Changement climatique

Author: Jean-Louis Pinault (English version: here)

Cet article tente une approche objective de la climatologie. Ce projet est audacieux à l’heure où il est souvent difficile de distinguer les avancées scientifiques des phantasmes, cette confusion étant entretenue par une couverture médiatique impliquant les revues scientifiques les plus prestigieuses. Les différents scenarios oscillent entre un avenir planétaire chaud ou froid selon le bon vouloir du Gulf Stream. Ce courant chaud menacerait de s’arrêter en raison de la fonte de la banquise qui compromettrait la circulation thermohaline résultant d’un accroissement de la densité de l’eau de mer à l’approche des calottes polaires. Mais alors que dire du Kuroshio, l’équivalent du Gulf Stream qui circule au large des côtes du Japon alors que le Pacifique est virtuellement fermé au nord par le détroit de Béring ?

C’est que des forces agissant à l’échelle planétaire entrent en jeu sous l’effet combiné de la gravité et de la rotation de la terre. Ce constat n’occulte pas le rôle éminent de la limite de la banquise sur la vitesse des courants de bord ouest tels que le Gulf Stream, mais la dynamique du système climatique qui en découle est soumise à des cycles qui lui sont propres.

Sommaire

Tenter une approche objective de la climatologie

La climatologie est une discipline jeune, dont l’essentiel reste à découvrir. Le réchauffement observé depuis les débuts de l’ère industrielle est une réalité mais la part imputable aux activités humaines, à l’émission des gaz à effet de serre en particulier, est parfois controversée. Car le climat a toujours varié au cours du temps, ce que confirment les archives obtenues des carottes de glace ou de sédiments, les premières prélevées aux calottes polaires et les secondes dans les fosses océaniques. De plus l’évolution récente de la température moyenne de surface de la terre est difficile à appréhender, avec la précision requise. Les estimations qui avaient cours il y a quelques années, et qui montraient un tassement de la croissance de la température globale à commencer de la fin du 20ème siècle, le fameux ‘hiatus’ qui semblait remettre en question toute relation de causalité entre la croissance des gaz à effet de serre et ses effets supposés, ont été invalidées et remplacées par des mesures plus représentatives.  Le CRU (Climatic Research Unit, University of East Anglia) a effectué une correction de manière rétrospective en intégrant plus de données, dont l’Arctique russe, faisant désormais apparaître une croissance continue de la température.

Ces incertitudes, sans oublier les images de pure communication qui se sont avérées mensongères, alimentent un certain scepticisme visant à remettre en cause l’approche méthodologique du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Ce qui n’était qu’un principe de précaution est devenu une réalité. Les tenants des scenarios catastrophistes parlent désormais de consensus pour étayer leurs hypothèses, ce qui va à l’encontre de toute démarche scientifique : le terme réchauffement climatique a cédé la place à changement climatique à la suite des déconvenues des prévisionnistes.

En revanche, nier ou minimiser par pur égocentrisme, ou sur la base d’arguments pseudo-scientifiques fallacieux, l’impact anthropique sur l’accroissement du CO2 dans l’atmosphère ainsi que son incidence climatique relèverait d’une arrogance irresponsable. Car l’impact des activités humaines sur le réchauffement est indéniable et peut désormais être évalué objectivement grâce aux travaux récents sur la résonance des ondes de Rossby (ondes baroclines résultant de l’oscillation de la thermocline à une centaine de mètres de profondeur, voire plus, qui sépare les eaux chaudes de surface des eaux froides profondes, plus denses) des gyres océaniques sous l’effet du forçage solaire et orbital. Cette avancée confirme que l’essentiel du réchauffement observé depuis les années 70 est imputable à l’homme. La température moyenne de la surface terrestre a augmenté de 0,8°C en 50 ans, de manière linéaire. Aucune inflexion n’est perceptible, ce qui laisse présager la poursuite inexorable de cette montée au cours des prochaines décennies si la production des gaz à effet de serre ne cesse d’augmenter au rythme frénétique que nous connaissons actuellement. Restent toutefois à découvrir les mécanismes conduisant au réchauffement car l’impact direct des gaz à effet de serre est faible. De formidables effets amplificateurs liés à la vapeur d’eau atmosphérique, qui recèlent encore quelques mystères, entrent en jeu.

Cet accroissement de la température, qui peut paraître faible, a pourtant une incidence importante sur les événements météorologiques en raison de l’accroissement de l’énergie disponible pour alimenter les systèmes cycloniques et anticycloniques, conduisant à plus d’évènements extrêmes. Rien de tel n’a été observé de manière aussi rapide au cours de l’Holocène couvrant les 12500 dernières années de notre histoire.

Le but de cet article n’est pas de faire des révélations fracassantes, encore moins d’alimenter de nouvelles polémiques.  C’est conforter la prise de conscience croissante sur les enjeux planétaires à l’aune des dernières publications scientifiques, dont celles de l’auteur, et portant sur la variabilité du climat à moyen et long terme ainsi que sur les mécanismes responsables de l’impact anthropique sur le climat actuel. Car les connaissances font encore défaut pour séparer sans ambiguïté les variations naturelles du climat de celles liées à l’activité humaine.

Variabilité naturelle du climat, impact d’origine anthropique.

Souvent la paléoclimatologie en est encore au stade de la spéculation sur ce que pourraient être les causes sous-jacentes des transitions climatiques rapides, les cycles et les effets du forçage. Cela nous amène à la manière dont le système climatique répond à des stimuli externes avec sa propre dynamique. Lorsque cette dernière est compatible avec un stimulus externe, un phénomène de résonance se produit. L’étude de ces résonances nous renseigne donc sur la dynamique interne du système climatique, fer de lance de notre compréhension des mécanismes impliqués dans les errances du climat.

