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LES MÉCANISMES CLIMATIQUES :

Le Soleil, par l’énergie que la Terre en reçoit, est le moteur principal de la machine climatique. L’énergie rayonnée par le Soleil fait l’objet d’observations dont la précision s’est accrue avec les données fournies par les satellites. Une partie de l’énergie solaire (principalement contenue dans la partie visible du spectre électromagnétique) est directement renvoyée vers l’espace par les nuages et la surface terrestre (albédo) ; l’autre partie est absorbée par le sol et les océans. En situation d’équilibre, ces derniers rayonnent toute cette énergie dans l’infrarouge en direction de l’espace. Mais l’atmosphère7, à son tour, absorbe une partie de ce rayonnement terrestre et le réémet à la fois vers l’espace et vers le sol. La surface de la Terre est donc plus chaude qu’elle ne le serait sans atmosphère : c’est ce qui est connu sous le nom d’effet de serre. Les molécules responsables de cet effet sont la vapeur d’eau, le gaz carbonique et d’autres gaz comme le méthane et le protoxyde d’azote. Quand les conditions changent — que ce soit par l’énergie reçue du Soleil ou par le contenu en gaz à effet de serre — le système climatique évolue vers un nouvel état d’équilibre. C’est ce que les climatologues désignent sous le vocable de réponse à un forçage. Dans cette évolution, le changement d’un paramètre entraîne des modifications d’autres paramètres : par exemple, l’élévation de température augmente le contenu en vapeur d’eau et en gaz carbonique de l’atmosphère, modifie la couverture nuageuse, diminue le volume des glaces continentales, etc. L’augmentation de température de l’océan risque de diminuer l’efficacité de celui‐ci pour absorber une partie du carbone anthropique. Ces rétroactions peuvent être positives, renforçant l’effet du forçage initial, ou négatives quand elles le réduisent. Selon les paramètres qui entrent en jeu, ces effets, qui peuvent être quantitativement importants, se manifestent sur des périodes courtes, de quelques jours pour l’évolution de l’atmosphère ou, au contraire, très longues pour l’océan. Les effets potentiels de l’activité du cycle solaire sur le climat sont l’objet de controverses mais donnent lieu à des recherches actives. Certains mécanismes invoqués concernent l’effet du rayonnement cosmique galactique, fortement modulé par le vent solaire qui pourrait affecter la formation des nuages ; des couplages supplémentaires entre la stratosphère et la troposphère associés à des courants électriques sont également évoqués. Ces effets, secondaires par rapport à lʹeffet des conditions atmosphériques telles que la teneur en vapeur dʹeau, la stabilité et la circulation générale de lʹatmosphère, etc., dépendent d’une physique sous‐jacente qui fait actuellement l’objet d’études expérimentales au CERN. D’autres mécanismes, qui mettent en jeu l’évolution importante de la composante UV au cours du cycle et qui modifient la distribution dʹozone stratosphérique, sont actuellement à lʹétude. L’océan est un élément essentiel du système climatique, en raison de sa dynamique et de son inertie thermique qui lui confèrent une évolution beaucoup plus lente que celle de l’atmosphère. Il joue ainsi un rôle de régulateur à long terme du système, retardant de plusieurs siècles, voire millénaires, le retour à l’équilibre après des perturbations climatiques majeures. Des couplages de l’océan avec l’atmosphère, encore insuffisamment connus, naissent les grandes perturbations climatiques naturelles, comme El Niño ou l’Oscillation Nord‐ Atlantique, qui se manifestent sur des échelles de temps de quelques années à quelques décennies. Les calottes glaciaires et les climats du Quaternaire sont connus à partir des analyses des carottages de glace. Ils ont montré, à la fois une oscillation entre périodes glaciaires et interglaciaires, et une stabilité globale pendant les derniers millénaires, indiquant l’existence d’au moins une rétroaction négative efficace, en premier lieu l’émission de rayonnement infrarouge terrestre. Les basculements entre périodes glaciaires et interglaciaires semblent, eux, affectés par des rétroactions positives fortes entre température, contenu en CO2 et surfaces des calottes glaciaires de l’hémisphère Nord pour les variations les plus rapides. Les gaz à effet de serre L’effet direct d’un changement de concentration du CO2 sur l’atmosphère est bien compris. Il se traduit par une augmentation du rayonnement infrarouge émis par le sol, évaluée à 3,7 ± 0,1 W/m2 pour un doublement du CO2 atmosphérique, correspondant à un réchauffement moyen en surface évalué à 1,1 ± 0,2 °C. Environ la moitié du CO2 produit par les activités humaines à un moment donné et rejeté dans l’atmosphère, y subsiste. L’autre moitié est actuellement absorbée par l’océan8 et la végétation continentale : il faut environ un siècle pour que la fraction transmise à l’atmosphère soit diminuée de moitié. La connaissance des mécanismes d’échanges océan‐atmosphère et continent‐atmosphère a fait de grands progrès mais reste encore incertaine pour des prédictions plus précises à l’échelle du siècle. Cette connaissance dépend de la description de la circulation océaLes incertitudes sur l’effet global indirect d’un changement de concentration du CO2, avec toutes les rétroactions prises en compte, font l’objet de débats au sein de la communauté des climatologues. La complexité des rétroactions a conduit la majorité des scientifiques à conclure que les modèles sont indispensables pour évaluer correctement cet effet indirect. nique profonde et de la complexité de la photosynthèse.

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