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Le climat de la terre

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Yves Fouquart

7. La polémique

Texte intégral

1La question du réchauffement fait couler beaucoup d’encre et on trouve, sur la question, beaucoup d’interrogations et beaucoup d’avis tranchés. Compte tenu des enjeux ça n’a rien de particulièrement surprenant. Face à un risque, l’attitude la plus sage consiste à s’interroger sur sa réalité et sur son ampleur avant de prendre des mesures, quelles qu’elles soient. Elle ne consiste pas non plus à prendre pour argent comptant la première déclaration venue. Le doute est donc tout à fait normal et les mesures à prendre, pour peut être simplement retarder les échéances, sont tellement coûteuses, pour ne pas dire exorbitantes, qu’on y regarde évidemment à deux fois. En outre et alors qu’on aimerait une réponse simple, par oui ou par non, on ne peut disposer que d’un faisceau d’éléments concordants mais pas de preuve absolue. On aimerait une démonstration imparable, quelque chose du genre deux et deux font quatre mais c’est hors de question, il faut pouvoir décider sur la base d’une forte présomption. Cela justifie les interrogations mais pas la politique de l’autruche.

2A ce stade, il faut distinguer ce qui relève du débat scientifique argumenté de ce qui relève de l’agitation médiatique, du débat politique ou encore du débat idéologique La critique est inhérente à la culture scientifique, sans elle la science ne reposerait pas sur des bases solides. C’est parce que toutes les affirmations sont soumises à la critique de tout le monde scientifique que les idées fausses, les erreurs d’interprétation ou d’expérimentation finissent par être détectées. En la matière, il n’est pas question de croire à un résultat même s’il paraît évident, il est question de le critiquer, de le vérifier, au besoin en refaisant l’expérience. Ce débat est perpétuel, il est parfois passionné parce que les chercheurs non plus n’aiment pas avoir tort mais il est indispensable et tout à fait sain. Le cadre normal de ce débat, ce sont les revues scientifiques spécialisées et les réunions et colloques. Le problème étant d’actualité, il est évidemment très médiatisé, le débat scientifique alimente alors les interrogations des non spécialistes. Les journalistes ont donc un travail qui est loin d’être simple, celui de synthétiser un problème difficile et de le mettre à la portée d’un lecteur non averti. Il leur faut aussi coller à l’actualité ce qui ne leur permet pas de prendre du recul et d’attendre le temps nécessaire à la confirmation ou à l’infirmation d’une idée nouvelle.

 

3Par ailleurs, un article dans le New York Times n’a rien d’un article scientifique, il faut qu’il soit attractif pour ne pas dire un peu alléchant. Les journalistes sont donc friands des attitudes tranchées et ce ne sont pas les opinions à l’emporte pièce qui manquent. Tout le monde s’exprime sur la météo, tout le monde, ou presque, a une idée sur le climat. Cela inclue aussi bien des scientifiques éminents qui ne sont pas tous spécialistes du problème, la presse leur fait écho et cet écho est d’autant plus retentissant que l’opinion émise semble originale ce qui ne veut pas dire juste ni même forcément intéressante d’un point de vue scientifique. Dans la suite, nous nous limitons au débat scientifique.

7.1. Ce qui est parfaitement établi

4L’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère depuis deux siècles constitue un forçage radiatif dont l’ampleur est voisine de 2,5 Wm-2, c’est-à-dire 1 % de l’énergie solaire absorbée en moyenne. Ce résultat est acquis et démontré, le débat porte sur la réponse du climat, c’est-à-dire sur sa sensibilité aux forçages. Puisque le forçage existe, est positif et devrait croître assez fortement au XXIe siècle, cela devrait inévitablement conduire à un réchauffement plus ou moins important. L’importance du réchauffement est conditionnée par l’amplitude et le signe des rétroactions. Les arguments du débat concernent donc les rétroactions d’une part et la réalité du réchauffement observé d’autre part ou son attribution totale ou partielle à l’activité humaine. 7.2. Les arguments du débat

7.2.1. La détection d’un réchauffement

5Avec le temps et la succession de records de chaleur battus (98 année la plus chaude depuis le début des enregistrements de température et sans doute depuis au moins mille ans, 2002 et 2001, deuxième et troisième années les plus chaudes, etc.), les « négationnistes » du réchauffement sont de moins en moins nombreux. Il reste pourtant un fait troublant : la différence entre la tendance observée à partir des observations de surface et des observations depuis satellite, celles ci semblant en effet montrer un réchauffement beaucoup plus faible (voir paragraphe 3.1).

7.2.2. L’attribution

6La deuxième possibilité consiste à l’attribuer à des causes autres que les gaz à effet de serre. On peut modifier le bilan radiatif de la Terre en modifiant la constante solaire, l’albédo ou… l’effet de serre.

