NB. Le contenu de cet article donne des informations disponibles au moment de sa publication en 2004.
>>> Pour des informations à jour, lire par exemple : Magali Reghezza-Zitt, « Sociétés humaines et territoires dans un climat qui change. Du réchauffement climatique global aux politiques climatiques », Géoconfluences, avril 2023.

Épisodes pluvieux extrêmes à répétition dans le Bassin méditerranéen, tempêtes sur l'Europe en décembre 1999, canicules et sécheresse sans précédent en Europe en 2003, perturbations liées au phénomène "El Niño" dans les régions tropicales et même au-delà, fonte des glaciers, hausse du niveau de la mer, problème du "trou d'ozone", tous ces faits relayés par les médias peuvent parfois créer un sentiment d'inquiétude dans le public, mais aussi faire prendre conscience de l'importance des problèmes du climat.

L'homme, par son action inconsidérée sur l'environnement, par tous les rejets dans l'atmosphère que ses activités génèrent, compromet-il l'avenir des générations futures ?

Cette contribution ne cherche pas à traiter de façon exhaustive le sujet (qui le pourrait aujourd'hui ?), ni à prendre parti définitivement pour une thèse ou pour une autre. On ne peut qu'être humble et prudent face à des problèmes aussi complexes. Il s'agit de conduire une réflexion autour de faits scientifiques sans esprit de système, en éliminant autant que possible ce qui relève des fantasmes médiatiques ou cinématographiques.

Le questionnement peut être le suivant : que sait-on des climats du passé ? Le climat de la terre change t-il de manière accélérée et depuis quand ? Quels peuvent être les facteurs des variations climatiques ? L'action anthropique est-elle prépondérante dans ces évolutions depuis le XIXe siècle ? Que peut-on déduire au vu d'observations et de corrélations établies sur des courtes durées ?

La valeur zéro du graphique correspond à la température moyenne de la période 1961 - 1990

De 1860 à nos jours, les dix années les plus chaudes se situent toutes après 1990 (dans l'ordre 1998, 2002,2003, 2001,1997, 1995, 1990,1999, 1991 et 2000) ; on remarque l'absence des années 1992,1993 et 1994 attribuée aux conséquences de l'éruption du Pinatubo, aux Philippines en juin 1991.

L'histoire climatique de la Terre

En 1837, le naturaliste suisse Louis Agassiz affirme que les blocs de rochers rencontrés dans certaines régions de Suisse ont été jadis transportés par les glaciers. Cette thèse, d'abord contestée, a ensuite été admise par les scientifiques. On reconnaissait que les climats avaient pu varier. L'étude des anciens climats (les paléoclimats) commençait. La paléoclimatologie est fondée sur : l'étude des documents historiques et les archives (pour les périodes les plus récentes) ; l'archéologie ; la paléontologie ; la dendrochronologie (étude des cernes des arbres) ; la géomorphologie (roches striées et moutonnées, vallées glaciaires en U et blocs erratiques, etc.) ; l'étude des sédiments lacustres et marins (grâce à des carottes) ; la palynologie (étude des pollens fossiles) ; les variations du niveau de la mer (lors de la dernière glaciation il y a 18000 ans, le niveau était inférieur de 120 mètres au niveau actuel) ; l'étude des coraux ; le paléomagnétisme ; enfin les carottes glaciaires.

Des forages ont été réalisés dans les deux calottes glaciaires de la Terre, les inlandsis. Ils ont débuté en 1966 au Groenland et en 1968 en Antarctique. Ces forages nous livrent des carottes de glace qui sont de véritables archives du climat passé. La glace de surface est contemporaine, mais son âge augmente en fonction de la profondeur du prélèvement. De ce point de vue la calotte antarctique est plus intéressante car elle est plus épaisse (plus de 4 kilomètres au sommet du dôme de Vostok) et elle s'écoule plus lentement que celle du Groenland compte tenu de la surface de l'inlandsis (14 millions de km² contre 2,2). Cette glace correspond à une accumulation nivale vieille de plus de 700 000 ans. De minuscules bulles d'air y sont emprisonnées et révèlent la composition de l'atmosphère de l'époque. Ainsi, on peut déterminer précisément la présence et la proportion de certains gaz comme ceux incriminés pour leur responsabilité dans l'effet de serre : le CO2 et le CH4 (méthane). Par ailleurs l'étude des isotopes de l'oxygène nous renseigne sur la température moyenne de l'atmosphère. La température joue sur le rapport O18-O16, en effet un refroidissement moyen de 1°C se traduit par une diminution de 0,67% de l'isotope O18.

