Version classiqueVersion mobile
OpenEdition Books

Le climat de la terre

 | 
Yves Fouquart

1. Les données du problème

Texte intégral

1.1. Le contexte démographique

1La Terre est âgée d’environ 4,5 milliards d’années, les premières bactéries sont apparues dans les océans il y a environ 3,8 milliards d’années. A cette époque, la vie était impossible sur les continents car les Ultra Violets du Soleil que rien ne filtrait détruisaient l’ADN des créatures vivantes. La vie est donc restée confinée dans l’océan jusqu’à la formation de la couche d’ozone. L’ozone, en effet, absorbe ces mêmes UV et fait donc office de bouclier protecteur. La vie est donc apparue sur les continents il y a 400 millions d’années et elle les a rapidement conquis. L’apparition des premiers humanoïdes est (déjà ?) liée à une modification climatique favorable : un assèchement de la région située à l’est du grand Rift de l’Afrique de l’Est. Les Australopithèques sont alors apparus voici un peu plus de 4 millions d’années ; le plus vieil humanoïde identifié à ce jour est vieux de 4,4 millions d’années, il vivait dans la région de l’Afars voisine de l’Ethiopie. L’Homo Erectus est le premier humanoïde dont on ait trouvé des traces en Asie et en Europe. C’est aussi le premier à maîtriser le feu. Le plus vieux spécimen a, lui aussi, été découvert en Afrique de l’Est ; il est vieux de 1,7 millions d’années. Les premiers Sapiens sont vieux de 200 000 ans, toujours découverts en Afrique. On les trouve en Europe vers – 70 000 où ils ont évolué vers la forme de Neandertal qui a disparu à son tour il y a 32 000 ans, définitivement supplantée par l’Homo Sapiens.

2On évalue à quelque 5 millions le nombre total d’êtres humains qui vivaient il y a 12 000 ans. Il y a 6000 ans, ils étaient environ 15 millions. Par la suite, avec le développement de l’agriculture, la population a sensiblement augmenté pour atteindre 250 millions d’individus au temps des Romains, il y a 2000 ans. Le premier milliard d’habitants a été atteint vers 1800, le deuxième en 1930, le troisième en 1960. La Terre compte aujourd’hui 6 milliards 500 millions d’habitants et la population de la Terre augmente d’un milliard d’habitants tous les 12 ans. On prévoit 8 milliards d’habitants en 2020.

3Sauf événement exceptionnel, ces prévisions sont très probablement bonnes. En 1950, ces mêmes prévisions étaient de 5,5 milliards d’habitants pour 1990 et de 6,3 milliards pour l’an 2000. Les chiffres exacts sont respectivement de 5,3 et 6,5 milliards.

4La population de la planète est jeune, la moitié de la population du globe a moins de 25 ans. Dans les pays dits en voie de développement pour parler « politiquement correct », cet âge est de 23 ans, il n’est que de 15 ans par exemple en Zambie et 17,5 ans au Nigeria.

5En fait, la croissance de la population a connu des différences de régime liées à l’amélioration des conditions de vie : la croissance rapide entre – 4000 et 0 a accompagné le développement de l’agriculture, par la suite la croissance est restée lente car à un fort taux de natalité correspondait une forte mortalité puis, à partir du XIXe siècle, les conditions sanitaires et les progrès de la médecine aidant, le taux de mortalité a faibli nettement, particulièrement la mortalité infantile, et l’équilibre s’est rompu.

Tableau 1 : quelques dates remarquables dans l’histoire de la vie sur Terre et évolution de la population

date (années)

événement

population humaine

-4,5 milliards

naissance du système solaire

-3,8 milliards

apparition des premières bactéries dans les océans

-400 millions

apparition de la vie sur les continents

-4 millions

premiers humanoïdes en Afrique

-200 000

apparition de l'homo sapiens

-10 000

5 millions

-4 000

15 millions

0

250 millions

1800

1 milliard

1930

2 milliards

1960

3 milliards

2000

6,5 milliards

2025

8 milliards ?

6Il aura donc fallu 40 000 ans pour que la population de la Terre passe de 1 million d’habitants à 1 milliard d’habitants mais à peine plus de 200 ans pour passer de 1 milliard à plus de 6 milliards d’habitants. Chaque seconde, il naît quatre individus quand il n’en disparaît que deux. La croissance de la population est exponentielle et, à ce rythme, il n’est pas nécessaire d’être démographe pour prévoir qu’une limitation se produira forcément, d’une manière ou d’une autre.

