Chapitre 1 – Le climat et ses perturbations (1re partie)

Les changements climatiques constituent l’un des principaux défis du XXI^e siècle. Les connaissances scientifiques sur le climat terrestre, sur l’effet de l’action humaine dans son évolution et, à l’inverse, sur les conséquences des perturbations climatiques sur nos sociétés s’affinent constamment. Devant la masse imposante d’information disponible et le flot incessant de nouvelles publications, responsables politiques, citoyennes et citoyens s’y perdent facilement. La Bibliothèque de l’Assemblée nationale vous propose une série de notes synthétiques expliquant les principaux aspects de cet enjeu de fond planétaire.

Dans le premier chapitre de cette série, nous tâcherons d’abord de définir la notion de climat et de cerner les principaux facteurs, naturels et anthropiques^[1], qui l’influencent. Nous esquisserons ensuite un portrait des gaz à effet de serre (GES) présents dans l’atmosphère et dresserons un bilan mondial de leurs émissions. Dans un troisième temps, nous ferons un tour d’horizon des principaux changements du climat observés à ce jour dans le monde. Puis, nous démystifierons la modélisation climatique afin de présenter brièvement les scénarios d’émissions de GES et les projections climatiques utilisées pour prévoir le climat futur. Pour terminer, nous explorerons les répercussions actuelles et anticipées des changements climatiques sur les aspects physique et biologique de notre environnement.

Le présent article constitue la première des cinq parties du premier chapitre.

Cette fiche d’information est également accessible en version complète sur le site web de la Bibliothèque de l’Assemblée nationale, comme d’autres notes produites par le Service de la recherche.

Analyse et rédaction
Mathieu LeBlanc
Xavier Mercier Méthé
Service de la recherche
Recherche documentaire
Simon Mayer
Service de la référence
Traitement graphique et des illustrations
Marie-Claude Chabot-Fradette
Direction des communications

INTRODUCTION

Les changements climatiques ont fait couler beaucoup d’encre au cours des dernières décennies. Schématiquement résumées, trois attitudes se dégagent généralement de cette problématique. Pour les plus alarmistes, il est déjà trop tard pour sauver l’humanité des bouleversements de notre environnement. À l’opposé, les climatosceptiques s’obstinent à nier l’existence des changements climatiques ou, du moins, en rejettent la responsabilité de l’Homme. Entre ces deux extrêmes, bien des gens tentent souvent tant bien que mal de fournir leur part d’efforts pour l’environnement, malgré une compréhension plus ou moins éclairée des principes scientifiques qui sous-tendent les changements climatiques. Cette incompréhension s’explique, entre autres, par l’absence de manifestations tangibles des changements climatiques dans le quotidien des gens. Si les scientifiques, à travers leurs études et leurs analyses, observent déjà des perturbations du climat et plusieurs conséquences sur les êtres humains et leur environnement tout autour du globe, ces témoignages des changements climatiques ne sont pas toujours perceptibles par le grand public. En se fondant sur leurs modèles, souvent compliqués à comprendre par le commun des mortels, ces mêmes scientifiques prévoient que la gravité des changements climatiques qui surviendront au cours du 21^e siècle dépendra de l’effort de lutte qui y sera consenti.

1.1 CLIMAT

MÉTÉO ET CLIMAT

On confond souvent la « météo » avec le « climat ». Or, ces deux notions ne sont pas interchangeables : elles renvoient à des concepts reliés, mais distincts.

La météo fait référence à l’état quotidien de l’atmosphère et à ses variations à court terme (minutes, jours, semaines). C’est le temps qu’il fait en un endroit donné. On parle généralement de la météo comme d’une combinaison, entre autres, de la température, des précipitations, du taux d’humidité, de la couverture nuageuse et de la vitesse des vents.

Le climat, quant à lui, décrit ce que représente en moyenne la météo d’un endroit sur une longue période (plusieurs dizaines d’années et plus). Le climat peut être, bien sûr, mesuré en considérant la planète entière comme un seul lieu, décrivant ainsi l’état de l’atmosphère tout autour du globe dans son ensemble et ses variations à long terme.

QU’EST-CE QUI INFLUENCE LE CLIMAT?

Plusieurs facteurs affectent le climat, dans une dynamique complexe, que ce soit à l’échelle planétaire ou locale. Certains de ces facteurs influencent le climat sur le long terme (milliers d’années), alors que d’autres agissent plutôt sur le court terme (dizaines à centaines d’années). Loin d’être exhaustive, cette section présente quelques-uns de ces facteurs ayant un effet considérable sur le climat et son évolution.

