Pour commencer l’année 2011, la Société Française d’Ecologie (SFE) vous propose ce regard de Valérie Masson – Delmotte, Directrice de recherches au CEA, sur le climat de notre Biosphère.
MERCI DE PARTICIPER à ces regards et débats sur la biodiversité en postant vos commentaires après cet article. Les auteurs vous répondront et une synthèse des contributions sera ajoutée après chaque article.
Le climat de notre Biosphère :
Deux questions à Valérie Masson – Delmotte
Directrice de recherche au CEA
( Fichier PDF )
Regard R10, édité par Anne Teyssèdre
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Ce regard n°10 de Valérie Masson-Delmotte est composite. Il comporte :
- Deux brèves vidéos, interviews de Valérie Masson – Delmotte issues de la série d’Anne Teyssèdre « Changement climatique et biodiversité » coproduite par le MNHN – le GIS Climat et la Huit en 2008;
- des transcriptions et adaptations textuelles de ces interviews, comportant figures et bibliographie, réalisées par V. Masson-Delmotte et A. Teyssèdre en janvier 2011.
Mots clés : Climat, biosphère, changements globaux, température globale, climat passé, méthodes et outils, facteurs d’impact, relation Homme-Nature, Anthropocène.
Y a-t-il un changement climatique mondial ?
Que sait-on des variations passées du climat ?
Bibliographie et liens Internet
Forum de discussion
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1 : Y a-t-il un changement climatique mondial ?
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(A. Teyssèdre et G. Dero, MNHH/GIS Climat/La Huit, 2008)
Lien vers cette vidéo en ligne sur Canal-U
Vidéo extraite de la série « Changement climatique et biodiversité » d’Anne Teyssèdre
(MNHN – GIS Climat – La Huit, 2008)
Transcription et adaptation de l’exposé :
Le climat de notre planète se réchauffe, cela ne fait aucun doute. On a observé, grâce au réseau de mesures météorologiques, une augmentation de température moyenne de 0,8°C depuis 1900. Ces mesures de température sont de plus en plus précises au plan géographique : il y avait 4000 sites de mesure en 1900, on en compte 8000 aujourd’hui. On dispose en outre d’une approche globale grâce aux satellites.
Fig.1 : Variation de la température moyenne à la surface de la Terre depuis 1880 (source : NASA-GISS )
Il n’y a absolument aucun doute sur l’ampleur de ce réchauffement global. Mais cette valeur moyenne de 0,8°C masque un réchauffement qui varie selon les régions. Il est plus marqué sur les continents que sur les océans, et également plus marqué vers les régions polaires, comme sur la péninsule antarctique, ou sur les continents autour de l’Arctique. Dans ces régions, on observe un réchauffement d’environ 2°C au cours des derniers cinquante ans.
L’augmentation des températures, ce sont également des océans qui se dilatent, et la plupart des glaciers qui fondent – deux facteurs qui font monter le niveau des mers. Ce niveau a augmenté d’environ 20 cm au cours du dernier siècle; ce rythme s’est accentué depuis une quinzaine d’années, dépassant 3 mm/an.
On observe également l’effet de ce réchauffement sur les paysages et la végétation qui nous entoure, avec un allongement de la saison de croissance des plantes : celles-ci ont leurs premières feuilles et fleurs plus tôt, et à l’inverse perdent leurs dernières feuilles plus tard. Par exemple en France les vendanges sont en moyenne de plus en plus précoces.
Le changement climatique, ce n’est pas qu’un changement de la température moyenne globale, mais c’est aussi toute la circulation de l’atmosphère qui change. Typiquement, on observe de moins en moins d’hivers très froids et d’épisodes de gel intense, et à l’inverse de plus en plus de vagues de chaleur ou de canicules en été. En France, cela a été très spectaculaire au cours de l’été 2003, avec une vague de chaleur extrêmement marquée qui a eu des conséquences dramatiques pour les personnes fragiles.
Le climat, c’est aussi tout le cycle de l’eau. Lorsque le climat se réchauffe, la circulation de l’atmosphère est modifiée, et avec elle l’apport de pluies. Ce que l’on observe à grande échelle, c’est une augmentation des périodes sèches, c-à-d. des jours successifs dans aucune pluie, mais aussi une concentration des précipitations sous forme de pluies intenses, ce qui est associé à un risque d’inondation qui augmente.
