On sait que le climat a toujours varié…Qu’est-ce qui distingue le réchauffement climatique actuel de sa variabilité naturelle ?

Grâce à l’analyse de différentes archives naturelles (glaces polaires, sédiments marins et lacustres, cernes d'arbres, etc.) qui ont enregistré les variations des climats passés, on peut estimer l’évolution des températures et de certains paramètres climatiques pertinents sur plusieurs millions d’années. Ainsi, on sait que, sur le dernier million d’années, la Terre a connu une succession de périodes glaciaires et interglaciaires, la dernière glaciation s’étant achevée il y a 12 000 ans, au moment où l’humanité s’est sédentarisée. Cette connaissance du passé mais aussi l’observation du climat actuel sont indispensables pour bien comprendre les mécanismes naturels des changements climatiques.

Avec le développement de la météorologie au 19^e siècle puis le déploiement de moyens d’observation de plus en plus sophistiqués et de plus en plus nombreux, on observe que le climat se réchauffe depuis 150 ans et bien plus rapidement que ce que montre les données issues des archives naturelles. Cette évolution s’est accélérée depuis le début des années 1980 et se poursuit toujours aujourd’hui, avec un réchauffement global atteignant 1,1°C à la surface de la Terre pour la dernière décennie (par rapport à 1850-1900).

Lors de la sortie de la dernière glaciation, le climat de la Terre s’est réchauffé d’environ 5 degrés en 10 000 ans. Le réchauffement climatique actuel est au moins quatorze fois plus rapide !

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Comment se manifeste ce réchauffement climatique ?

L’ensemble de la surface terrestre est affecté mais les manifestations du réchauffement sont multiples et variées selon les régions considérées. Au niveau des températures, ce changement est plus prononcé au-dessus des continents (où l’augmentation dépasse déjà 1,6 °C), qu’au-dessus des océans et il est nettement plus marqué dans les hautes latitudes nord, notamment tout autour de l’Arctique.

Dans un climat plus chaud, le cycle de l’eau est perturbé et la répartition des précipitations est affectée à la fois spatialement et temporellement. Une atmosphère de 1°C plus chaude peut contenir 7 % de vapeur d’eau supplémentaire mais elle favorise également l’évapotranspiration. On observe aussi un recul de la glace de mer, un dégel du pergélisol (sols gelés en permanence), un retrait généralisé des glaciers continentaux. La perte de glace des calottes polaires s'accélère : elle a été multipliée par 4 depuis les années 1990 (soit plusieurs centaines de km3 par an), du fait d’une fonte de surface plus forte au Groenland et d’un écoulement plus rapide des glaciers vers la mer (en Arctique et dans certains secteurs de l’Antarctique). La fonte des glaces contribue aujourd’hui environ pour moitié à la montée du niveau des mers, l’autre moitié étant liée à la dilatation de l’océan en surface et en profondeur sous l’effet de la chaleur.

La saison de croissance des végétaux s’allonge à nos latitudes, les zones climatiques se déplacent et affectent l’ensemble des écosystèmes.

Enfin, la fréquence et l'intensité d’événements extrêmes se renforcent, qu’il s’agisse des vagues de chaleur, des pluies torrentielles, des sécheresses ou des conditions météorologiques propices aux incendies de forêt.

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Quels sont les impacts du changement climatique sur nos sociétés ?

Les effets du changement climatique s’intensifient au fur et à mesure avec le niveau de réchauffement et induisent de nombreux impacts sur notre environnement et nos sociétés.

D’un point de vue économique, les secteurs agricoles, la pêche et le tourisme sont directement impactés par les changements climatiques : l’accès à l’eau, les événements extrêmes, les sécheresses ont des conséquences directes sur les rendements agricoles ; l’acidification des océans, le réchauffements des eaux dégradent les écosystèmes marins (comme les coraux) et entraînent des migrations d’espèces marines ce qui limite les potentiels de prise de pêches dans certaines zones ; la diminution des périodes d’enneigement et des quantités de neige en basse et moyenne montagne remet en cause le tourisme lié aux sports d’hiver.

Les infrastructures humaines sont très sensibles aux aléas climatiques qui fragilisent les édifices publics comme les routes, font se fissurer certains bâtiments lors de sécheresses prolongées impactant les sols et les rendent vulnérables aux feux.