ÉNERGIE DU SOLEIL ET COURANTS ATMOSPHÉRIQUES

Le moteur même de la machine climatique est l’apport d’énergie solaire à la surface de la Terre. Naturellement, la quantité de chaleur reçue n’est pas égale à travers le globe. En effet, l’angle d’incidence du rayonnement solaire n’est pas le même partout en raison de la forme sphérique de la planète, ce qui fait en sorte que les régions de l’équateur reçoivent davantage de chaleur que les régions des pôles. La dynamique climatique cherchant un certain état d’équilibre, le surplus de chaleur des régions équatoriales est transporté vers les régions des hautes latitudes, surtout par les courants atmosphériques. Il y a donc un mouvement d’ensemble de chaleur de l’équateur vers les pôles.

CYCLES DE MILANKOVITCH

Sur le long terme, à l’échelle de dizaines et de centaines de milliers d’années, l’évolution du climat planétaire représente une alternance cyclique d’ères glaciaires et d’ères interglaciaires. Cette alternance est surtout causée par l’existence de trois cycles astronomiques, nommés cycles de Milankovitch^[2], qui influencent directement la quantité d’énergie solaire reçue à la surface terrestre. Pour être plus précis, ces cycles entraînent des variations périodiques de l’excentricité de l’ellipse terrestre, de l’obliquité de l’axe de rotation de la Terre et de la précession des équinoxes. Chacun des cycles de Milankovitch, résumés dans la figure 2, affecte le climat à sa façon et possède sa propre périodicité. En fonction de la quantité d’énergie solaire reçue à sa surface, la planète se trouve ainsi en période glaciaire ou interglaciaire. L’ère interglaciaire actuelle, nommée l’Holocène, dure depuis près de 12 000 ans.

CYCLES SOLAIRES

Le Soleil ne brille pas à la même intensité et n’émet pas le même niveau de rayonnement en permanence. Il s’agit du résultat de son champ magnétique complexe qui fait en sorte que l’activité solaire varie selon un cycle de onze ans. Le champ magnétique du Soleil étant à l’origine de taches apparaissant à sa surface, les cycles solaires sont mesurables par le nombre de ces taches visibles. Les variations de l’activité solaire au cours d’un cycle ont ainsi une influence sur le climat de la Terre, mais celle-ci serait plutôt limitée.

OCÉANS ET COURANTS OCÉANIQUES

Les océans constituent une composante majeure du système climatique. Leur participation dans la régulation du climat est plutôt lente et se fait donc à long terme. D’abord, grâce à la capacité thermique élevée de l’eau, les océans exercent un effet tampon puissant sur le climat. Cet effet tampon se traduit par une tendance à atténuer les excès de chaleur dans l’atmosphère, mais il ne s’arrête pas là. En plus d’absorber une grande quantité de chaleur, les océans captent aussi une quantité non négligeable de dioxyde de carbone (CO₂). Ils exercent donc un contrôle crucial sur l’intensité des changements du climat et sur la vitesse à laquelle ceux-ci se réalisent.

De plus, les courants océaniques, comme les courants atmosphériques, jouent un rôle important dans les échanges de chaleur entre l’ensemble des régions du globe. Les différents types de courants océaniques agissent de façon concomitante, mais à des échelles spatiotemporelles variées. On trouve notamment des courants générés par les marées, par le vent, par une différence de densité de l’eau de mer entre deux régions ainsi que par la plongée en profondeur de masses d’eau très froide et salée lors de la formation des glaces aux pôles.

AÉROSOLS, NUAGES ET VOLCANISME

Les aérosols constituent différents types de particules en suspension dans l’atmosphère. En général, ils ont la propriété de refléter le rayonnement solaire, de sorte que le rayonnement direct diminue à la surface terrestre. Ils agissent en tant que barrière au rayonnement solaire en quelque sorte. De plus, les aérosols favorisent souvent la création de nuages, qui font aussi obstacle au rayonnement. Ils ont donc globalement un pouvoir refroidissant^[3] sur l’atmosphère. On trouve différentes sources naturelles d’aérosols, comme l’érosion éolienne du sol, qui contribue à envoyer de petites particules dans l’atmosphère, ainsi que la production de diméthylsulfure (DMS) par certains organismes marins.