La manière dont les cycles solaires et orbitaux influencent la température de surface de notre planète n’a pas progressé depuis les travaux de Milankovitch (1879-1958). Comprendre les caprices du climat devient possible à partir des archives du climat passé. Nous disposons en effet depuis quelques décennies de données d’une qualité exceptionnelle permettant de retracer le climat jusqu’à plusieurs millions d’années avant le présent (BP), avec une résolution de quelques années. Cette prouesse technologique a été rendue possible grâce à l’analyse d’isotopes stables dans les carottes de glace prélevées dans les calottes polaires arctiques et antarctiques, ainsi que dans des carottes de sédiment provenant des fosses océaniques.

L’analyse des carottes de glace joue un rôle essentiel dans la compréhension des différents mécanismes impliqués dans l’évolution naturelle du climat au cours des derniers grands cycles des périodes glaciaires et interglaciaires. Les enregistrements les plus anciens obtenus à ce jour couvrent 800.000 ans, la seconde moitié du quaternaire.

Les carottes de sédiments permettent l’étude de la composition des différentes couches de sédiments accumulées au fond des océans au fil du temps. On y trouve des micro-organismes fossiles composés de carbonate de calcium. En étudiant le « rapport d’abondance » de certains isotopes, on peut reconstituer les climats du passé en remontant à plusieurs millions d’années, ainsi que la manière dont les océans ont évolué au cours des différentes périodes climatiques (température, salinité, nutriments, …).

Nos errances quant aux mécanismes contrôlant la variabilité du climat résultent du fait que les recherches se sont essentiellement focalisées sur les phénomènes atmosphériques et terrestres au cours de ces dernières décennies, qu’elles se réfèrent aux activités humaines ou aux cycles solaires. Les travaux sur l’inlandsis du Groenland visant à expliquer la réponse climatique aux cycles orbitaux en est un exemple. Il faut faire preuve d’ingéniosité pour imaginer ce glacier suffisamment instable pour glisser puis se reconstituer au bon vouloir des faibles variations de l’irradiance solaire soumise aux différents cycles orbitaux.

Cet article tente d’apporter quelques réponses en invoquant un phénomène jusque-là inconnu, qui est la résonance des ondes de Rossby de longue période s’enroulant autour des 5 gyres océaniques subtropicaux. Ce concept étant étayé à la fois par l’observation d’anomalies thermiques de longue période autour du gyre Nord-Atlantique ainsi que par la résolution des équations du mouvement des ondes de Rossby de grande longueur d’onde, il s’avère que le moteur des changements climatiques est océanique, l’atmosphère jouant seulement le rôle de vecteur entre les océans et les continents, à l’image du phénomène El Niño. Les gyres océaniques entrent en résonance avec les cycles solaires et orbitaux, emmagasinant de la chaleur ou au contraire la restituant : la résonance dite ‘gyrale’ conditionne étroitement les équilibres énergétiques de notre planète.

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Aux ondes de Rossby de longues périodes se superposent des ondes dont les périodes sont ½, 1, 4 et 8 ans. Comme les ondes de longue période elles prennent naissance là où les courants de bord ouest s’éloignent des continents puis quittent le gyre au-delà d’une demi-longueur d’onde pour s’orienter vers les pôles. Elles donnent lieu au phénomène d’oscillation de la pluie qui est parfois confondu avec El Niño. Les régions impactées peuvent subir une succession d’années sèches, puis humides comme c’est le cas en Europe de l’ouest.

Modes subharmoniques

Les modes subharmoniques fournissent une base physique aux phénomènes de résonance que de nombreux chercheurs ont pressenti depuis longtemps pour expliquer comment l’efficacité du forçage solaire et orbital a pu varier d’un facteur 5, voire plus, au cours des périodes glaciaires-interglaciaires, de même que la contribution de la variabilité naturelle dans le changement climatique qui a prévalu depuis le début du 20ème siècle.

Les équations du mouvement des ondes de Rossby gyrales leur confèrent des propriétés étonnantes. S’enroulant d’une demi-longueur d’onde en formant plusieurs spires autour de chacun des 5 gyres subtropicaux, les ondes de Rossby gyrales de longue période se propagent de manière cyclonique. Elles se superposent au courant anticyclonique du gyre qui est entraîné par les vents d’ouest aux moyennes latitudes et par les alizés aux basses latitudes. Les ondes de Rossby gyrales ne s’amortissent pas lorsque leur période augmente. Etant forcées de manière résonante par les cycles solaires et orbitaux, la friction de Rayleigh de ces ondes est compensée par l’allongement de la durée du forçage lorsque la période augmente.

Plusieurs ondes de Rossby gyrales de différentes périodes se superposent. Partageant le même courant du gyre, elles sont couplées. Comme tout système d’oscillateurs couplés forcés de manière résonante, ces ondes oscillent selon des modes subharmoniques, ce qui veut dire que leurs périodes sont des multiples de la période de l’onde fondamentale qui est ici annuelle en raison de la déclinaison du soleil. Les périodes moyennes des principaux modes observés sont (en années) 1, 4, 8=4×2, 64=8×8, 128=64×2 (forçage solaire, cycle de Gleissberg), 256=128×2, 768=256×3 (forçage solaire), 24576=768×32 (forçage orbital, précession), 49152=24576×2 (forçage orbital, obliquité), 98304=49152×2 (forçage orbital, excentricité). L’efficacité du forçage est d’autant plus grande que sa période est proche d’une des périodes de résonance de l’onde. A chaque mode subharmonique correspond un nombre de tours réalisés autour du gyre avant de le quitter pour s’orienter vers l’un des pôles. Pour la période de 128 ans l’onde parcourt 2 tours dans le nord et sud Atlantique, 1 tour dans le nord et sud Pacifique et 3/2 tours dans le sud de l’Océan indien.

Les ondes de Rossby océaniques impactent le climat en raison des anomalies thermiques qu’elles génèrent à la surface des océans pouvant entrainer des instabilités baroclines atmosphériques. Les ondes de Rossby de longue période jouent un rôle particulier en raison de la puissante rétroaction positive qu’elles exercent sur les courants de bord ouest dont la vitesse se trouve fortement impactée par le forçage solaire et orbital. En effet, le courant polaire modulé de l’onde de Rossby, qui est proportionnel et en phase avec l’oscillation de la thermocline, se superpose au courant du gyre entrainé par les vents.