7Les démographes prévoient bien cette stabilisation et ils qualifient la période actuelle de transition démographique. Cette transition correspond au passage entre une démographie caractérisée par une forte natalité plus ou moins compensée par une forte mortalité et une autre où mortalité et fécondité sont faibles. Dans les pays développés, la transition est pratiquement faite et la croissance de la population y est faible si l’on met à part l’immigration. Dans les pays en Développement, la transition s’amorce et le taux de croissance de la population faiblit sauf semble-t-il en Afrique où la population devrait passer de 750 millions d’habitants en 1995 à 1,6 milliards en 2025 pour sans doute encore doubler en 35 ans.

8A la fin du XXIe siècle la population du globe pourrait dépasser les 10 milliards d’habitants pour se stabiliser au voisinage de ce nombre. Enfin, il est intéressant de noter que la population des pays industrialisés, quant à elle, augmentera peu : de 1,2 milliards en 90 à 1,4 milliards en 2025. La part de ces pays dans la population mondiale diminuera donc nettement, de 23 % à 17 %.

1.2. Les conséquences

1.2.1. Les besoins élémentaires en nourriture et en eau

9Cette « explosion » démographique a évidemment de lourdes conséquences. En premier lieu, en 2025, il faudra nourrir 8 milliards d’habitants quand aujourd’hui, en 2002, près de 800 millions d’êtres humains souffrent de malnutrition. La question n’est pas triviale : la superficie des terres cultivables est réduite par l’existence des déserts, des montagnes et des zones en permanence recouvertes de neige. En gros, il reste un peu moins de 16 % de la surface du globe, soit environ 100 millions de km2. En 1950, ce chiffre était plus élevé ; d’après la FAO (Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture) 9 millions de km2 sont devenus depuis « modérément dégradés » et 3 millions de km2 sont sévèrement dégradés et impropres à l’activité agricole. Ces dégradations ont des origines multiples mais la surexploitation des terres en est une des plus importantes. Actuellement, en comptant les zones cultivables exploitées ou non, les forêts, steppes, etc., chaque être humain dispose de 2 ha environ répartis de façon fort inégale. Avec 10 milliards d’habitants, ce chiffre tombera à 1,2 ha, moins encore si les sols continuent à se dégrader. La question est rendue encore plus aiguë du fait du changement des habitudes alimentaires : dès que le souci premier et vital de se nourrir est plus ou moins résolu, le désir apparaît de se nourrir mieux ou autrement. On mange donc davantage de viande ce qui, sans doute, est bien compréhensible. Le problème est que pour fabriquer le même nombre de calories sous forme de viande, il faut jusqu’à 7 fois plus d’énergie que sous forme de céréales et en particulier sous forme de riz. Le rendement final est donc beaucoup moins bon, ce qui veut dire qu’il faut une surface plus grande pour produire la même quantité d’énergie. On peut aussi douter que la solution réside dans le fait d’employer toujours plus d’engrais : comme on vient de le voir la surexploitation des sols les dégrade et les rend inaptes à la culture, sans compter les problèmes de plus en plus pressants causés par la pollution par les nitrates.

10Par ailleurs, la productivité agricole dépend très fortement des conditions climatiques. Ainsi 1998 a été une année assez médiocre en ce qui concerne la production végétale, particulièrement dans les pays d’Extrême-Orient et du Pacifique, où le taux de croissance de la production agricole a nettement fléchi. Tous les pays de cette région ont en effet souffert cette année là de mauvaises conditions météorologiques et en particulier, des pluies torrentielles qui se sont déversées sur plusieurs d’entre eux entre juin et septembre tandis que d’autres subissaient des sécheresses liées au phénomène El Niño.

  • 1 Les Eaux du Ciel, Hachette

11L’eau est aussi un sujet de préoccupation1. Elle est indispensable à la vie et la production agricole est une très grosse consommatrice d’eau : Robert Kandel note qu’il faut un mètre cube d’eau pour produire le blé dont on fait un kilo de pain et beaucoup plus pour faire un kilo de bœuf. Dans les régions bien arrosées, les précipitations assurent l’essentiel de l’apport d’eau nécessaire mais on a très souvent recours à l’irrigation ou à l’arrosage. On puise alors dans un stock d’eau disponible. Pour la plus grande partie, cette eau repart ensuite vers l’atmosphère par évaporation ou évapotranspiration par les plantes. L’eau disponible est pour une part renouvelable, c’est l’eau de ruissellement, et pour une part non renouvelable à court terme, c’est celle des nappes phréatiques qui se sont constituées au cours des millénaires précédents. Le « gisement » d’eau rapidement renouvelable est très variable d’une région à l’autre : de près de 700 000 m3 par an et par personne en Islande, on tombe à 500 m3 aux Émirats Arabes Unis et à 150 m3 en Libye, moins encore au Sahel. Dans ces régions arides, la consommation en eau dépasse la disponibilité offerte par le ruissellement : la nappe phréatique est donc largement surexploitée et le niveau des réserves accumulées pendant des siècles diminue rapidement. Le livre de Robert Kandel1 fait le point sur ce problème crucial, certainement appelé à prendre des proportions de plus en plus importantes dans les décennies à venir.