2 : Que sait-on des variations passées du climat ?
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(A. Teyssèdre et G. Dero, MNHH/GIS Climat/La Huit, 2008)
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Lien vers cette vidéo en ligne sur Canal-U
Vidéo extraite de la série « Changement climatique et biodiversité » d’Anne Teyssèdre
(MNHN – GIS Climat – La Huit, 2008)
Transcription et adaptation de l’interview :
Fig.2 : Illustration des échelles de temps des différents facteurs externes pouvant affecter le climat (forçages astronomiques, géologiques), ainsi que des facteurs internes au système climatique, et de la perturbation anthropique. D’après Bard E., 2006. L’homme et le climat, une liaison dangereuse. Découvertes Gallimard, Paris.
Par le passé, le climat n’a jamais été stable. A différentes échelles de temps, il a réagi aux différentes perturbations qui se sont succédées.
A l’échelle de dizaines de millions d’années, ce qui fait varier le climat, ce sont des facteurs dits tectoniques, liés à la position des continents et des océans, ou à la formation des chaînes de montagnes. On imagine bien que si les continents sont essentiellement en zone tropicale, le climat sera plus chaud que s’ils sont situés près des pôles, où peuvent se construire de grandes calottes de glace. A cette échelle de temps là, on a identifié un lien étroit entre les variations naturelles du cycle du carbone et du contenu en gaz à effet de serre dans l’atmosphère, d’une part, et les températures d’autre part. Période avec plus de gaz à effet de serre, période plus chaude.
Si on fait un zoom maintenant, et qu’on s’intéresse au dernier million d’années, à cette échelle de temps, le climat est marqué par des cycles entre périodes glaciaires et périodes chaudes relativement brèves. Ces cycles ont une durée d’environ 100.000 ans. Ils résultent des variations de l’énergie solaire reçue, parce que l’orbite de notre planète autour du soleil fluctue à cette échelle de temps.
Le schéma ci-dessous (Fig.3) montre l’évolution au cours des derniers 800.000 ans : de la teneur atmosphérique en méthane (CH4, en vert, tout en haut) et en CO2 (en gris, au dessous), de la température de surface antarctique (multicolore, plus bas), du niveau des mers (en bleu, plus bas), en enfin de l’ensoleillement d’été dans l’hémisphère Nord (en jaune, tout en bas), qui varie avec les paramètres de l’orbite terrestre.
Entre une glaciation et une période chaude, l’amplitude du changement de température est de l’ordre de 5°C. Ce sont les changements climatiques les plus considérables et les plus récents, et ils ne représentent que 5°C – c’est-à-dire quasiment ce que les modèles de climat suggèrent d’ici à 2100 en réponse au surplus de gaz à effet de serre d’origine humaine. Cela montre à quel point cet ordre de grandeur est important en termes de conséquences. D’autre part, l’étude des climats du passé montre que ces grands changements se sont produits à une échelle de temps de l’ordre de 10.000 ans, à comparer à une même amplitude en quelques dizaines d’années, pour la période actuelle. On voit donc qu’on n’est pas dans les mêmes vitesses de bouleversement.
[Fig.3 ] Les données sur les climats du passé nous montrent également qu’au cours de ces périodes glaciaires et interglaciaires, deux facteurs clefs ont joué sur l’ampleur des changements de température. Ce sont d’une part les variations d’extension des glaces, qui couvraient les continents de l’Hémisphère Nord en période froide et amplifiaient le refroidissement, et d’autre part les variations naturelles du cycle du carbone, en particulier la manière dont l’océan peut plus ou moins stocker de dioxyde de carbone.
Grâce à l’analyse des bulles d’air prises dans les glaces polaires, on peut d’ailleurs suivre les concentrations de gaz à effet de serre depuis 800.000 ans. On constate que les activités humaines, en rejetant des énergies fossiles, ont ajouté 30% de CO2 dans l’atmosphère par rapport à toutes les périodes chaudes des derniers 800.000 ans, et plus de deux fois plus de méthane (CH4) que les concentrations naturelles. C’est pour cela que la période actuelle est désignée du terme d’Anthropocène, indiquant une période où la première chose que l’on voit, c’est la marque de l’Homme sur la composition de l’atmosphère globale et sur le climat. D’une certaine manière, nous jouons le rôle d’une force géologique en injectant très rapidement des combustibles fossiles directement dans l’atmosphère.