Le climat à différentes échelles du temps

La réponse modulée des gyres subtropicaux sous l’effet du forçage solaire et orbital permet d’expliquer, à partir d’observations et en s’appuyant sur des bases physiques irréfutables, les changements climatiques à différentes échelles de temps. L’effet amplificateur provient de la rétroaction positive exercée par les courants de bord ouest tels que le Gulf Stream ou le Kuroshio, qui accélèrent ou ralentissent de concert avec l’oscillation de la thermocline. Il en résulte une accumulation ou, au contraire, une déperdition d’eau chaude qui induit une réponse climatique. Celle-ci se produit selon les mêmes modes subharmoniques que les gyres subtropicaux.  En s’appuyant sur ce phénomène, cet article aborde la variabilité du climat avec un regard neuf tout en résolvant certaines énigmes sur la circulation océanique.

L’Holocène

Le climat au cours de l’Holocène qui a commencé avec la période interglaciaire, il y a environ 12500 années, peut être étudié à partir des indicateurs représentatifs du rayonnement solaire et de la température moyenne globale dans les deux hémisphères. Du couplage entre le rayonnement solaire et la température moyenne globale sont déduites des informations sur la dynamique interne du système climatique. En outre, plusieurs accidents climatiques se superposent aux oscillations. Les variations climatiques se produisent essentiellement dans deux modes subharmoniques de périodes moyennes 768 et 128 ans. Leur étude porte sur les bandes de fréquences respectives 576-1152 ans et 96-192 ans.

En ce qui concerne le cycle de période moyenne 768 ans, l’amplitude de L’efficacité du forçage, c’est-à-dire la sensibilité de la température globale (°C) à l’insolation solaire (W/m2), varie beaucoup au cours de l’Holocène, passant progressivement de 1,5 °C×(W/m2)-1 à 0,5 °C×(W/m2)-1 et ceci dans les deux hémisphères. La grande amplitude thermique observée au début de l’holocène reflète l’avance de la banquise : le gradient thermique entre la latitude moyenne et basse des gyres est maximum, ce qui renforce l’oscillation de la thermocline et, par conséquent, le courant polaire modulé des gyres, d’où s’ensuit l’accélération/décélération des courants de bord ouest. De petits âges glaciaires peuvent être observés au cours de la phase de refroidissement du cycle lorsque le courant du gyre aux hautes latitudes, froid et salé, plonge sous la couche superficielle, moins dense. Les échanges thermiques entre les courants de bord ouest et les continents cessent pendant toute la durée de l’inversion des couches océaniques superficielles. Il s’ensuit un phénomène de refroidissement brutal par suite de la réduction des flux thermiques entre les basses et hautes latitudes des gyres.

Alors que le cycle de 768 ans de période est un harmonique pur des cycles de plus longue période impactés par les cycles orbitaux, le cycle de 128 ans de période est, au moins en partie, forcé par le cycle de Gleissberg du soleil. L’efficacité du forçage varie beaucoup au cours de l’Holocène, s’affaiblissant considérablement pendant les périodes de faible activité solaire.

Période glaciaire-interglaciaire

Comme pour l’Holocène, l’étude comparative de la température moyenne globale et de l’irradiance solaire (qui est ici calculée à partir des paramètres de Milankovitch et non plus observée à partir de proxys) peut être effectuée de manière à déduire l’efficacité du forçage orbital. La température moyenne globale est déduite des enregistrements dans les carottes de glace et de sédiments.  En raison du caractère résonant du système climatique, le forçage est d’autant plus efficace que sa période est proche d’une des périodes de résonance. Durant l’ère glaciaire-interglaciaire les variations climatiques se produisent essentiellement dans trois bandes de fréquence correspondant aux trois paramètres orbitaux que sont l’excentricité, la précession et l’obliquité.

L’efficacité du forçage dans la bande 73,7–147,5 Ka (cycle de période 98,3 Ka) augmente depuis environ 1,4 Ma passant de 0,7 à 5,0 °C×(W/m2)-1, ce qui confirme que la période de forçage due à l’excentricité se rapproche de la période de résonance au cours du temps (ce phénomène peut être observé à partir de la représentation temps/fréquence de la variation orbitale de l’insolation). Au-delà de 1,4 Ma la période dominante était de 49,2 Ka en raison de l’obliquité dont la période est 41 Ka, jusqu’à ce que la période du forçage dû à l’excentricité, dont la période est voisine de 100 Ka, se rapproche suffisamment de la période de résonance pour l’emporter. C’est ce qui a donné lieu à la transition du milieu du Pléistocène.

Au cours des derniers 0,8 Ma l’efficacité du forçage dans les bandes 36,9-73,7 Ka (cycle de période 49,2 Ka) et 18,4-36,9 Ka (cycle de période 24,6 Ka caractéristique de la précession dont la période est de l’ordre de 23,5 Ka) varie autour d’une valeur voisine de 1 °C×(W/m2)-1. Les transitions reflètent les mouvements des centroïdes des gyres qui favorisent plus ou moins les accords entre les périodes de forçage et de résonance.

Climat présent

En ce qui concerne l’impact anthropique, les recherches portent essentiellement sur les mécanismes d’amplification de l’effet de serre. L’effet cumulé des gaz à effet de serre sur la température de surface ne permet pas d’expliquer les variations de la température moyenne observée dont la composante anthropique croit de manière linéaire depuis les années 70. Ceci suppose une puissante rétroaction positive de l’effet de serre sur la température globale.