Les volcans représentent une autre source naturelle d’aérosols, dont les effets sur le climat sont détectables, mais de courte durée. Lors d’une éruption volcanique, de grandes quantités de dioxyde de soufre (SO₂) et de cendres sont émises dans l’atmosphère. Lorsque le dioxyde de soufre se mélange à la vapeur d’eau en suspension dans l’air, il forme un aérosol. Après une éruption volcanique majeure, les aérosols et les poussières volcaniques s’étendent autour du globe en quelques jours. La grande quantité d’aérosols diminue ainsi momentanément le rayonnement solaire atteignant la surface terrestre. L’effet refroidissant pour l’atmosphère qui en découle ne dure cependant que de quelques mois à quelques années tout au plus.

On trouve aussi certaines sources anthropiques d’aérosols, bien qu’elles soient faibles par rapport aux sources naturelles, comme la combustion d’énergies fossiles qui produit du dioxyde de soufre ainsi que la déforestation qui exacerbe l’érosion éolienne du sol.

ALBÉDO DES SURFACES

L’albédo se définit comme la fraction de l’énergie lumineuse que réfléchit ou diffuse un corps non lumineux, comme la surface de la Terre. Selon ce qui la compose, la surface de la Terre a donc un albédo variable. Les surfaces enneigées ou englacées ont un albédo élevé, c’est-à-dire qu’elles réfléchissent une proportion substantielle de l’énergie lumineuse qui les atteint. Ces surfaces agissent en d’autres mots comme des miroirs au rayonnement solaire et contribuent donc au refroidissement de l’atmosphère. À l’inverse, les surfaces foncées, comme celles recouvertes d’asphalte, ont un albédo plus faible, et absorbent ainsi davantage l’énergie lumineuse. Elles contribuent alors au réchauffement de l’air.

L’albédo des surfaces joue un rôle important dans la régulation du climat, surtout par ses rétroactions sur ce dernier. En effet, une surface enneigée ou englacée, comme l’inlandsis^[4] du Groenland, par exemple, qui a initialement un pouvoir refroidissant grâce à son albédo élevé, voit son albédo diminuer avec la fonte de la neige et de la glace en raison de la hausse des températures atmosphériques. La baisse de l’albédo de cette surface contribue ainsi au réchauffement de l’air à son tour. Cela exacerbe la fonte de la neige et de la glace ainsi que la baisse de l’albédo de la surface, et ainsi de suite.

EFFET DE SERRE ET GAZ À EFFET DE SERRE

L’effet de serre est un des facteurs influençant de façon significative le climat. Il nous intéresse ici particulièrement puisque l’humain y joue un rôle considérable depuis la révolution industrielle au 19^e siècle.

L’effet de serre est un phénomène d’origine naturelle qui entraine la conservation d’une partie de la chaleur émise par le Soleil dans l’atmosphère de la planète. Sans l’effet de serre, le développement de la vie serait plus difficile. La température moyenne à la surface de la Terre serait d’environ -18 °C. Grâce à l’effet de serre, la température moyenne sur Terre est d’environ 15 °C. Plus précisément, l’énergie provenant du Soleil qui traverse l’atmosphère est absorbée en partie par la surface de la planète. L’énergie emmagasinée par le sol et les océans est ensuite réémise, sous forme de rayons infrarouges (chaleur), vers l’atmosphère. Une proportion de ces rayons infrarouges traverse l’atmosphère et se retrouve dans l’espace, alors que le reste est emprisonné dans l’atmosphère par les gaz à effet de serre, contribuant ainsi à son réchauffement. La plupart des gaz à effet de serre retrouvés dans l’atmosphère sont naturellement émis par différentes sources. Cependant, depuis le début de l’ère industrielle, certaines activités anthropiques émettent aussi des gaz à effet de serre, ce qui provoque une hausse de leurs concentrations dans l’atmosphère et, en conséquence, un réchauffement non naturel de cette dernière.