Au niveau de la santé, il existe une limite physiologique au-delà de laquelle la survie dans des conditions chaudes et humides n’est plus possible. Comme les conditions climatiques se réchauffent, cela ouvre la porte à la migration d’espèces animales potentiellement porteuses de maladies ou de virus initialement cantonnés dans des zones tropicales restreintes vers les plus hautes latitudes, ce qui peut provoquer des crises sanitaires de grande ampleur. L’accès à l’eau potable est également un problème majeur qui est amplifié par le réchauffement climatique. 

Enfin, d’un point de vue socio-économique, le réchauffement climatique affecte plus fortement les populations les plus pauvres et les plus vulnérables et contribue à amplifier cette paupérisation.

Comment lutter contre le réchauffement climatique ? Quel est le degré d’urgence à agir ?

Chaque fraction de CO_₂ émise contribue au réchauffement climatique, avec un effet cumulatif. Toute tonne évitée est donc un bénéfice pour le climat ! Il est possible d’un point de vue physique de stabiliser l’élévation de température à tout moment en arrivant à des émissions nettes de CO₂ nulles et en diminuant les émissions des autres gaz à effet de serre. En pratique, l’atteinte de cet objectif dépend des efforts consentis mondialement mais prendra plusieurs années. Compte tenu de la longue durée de vie des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, le réchauffement se poursuivra encore plusieurs décennies après l’arrêt des émissions (mais avec une intensité atténuée).

Néanmoins, les mesures pour réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre ont des effets perceptibles sur la qualité de l’air presque immédiatement et sont détectables en quelques années sur la composition en gaz à effet de serre (comme on a pu le constater lors de la première période de confinement lié au Covid-19 en 2020). De même, si on réduit de façon drastique les émissions de méthane qui a une durée de vie courte dans l’atmosphère (environ 12 ans), on attend un bénéfice climatique à court terme (20 ans).

Le climat que nous connaîtrons à moyen et long terme dépend des décisions que nous prenons maintenant. Les solutions existent mais les déployer, adapter nos mentalités et nos modes de vie prend du temps. Le dernier rapport du groupe 3 du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) montre qu’un tel déploiement est réaliste et atteignable du point de vue économique mais de nombreux leviers de gouvernance et de finance doivent être mobilisés pour cela.

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Peut-on vraiment prouver que le réchauffement climatique actuel est dû aux activités humaines et hors des cycles naturels de la Terre ?

On connaît les mécanismes à l'œuvre dans les alternances entre périodes glaciaires et interglaciaires, en particulier les variations de la quantité d’énergie solaire reçue par la Terre et sa répartition (liées en partie aux variations des paramètres astronomiques de la Terre, trajectoire, inclinaison, précession et en partie aux changements d'intensité d'insolation du Soleil). Cette variation de l’intensité solaire et les modifications dans son spectre sont enregistrées par des outils disposés sur des satellites et leur impact sur le climat est pris en compte lorsque l’on cherche à comprendre l’évolution de celui-ci sur les derniers 150 ans. De même pour les éruptions volcaniques.

Mais cela n’explique pas l'augmentation rapide de la température à la surface de la Terre que nous observons depuis le début de l’ère industrielle. Depuis ses premiers travaux dans les années 90, le GIEC met en avant l’influence humaine sur le climat. Dans un premier temps, la contribution humaine par rapport aux facteurs de variabilité naturelle a dû être évaluée. Grâce aux progrès dans les modèles de système Terre, à la mise en place de réseaux d’observation globaux fournissant des mesures de hautes précisions, au meilleur suivi et à une meilleure compréhension des facteurs et des mécanismes agissant sur le climat, c’est désormais un fait établi : les émissions de gaz à effet de serre produites par les activités humaines sont la cause de l’augmentation de 1.1°C de la température. 

Ces émissions liées à la production d’énergie et à la déforestation/agriculture conduisent à une augmentation des concentrations des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, qui produisent un effet de serre additionnel qui, à son tour, modifie le climat. Les analyses de la composition chimique du CO₂, par exemple, montrent que le surplus qu’on retrouve dans l’atmosphère est issu essentiellement des activités humaines (combustion du pétrole, du charbon et du gaz). 