La part des variations naturelles de la température de surface de la terre peut désormais être estimée avec précision à partir d’anomalies thermiques observées sur chacun des 5 gyres océaniques subtropicaux. Celles-ci amorcent une décroissance (quelques dizaines de degrés) due principalement à l’harmonique de 64 ans de période moyenne, mais qui reste faible par rapport à la composante anthropique et ne peut suffire à inverser la tendance.

a) La part de la réponse anthropique dans la température de surface Ts en 2015 – b) la réponse thermique naturelle dans l’hémisphère nord et l’hémisphère sud. 1970 est l’année de référence pour les températures (les réponses naturelles et anthropiques sont supposées être nulles). Les zones sans points n’ont pas de données. Les données sont fournies par l’unité de recherche climatique (CRU) de l’Université d’East Anglia, https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/temperature/

Dans ces conditions, la prise en compte de la composante naturelle de la température de surface permet de connaître avec précision la composante anthropique obtenue en soustrayant la composante naturelle de la température de surface mesurée à partir des stations météorologiques terrestres ou depuis des satellites.  Cet exercice peut se décliner à l’échelle régionale (5°×5°).

La répartition spatiale de l’impact anthropique sur le climat, qui varie en fonction de la latitude, mais également de la longitude, met alors en exergue les mécanismes responsables de l’effet amplificateur de la vapeur d’eau sur le réchauffement induit par des gaz à effet de serre en fonction des différents régimes climatiques. La mise en relation de l’accroissement de température d’origine anthropique avec la répartition spatiale de l’amplitude et de la phase de la hauteur des précipitations dans deux bandes de périodes, 8-16 mois et 5-10 ans, précise les mécanismes en jeu.

La représentation fréquentielle des hauteurs de précipitations réduites (divisées par la hauteur moyenne de la pluie) fait apparaitre deux régimes pluviométriques bien distincts selon qu’ils ont une périodicité annuelle ou pluriannuelle. Dans le premier cas les systèmes de basse pression se produisent surtout à la fin de l’été lorsque la différence de température entre la surface et les hautes couches de la troposphère est maximale alors que dans les régions aux régimes de précipitation pluriannuels les systèmes cycloniques résultent d’anomalies thermiques de surface des océans produites par des ondes de Rossby aux hautes latitudes des 5 gyres subtropicaux. Or les premières régions sont davantage impactées que les secondes, ce qui suggère le rôle déterminant du gradient thermique adiabatique (la manière dont la température de l’atmosphère varie avec l’altitude) dans le phénomène d’amplification.

La variation latitudinale et longitudinale de la réponse anthropique s’explique à partir des propriétés physiques de l’adiabate humide (le gradient thermique en présence de vapeur d’eau) et, avec lui, l’émission des rayonnements thermiques de la vapeur d’eau à une altitude voisine de 4,3 km (aux moyennes latitudes). C’est en effet à cette altitude que s’échappent vers l’espace les rayonnements thermiques émis depuis la surface de la terre dont la longueur d’onde se situe dans la bande d’absorption saturée de la vapeur d’eau. Ces photons thermiques diffusent dans la couche de l’atmosphère qui leur est opaque jusqu’à s’échapper là où l’atmosphère devient transparente.

Par suite du réajustement de l’adiabate humide, l’augmentation de la température de surface élève la couche d’où sont émis les photons diffus, ce qui a pour effet de la refroidir et ainsi de réduire le rayonnement thermique qui s’échappe vers l’espace. Il s’ensuit un échauffement de l’atmosphère et, partant, de la surface de la terre. Il en résulte une puissante rétroaction positive puisque tout échauffement de l’atmosphère, même minime, induit des processus qui tendant à l’amplifier. Les phénomènes physiques impliqués sont robustes car la couche atmosphérique d’où sont émis les photons thermiques peut être assimilée à un corps noir. Autrement dit, le rayonnement thermique qui s’en échappe ne dépend que de la température de la couche, que l’eau soit à l’état de vapeur ou condensée pour former des nuages.

Une des conséquences les plus importantes du réchauffement climatique est la fonte de la banquise polaire. Ce phénomène est suivi avec la plus grande attention en raison de l’accélération des phénomènes. La mesure satellitaire de la concentration de glace de mer par micro-ondes fournit des informations en temps réel.

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En particulier, l’amplification arctique, qui se produit principalement à la fin de l’été, met en jeu l’adiabate humide. Celui-ci s’approche de l’adiabate sec en raison des basses températures de la haute atmosphère. Cependant, l’antarctique est moins sensible à l’impact anthropique car la haute atmosphère y reste sèche en toutes saisons, ce qui fait que le gradient thermique adiabatique peut être assimilé à un adiabate sec qui, lui, est  invariable (la réduction de l’albédo due à la fonte de la glace ne contribue qu’en partie à la rétroaction).

Le Phénomène El Niño

Il est le résultat du couplage de deux ondes de Rossby quasi-stationnaires dans l’océan Pacifique tropical, dont la période moyenne est respectivement annuelle et quadriennale. L’onde annuelle est forcée par les alizés. L’onde quadriennale quasi-stationnaire forme deux ventres principaux en opposition de phase, le ventre occidental formé d’ondes de Rossby extra-équatoriales et le ventre central-oriental, résultat de la superposition d’une onde de Rossby et d’une onde de Kelvin, l’une et l’autre piégées par l’équateur mais se propageant en sens inverse.

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Notons que ce mouvement de bascule entre un ventre occidental formé d’ondes de Rossby extra-équatoriales et un ventre central-oriental où se superposent une onde de Rossby et une onde de Kelvin, l’une et l’autre équatoriale, est observé dans les trois océans tropicaux. Dans l’océan Atlantique sa période est annuelle alors que dans l’océan Indien elle est bisannuelle. Dans tous les cas, le déplacement d’eaux chaudes induit une réponse climatique.

L’onde quadriennale génère un événement El Niño à la fin de sa phase de propagation vers l’est, la rencontre d’eaux chaudes provenant du Pacifique occidental et des eaux froides du Pacifique oriental stimulant les processus d’évaporation. L’ENSO (El Niño Southern Oscillation) a un impact climatique majeur en produisant un phénomène de réchauffement perceptible aux moyennes, voire hautes latitudes, pendant quelques mois. Sa période moyenne est de 4 ans mais elle subit une forte variabilité qui reflète la dynamique propre de l’onde quadriennale. L’ENSO peut se produire dans le Pacifique central ou oriental en fonction de la date d’occurrence prévue par rapport à un cycle régulier de 4 ans. Il peut être suivi par La Niña lors de la récession de l’onde quadriennale vers l’ouest lorsque celle-ci stimule l’upwelling (remontée d’eaux froides profondes) au large des côtes péruviennes et chiliennes.

