Version classiqueVersion mobile
OpenEdition Books

Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Deuxième partie - L'environnement, un système global dynamique

5. Rétroactions et climat

Hervé Douville

Texte intégral

1Le climat d’une région est défini par un ensemble de statistiques, résumant les effets physiques des situations météorologiques qui s’y succèdent. Sa modélisation passe donc par une représentation détaillée de ces situations, au moyen d’un modèle de circulation générale de l’atmosphère. Pour les applications climatiques, ces modèles doivent être couplés à d’autres composantes du système Terre, notamment l’océan et les surfaces continentales, qui ne peuvent être considérées comme statiques. Les processus atmosphériques et les couplages avec les autres composantes donnent lieu à une forte variabilité interne du climat à de multiples échelles spatio-temporelles. Ceci rend souvent difficile l’identification dans les observations de la réponse du système aux forçages* externes que représentent, d’une part les émissions anthropiques* de gaz à effet de serre (GES*) et d’aérosols, et d’autre part les variations naturelles de l’activité solaire ou volcanique. La modélisation est donc indispensable, non seulement pour anticiper l’évolution du climat au cours des prochaines décennies, mais aussi pour comprendre son évolution récente et évaluer les principales rétroactions* mises en œuvre dans le cadre du changement climatique (cf. I.7).

Rétroactions

2En déséquilibrant le bilan radiatif* au sommet de l’atmosphère, les émissions d’origine anthropique perturbent le système climatique, qui réagit en ajustant sa température. Il peut ainsi être considéré comme un amplificateur dont le gain, c’est-à-dire le ratio entre variation de température et forçage radiatif*, définit la sensibilité climatique. La difficulté réside dans le nombre et la complexité des différents sous-systèmes en interaction, dont la réponse au forçage peut amplifier (rétroaction positive) ou atténuer (rétroaction négative) le réchauffement initial.

3Parmi les rétroactions positives, la plus importante est celle de la vapeur d’eau, qui représente actuellement environ 50 % de l’effet de serre* naturel. Plus il fait chaud, plus l’eau s’évapore au-dessus des océans et plus l’atmosphère contient de vapeur d’eau, ce qui renforce l’effet de serre et le réchauffement provoqué par les émissions anthropiques de GES. La banquise et la couverture neigeuse, qui contribuent à réfléchir une partie importante du rayonnement solaire en surface, induisent une autre rétroaction positive. Plus il fait chaud, moins il y a de glace et de neige, et plus l’énergie solaire est absorbée, ce qui augmente encore la température.

4Ces rétroactions positives font que le réchauffement simulé par les modèles de climat est toujours supérieur à celui issu d’un calcul radiatif simplifié faisant l’hypothèse d’un réchauffement homogène de l’atmosphère. Au-delà de l’accroissement attendu de la chaleur émise vers l’espace en réponse au réchauffement en surface, la seule rétroaction négative identifiée dans la troposphère est liée à la modification du profil vertical de température. Théorie et modèles indiquent que le réchauffement global tend à réduire le taux auquel la température diminue avec l’altitude, ce qui limite le refroidissement infrarouge émis au sommet de l’atmosphère.

Des projections climatiques incertaines

5Indépendamment des incertitudes inhérentes aux scénarios d’émission de GES, la fourchette de sensibilité climatique fournie par les modèles de climat reste relativement large, car plusieurs rétroactions demeurent très incertaines. Cela est notamment le cas de la rétroaction des nuages qui jouent un rôle de tout premier plan dans le bilan radiatif. En augmentant l’albédo* (pouvoir réfléchissant) de la planète, les nuages diminuent l’énergie solaire absorbée et ont tendance à la refroidir. Par leur effet de serre* (dont témoigne la différence de température à l’issue d’une nuit claire ou nuageuse), ils ont au contraire tendance à la réchauffer. Il y a donc compensation partielle entre deux effets de grande amplitude, qui varient selon l’altitude des nuages, la région et la saison considérées. Globalement, leur réponse aux émissions anthropiques de GES ne peut être estimée à partir des observations depuis les satellites (trop récentes) et demeure très variable d’un modèle à l’autre, aussi bien en termes de distribution que de propriétés radiatives. Néanmoins, les travaux les plus récents semblent exclure une forte rétroaction positive à l’échelle globale.