Par ailleurs, la manière dont l’atmosphère se réchauffe dans les basses couches tandis qu’elle se refroidit dans les hautes couches est caractéristique d’un réchauffement lié à une augmentation des concentrations de gaz à effet de serre dans le bas de l’atmosphère. Enfin, on peut mesurer de manière très précise les concentrations d’oxygène dans l’atmosphère et montrer que cette concentration diminue (à 10^-6 près), ce qui est cohérent avec les réactions de combustion qui combinent l’utilisation de l’oxygène et d’un combustible (gaz, charbon ou pétrole) pour produire de l'énergie et du CO₂.

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Quelle est la différence entre météo et climat ?

Dans l’esprit de tout un chacun, ces deux termes sont souvent peu différenciés. On les identifie au « temps » et ils ne sont pas toujours précisément définis, même dans les dictionnaires courants. Ils ont des points communs, mais se rapportent à des référentiels temporels et spatiaux qui sont différents dans les deux cas.

La météorologie se caractérise par une très grande variabilité dans le temps et dans l’espace. C’est la prévision du temps sur des échéances courtes et à l’échelle locale, c’est le temps qu’il fait. La notion de météorologie s’applique surtout sur des temps courts, de quelques heures à quelques jours, et sur des zones d’espaces réduites, quelques dizaines à quelques centaines de km². Une prévision météorologique est d’autant plus fiable qu’elle porte sur une durée courte et une zone géographique réduite. Elle se caractérise par un certain nombre de paramètres physiques comme la température, les précipitations, le vent, la pression, l’humidité, etc.

Le climat est défini comme un état moyen de la météorologie, qui est calculé sur une période de référence de 30 ans. La variabilité du climat est peu marquée sur des périodes de temps caractéristiques de la vie humaine, de l’ordre de 50 à 100 ans. Le climat peut donc aussi se définir par type (tempéré, désertique, chaud et humide, continental), et caractérise de grandes zones géographiques réparties selon les bandes de latitude. Le climat, c’est le temps qu’il devrait faire, celui auquel on fait référence quand on parle de moyennes annuelles, saisonnières ou mensuelles.

Pourquoi le Giec sort-il régulièrement de nouveaux rapports ?

Si la climatologie démarre dès le 17^e siècle, cette science bénéficie fortement de la mise en place de réseaux d’observations pérennes et globaux et des innovations techniques de ces dernières décennies, par exemple en datation, analyse de gaz, données satellites ou en simulation numérique. Lorsque, à la fin des années 1980, la question du rôle des activités humaines dans le réchauffement climatique observé s’est posée, le GIEC a été créé et mandaté par l’ONU et l’OMM (organisation mondiale de la météorologie) pour évaluer et quantifier, à partir des connaissances scientifiques disponibles, l’évolution du système climatique, les risques associés qu’encourent nos sociétés dans un futur proche et plus lointain, et les solutions d’adaptation et d’atténuation.

Il publie donc, tous les cinq à sept ans, des rapports d’évaluation synthétisant les connaissances scientifiques à partir de travaux scientifiques menés dans le monde entier. Il est publié en trois volumes évaluant : les bases physiques du changement climatique (Groupe I), les impacts, l’adaptation et la vulnérabilité face au changement climatique (Groupe II) et l’atténuation du changement climatique (Groupe III). Cette périodicité est nécessaire pour remettre à jour les connaissances au fur et à mesure que les recherches sur le climat progressent. Chaque partie est publiée séparément : pour le 6e rapport d’évaluation, elles sont ainsi parues entre août 2021, février et avril 2022. Pour chaque partie, un résumé pour décideurs est approuvé par l’ensemble des représentants de chaque pays membre de l’ONU.

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Qu’est-ce qu’un modèle climatique ?

La complexité et la multiplicité des processus entrant en jeu dans le système climatique rendent indispensable le recours à la simulation numérique, d’une part pour comprendre les processus et les mécanismes à l’origine des variations passées ou présentes qui peuvent être observées ou reconstruites à partir des archives naturelles ou des mesures in-situ, d’autre part pour simuler le climat futur. 

Les simulations sont donc réalisées à l’aide de modèles climatiques, de « gros » programmes informatiques constitués d’équations complexes qui reproduisent, sur la base des connaissances scientifiques actuelles, les relations physiques, chimiques et biologiques régissant les interactions entre les différentes composantes du climat (atmosphère, surface terrestre, océans, glace de mer, calottes glaciaires, biosphère) et le fonctionnement interne de chacune. Plus le modèle décrit finement les processus, plus il a besoin d’un ordinateur puissant (on parle de supercalculateur) capable d’exécuter « rapidement » les calculs nécessaires à des simulations longues. Pour s’assurer que ces modèles représentent correctement l’évolution de notre climat, ils sont testés et évalués lors d’exercices internationaux de comparaison et confrontés aux observations et données du passé (validation). 