À la longitude 180 °W, c’est-à-dire à la pointe la plus à l’ouest du ventre équatorial central-oriental, les anomalies de la température de l’eau de subsurface précèdent de 8-7 mois la phase de maturation de l’ENSO. Grâce au réseau de sondes ancrées immergées dans les premières centaines de mètres du Pacifique tropical il est donc possible de prévoir les événements ENSO par la simple observation de la température de l’eau de mer là où la thermocline oscille. La date de survenance de l’anomalie et son amplitude permettent de préciser le type et l’intensité de l’événement El Niño en cours de formation.

L’intensité de l’ENSO a beaucoup varié au cours de l’Holocène, s’affaiblissant puis réapparaissant. Ceci suggère une forte interaction avec le courant nord-équatorial et sud-équatorial des gyres subtropicaux Nord- et Sud-Pacifique.

Quel est le devenir de notre planète ?

La croissance linéaire, imputable aux activités humaines, de la température de surface observée depuis 1970 étant de l’ordre de 0,8 à 1 °C, tout laisse à penser que la température moyenne va encore augmenter de près de 1°C au cours des 50 prochaines années si le renchérissement de la production des gaz à effet de serre ne faiblit pas. Dans ces conditions l’accroissement de la température globale de 1,5°C fixé par les accords de Paris serait atteint en 2045.

Malgré les efforts du GIEC d’énormes incertitudes subsistent sur les prévisions de l’évolution du climat à l’échelle régionale, en fonction des différents scenarios portant sur l’évolution de l’émission des gaz à effet de serre, mais également en raison de la faiblesse des modèles climatiques à moyen et long terme. Mais les tendances que nous observons actuellement ne pourront que se poursuivre, voire s’aggraver. Il ne fait aucun doute que l’humanité devra s’adapter tout en réduisant de manière drastique ses émissions de gaz de combustion en accélérant la transition écologique.

Je loue la sagacité et la clairvoyance des climatologues qui ont émis l’hypothèse du réchauffement d’origine anthropique dès les années 80. Les travaux précurseurs d’Arrhenius n’étaient d’aucune utilité puisque les bases physiques requises n’étaient pas encore établies à la fin du 19ème siècle. Les mécanismes de rétroaction étaient méconnus, ce qui interdisait toute approche quantitative de l’évolution de la température moyenne de surface. De nombreuses forces se sont élevées contre ce qui pouvait sembler intuitif, voire fallacieux, et remettait fondamentalement en question l’évolution de notre société. Une bonne trentaine d’années se sont écoulées et les sciences du climat on fait un bond prodigieux, confirmant et précisant les prémonitions.

Ce travail a pour ambition d’apporter quelques pierres supplémentaires à l’édifice. Toutefois le caractère novateur des différentes approches fait qu’il leur faudra du temps pour pénétrer la communauté scientifique. Elles n’ont pu être publiées dans de grandes revues, soit parce que ne rentrant pas dans leur ligne éditoriale, soit parce que ne trouvant aucun expert pour les évaluer. Elles ont toutefois suscité un certain enthousiasme auprès de revues à comité de lecture dont le facteur d’impact est en croissance, en bénéficiant souvent de la bienveillance ainsi que du discernement d’experts qui ont beaucoup contribué à faire murir ces idées. Je les en remercie très chaleureusement.

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19 commentaires sur « Changement climatique »

  1. De la pseudo-science dans toute sa splendeur.

    Si je puis me permettre, la courbe de Dansgaard et al (1969) s’arrête en 1950. Il est donc impossible au vu de cette courbe de dire qu’il y a eu des périodes plus chaudes que celle que nous connaissons à partir de 1970 (+ 0.6° en 45 ans)..

    Ensuite comparer des taux de CO2 et des températures à l’échelle de millions d’années avec une échelle de quelques décennies c’est soit de la profonde ignorance soit de la tentative d’enfumage.

    cordialement.

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    1. Merci pour vos commentaires,
      J’espère que votre curiosité vous poussera à aller plus loin dans vos investigations.
      1) pour ce qui est de la courbe de Dansgaard et al (1969) elle n’est à ce stade utilisée que de manière qualitative. Comme vous pourrez le constater l’efficacité du forçage solaire déduit de l’analyse des carottes de glace et de la température de surface du nord de l’Atlantique permettent d’expliquer l’accroissement de la température globale depuis 1970.
      2) le but de cette courbe (température globale/CO2) est de montrer qu’il n’y a pas de relation directe entre ces deux variables.
      Le but de ce travail est d’établir un dialogue constructif, pas d’enfumer. Il essai de montrer le rôle des océans dans la variabilité du climat en apportant des éclairages nouveaux sur les phénomènes observés.
      Bien cordialement,
      Jean-Louis Pinault

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  2. Merci pour votre travail et pour vos efforts de vulgarisation.

    Comment évolueraient à votre avis ces gyres océaniques lors de la baisse du niveau des océans en période glaciaire?
    Ces baisses de niveau des Océans induisent des modifications du profil des rivages avec la disparition de certains détroits par où s’écoulent les courants marins. L’Indonésie par exemple était probablement rattachée au continent asiatique lors des glaciations.

    Haute Normandie, les stratifications des bancs de silex le long des falaises obéissent à des cyclicités assez peu étudiées. Selon http://craies.crihan.fr/?page_id=63 ces dépots pourraient être lié à des eaux devenant plus froide donc plus riches en Oxygène. Ces cycles seraient de l’ordre de 18 000 ans. La position des continents est relativement connue au Crétacé. Comment verriez vous ces gyres océaniques et leur influence lors de ces périodes de dépôt de craie.