1.2.2. Les besoins énergétiques et les émissions de gaz à effet de serre

  • 2 On préfère en effet mesurer les échanges de l’élément carbone car il est possible d’en suivre les t (...)

12L’autre aspect du problème concerne très directement le sujet de cet ouvrage : l’explosion démographique est le résultat de l’amélioration des conditions de vie. Cette amélioration est étroitement liée au développement technique qui s’accompagne d’un accroissement considérable de la dépense énergétique. L’énergie est essentiellement produite par la combustion du pétrole et du charbon dont le dioxyde de carbone ou gaz carbonique (CO2) est un sous produit. Actuellement, la consommation de combustibles fossiles rejette dans l’atmosphère environ 6 milliards de tonnes de carbone par an sous forme de dioxyde de carbone2.

13La consommation énergétique est évidemment très variable d’un pays à un autre, elle est liée aux conditions climatiques et, surtout, au style de vie, à l’activité industrielle et aux transports : un Africain produit ainsi 260 kg de carbone par an sous forme de 950 kg de gaz carbonique, un Chinois 600 kg de carbone, un Allemand 2700 kg et un citoyen des États Unis en produit 5,5 tonnes, c’est-à-dire plus de 20 tonnes de CO2. Il est peu probable, c’est un euphémisme, que l’évolution à venir soit vers une uniformisation des consommations au niveau africain, on s’attend au contraire à une forte augmentation de la consommation des combustibles fossiles dans les pays en développement et particulièrement dans les plus peuplés d’entre eux, c’est-à-dire en Inde et en Chine où l’expansion économique est importante. Si tout le monde se met à consommer le pétrole et le charbon comme les Américains, ce sont 35 milliards de tonnes de carbone qui seront ainsi rejetées dans l’atmosphère et avec 8 milliards d’habitants en 2025, on atteindrait alors 44 milliards de tonnes, soit plus de 7 fois la quantité actuelle. Peut être n’en arrivera-t-on pas là, ne serait-ce que parce que le développement économique des pays non industrialisés restera probablement insuffisant pour atteindre ce résultat, mais il est illusoire de penser que la production anthropique annuelle de CO2 puisse ne pas augmenter dans les années à venir.

14Le simple fait de respirer produit du CO2. Les hommes sont, à ce titre, exactement semblables aux autres animaux mais dès l’invention du feu, ils ont introduit une nouvelle source de CO2. Au début, cela ne portait pas à conséquence, non seulement parce qu’il n’y avait que peu d’hommes mais parce qu’ils brûlaient du bois, c’est-à-dire une énergie rapidement renouvelable. Les choses ont changé avec l’utilisation du charbon puis du pétrole puisque, dans ce cas, on brûle en très peu de temps une énergie jusque là stockée sous forme fossile. Cette énergie provient en fait de l’énergie solaire ; elle a d’abord été transformée en carbone organique (le bois) par photosynthèse puis elle a été stockée et lentement transformée pendant des millions d’années. Le problème est là : quelques siècles tout au plus à comparer à des millions d’années, le déséquilibre est évident.

15Les Romains et leurs contemporains faisaient certainement peu de cas de l’écologie. On retrouve la trace de leur activité dans les glaces du Groenland : la concentration en Plomb présente un pic relatif à l’époque des Romains, lié à l’exploitation de ce métal qui leur servait, entre autres, pour construire les aqueducs. Néanmoins, l’activité industrielle à cette époque était faible et, pour ce qui concerne le CO2, les Romains, n’utilisant ni pétrole ni charbon, n’ont pas contribué à son augmentation. Les choses ont changé avec la révolution industrielle : c’est grâce à l’exploitation du charbon d’abord, du pétrole ensuite qu’elle a pu avoir lieu.