Ainsi, dans le cadre de la préparation du 6e rapport du Giec, les deux modèles couplés climatiques français, celui de l’IPSL et celui du Centre national de recherches météorologiques (CNRM), ont démontré leur capacité à reproduire l’augmentation des températures de l’air en surface depuis 1850. Ces modèles sont améliorés dès que de nouvelles données ou compréhension de processus permettent de les affiner et deviennent donc de plus en plus réalistes. Ces améliorations permettent d’obtenir des projections de plus en plus détaillées au fur et à mesure des exercices, mais elles ne remettent pas en cause les tendances de fond de l’évolution du climat sous l’effet de l’augmentation des gaz à effet de serre.

Continuera-t-il à neiger au printemps si le climat se réchauffe ?

Même dans un climat plus chaud, sa variabilité demeure. Il peut y avoir de la neige, des gelées tardives dans un monde plus chaud : celles-ci seront cependant moins fréquentes en moyenne sur toute la planète. Localement, la quasi disparition de tels événements peut également se produire. En effet, il y a toujours eu et il y aura toujours des années, des mois, des semaines, des jours plus ou moins chauds que la normale. Mais le réchauffement climatique déplace cette normale, rendant les canicules plus fréquentes au détriment des périodes de gel. Pour autant, les études montrent que les épisodes de gel tardifs, s’ils sont moins fréquents dans un monde plus chaud, sont plus dévastateurs pour l’agriculture car ils sont susceptibles de détruire les bourgeons des plantes qui se développent de plus en plus tôt. Enfin, si l’aspect temporel est important, l’aspect spatial l’est également : chaque région du monde verra son climat se modifier, mais pas exactement de la même façon. Pour autant, les probabilités d’une hausse des températures moyennes et de la diminution des épisodes de gel restent extrêmement élevées en moyenne sur la quasi-totalité du globe, dont l’ensemble de l’Europe. A l’inverse, certaines régions vont devenir plus humides, tandis que d’autres verront les précipitations diminuer.

La Californie a toujours été la proie de grands incendies dévastateurs. Pourquoi fait-on aujourd’hui le lien avec le réchauffement climatique ?

En Californie, comme sur le pourtour méditerranéen d’ailleurs, les températures moyennes augmentent mais la répartition et le volume des précipitations devraient également évoluer et le climat devenir plus aride. Aridité et fortes chaleurs sont des facteurs favorables au développement d’incendies même si les facteurs humains dans le déclenchement des feux sont prépondérants dans les zones fortement peuplées (proximité de lignes électriques, feux volontaires, etc.). Un climat plus chaud, avec des phénomènes de canicule et ou de sécheresse plus fréquents et plus longs, est donc plus particulièrement propice au développement de feux intenses (comme en France en Gironde en juillet 2022) voire de « méga-feux » comme on a pu le constater ces dernières années en Californie où en Australie.

La hausse du niveau des mers est de 3 à 4 mm par an ; pourquoi fait-on des prévisions avec des hausses de plusieurs mètres ?

Il faut garder à l’esprit que certaines conséquences du réchauffement causé par nos émissions de gaz à effet de serre sont irréversibles pendant des siècles, voire des millénaires. C’est le cas pour l'élévation du niveau des mers. Celle qu’on observe actuellement est due pour moitié à l’apport d’eau amenée par la fonte des glaciers et des calottes polaires, et pour l’autre moitié à la dilatation des océans sous l’effet de la chaleur qu’ils absorbent. Le changement climatique affecte des éléments lents du système climatique qui vont s’ajuster sur des décennies ou plus pour les glaciers, des siècles pour l'océan profond et des milliers d'années pour les calottes glaciaires. A long terme, une hausse importante du niveau des mers est inexorable et l'effondrement de secteurs entiers de l’Antarctique fait partie des hypothèses plausibles même si c’est de faible probabilité. Considérer des risques de faible probabilité à fort impact est indispensable pour dimensionner des infrastructures côtières destinées à durer plusieurs siècles. A cette hausse continue, s’ajoute l’érosion côtière qui va s’intensifier sur l’ensemble des littoraux du globe. Celle-ci pourrait aboutir à d’importantes variations locales des traits de côtes, sans attendre que le niveau de la mer ait fortement augmenté.