  1. La constante solaire est évidemment un excellent candidat à l’explication du réchauffement observé. La littérature à ce sujet est donc abondante mais (voir paragraphe 6.1.2), la constante solaire n’a pratiquement pas varié ces 30 dernières années.

  2. L’autre alternative est donc la diminution de l’albédo. Si l’on en reste à des causes externes à l’activité humaine, le meilleur candidat est sans doute le volcanisme. Là encore, la littérature est abondante mais (voir paragraphe 6.4), l’influence des aérosols volcaniques ne dure en moyenne que une à deux années. Il faudrait donc supposer qu’après une longue période d’éruptions volcaniques fréquentes maintenant en quelque sorte un voile d’aérosols volcaniques quasi constant, l’activité s’est très fortement ralentie au cours du dernier siècle et surtout ces 30 dernières années. Rien, dans les archives ne soutient cette hypothèse : il y a certes eu des éruptions importantes dans le passé et plus fréquentes mais pas d’éruptions en rafale dans un passé récent.

7Une autre possibilité serait que le réchauffement soit dû des mécanismes internes au système climatique et n’ait rien à voir avec l’activité humaine. Il faut alors considérer des mécanismes dont l’échelle de temps est grande, l’océan est le meilleur candidat.

  1. On peut envisager un réchauffement de l’océan superficiel, lui même dû à des remontées d’eau moins froide, c’est-à-dire à une modification de la circulation thermohaline. Le problème n’est pas bien résolu mais les observations laissent apparaître un réchauffement plus important dans les régions continentales et, plutôt un refroidissement de l’Atlantique Nord ce qui ne va pas tellement dans le sens de cette hypothèse. Dans ce cas, bien sûr, le réchauffement récent serait dû à la manifestation retardée d’un réchauffement naturel plus ancien, l’océan ayant servi d’amortisseur.

  2. Une fréquence plus élevée des événements El Nino pourrait aussi provoquer un réchauffement moyen significatif. Il semble bien en effet que la fréquence de ces événements ait augmenté au cours du XXe siècle. On dispose cependant d’assez peu d’informations fiables sur leur fréquence dans les périodes plus anciennes. Il n’est pas sûr toutefois que cela suffise à expliquer l’amplitude du réchauffement global observé. En outre, on se retrouve un peu avec un problème d’œuf et de poule : pourquoi donc la fréquence des événements augmente-t-elle ?

8Une autre possibilité encore consiste à combiner une cause externe et un ou des mécanismes internes. Des chercheurs Danois ont ainsi trouvé que la couverture nuageuse semblait varier en fonction de l’activité solaire. Ils ont attribué ces variations aux rayons cosmiques : le vent solaire, lorsqu’il est important, diminue le flux de rayons cosmiques arrivant sur Terre et réciproquement. Ils ont donc émis l’hypothèse que les rayons cosmiques affectaient les noyaux de condensation et modulaient les propriétés des nuages. Par contre, ils n’ont pas trouvé de mécanisme reliant rayons cosmiques et particules nuageuses. L’article paru dans Physical Review Letters a eu un grand retentissement dans les médias. En fait, ces résultats ne reposent que sur des correspondances statistiques sur des périodes assez courtes ; en l’absence de mécanisme physique liant nuages et rayons cosmiques, il peut très bien ne s’agir que de coïncidence. En outre, les rayons cosmiques affectent surtout les hautes latitudes du fait du champ magnétique terrestre. A ces latitudes, l’effet de serre des nuages est souvent prépondérant ce qui renverse complètement leur argument. En fait, on peut sans doute trouver beaucoup de corrélations purement statistiques de ce type ; en l’absence d’explication physique des mécanismes en jeu, elles ne font pas beaucoup progresser le débat.

9Il faut bien noter que toutes ces hypothèses ne changent pas radicalement le problème. Si l’une d’elle ou une combinaison d’entre elles était la véritable cause du réchauffement observé, il n’en resterait pas moins que le forçage dû aux activités humaines est là et bien là et qu’il devrait donc finir par s’ajouter à ces causes naturelles. Par contre, puisque la concentration des gaz à effet de serre a déjà fortement augmenté, si le réchauffement observé a une autre cause, cela prouverait que le climat est moins sensible que prévu, c’est donc l’amplitude du réchauffement qui est en jeu, pas le réchauffement lui même.

7.2.3. Les rétroactions négatives

10L’autre approche consiste à rechercher, dans le système climatique, les mécanismes de compensation susceptibles d’agir de façon suffisamment efficace pour contrecarrer la tendance au réchauffement. Il s’agit des rétroactions, il faut donc trouver des rétroactions négatives négligées ou ignorées des modèles utilisés actuellement.