Fig.4 : Evolution des teneurs atmosphériques en dioxyde de carbone (CO2, en haut), méthane (CH4, au milieu) et protoxyde d’azote (N2O, en bas) depuis 10.000 ans.
Les climats du passé nous montrent aussi que le climat peut varier non seulement lentement, sur un intervalle d’environ 10.000 ans, à l’échelle globale, mais aussi très rapidement, en quelques dizaines d’années, dans certaines zones. C’est en particulier le cas dans l’Atlantique Nord, où la dernière période glaciaire est ponctuée par vingt cinq événements abrupts, avec des réchauffements pouvant atteindre dix degrés en quelques dizaines d’années. Soulignons que ces réchauffements ne sont pas globaux, comme les précédents : ce sont des réorganisations des transports de chaleur de l’Equateur vers les pôles par les courants marins. Il y a donc l’approche globale d’une part, mais aussi localement l’identification de zones vulnérables, où en particulier la circulation de l’océan ou de l’atmosphère peut réagir très brutalement.
Pour finir, on regarde également comment le climat a varié d’une année à l’autre dans un passé récent, au cours des derniers siècles et millénaires, grâce aux informations saisonnières ou annuelles préservées dans les anneaux de croissance des arbres, les coraux, les glaciers… Cela nous montre que le réchauffement des trente dernières années est exceptionnel par rapport à ce que l’on sait des variations précédentes du climat, au cours des derniers siècles.
Bibliographie et sites web
Articles scientifiques
Capron, E., Landais A. et al., 2010. « Millennial and submillennial scale climatic variations recorded in polar ice cores over the last glacial period. » Climate of the Past 6: 345-365.
Etien N., V. Daux et al., 2008. « A bi-proxy reconstruction of Fontainebleau (France) growing season temperature from A.D. 1596 to 2000. » Climate of the Past 4: 91-106.
Jouzel J, Masson-Delmotte V. et al. 2007. Orbital and millennial Antarctic climate variability over the past 800,000 years. Science, 317: 793–796.
Jouzel J. et V. Masson, 2010. Paleoclimates : What do we learn from deep ice cores ? Wiley Interdisciplinary Reviews : Climate Change 1 (5): 654-669.
Sites web et documents en ligne :
Site du GIS Climat-Environnement-Société
Masson-Delmotte V. et al., 2007. 800.000 ans d’histoire du climat. Article en ligne sur le site de Pour la Science
Rapports et publications du GIEC, en français
Série vidéo ‘Changement climatique et biodiversité’. A. Teyssèdre, MNHN-GIS Climat-la Huit, 2008
Trois livres de vulgarisation (en français) :
Jouzel J., Lorius C. et D. Raynaud, 2008. Planète blanche – Les glaces, le climat et l’environnement, Odile Jacob, Paris.
Bard E., 2006. L’homme et le climat, une liaison dangereuse. Découvertes Gallimard, Paris.
Mélières M-A. et C. Maréchal, 2011. Climat et société : climats passés, passage de l’Homme, climat futur : repères essentiels, CRDP Grenoble.
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Article transcrit et adapté de deux vidéos de la série d’Anne Teyssèdre « Sciences en Questions : Changement climatique et biodiversité », coproduite par le MNHN, le GIS Climat et la Huit en 2008.
Il y a quelques années, j’avais entendu parlé du possible « blocage » du Gulf Stream suite au réchauffement climatique.
J’aimerai savoir ce qu’il en est de cette hypothèse.
Merci.
Bonjour,
Cette idée avait été popularisée par un film catastrophe, « le jour d’après ».