    Juste de la curiosité, j’habite au dessus des falaises ….

    Cordialement

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    1. Merci pour l’intérêt que vous portez à ce travail. En période de glaciation, l’avancée des calottes polaires stimule le forçage solaire et orbital des ondes gyrales, ce qui a joué, semble-t-il, un rôle important sur la régulation du climat pendant tout le quaternaire. Ceci permet d’expliquer comment l’efficacité du forçage peut varier d’un facteur 5: de 5 °C/(W/m2) pendant la dernière glaciation elle est passée à 1 °C/(W/m2) il y a 4800 ans.
      Cordialement

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  3. Dans quelle mesure la géoingénirie du climat depuis les années ’90 au moyen de «chemtrails» et de technologie HAARP (modifications des températures) joue-t-elle un rôle dans les changements climatiques (froid, chaud, sécheresse, inondations, ouragans, etc.)? Selon vous, ces interventions qui sont l’oeuvre d’un certain groupe d’hommes militaires (U.S. Navy) sont-elles utiles ou nuisibles ?

    Pourquoi n’en parlez-vous pas dans votre article ?

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    1. Je ne pense pas que l’homme ait une quelconque action sur le climat, en dehors de l’effet de serre dû aux émissions de CO2 et qui est bien plus faible que ce que prétend le GIEC. Actuellement, aucun argument sérieux milite en faveur d’hypothèses catastrophistes.

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  4. Bonjour,
    Je voudrais revenir sur quelques imprecisions que j’ai repéré lorsque vous comparez températures et CO2. Vous montrez un graph des 600 millions dernieres années comparant CO2 et temperatures et vous en deduisez « l’accroissement du CO2 atmosphérique serait responsable du réchauffement par forçage radiatif ne repose donc sur aucune base physique ». Precisemment la relation entre gaz a effets de serre et temperatures est un principe elementaire de la physique. Mais vous semblez omettre que le CO2 n’est pas le seul gaz a effet de serre et la composition de l’atmosphere du paleozoic n’etait pas la meme qu’aujourd’hui. Le methane CH4 a par exemple joué un grand role dans l’évolution géologique des temperatures et l’évolution du CO2 ne jouait alors qu’un petit role.
    Donc vous ne pouvez pas comparer le paleozoic avec le quaternaire en terme de relation temperature/CO2, cela n’a aucun sens.
    Pourquoi ne pas montrer une courbe du quaternaire comme celle-ci http://www.euanmearns.com/wp-content/uploads/2014/11/vostok_temperature_co2.png
    ou l’on voit bien que temperatures et CO2 sont couplées au cours du quaternaire. Les cycles de Milankovitch sont a l’origine de la variation de temperatures et donc de variations du CO2. D’ailleurs vous etes d’accord puisque vous dites « c’est la hausse de la température qui fait augmenter le CO2 dans l’atmosphère (par dégazage des océans principalement) et non l’inverse ».

    Du coup vous contredisez votre premier point mais vous avancez un nouvel argument qui est que la temperature joue sur le CO2 et non l’inverse.
    Effectivement durant le quaternaire les variations de temperatures ont fait varier le CO2 passant de 190ppm en periode froide a 270ppm en periode chaude.
    Mais vous omettez qu’en faite CO2 et temperatures sont couplés et donc l’un fait varier l’autre. La seule difference entre le quaternaire et la periode recente de forte emission de Co2 par lhomme , c’est l’input. Dans un cas c’est la temperatures qui a commencer a varier (du aux cycles de Milankovitch) et qui a donc fait varier le CO2, faisant a son tour varier la temperature. Dans notre cas recent le CO2 est l’input. Cela n’est pas incompatible. En tous cas c’est nier le principe physique du role des gaz a effet de serre dans l’evolution des temperatures. Exliquez moi la raison qui ferais qu’un taux de CO2 de 390ppm (Bien au dela des 270ppm des dernieres periodes chaudes) n’aurait pas d’impact sur la température?

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    1. Merci de vous intéresser à ce travail. Vos commentaires sont très pertinents et j’ai remplacé la figure portant sur la figure température/CO2 des 600 derniers millions d’années par celle que vous suggérez.
      Par contre j’ai ajouté des explications sur l’impact du CO2 atmosphérique sur la température globale (réchauffement anthropique):
      L’émission des gaz de combustion produit un effet immédiat sur la température globale par forçage radiatif, mais cet effet est non-linéaire. En l’absence de rétroaction positive des gaz à effet de serre sur la température, un phénomène de saturation se produit lorsque la concentration du dioxyde de carbone augmente. En effet, l’altitude à partir de laquelle les radiations thermiques émises par la terre (dans la bande d’absorption du CO2) s’échappent vers l’espace augmente avec la concentration du CO2. Ceci résulte de l’épaississement de la couche opaque au sein de laquelle toute émission dans le spectre infrarouge du CO2 est réabsorbée ou diffusée. Ce phénomène de saturation apparaît dès lors que l’émission des radiations thermiques se produit dans la stratosphère, c’est-à-dire là où la température varie peu avec l’altitude.

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      1. «  » » »L’émission des gaz de combustion produit un effet immédiat sur la température globale par forçage radiatif, » » » »

        C’est totalement inexact, le système comporte un forte inertie due en majorité à la capacité thermique des océans

        Vous ne comprenez rien à la physique de l’atmosphère, La tropopause est à altitude variable, ce que vous dites n’a aucun sens.

        Avant de vouloir critiquer le travail de scientifiques compétents en la matière, il vous faudrait apprendre les base mon cher.