11Dans l’atmosphère, les meilleurs candidats sont les nuages et la vapeur d’eau. La vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre, toute modification de sa concentration mais aussi de sa répartition modifie très efficacement l’effet de serre de la planète. Le mécanisme sensible est ici la convection profonde (voir paragraphe 6.3.2) qui règne dans les régions tropicales. Pour schématiser, la convection consiste à évaporer l’eau de la surface de la mer et des surfaces émergées sursaturées puis à transporter vers le haut l’air ainsi enrichi en vapeur d’eau. Dans les régions tropicales, le réchauffement solaire intense et la température élevée de l’air permettent d’évaporer des quantités considérables de vapeur d’eau. Cet air est soulevé, se refroidit par détente adiabatique et l’eau contenue se condense, les gouttes d’eau croissent par divers mécanismes, entre autres par collisions et lorsqu’elles sont trop grosses pour rester en suspension, elles précipitent. De cette manière l’air s’assèche au cours de son ascension. Puisque sous les nuages convectifs, l’air monte, il faut bien qu’il redescende et donc, à côté de ces ascendances, on trouve des régions dites de subsidence où l’air redescend. Cet air est sec car il a perdu beaucoup d’humidité du fait des précipitations. Il y a donc, dans la haute troposphère tropicale, alternance de régions très humides et de régions beaucoup plus sèches, dépourvues de nuages. On les observe très bien depuis satellite.

7.2.3.1. Une rétroaction négative de la vapeur d’eau ?

  • 1 R. Lindzen est un chercheur du MIT (Massachussets Institute of Technology), spécialiste de la météo (...)

12L’idée de R. Lindzen1, est qu’il pourrait y avoir là une rétroaction négative ignorée par les modèles. Le fait qu’elle puisse être ignorée par les modèles n’a rien de surprenant : la convection est très difficile à représenter parce qu’il s’agit de mécanismes mal connus qui se déroulent à une échelle très inférieure à l’échelle de la maille des modèles. Il touche donc un point sensible. Quelle serait donc cette rétroaction ?

13L’idée est assez simple : il suffirait qu’avec le réchauffement, les précipitations soient plus intenses, l’air qui arrive en haut de la troposphère pourrait être plus sec. La haute troposphère et les zones de subsidence pourraient donc être plus sèches or les zones de subsidence sont dépourvues de nuages et le rayonnement infrarouge qui sort se la planète au dessus de ces régions n’est limité que par l’effet de serre des gaz atmosphériques au premier rang desquels, la vapeur d’eau. Si la quantité de vapeur d’eau y diminue, l’effet de serre correspondant diminue aussi et ces régions perdent davantage d’énergie. Globalement, il s’agirait bien d’une rétroaction négative dont l’amplitude pourrait être importante. On ne dispose cependant d’aucune information quantitative sur l’intensité éventuelle du mécanisme. On a aussi essayé d’utiliser les observations satellitaires pour chercher une relation entre la quantité de vapeur d’eau dans la haute troposphère et la température à la surface, les résultats ne confirment pas l’hypothèse de Lindzen mais leur précision est insuffisante pour en arriver à une conclusion définitive.

7.2.3.2. Une rétroaction négative des cirrus tropicaux ?

14Poursuivant la même idée, R. Lindzen a aussi avancé une autre hypothèse, celle d’une modulation de la couverture nuageuse haute résultant encore dans une rétroaction négative. Le moteur de la convection, c’est la condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’air ascendant et la libération de la chaleur latente correspondante qui le réchauffe. La parcelle d’air dans laquelle se produit la condensation est alors plus chaude que l’air qui l’entoure et est donc accélérée vers le haut. Cela continue jusqu’à ce que la parcelle rencontre des masses d’air plus chaudes qu’elle. A la limite entre la troposphère et la stratosphère, au niveau de la tropopause, la température diminue beaucoup moins rapidement avec l’altitude pour augmenter ensuite dans la stratosphère. En se soulevant et en se refroidissant, la parcelle devient alors plus froide que l’air qui l’entoure et redescend. Elle finit par se stabiliser au niveau de la tropopause et, puisque les parcelles suivantes continuent d’arriver, elle se déplace horizontalement. Dans cette parcelle, il y a de l’eau condensée, il y a donc extension horizontale du nuage au niveau de la tropopause. Les nuages convectifs sont des Cumulonimbus et cette extension correspond à leur enclume. Ces enclumes peuvent avoir une extension énorme et lorsque après l’orage, le cumulonimbus se disloque, elles persistent sous forme de cirrus épais tout en se déplaçant suivant les grandes ondulations de la circulation atmosphérique. On a vu au chapitre 5 que ce type de nuages avait un effet de serre considérable du fait de leur basse température. En examinant des observations satellitaires, au dessus du Pacifique Ouest (la warm pool), Lindzen et des collègues ont trouvé que la couverture de cirrus associée aux cumulonimbus diminuait quand la température de la mer augmentait ce qui pourrait conduire à une diminution importante de l’effet de serre.