L’ÉTUDE DU CLIMAT

L’intérêt et la curiosité de l’humain envers le climat et son fonctionnement ne datent pas d’hier. Déjà, durant l’Égypte antique, il y a plusieurs milliers d’années, les Égyptiens semblaient s’intéresser au climat et être conscients de leur dépendance aux humeurs de la nature. Ce n’est cependant qu’au tournant du 19^e siècle que la possibilité que l’humain puisse influencer le climat semble être apparue dans l’imaginaire collectif. Certains pionniers de la science du climat y ont consacré leurs travaux, ou du moins une partie. C’est le cas, notamment, du mathématicien et physicien français Joseph Fourier qui, en 1824, a jeté les bases de la théorie de l’effet de serre ainsi que du chimiste suédois Svante Arrhenius qui, à la fin du 19^e siècle, a mis en relation ce phénomène climatique avec le cycle du carbone et la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Durant les années 1950, les travaux d’autres scientifiques, comme l’Autrichien Hans Suess et l’Américain Charles David Keeling, ont confirmé la hausse des concentrations atmosphériques du dioxyde de carbone depuis la révolution industrielle. Les travaux de ces pionniers ont ainsi contribué à façonner le domaine de la science du climat que l’on connaît aujourd’hui. Leur œuvre a aussi mené aux travaux de recherche modernes portant sur les effets des activités anthropiques sur le climat. L’avancement des connaissances réalisé par ces scientifiques est d’autant plus remarquable, compte tenu des moyens technologiques limités de leur époque respective pour étudier, mesurer et valider leurs observations et théories. Bien que certaines techniques de mesure d’antan soient toujours utilisées de nos jours, le progrès technologique a permis le développement d’outils désormais incontournables.

COMMENT RETROUVE-T-ON LES TRACES DU CLIMAT PASSÉ?

Afin de reconstituer le climat d’époques antérieures aux technologies de mesure en temps réel, les paléoclimatologues^[5] ont recours à différentes méthodes. Parmi les plus connues, on trouve l’extraction d’échantillons de glace et de sédiments marins ou lacustres, communément appelé « carottage », ainsi que la dendrochronologie.

Les glaciers terrestres possèdent une propriété bien spéciale. Ils renferment, entre les cristaux de neige ou de glace qui les composent, des bulles d’air provenant de l’époque à laquelle les couches de ces dernières se sont formées. Les couches de neige et de glace s’accumulent de manière continuelle dans le temps sur les glaciers. Les plus anciennes étant les plus profondément enfouies, elles permettent aux scientifiques de remonter dans le temps et d’échantillonner l’air d’antan. Les concentrations de gaz à effet de serre du passé peuvent notamment être mesurées et les températures atmosphériques estimées à partir de ces bulles d’air.

Les sédiments, qu’ils soient marins ou lacustres, sont constitués de la matière, provenant d’organismes vivants ou non, qui se dépose au fond des océans et des lacs. Tout comme la neige et la glace des glaciers, les couches de sédiments s’accumulent de manière continuelle dans le temps. En analysant leur composition, notamment le type de sédiments, le type d’organismes contenus dans les sédiments et l’épaisseur des couches, les chercheurs reconstituent à partir de ces « archives naturelles » certaines conditions environnementales antérieures.

Bien que généralement limitée du point de vue temporel et spatial, l’analyse des cernes de croissance des arbres, appelée la dendrochronologie, peut être également utilisée pour reconstituer les conditions climatiques antérieures. Une séquence de cernes de croissance rapprochés d’un tronc d’arbre signifie que le climat n’était pas propice à la croissance de l’arbre. Le climat devait donc être probablement plus froid et sec. À l’inverse, des cernes plus espacés représentent des années de conditions favorables à la croissance, soit un climat plus chaud et humide en général. Sans pouvoir déterminer exactement la température et les quantités de précipitations du passé, la dendrochronologie donne tout de même un indice sur la fluctuation des conditions climatiques durant la vie des arbres analysés.

OBSERVATION DU CLIMAT ACTUEL

Les humains disposent depuis peu des technologies propres à la collecte et à un enregistrement en continu de données sur la météo et le climat. La collecte journalière de ces données permet ainsi de mieux comprendre l’évolution récente du climat, notamment dans le contexte des changements climatiques, et contribue dans une large mesure à la prévision du climat futur. Il existe un réseau mondial d’observations météorologiques comprenant une multitude de stations et d’instruments de mesure répartis à travers le globe, autant sur les continents, dans les airs et au milieu des océans. Ce réseau comporte, entre autres, des stations terrestres, des satellites, des bouées, des ballons-sondes, des avions, des bateaux et plus encore. Il permet de mesurer simultanément et continuellement plusieurs éléments comme la température de l’air, la quantité de précipitations, la concentration des différents gaz retrouvés dans l’atmosphère, le taux d’humidité, la pression atmosphérique, la vitesse et la direction du vent. Les différentes composantes du réseau sont gérées par des services météorologiques dispersés à travers le monde, dont plusieurs sont des services météorologiques nationaux, qui échangent les données amassées en continu. L’observation du climat actuel et les prévisions météorologiques sont donc basées sur un partage de données et une étroite collaboration entre différents acteurs. Le tout est chapeauté par l’Organisation météorologique mondiale.