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  5. Vos commentaires sont les bienvenus. J’ai remplacé ‘immédiat’ par ‘plus rapide’ et je fais part de l’approximation dans la conclusion de la page ‘Effet de serre’ :
    ‘En dépit des hypothèses simplificatrices (en particulier les conditions TPN sont utilisées, un modèle plus complet devrait faire intervenir l’altitude variable de la tropopause) le réchauffement anthropique…’ la suite est inchangée.
    N’hésitez pas à me faire part de vos compétences.
    Cordialement

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  6. Bonjour Jean-Louis,

    Merci pour ce travail en profondeur, et bravo pour votre patience d’ange face à certains donneurs de leçons, dont les connaissances en climatologie paraissent pourtant bien minces devant les vôtres. Je crains que Robert n’ait confondu SCE (sensibilité climatique d’équilibre) et SCT (sensibilité climatique transitoire). Ce monsieur devrait aller visiter un lien qui explique tout ça assez bien et sans arrière-pensées: http://www.clubdesargonautes.org/faq/sensibilite-du-climat.php. Il y verra aussi que, depuis plus de 30 ans, ces deux paramètres sont estimés avec une très grande incertitude par les modèles climatiques. Même pour la SCE, la plage d’incertitude va de 1 à 3 (1,5°C à 4,5°C pour un échelon 280/560 ppmv CO2). Ceci ne reflète évidemment pas l’incompétence des climatologues mais l’immaturité de leur jeune discipline, où les controverses sont vives contrairement à ce que les rapporteurs du GIEC et leurs relais médiatiques veulent faire croire aux ignorants (le prétendu consensus). Dans l’immense complexité de la machine climatique, le CO2 n’est qu’un élément parmi d’autres, qu’il ne faut évidemment pas écarter, mais j’ai comme vous le sentiment que certains aspects du problème, peut-être moins spectaculaires et moins alarmistes que ceux mis en avant jusqu’ici, ont été quelque peu négligés. Il conviendrait peut-être de recentrer cette science émergente sur les grandes inconnues que sont la dynamique des nuages et, en amont, le couplage des cycles océaniques avec le forçage astronomique, comme vous et quelques autres essayez de le faire. Car je ne vois pas comment on pourrait éluder la variabilité naturelle si l’on veut répondre de manière plus précise à la fameuse question à 90.000 milliards de dollars: quelle est la part du forçage anthropique dans le réchauffement actuel?

    Mais je voudrais revenir sur le graphe montrant la variation de la TSI entre l’an 800 et l’an 2000 (Steinhilber et al. 2012). Ce graphe semble établir une corrélation très nette entre les 5 minima de la TSI et les 5 minima de température attestés par les historiens. Une telle corrélation ne pouvant être fortuite, elle fournit un argument très fort en faveur de l’irradiation solaire comme cause principale (ou déclencheur) des variations du climat au cours du dernier millénaire, du moins à l’échelle séculaire (excluant les cycles de Schwabe, dont la période de 9 à 13 ans serait trop courte pour perturber les gyres océaniques, si je vous ai bien compris).

    N’ayant pas lu le papier de Steinhilber et al., je me pose trois questions:

    1) Les mesures isotopiques (14C et 10Be) sur lesquelles ce graphe est basé étaient-elles connues en 1998, quand Mann a sorti sa fameuse crosse de hockey, qui atténue très fortement les deux premiers minima (celui de Wolf et celui de Spörer) et gomme complètement le troisième (Maunder)?

    2) Quand le GIEC, après la polémique entre Mann et les M&Ms (2003) puis le rapport Wegman (2006) discréditant les travaux de Mann, ressort les crosses de hockey dans l’AR5 en 2013, les confronte-t-il au graphe de Steinhilber 2012?

    3) Si ce graphe est solide et ne souffre pas de biais analogues à ceux qui auraient affecté les résultats de Mann, n’invalide-t-il pas définitivement ces derniers, ainsi que les résultats analogues des autres équipes « de hockey » censés les conforter (le fameux plat de spaghettis)? Car enfin, s’il existe réellement une corrélation entre 5 minima d’irradiation solaire attestés par des mesures récentes et 5 minima de température établis longtemps auparavant par les historiens, pourquoi continuer à faire confiance à des reconstructions dont la fiabilité est douteuse et qui se contredisent les unes les autres?

    En espérant que vous pourrez m’éclairer,

    Bien cordialement,

    Vincent

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    1. Bonjour Vincent,
      Merci de me faire part de vos réflexions. Je ne sais pas si je pourrai vous éclairer davantage.
      1) Le fait que la composante naturelle du réchauffement soit assujettie aux variations de l’irradiance solaire (forçage solaire et orbital) ne fait aucun doute. Comme vous le dites l’histoire de l’humanité de ces deux derniers millénaires le montre. Mais lorsqu’on cherche une relation causale entre le forçage solaire (en W/m2) et la température de surface (en °C) on s’aperçoit qu’il existe un médiateur qui ne peut être que l’océan. En effet le système climatique manifeste un caractère résonant filtrant des fréquences au profit d’autres. C’est ce qui m’a incité à en savoir plus sur le moteur des courants de surface et en particulier sur le fonctionnement des gyres sous tropicaux. Le concept ‘d’ondes de Rossby gyrales permet d’expliquer le comportement résonant du système climatique, les fréquences propres étant compatibles avec les observations.
      2) Pour ce qui concerne la composante anthropique du réchauffement (qui croit de manière linéaire depuis 1970 et qui était peu visible auparavant lorsque les concentrations de CO2 dans l’atmosphère et les océans étaient en équilibre) il faut faire intervenir un phénomène d’amplification de l’effet de serre. Cet effet est très variable selon les climats et tout laisse penser qu’il résulte des nuages dans les hautes couches de l’atmosphère (limite de la troposphère), c’est à dire du gradient thermique adiabatique. Pour le moment cette hypothèse repose sur des déductions. Je ne pense qu’il existe des données fiables sur ces nuages de très haute altitude.
      En espérant contribuer à répondre à vos attentes,
      Bien cordialement,
      Jean-Louis

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  7. Oups ! J’avais oublié: savez-vous où je pourrais trouver des données sur l’évolution de la couverture nuageuse diurne et nocturne dans les deux hémisphères depuis 1979? J’ai recherché (rapidement) sur les sites de la NASA et de la NOAA, sans succès.