La circulation méridienne dans l’Océan Atlantique est pilotée par les gradients de densité de l’eau de mer qui dépendent de sa salinité et de sa température (alors que le Gulf Stream, courant de surface, dépend essentiellement de la rotation de la Terre). Les données des climats passés montrent une succession d’instabilités rapides pendant les périodes glaciaires. Au Groenland, elles sont marquées par des phases froides (interstades) puis des réchauffements abrupts (8 à 16°C en quelques décennies à quelques siècles), l’ensemble étant appelé « évènements de Dansgaard-Oeschger ». Ces évènements ont des répercussions globales et une contre-partie antarctique de faible amplitude (1-3°C) et déphasée (bascule inter-hémisphérique). Ils sont liés à des modifications du transport de chaleur par les courants marins de l’Océan Atlantique (et donc des effets opposés aux deux pôles). La cause de ces instabilités tiendrait à une circulation océanique glaciaire plus instable et qui réagirait à des apports brutaux d’eau douce (fonte et écoulement des calottes glaciaires). Il s’est produit un petit évènement froid (refroidissement de quelques degrés dans le secteur Atlantique nord pendant ~200 ans) il y a 8200 ans (donc en début de période interglaciaire) lié à la vidange brutale du lac Agassiz (qui accumulait de l’eau de fonte de la calotte nord américaine). Ces évènements ne sont pas la cause des glaciations, qui démarrent par des refroidissements parallèles aux deux pôles pendant plusieurs milliers d’années, en réponse à des modifications de la distribution de l’ensoleillement liée aux variations lentes de l’orbite terrestre.
Les modèles de climat représentant la circulation océanique et atmosphérique parviennent à simuler des bascules interhémisphériques en réponse à des apports importants d’eau douce dans l’Atlantique nord.
En réponse à des augmentations de teneurs en gaz à effet de serre, certains modèles de climat tendent à simuler un ralentissement du transport de chaleur vers l’Atlantique nord, mais dans les simulations standards pas de changement abrupt. Dans sa thèse, Didier Swingedouw (LSCE) a montré que si l’on prend en compte de manière simplifiée la fonte de la calotte du Groenland en réponse à 2x le niveau pré industriel de CO2, pendant 500 ans, le flux d’eau peut être suffisant pour provoquer un ralentissement très important de la plongée d’eaux profondes et de la circulation méridienne dans l’Atlantique. Cela ne change que marginalement l’ampleur du réchauffement global, mais module sa répartition (réchauffement plus marqué près de l’équateur mais moins marqué dans l’Atlantique nord).
Pour en savoir plus :
http://www.clim-past.net/6/345/2010/cp-6-345-2010.pdf (anglais)
http://dods.ipsl.jussieu.fr/dssce/public_html/ (français)
Bonjour Valérie,
Merci beaucoup pour cet exposé clair sur les changements climatiques actuels et passés. Les modèles climatiques que vous étudiez s’intéressent aussi au futur, plus ou moins proche. Est-ce que les modèles de réchauffement climatique mondial (induit par l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre) prévoient pour la plupart des hivers plus froids aux latitudes tempérées ? Si oui, selon quel mécanisme ?
J’ai lu également que les modèles (ou certains modèles ?) climatiques prévoient des tempêtes plus intenses en hiver dans l’Hémisphère Nord, et plus intenses toute l’année dans l’Hémisphère Sud. Est-ce le cas, et si oui pourquoi ?
Anne
A propos de modélisation et de scénarios climatiques à moyen terme (2020-2100), et bien que Sylvie Joussaume et Nathalie de Noblet doivent traiter ces sujets d’ici quelques mois sur cette plateforme, j’aimerais aborder une question très préoccupante à l’échelle mondiale : celle des interactions et boucles de rétroactions positives entre climat et biodiversité, source d’effets non linéaires et de basculement vers d’autres états des écosystèmes et du climat.
C’est le cas en particulier pour les forêts tropicales, menacées par la déforestation et les sécheresses croissantes d’atteindre un point de basculement et d’emballement vers l’état de savane, catalysant lui-même le réchauffement climatique mondial (Nepstad et al. 2008, Nobre & Borma 2009, et regard de Nathalie de Noblet à venir sur cette plateforme). [C’est également un risque avec la fonte actuelle des sols gelés de la toundra qui favorise la libération de méthane autre gaz à effet de serre…] Pourriez-vous brièvement expliciter les mécanismes – et l’ampleur des risques – en cause dans ces spirales d’interactions ?
Je viens d’apprendre que Valérie Masson est absente pour un mois, dans les frimas canadiens, sans possibilité de connexion directe sur Internet. Elle ne pourra donc guère répondre aux questions qui lui sont posées sur cette plateforme avant la fin du mois. Mais peut-être qu’un autre climatologue pourrait intervenir en attendant son retour ?… Et le débat pourrait aussi continuer un chouïa sans climatologue..