6La possibilité d’une rétroaction positive entre changement climatique d’origine anthropique et cycle du carbone est, elle aussi, controversée. Le changement climatique pourrait diminuer l’efficacité des puits naturels (océan et végétation) à absorber le dioxyde de carbone (CO2) anthropique. Ceci pourrait accélérer l’augmentation de la concentration du CO2 atmosphérique, et donc amplifier le réchauffement. Certains modèles prévoient, par exemple, une disparition de la forêt amazonienne au cours du XXIe siècle. En France, la canicule de l’été 2003 s’est accompagnée d’un déstockage massif de CO2, montrant l’importance des événements extrêmes* pour prévoir les évolutions climatiques à long terme (cf. V.3-4). Cependant, la plupart des modèles ne tiennent pas compte d’une limitation possible de la productivité végétale par la teneur en azote et/ou en phosphore des sols, ce qui suggère que la rétroaction simulée pourrait être surestimée. Les reconstructions paléoclimatiques de température et de concentrations en CO2 peuvent permettre de fournir des estimations indépendantes, mais en réponse à un forçage* d’une autre nature (solaire plutôt qu’anthropique).

Schéma illustrant les relations entre le forçage radiatif et les autres aspects du changement climatique attestés par le GIEC*. Les activités humaines et les processus naturels provoquent des changements directs et indirects sur les variables du changement climatique. © IPCC

7Certaines rétroactions sont encore peu étudiées et très mal connues, telle que celle du méthane (autre GES naturel aujourd’hui en concentration infime dans l’atmosphère) en lien avec la fonte du pergélisol* ou, à des horizons plus lointains, avec le réchauffement de l’océan profond, qui peut favoriser la déstabilisation des cristaux de méthane piégés dans les sédiments. Enfin, les forçages anthropiques* et les rétroactions climatiques ne mettent pas seulement en jeu des processus radiatifs. Ils concernent également le cycle de l’eau, dont l’observation et la modélisation restent souvent problématiques. Régionalement, ce cycle peut être sensible à l’utilisation des sols, à l’irrigation, ou à l’effet direct du CO2 sur la transpiration des plantes. Sa réponse aux multiples forçages anthropiques fait intervenir d’autres rétroactions, comme la variation de l’humidité des sols, du niveau des aquifères*, ou de la superficie des zones inondées, dont les effets sur l’évapotranspiration peuvent également moduler le réchauffement en surface (cf. V.29).

8Réduire les incertitudes sur les projections climatiques passe donc à la fois par une meilleure observation, compréhension et prise en compte des processus atmosphériques, océaniques, continentaux et biogéochimiques non résolus à l’échelle des modèles et par une amélioration des couplages entre les différentes composantes du système climatique, sans oublier l’impact des activités humaines sur l’occupation des sols et leur utilisation à l’échelle régionale…

Bibliographie

Références bibliographiques

• H. DOUVILLE et P. TERRAY – Réponse du cycle hydrologique aux forçages anthropiques : que nous disent les dernières simulations du GIEC ?, La Météorologie, n° 57, 2007.

• J.-F. ROYER et H. DOUVILLE – Le forçage climatique, cause naturelle et cause anthropique, Hors-Série de Sciences et Avenir, n° 150, 2007.

• H. DOUVILLE – Vers une sécheresse globale ?, La Recherche, n° 421, 2008.

Table des illustrations

Légende Schéma illustrant les relations entre le forçage radiatif et les autres aspects du changement climatique attestés par le GIEC*. Les activités humaines et les processus naturels provoquent des changements directs et indirects sur les variables du changement climatique. © IPCC
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10606/img-1.jpg
Fichier image/, 478k

Auteur

Climatologue, Ingénieur en Chef des Ponts, des Eaux et des Forêts, Chef de l’Équipe Variabilité-Détection-Rétroactions, CNRM-GAME, GMGEC, Toulouse.
herve.douville@meteo.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540