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  8. Bonjour Monsieur Pinault,

    Merci pour votre travail très intéressant et votre critique raisonnée des positions des uns et des autres sur le sujet.

    Pensez-vous que nous en sachions suffisamment à l’heure actuelle pour envisager de lister et rendre compréhensible pour tous les manques qui coincent dans les outrances du GIEC ainsi que dans celles de certains de leur opposants.
    Personnellement j’ai toujours été hyper déçue de constater que certains arguments -pourtant de valeur reconnue- sont niés ou voient leur importance minimisée d’un côté comme de l’autre et que d’autres arguments dont la base scientifique a été reconnue faible continuent d’être diffusés d’un côté comme de l’autre (comme la légende de la température de la Terre sans atmosphère égale à -18¨C par exemple).

    Je trouve qu’il serait très important de permettre aux citoyens de comprendre enfin de quoi il est question dans cette controverse qui quoi qu’on puisse en dire est scientifique et ne doit donc pas donner lieu à des prises de position relevant du « credo ».

    Bien cordialement à vous,
    Fabienne

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    1. Bonjour,
      La climatologie est une science jeune et la réponde à beaucoup de problèmes évolue entre fantasme et objectivité. C’est ce qui me passionne. J’essaie d’apporter certains éléments de réponse à la variabilité naturelle du climat qui, par ricoché, précise l’impact anthropique du aux émissions des gaz à effet de serre. Mais le chemin est encore long…
      Au fait, la température de -18°C qu’aurait la terre en l’absence d’atmosphère est bien réelle et admise par les climatologues. Mais ça n’a rien de choquant ?
      Bien cordialement à vous également.
      Jean-Louis

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  9. Eh bien disons que plusieurs choses me choquent:

    Vous citez un article de Dufresne et Treiner dans le bulletin de l’UDPPC « L’effet de serre atmosphérique est plus subtil qu’on ne le croît ! ».
    Dans cet article, les auteurs montrent que le calcul de cette valeur de -18°C ne prend pas en compte l’augmentation d’albedo due au fait que l’eau terrestre serait sous forme de glace. La Terre serait donc en réalité plus froide que -18°C (on lit parfois -50°C ou – 60°C).

    Mais ces auteurs ont publié une autre version ici:
    http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/39839, dans laquelle ils affirment au contraire que si on supprime l’atmosphère, on n’a pas non plus de nuages et que ceux-ci constituant les deux-tiers de l’albedo de notre planète, il en résulterait une diminution de l’albedo conduisant en fait à une température moyenne plus élevée: -2°C.

    L’autre chose qui me perturbe c’est qu’il n’y a aucun moyen de donner un sens thermodynamique à une température moyenne (c’est à dire de relier cette température moyenne à un flux radiatif moyen) sauf en supposant une très faible variabilité des flux et des températures de surface. Or c’est ce qui est fait, alors que sur Terre la variabilité est importante.
    On calcule Tmoy = racine quatrième ((1-A)Fmoy/sigma)
    Alors que le calcul correct serait Tmoy = (racine quatrième((1-Al)Fl/sigma))moy en tenant donc compte des albedos locales des différentes surfaces et des flux radiatifs émis localement

    L’estimation par la première formule donne systématiquement des valeurs plus élevées : l’effet de Serre dit naturel serait donc sous-estimé. Bien entendu on fait ce qu’on peut, vu que ce calcul est le seul qui nous soit accessible.

    Vu la forme de la relation utilisée pour relier la température au flux radiatif, on peut admettre que l’incertitude sur augmente avec la variabilité des flux radiatifs et des températures : soit pour notre Terre des fluctuations de l’ordre de 50% (températures variant d’environ 150K sur 300K, à la louche). Ceci sans qu’on puisse avoir plus d’information sur la valeur réelle de cette incertitude.

    En réalité, aucun de ces calculs pour quantifier l’effet de serre naturel ne me paraît faire sens ! Donc en ce qui concerne l’effet de serre naturel, tout ce qui me semble sensé de dire est que la présence de l’atmosphère permet de maintenir une température moyenne bien plus clémente que si elle n’était pas là.

    Donc pour évaluer ensuite avec précision l’effet de serre anthropique additionnel, ça me semble mal parti. Disons que ça pourrait ressembler à l’histoire de l’éléphant et de la petite souris qui courent côte à côte et au bout d’un moment la petite souris se retourne et dit à l’éléphant : « Waow !! tu as vu toute la poussière qu’on soulève ? ». Va calculer la part de la souris là-dedans.

    Fabienne

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    1. Merci Fabienne et mes excuses pour ce retard. Je comprends maintenant pourquoi cette température moyenne de -18°C en l’absence d’atmosphère vous choque. Les calculs effectués pour y arriver sont simplistes et le résultat très approximatif en effet. Mes excuses également pour ne pas avoir compris le sens de votre question dans votre dernier message.
      Je crois que la voie la plus simple pour estimer l’impact anthropique sur la température globale est de raisonner comme je l’ai fait dans la page « Climat présent » en comparant la température instrumentale à ce qu’elle devrait être si elle était exclusivement régie par les cycles naturels.
      J’ai essayé de montrer quelle serait la température de surface ‘naturelle’ en me référant à la température de surface des océans. C’est de là que je tire la carte dans le paragraphe ‘Spatialisation des réponses thermiques anthropiques et naturelles’.

      Bien cordialement,
      Jean-Louis

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  10. Jean-Louis,
    Par ailleurs votre position me paraît très sensée: le chemin est encore long.
    Lorsqu’il y a 25 ans le directeur du tout nouvellement créé LSCE me demandait si je pensait que le réchauffement climatique observé pouvait être directement lié aux émissions anthropiques de CO2. Je lui répondis qu’à mon avis la réponse nécessitait encore une cinquantaine d’années de bonne recherche sur le sujet.
    Ca n’a pas dû lui plaire puisqu’il cherchait des « convaincus », mais je ne regrette pas cette réponse prudente.
    Fabienne

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