Est-ce que le fonctionnement des centrales nucléaires est menacé par le réchauffement climatique ?

Les centrales thermiques, dont les centrales nucléaires dans leur technologie actuelle, sont dépendantes d’une « source froide », souvent la mer ou un cours d’eau. Un certain débit et une température suffisamment basse sont donc nécessaires pour refroidir la centrale et, si l’eau est ensuite renvoyée dans la rivière ou le fleuve, des limites de température sont à respecter pour des raisons environnementales. Avec le réchauffement climatique, la puissance de certaines centrales installées en bord de cours d’eau pourrait donc être abaissée plus souvent, en particulier pendant l’été, afin de limiter leur impact sur la vie aquatique en aval ou si la température ou le débit d’eau n’est pas compatible avec le refroidissement de la centrale. D’après le récent rapport de RTE, cet impact restera limité sur la production électrique des centrales nucléaires (quelques % sur la production annuelle) et concentré sur une période pendant laquelle le besoin en électricité est plus faible qu’en hiver. Ce qui revient à dire que ce n’est pas la sûreté de la centrale qui est à risque, mais bien sa production électrique. Avec l’augmentation des risques de cyclones violents, de tempêtes parfois violentes et de submersion sur les littoraux, l’installation de centrales dans ces zones et la sûreté des centrales ou centres de stockage de déchets existants doivent être interrogées et évaluées en tenant compte des projections climatiques futures. Plus généralement, l’ensemble des infrastructures énergétiques sont sensibles aux conséquences du réchauffement climatique : l’efficacité des centrales hydroélectriques pourrait être affectée par le débit d’eau disponible et celle des éoliennes et des panneaux photovoltaïques par l’évolution du climat local (ensoleillement, vitesse du vent, etc.).

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Pourquoi le CEA travaille-t-il sur le climat ? QU'eST-CE QUE LE LSCE ? 

Les recherches sur le climat et l'environnement ont été développées au CEA au début des années 1960, initialement autour du savoir-faire acquis dans la mise en œuvre de méthodes d’analyse isotopique et nucléaire. C’est ainsi que, dès 1961, le Centre des Faibles Radioactivités (CFR, CEA et CNRS) est créé à Gif-sur-Yvette pour développer l’utilisation des traceurs radioactifs. Ses travaux pluridisciplinaires de traçage dans l’environnement et de datation à partir des éléments radioactifs ont rapidement conduit à l’étude des climats passés. La création du GIEC en 1988 impulse la mise en place du Laboratoire de modélisation du climat et de l’environnement (LMCE) en 1991 au CEA, rendu possible par la disponibilité d’un centre de calculs de pointe au CEA afin d’étudier virtuellement les essais nucléaires. Le LMCE fusionne ensuite avec le CFR en 1998 pour donner naissance au Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE). En 2006, ce dernier intègre la fédération de recherche Institut Pierre-Simon Laplace et l’Université Versailles Saint-Quentin devient sa troisième tutelle aux côtés du CEA et du CNRS. 

Le LSCE travaille sur deux axes de recherche majeurs : la variabilité du système climatique et les impacts des activités humaines sur l'environnement global. Son approche méthodologique est fondée sur le développement d’observatoires in-situ, sur la collecte et l’analyse d'échantillons à partir de matrices naturelles (mesure de la concentration en gaz à effet de serre dans l’atmosphère, caractérisation des gaz réactifs, aérosols et nuages, campagnes d’échantillonnage de glaces polaires et de sédiments océaniques ou lacustres, développement d’instruments satellitaires, etc.). Au laboratoire, l’analyse des échantillons repose sur la maîtrise d’une large palette d’outils, de méthodes et d’instruments de haute précision (analyses isotopiques et élémentaires, analyse d’éléments trace, méthode de datation notamment basée sur la radioactivité, etc.). Le LSCE développe par ailleurs toute une panoplie de modèles climatiques (du plus simple ou plus complet) pour la simulation numérique, en lien avec d’autres instituts de recherche (en particulier pour le modèle couplé système Terre de l’IPSL) à l’aide de supercalculateurs. Ce laboratoire constitue l’un des plus importants laboratoires de recherche français dans le domaine des sciences du climat et figure parmi les plus renommés dans son domaine au niveau mondial.

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