1.2.3. Évolution de la teneur de l’atmosphère en gaz à effet de serre

16Ce sont les chercheurs américains R. Revelle puis C. D. Keeling qui, les premiers ont effectué des mesures de routine de la concentration atmosphérique en CO2. Ces mesures qui ont commencé en 1958 ont été effectuées quotidiennement à Hawaii, à l’Observatoire de Mauna Loa, à 4000m d’altitude, c’est-à-dire en un endroit très éloigné de toute source de pollution. Elles n’étaient donc pas perturbées par une source locale. La première publication dans les années 1970 a eu un très grand retentissement et a amené les scientifiques d’abord, les autorités politiques ensuite à s’intéresser de très près au problème.

Figure 1 : variation de la concentration atmosphérique en CO2 mesurée à Mauna Loa

Figure 1 : variation de la concentration atmosphérique en CO2 mesurée à Mauna Loa

d’après C.D. Keeling and T.P. Whorf, Scripps Institution of Oceanography

  • 3 Si la concentration du CO2 dans l’atmosphère est de 370 parties par million cela signifie qu’il y a (...)

17La courbe de la Figure 1 présente ces résultats pour une période nettement plus longue mais elle montre simplement que la tendance a été confirmée par la suite. Tous les ans, la concentration atmosphérique en CO2 augmente de 1 à 2 parties par million3. On observe aussi tous les ans une diminution de la concentration au moment du printemps de l’hémisphère Nord ; cette diminution est due à la reprise de l’activité photosynthétique. On n’observe pas le même phénomène dans l’hémisphère Sud, tout simplement parce qu’il y a beaucoup moins de surfaces émergées dans cet hémisphère.

18On a évidemment cherché à vérifier ces observations et des mesures ont été effectuées en plusieurs autres endroits comme l’Île d’Amsterdam par exemple. Cette île est située dans l’Océan Indien pratiquement à mi distance du Sud de l’Afrique et du Sud de l’Australie (37° S, 77° E) et est donc isolée de toute source de pollution. Toutes ces observations ont confirmé celles de Keeling.

19On peut se demander si cette augmentation est bien due à l’activité humaine. Ce n’est pas parce que cela semble logique et qu’on s’y attend que l’augmentation observée n’a pas, en totalité ou partiellement, d’autres causes. Les variations de la concentration en Carbone 13 (C13) permettent de répondre de façon définitive à cette question. Le C13 est un atome de carbone qui possède simplement un neutron supplémentaire, soit 6 protons et 7 neutrons. Ses propriétés sont très voisines de celles du Carbone 12 mais il est un peu plus lourd. L’atmosphère contient naturellement une faible proportion de C13 (1,1 %). Au cours de la photosynthèse, lors des échanges entre l’atmosphère et la végétation, l’élément le plus lourd est un peu défavorisé. La concentration en C13 dans les plantes est donc diminuée par rapport à la concentration atmosphérique. Il en est de même pour le charbon et le pétrole qui sont des combustibles fossiles. Or, on retrouve bien une diminution régulière de la proportion de C13 dans le CO2 atmosphérique et cette diminution est proportionnelle à la consommation de charbon et pétrole.

20On s’est ensuite posé la question de savoir de quand datait cette augmentation et on a eu recours pour cela aux carottes de glace que l’on est allé récupérer au Groenland et dans l’Antarctique. La glace résulte de la transformation progressive de la neige et s’accumule d’une année sur l’autre. En conséquence, l’âge de la glace augmente avec la profondeur. La neige fraîche, la « poudreuse », contient une très grande quantité d’air qui peut y circuler mais au fur et à mesure de sa transformation, la neige devient plus compacte et l’air s’évacue. Au bout de la transformation, la glace solide est complètement imperméable à l’air. Elle en contient encore mais sous forme de minuscules bulles. Ces bulles sont hermétiquement soudées par la glace et l’air qu’elles contiennent aujourd’hui est donc le même que celui qui a été emprisonné au moment de l’isolement de la bulle. On dispose ainsi d’un échantillon de l’air qui se trouvait là au moment de la transformation de la neige. On peut analyser l’air de ces bulles et comme on peut aussi dater les couches de glace, en utilisant la décomposition isotopique du carbone 14 par exemple, on détermine ainsi la variation de la composition atmosphérique dans le passé.

  • 4 Évolution du climat Du passé vers le futur, http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Climat (...)

