui reçoivent en entrée les données de scénarios climatiques et non climatiques. Ces modèles ont été proposés en fonction de scénarios variés des rejets de gaz à effet de serres. Ils proposent, tous, à des degrés divers, un réchauffement de la planète pour le 21ème siècle.

Le GIEC a établi différents scénarios d'émissions des gaz à effet de serre , qui reposent sur certaines hypothèses concernant la croissance démographique et économique, l’exploitation des sols, les progrès technologiques et l’approvisionnement énergétique, ainsi que sur la façon dont les différentes sources d’énergie contribueront à cet approvisionnement entre 1990 et 2100. Ces scénarios décrivent chacun comment pourraient évoluer les émissions de gaz à effet de serre entre 2000 et 2100 selon des hypothèses diverses. Les scénarios se répartissent en quatre grandes « familles » (A1, A2, B1, B2) :

-Les scénarios de type « A » supposent un monde où la croissance

s’opère selon un modèle d’activité, de consommation et de technologies très proche du modèle actuel : dans le scénario A1, la prise en compte des ressources et des technologies énergétiques permet de construire trois variantes: A1FI intensif en énergies fossiles, A1B équilibré, et A1T intensif en technologies énergétiques sans carbone. Le scénario A2 décrit un monde en croissance assez faible, mais où les émissions restent élevées. -les scénarios « B » les structures d’activité changent, laissant émerger une économie des services, à faible contenu en matières premières et en énergie, marquée par la diffusion de nouvelles technologies et la recherche de la viabilité des modes de développement. le scénario B1, bien que présentant un niveau de croissance plus élevé, conduit à des émissions cumulées en 2100 deux fois plus faibles, en raison d’une convergence vers des technologies et activités peu intensives en énergie

et matières premières. Pour le scénario B2 La population mondiale

y des niveaux intermédiaires de développement économique, et l'évolution technologique est moins rapide et plus diverse.

Comme il y a une infinité de possibilités a priori pour décrire ce que seront les émissions à l'avenir, les scénarios sont nécessairement conventionnels. Cela ne signifie pas qu'ils sont totalement arbitraires pour autant, bien sur chacun d'entre eux reflète un état plausible du monde futur. L’intensité du réchauffement climatique dépendra pour une large part des émissions des gaz à effet de serre liées à l’activité humaine. Le GIEC a édité différents rapports décrivant les scénarios utilisés.

III-3. Les rapports d’évaluation du GIEC.

Le GIEC a présenté 4 rapports entre 1990 et 2007. Depuis le premier rapport d’évaluation, les prévisions des scientifiques se sont affinées et prédisent désormais avec certitude le réchauffement climatique d'ici la fin du 21éme siècle :

-Première évaluation de 1990. Le rapport dresse le premier bilan des connaissances disponibles sur les systèmes climatiques, les changements climatiques et leurs répercussions sur l'environnement, l'économie et la société. Il sert de base scientifique à la CCCC adoptée à Rio en 1992. Les experts ont surtout utilisé des modèles du climat à l'équilibre qui prévoient une température moyenne en surface de 1,5 à 4,5°C supérieure à la valeur actuelle. Bien qu'ils aient présenté des résultats préliminaires de modèles climatiques jumelés avec forçage par scénarios, les résultats ne reflètent pas toute la gamme des incertitudes liées aux futurs taux d'émissions.

- Deuxième rapport de 1996. Celui ci conclut à l'existence d'une influence perceptible de l'homme sur le climat mondial. Une série de six scénarios (scénario IS92) a été utilisée pour se rapprocher de la gamme des émissions résultant des activités humaines jusqu'en l'an 2100. Il a été tenu compte des effets de refroidissement de concentrations accrues d'aérosols sulfatés dans les simulations. Les résultats obtenus indiquent une gamme possible de réchauffement en 2100 de 1,0 à 3,5°C.

-Troisième évaluation de 2001. Ce rapport se base sur les acquis des 6 scénarios IS92 réalisés en 1992 et sur les projections de l'IIASA de 1996. Six modèles ont été utilisés pour analyser les conséquences de 40 scénarios rassemblés en 4 grandes familles intitulées A1, A2, B1 et B2. Les facteurs choisis comme déterminants sont la démographie, le développement économique et social, le rythme et l'orientation du progrès technique. Ces scénarios supposent que la pollution atmosphérique locale forcerait les pays à prendre des mesures pour lutter contre les émissions d'aérosols. Ils reflètent ainsi une plus grande incertitude quant aux comportements des humains, et non des modèles climatiques.