Par exemple, l’accroissement de la sécheresse dans les régions au climat aride ou semi-aride (tels que l’Afrique du Nord et le Moyen Orient), de même que l’augmentation de la fréquence des tempêtes et ouragans dans les régions côtières (intertropicales, mais aussi tempérées) « impacte » durement de nombreux écosystèmes et les populations humaines qui y vivent. Cette dynamique de dégradation des écosystèmes liée au climat, conduisant notamment à la sursaturation des régions arides densément peuplées, soulève de grands problèmes écologiques, économiques et sociaux qui seront abordés plus spécifiquement dans d’autres ‘regards’ sur cette plateforme. Mais j’aimerais souligner dès maintenant l’importance de ces impacts pour l’ensemble des sociétés qui sont interdépendantes – notamment celles du « Nord » et du « Sud » – , et donc la nécessité de réponses politiques et économiques internationales rapides et adaptées..
Bonjour,
Voici quelques éléments de réponse (tardifs) à la question portant sur les liens entre le climat et le cycle du carbone.
Les données des climats passés témoignent très largement des interactions à l’échelle géologique, au cours du dernier million d’années, entre ces deux systèmes. Quand le cycle du carbone change, et que cela modifie la teneur en gaz à effet de serre dans l’atmosphère, le climat y réagit. Une lente diminution des teneurs en gaz à effet de serre liée aux processus d’érosion et d’altération est estimée, avec des niveaux de CO2 passant d’environ 1000 ppmv à 300-400 ppmv entre 50 millions d’années et 3 millions d’années, probablement à l’origine du lent refroidissement du climat global. Le début de l’englacement de l’Antarctique, il y a approximativement 34 millions d’années, puis du Groenland, il y a environ 3 millions d’années, ont amplifié ce refroidissement. Au cours du dernier million d’années, les changements d’orbite terrestre ont provoqué des changements de climat, de circulation océanique, lesquels ont en retour modulé la teneur en gaz à effet de serre et rétroagi sur le climat.
Bonjour,
Pour compléter sur les couplages entre le climat et le cycle du carbone, il faut noter qu’une large fraction des émissions anthropiques de dioxyde de carbone est actuellement absorbée par des puits « naturels » de carbone, que sont l’océan (qui s’acidifie), la végétation et les sols. Au final, seulement environ 45% des émissions de dioxyde de carbone restent dans l’atmosphère.
Une question très importante pour l’évolution future du climat tient au devenir de ces puits naturels de carbone : vont-ils augmenter à mesure des rejets de dioxyde de carbone? vont-ils saturer, entraînant un risque de réchauffement plus important, à niveau d’émissions de gaz à effet de serre donné?
Ces questions sont abordées sur le climat actuel, en construisant de grands réseaux de mesure des concentrations en gaz à effet de serre dont les données permettent d’estimer les flux de gaz à effet de serre, région par région, et ainsi le fonctionnement des puits naturels. On a ainsi pu déterminer que pendant la vague de chaleur de l’été 2003, les sols et forêts européens se sont transformés en source de dioxyde de carbone, la respiration devenant plus importante que la photosynthèse.
Elles sont également abordées en représentant, dans des modèles dits de « système Terre », les couplages entre le climat et le cycle du carbone océanique et terrestre. Ces modèles sont ensuite utilisés en réponse à des scénarios d’émissions de gaz à effet de serre, pour calculer les concentrations dans l’atmosphère, en prenant en compte les puits de carbone. A ce jour, les simulations existantes suggèrent qu’il faut alors revoir à la hausse le risque climatique. Certains phénomènes comme l’impact de la fonte du pergélisol restent mal compris et font l’objet d’études importantes.
Pour en savoir plus :
– le 4ème rapport du GIEC qui explore ces aspects dans le chapitre 10 sur les projections globales (www.ipcc.ch)
– le Global Carbon Project qui fait le point régulièrement sur l’évolution des teneurs en gaz à effet de serre et les estimations des flux de carbone des différents compartiments (atmosphère, océan, sols et végétation) : http://www.globalcarbonproject.org/
– le réseau français (RAMCES) et européen (ICOS) de suivi des gaz à effet de serre, une très grande infrastructure de recherche :
http://www.icos-infrastructure.eu/
Valérie.