L’effet d’iris des cirrus tropicaux

15L’idée de Lindzen est que les précipitations plus intenses conduirait à l’assèchement de la haute troposphère, à une diminution de l’étendue des cirrus tropicaux et, donc, à une diminution de l’effet de serre. Ce processus serait alors analogue à l’action de l’iris de l’œil qui se referme quand la lumière devient trop forte et vice versa. Les modèles prévoient plutôt l’inverse puisqu’ils prévoient, au contraire, une humidification de la haute troposphère. Lindzen et ses collègues ont estimé que si la concentration en CO2 doublait, cette réduction des cirrus tropicaux, en réduisant l’effet de serre, pourrait refroidir le système entre 0,45 et 1,1° C, une contre réaction qui serait donc très efficace. Cela ramènerait le réchauffement en 2100 à quelque part entre 0,6 et 2,3° C au lieu de 1,5 à 6° C.

16Pour arriver à ce résultat, Lindzen et ses collègues ont dû estimer l’effet de serre des cirrus et leur effet d’albédo. Cette estimation est très délicate et la marge d’incertitude est telle que d’autres chercheurs en reprenant la même démarche ont abouti à un résultat inverse, c’est-à-dire que la diminution de Cirrus cause une rétroaction faiblement positive et non négative. Pour l’essentiel, cette différence est due au fait que les cirrus tropicaux étant épais ont aussi un fort albédo. En conséquence, leur effet de serre est partiellement compensé. Il semblerait que Lindzen ait fortement sous évalué cet albédo. Le sujet reste d’actualité et le débat continue.

7.2.3.3. L’hypothèse de Gaïa

17Une autre idée a eu son heure de gloire, celle d’une rétroaction négative mettant en jeu production primaire océanique, aérosols et nuages. Elle est intéressante car elle illustre la complexité des phénomènes en jeu et les interactions étroites entre les différents compartiments du système. L’élément de base de cette affaire est le fait que le phytoplancton sécrète un gaz, le DMS (sulfure de diméthyle) qui sert à maintenir la pression osmotique des cellules. A la mort du phytoplancton, ce gaz est libéré dans la mer et se diffuse vers l’atmosphère. Il s’y oxyde en SO2 qui, à son tour, se transforme en H2SO4 pour finalement former des aérosols. Ce processus est, avec l’évaporation des embruns, la principale cause de formation d’aérosols au dessus des océans. L’idée était que le réchauffement favoriserait la production primaire et, donc, finalement la formation d’aérosols. Il en résulterait donc une augmentation de l’albédo par réflexion directe de la lumière par les aérosols (effet direct) et par l’intermédiaire des nuages (effet indirect). Ce serait donc une rétroaction négative. Si l’idée a été abandonnée depuis, c’est, qu’en fait, la production primaire est limitée, non pas par la température mais pas la disponibilité en sels nutritifs. On a d’ailleurs depuis réalisé une expérience d’ensemencement en fer dans l’océan Austral ; il en est effectivement résulté une augmentation de la production primaire.

7.3. En résumé

18En fait, le réchauffement n’est plus remis en cause, le fait que l’activité humaine y soit pour quelque chose non plus. Toute la question maintenant est de savoir si le réchauffement est essentiellement dû à l’activité humaine ou seulement marginalement. Dans le deuxième cas, le climat est assez peu sensible aux forçages, dans le premier cas, il l’est beaucoup plus. Puisque tout le monde est d’accord sur le fait que le forçage par les gaz à effet de serre devrait augmenter fortement, cette question est évidemment essentielle : à un même forçage correspondent des variations de température fort différentes. Les modèles prévoient une forte sensibilité du climat parce que la plupart des rétroactions qu’ils représentent sont positives et, donc, amplifient le réchauffement initial. La plus importante de ces rétroactions est celle de la vapeur d’eau ; c’est donc fort logiquement dans cette direction et dans celle de la rétroaction nuageuse que sont recherchées d’éventuelles rétroactions négatives. Les données disponibles actuellement, campagnes de mesures, observations satellitaires, ne permettent pas de confirmer les hypothèses avancées mais elles ne permettent pas de les exclure définitivement non plus. Il reste que l’important n’est pas tant de savoir si un mécanisme fonctionne en certaines occasions mais de connaître son intensité à l’échelle de la planète ce qui est encore bien plus difficile.

Notes

1 R. Lindzen est un chercheur du MIT (Massachussets Institute of Technology), spécialiste de la météorologie tropicale.

© Presses universitaires du Septentrion, 2003

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