Ces informations ont été croisées avec l'étude des forages sédimentaires marins et lacustres dans lesquels on a recherché la faune et la flore fossiles dont les coquilles renferment l'isotope O18.

Nous pouvons ainsi réaliser un zoom sur les climats du passé. Après une période globalement chaude et relativement stable au Mésozoïque (ère Secondaire), le climat de la planète s'est refroidi pendant le Cénozoïque (ère Tertiaire) puis, le quaternaire a connu une succession de périodes froides et d'interglaciaires.

Temporalités et variations climatiques

Lorsque le climat se réchauffe, cette énorme quantité de glace fond si bien que l'eau des océans se refroidit, engendrant pour une courte période un refroidissement dans une phase globale de réchauffement. La circulation océanique est perturbée, notamment dans l'Atlantique Nord où le Gulf Stream peut disparaître entraînant un refroidissement en Europe Occidentale. Le Dryas récent (il y a environ 12 000 ans) correspond à ce phénomène. Certains auteurs pensent que cette situation pourrait se reproduire à l'avenir en cas de réchauffement prolongé. Au-delà de cet événement éphémère, il faut analyser les causes des variations climatiques.

Enquête sur les facteurs des changements climatiques

Un mathématicien serbe, Milutin Milankovitch, a proposé, en 1924, une corrélation entre l'évolution des paramètres orbitaux de la terre et les variations climatiques observées.

Les paramètres orbitaux de la Terre

Or le climat varie aussi sur une période plus courte, historique. D'autres facteurs doivent alors être évoqués comme les cycles solaires. On évoque souvent en climatologie la constante solaire qui fait référence à l'énergie reçue sur une surface perpendiculaire au rayonnement à la limite supérieure de l'atmosphère. Cette constante est évaluée de l'ordre de 1 370 W/m². Mais, en réalité, l'énergie envoyée par notre étoile varie.

L'activité solaire

On s'est aussi interrogé sur le rôle que pouvait jouer l'activité tectonique de la Terre. La tectonique des plaques (la "dérive des continents") peut faire déplacer une région des pôles vers l'Equateur ou vice-versa. Le volcanisme doit être pris en compte. Au XVIIIe siècle, Benjamin Franklin a émis l'hypothèse que les éruptions volcaniques pouvaient influencer le climat. En 1816, l' "année sans été" survint après l'éruption du Tambora, aux Indes Néerlandaises. Ultérieurement, d'autres éruptions ont été également suivies de refroidissements durant un à trois ans. En effet, lors d"éruptions volcaniques à caractère explosif, des quantités considérables d"aérosols et de gaz peuvent être projetées dans la haute atmosphère. Ces nuages peuvent se répandre autour de la terre en quelques mois et faire partiellement écran au rayonnement solaire et donc provoquer un refroidissement. L'éruption du Pinatubo aux Philippines en juin 1991 a provoqué une chute de la température mondiale d'environ 0.5°C pendant plus d'un an. Ainsi, un paroxysme volcanique explosif durable peut avoir des conséquences thermiques importantes tendant vers le refroidissement.