CHANGEMENTS, VARIATIONS OU RÉCHAUFFEMENT DU CLIMAT

Avant d’aller plus loin, il importe de différencier certains concepts liés au climat qui sont régulièrement abordés dans la littérature. D’abord, le terme « variations climatiques » fait généralement référence aux variations du climat d’origine naturelle. L’expression « changements climatiques », quant à elle, se définit, selon la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, comme « des changements de climat qui sont attribués directement ou indirectement à une activité humaine altérant la composition de l’atmosphère mondiale [émissions de gaz à effet de serre] et qui viennent s’ajouter à la variabilité naturelle du climat observée au cours de périodes comparables^[6] ». Le terme « changements climatiques » réfère ainsi intrinsèquement au rôle que joue l’humain dans l’origine de ces derniers.

Les expressions « réchauffement climatique », « réchauffement planétaire » et « réchauffement global » sont aussi fréquemment utilisées dans les ouvrages portant sur le climat. Elles réfèrent à la tendance à la hausse de la température moyenne à la surface la Terre. Ces expressions sont souvent utilisées à tort comme synonymes de « changements climatiques ». Bien qu’il ne soit pas faux qu’une tendance à la hausse de la température moyenne planétaire est observée, les changements climatiques englobent une multitude d’autres répercussions, comme il sera possible de le constater dans les prochaines sections de cette série.

Le terme « changements climatiques » sera ainsi privilégié. D’emblée, les mécanismes qui régulent naturellement le climat terrestre ne peuvent expliquer les changements rapides observés depuis quelques décennies. La prochaine partie de cette série abordera le rôle des gaz à effet de serre. Naturellement présents dans l’atmosphère, leur concentration augmente rapidement depuis les débuts de l’ère industrielle. Les émissions provenant des activités humaines jouent un rôle déterminant dans les dynamiques observables et les changements climatiques projetés.

Note au lecteur : Conformément à ses lignes directrices concernant l’utilisation d’œuvres protégées par le droit d’auteur, le blogue Première lecture privilégie l’utilisation de sources institutionnelles, ou dont la reproduction est autorisée gratuitement. À défaut d’illustrations équivalentes accessibles en français, plusieurs figures présentées contiennent des informations en anglais.

RÉFÉRENCES

• Arrhenius, S., « On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. » The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 41(251), 1896, 237-276.
• Barrette, Nathalie, Notes fournies dans le cours GGR-1006 Changements climatiques, Université Laval, Québec, 2014.
• Convention-Cadre des Nations Unies sur les changements climatiques. Nations Unies, Genève, 1992, 25 p.
• Edwards, P., A brief history of atmospheric general circulation modeling. General Circulation Model Development (Past, Present, and Future), D. Randall, Ed., Academic Press, 2000, pp. 67–90.
• Fortier, Louis, Notes fournies dans le cours BIO-1250 Océanographie physique, Université Laval, Québec, 2014.
• Levasseur, Maurice, Notes fournies dans le cours BIO-7013 Cycles biogéochimiques et échanges océan-atmosphère, Université Laval, Québec, 2016.
• IPCC (GIEC), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2013, 1535 p.
• National Aeronautics and Space Administration, What Is the Sun’s Role in Climate Change?, 2019. [Consulté le 25 octobre 2021]
• National Aeronautics and Space Administration, How Scientists Around the World Track the Solar Cycle, 2020. [Consulté le 25 octobre 2021]
• National Institute of Water and Atmospheric Research, How do we determine past climate? [Consulté le 25 octobre 2021]
• National Oceanic and Atmospheric Administration, Past Climate. [Consulté le 25 octobre 2021]
• National Snow and Ice Date Center. All About Arctic Climatology and Meteorology – Climate vs. Weather, 2020. [Consulté le 25 octobre 2021]
• University Corporation for Atmospheric Research, Learning Zone – How Volcanoes Influence Climate. [Consulté le 25 octobre 2021]
• World Meteorological Organization, WMO Integrated Global Observing System. [Consulté le 25 octobre 2021]

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1. Causés par l’activité humaine. [retour]
2. En l’honneur des travaux du géophysicien serbe Milutin Milankovitch sur ce sujet. [retour]
3. Certains aérosols, comme le noir de carbone, à l’inverse, absorbent la chaleur et contribuent ainsi au réchauffement de l’atmosphère. [retour]
4. Glacier continental de très grande superficie. [retour]
5. Spécialistes étudiant le climat passé. [retour]
6. Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, Nations unies, 1992, p. 5. [retour]