Figure 24 : variation de la concentration atmosphérique en CO2, CH4 et N2O déduites des mesures effectuées dans les bulles d'air incluses dans les carottes de glace récente

Figure 24 : variation de la concentration atmosphérique en CO2, CH4 et N2O déduites des mesures effectuées dans les bulles d'air incluses dans les carottes de glace récente

Notez l'absence de variation saisonnière due au manque de résolution temporelle de ce type de mesures.

d'après Lorius et Jouzel (voir aussi IPCC 2001)

21On sait ainsi (voir Figure 2) que la concentration atmosphérique en CO2 est restée remarquablement constante à un niveau voisin de 280 ppm tout au cours du dernier millénaire mais que, depuis le début du XIXe siècle, c’est-à-dire depuis le début de l’ère industrielle, la concentration du CO2 ne cesse d’augmenter et de plus en plus vite. C’est aussi le cas d’autres gaz comme le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (N2O) qui, eux aussi, ont suivi la même évolution, le méthane augmentant de près de 100 % depuis le début de l’ère industrielle et le protoxyde d’azote augmentant de près de 20 %.

22Ces deux gaz ont, eux aussi, un puissant effet de serre. En fait, pour une même masse de gaz, l’effet de serre qu’ils provoquent est beaucoup plus puissant que celui du CO2. Le méthane (le grisou) est présent dans les mines de charbon, il est aussi produit par la fermentation anaérobie de la matière végétale. Les marécages sont une source naturelle de méthane, il s’enflamme aisément et donne alors ce qu’on appelle des « feux follets ». L’estomac des ruminants en est aussi une source importante de même que les rizières ou les feux incomplets de matière végétale ou encore l’action des termites. L’augmentation de la concentration atmosphérique en méthane résulte directement ou indirectement de l’activité humaine comme l’extension des rizières, le développement de l’élevage ou les feux de savane par exemple. Les émissions naturelles de protoxyde d’azote sont dues à l’activité microbienne des sols. La part anthropique, environ 15 % actuellement, correspond d’une part à l’utilisation d’engrais azotés qui favorisent l’activité microbienne et, d’autre part, aux processus de combustion à haute température (circulation automobile ou aérienne, feux de biomasse).

23L’activité humaine a donc sensiblement modifié la composition de l’atmosphère. Dans la mesure où ni l’oxygène ni l’azote n’ont vu leur concentration changer, on peut évidemment être tenté de considérer qu’il s’agit là de modifications mineures. De plus, ces changements se sont faits progressivement et ces gaz sont sans nocivité. Il n’y a donc pas eu de quoi faire les gros titres de la presse et il a donc fallu plusieurs dizaines d’années pour que la prise de conscience se fasse. Aujourd’hui, même si les actes ne suivent pas vraiment, l’opinion publique sait qu’il y a là un problème qui pourrait bien être important. Quel est donc l’effet de ces « gaz à effet de serre » et d’abord qu’est ce que l’effet de serre ?

Notes

1 Les Eaux du Ciel, Hachette

2 On préfère en effet mesurer les échanges de l’élément carbone car il est possible d’en suivre les transformations au cours d’un cycle dans lequel la photosynthèse fabrique du carbone organique à partir du CO2 qui, donc, disparaît en tant que tel dans la réaction. On passe aisément d’une quantité de carbone sous forme de gaz carbonique à la masse de gaz carbonique proprement dite en remarquant que dans une mole (22,4 litres) de CO2, il y a 12 g de carbone pour 44 g de CO2 (12g de carbone et 2 * 16g d’oxygène).

3 Si la concentration du CO2 dans l’atmosphère est de 370 parties par million cela signifie qu’il y a 370 mm3 de CO2 dans un million de mm3 d’air, c’est-à-dire dans un litre.

4 Évolution du climat Du passé vers le futur, http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Climats/Historique/Cours-Climat/Images/index.htm.

Table des illustrations

Titre Figure 1 : variation de la concentration atmosphérique en CO2 mesurée à Mauna Loa
Crédits d’après C.D. Keeling and T.P. Whorf, Scripps Institution of Oceanography
URL http://books.openedition.org/septentrion/docannexe/image/52801/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 56k
Titre Figure 24 : variation de la concentration atmosphérique en CO2, CH4 et N2O déduites des mesures effectuées dans les bulles d'air incluses dans les carottes de glace récente
Légende Notez l'absence de variation saisonnière due au manque de résolution temporelle de ce type de mesures.
Crédits d'après Lorius et Jouzel (voir aussi IPCC 2001)
URL http://books.openedition.org/septentrion/docannexe/image/52801/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 88k

© Presses universitaires du Septentrion, 2003

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