Les causes du changement climatique

Le nombre de taches solaires est maximal tous les onze ans, engendre 0,1 % d’énergie supplémentaire sur la Terre et est responsable de périodes de temps extrêmes (sécheresses, vagues de froid…). Par ailleurs, l’activité solaire augmente de 7 % par milliards d’années, mais cet effet est négligeable à l’échelle humaine.

Milankovitch, géophysicien yougoslave, émet l’idée en 1930 que trois causes liées à la Terre et son déplacement autour du Soleil seraient responsables des glaciations observées au Quaternaire. Leurs effets interagissent de manière complexe et modifient la quantité d’énergie solaire frappant les différentes latitudes :

– L’orbite de la Terre autour du Soleil varie entre un cercle parfait et une ellipse aplatie de 6 %, elle augmente et diminue respectivement tous les 100 000 ans et 433 000 ans. C’est la variation de l’excentricité. Lorsqu’elle réalise une ellipse, elle reçoit 0,18 % d’énergie en plus toute l’année, aux effets très faibles.
– Dans les 5 derniers millions d’années, l’obliquité de l’axe de la Terre a varié de 22° à 24° selon un cycle de 41 000 ans. Plus l’obliquité est importante, plus le contraste entre les saisons est important.
– L’inclinaison de l’axe de la Terre (23,27°), responsable des saisons, tourne dans le sens des aiguilles d’une montre selon un cycle de 22 000 ans, ce phénomène est appelé la précession des équinoxes.

La tectonique des plaques provoque la dérive des continents au fil des temps géologiques et modifie la répartition des masses continentales et océaniques sur la surface terrestre. L’eau et l’air n’absorbent pas la chaleur de la même manière, cette répartition influe donc directement sur le climat.

Par ailleurs, cette répartition influe sur celle de la végétation, sur les précipitations et donc l’érosion et l’accumulation des sédiments dans les océans, ainsi que sur le phénomène d’albédo et sur le piégeage du carbone qui œuvrent sur le climat dans des directions opposées.

Le phénomène d’albédo est la capacité d’une surface à réfléchir l’énergie solaire. Lorsque les continents sont rassemblés vers l’équateur, ils concentrent des forêts denses et sombres qui réfléchissent moins l’énergie solaire dans l’espace, réchauffant ainsi l’atmosphère, mais d’autre part la forêt piège plus de carbone. De même les précipitations plus importantes entrainent une plus forte érosion, une plus grande quantité de sédiments marins ce qui modifie le pH de l’océan ce qui lui permet de piéger davantage de carbone. Ce plus grand stockage de carbone dans les forêts et l’océan fait diminuer le taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère et limite le réchauffement lié à l’effet de serre.

À l’opposé, lorsque les continents sont concentrés vers les pôles, l’effet albédo sur les calottes glaciaires blanches entraine une réflexion de plus de 80 % de l’énergie solaire, accentuant le refroidissement et pouvant même déclencher des périodes glaciaires. Mais ces régions n’abritant pas de végétation, il y a moins de stockage du CO2 dans les forêts, de même il y a moins de précipitation, moins d’érosion, donc moins de sédiments dans l’océan et donc moins de stockage de CO2, ce dernier a alors tendance à augmenter dans l’atmosphère et donc à participer au réchauffement lié à l’effet de serre.

Ces exemples montrent la complexité et l’imbrication de ces phénomènes qui agissent sur les différents cycles (CO2, eau..) et la climatologie.

Le volcanisme peut également modifier le climat, les phénomènes intenses pouvant survenir tous les 100 000 ans et agir sur le climat mondial sur plusieurs millénaires (ex du Toba sur l’île de Sumatra avec une succession d’éruptions majeures pendant près de 10 000 ans) et modifier la composition de l’atmosphère.

L’effet de serre correspond à la capacité de certains gaz piégés dans l’atmosphère (H20, CO2, CH4…) de renvoyer vers le sol une grande partie du rayonnement thermique. Ce phénomène réchauffe l’atmosphère et permet la vie sur Terre avec une température moyenne de 15 °C qui ne serait que de -18 °C sans ce phénomène.

La concentration du CO2 varie naturellement dans le temps selon la quantité de biomasses sur Terre et celle de piégeage du CO2 dans les végétaux, coraux, calcaires… Durant les 800 000 dernières années, cette concentration de CO2 a varié de 180 ppm (partie par million) pendant les périodes froides à 280 ppm durant les périodes chaudes.

Aujourd’hui cette concentration est de 410 ppm dans l’atmosphère et va vers 700 ppm vers la fin du XXIe siècle. Ces concentrations inédites sont liées à l’activité humaine, se sont emballées à partir du XIXe siècle avec la révolution industrielle et le développement des énergies fossiles qui libèrent de grandes quantités de CO2 dans l’atmosphère.

Les aérosols en suspension dans l’atmosphère, d’origine marine (sodium), désertique (poussières) ou volcanique (soufre) ont des effets très variables sur le changement du climat.

Durant les glaciations du Quaternaire, les températures sont en moyenne de 6 °C de moins qu’actuellement et lors du dernier maximum glaciaire, entre 27 000 et 22 000 ans, la température était de 8 à 10 °C plus froids qu’aujourd’hui. Une grande partie de l’Europe était alors sous les glaces.

Durant le petit âge glaciaire, entre 1350 et 1850 avant J.-C., du à la conjonction d’une faible activité solaire, de l’orbite de la Terre et du volcanisme, la température était plus basse de -0,5 °C par rapport à aujourd’hui, soit une moyenne de -0,5 °C en 5 siècles.

Aujourd’hui, le réchauffement climatique a provoqué une augmentation de 1 °C en seulement un siècle, et certains scénarios évoquent +4 °C prévus d’ici la fin du XXI siècle.

Le réchauffement climatique que nous vivons est 10 à 20 fois plus important que les changements naturels qui ont affecté l’espèce humaine au Quaternaire. Nous entrons dans une période inédite, sans équivalent dans l’histoire humaine.