Les impuretés de l'atmosphère (poussières, aérosols), comme sa composition gazeuse déterminent sa capacité à conserver l'énergie reçue du soleil. Certains gaz sont responsables d'un "effet de serre", ce sont les gaz à effet de serre (GES). La vapeur d'eau est le principal GES en y contribuant pour plus de 50% ; vient ensuite le dioxyde de carbone ou gaz carbonique (CO2) pour environ 40%, puis le méthane (CH4), les chlorofluorocarbures (CFC), l'oxyde nitreux ou protoxyde d'azote (N2O) et l'ozone (O3) troposphérique. L'atmosphère laisse passer les rayons du soleil, mais les GES absorbent une grande partie du rayonnement infrarouge émis par la surface du sol, ce qui le réchauffe. C'est ce qui se passe dans une serre ou une véranda. On oublie souvent que l''effet de serre est bénéfique : sans lui, la température moyenne de la terre serait de –18°C, soit près de 33°C au-dessous de la température actuelle ; il n'y aurait pas d'eau liquide et pas de vie. Le problème est que la teneur en CO2 de l'air ne fait qu'augmenter depuis la Révolution Industrielle à la fin du XVIIIe siècle.

Variations des concentrations en gaz carbonique et en méthane au cours des 420 000 dernières années

Depuis le début du XIX^e siècle cependant, l'accroissement des GES dans l'atmosphère, en liaison avec les activités humaines, se produit à un rythme beaucoup plus élevé qu'à l'état naturel. Le CO2 , qui est le gaz le plus souvent incriminé, évoluait à l'état naturel entre un taux faible de 2OO ppm (partie par million), soit 1cm3 par m3 d'air, et 300 ppm lors des interglaciaires comme celui de l'Eémien. On estime que, vers 1800, le CO2 représentait 280 ppm, en 1958, il atteignait 315 ppm, en 2004, 375 ppm et il pourrait atteindre 400 ppm vers 2020. De son côté, le taux de méthane est passé de 0,8 ppm à 1,8 ppm. Ces taux n'avaient jamais été atteints depuis 440 000 ans.

Le programme européen Epica (European Project for Ice Coring in Antarctica) a permis de décypter 740 000 ans d'archives glaciaires prélevés sur le dôme C en Antarctique (résultats 2004). C'est un record mondial, puisque le forage russe de Vostok situé non loin de là, le plus profond auparavant, n'était parvenu qu'à 400 000 ans. Les résultats précisent qu'au cours des 740 000 dernières années, notre planète a subi huit cycles climatiques glaciaires. Puis, à partir de 420 000 ans, un changement brutal survient : les périodes chaudes atteignent des températures similaires à celles que nous connaissons actuellement, alors qu'elles étaient auparavant plus froides et duraient plus longtemps. Autre particularité, la période chaude la plus longue, au cours de ces 740 000 ans, a commencé il y a 422 000 ans (le stade 11 pour les spécialistes) et elle a duré environ 28 000 ans. Or "cette période peut être considérée comme "analogue" à celle que nous vivons, car les conditions astronomiques - orbite et axe de la Terre - qui influencent l'ensoleillement, sont identiques à celles d'aujourd'hui. Et on remarque aussi que la température, à son maximum, était supérieure de 2°C à celle d'aujourd'hui", explique Valérie Masson-Delmotte du Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (CEA-CNRS). Les bulles d'air des carottes d'Epica indiquent aussi que les teneurs actuelles en GES atteignent leur plus haut niveau depuis 440 000 ans, confirmant ainsi les études des carottes de glace du Groenland (programme GRIP et GISP 2).

Source : Christiane Galus - La glace du pôle Sud révèle 740 000 ans d'archives climatiques Le Monde daté du 11 juin 2004)

Les réalités du réchauffement contemporain

Celui-ci est difficile à appréhender car les données sont souvent faussées par l'évolution des sites de mesure et parce que, à échelle globale, les résultats peuvent être contradictoires. Les sites de mesure de la température les plus anciens, qui datent parfois du XVIIIe siècle, sont souvent situés près des grandes villes et ils sont sous l'influence de ce que l'on appelle l'îlot de chaleur urbain. Le cœur des grandes métropoles des pays tempérés connaît ainsi un réchauffement d'environ 1 à 4°C, le phénomène étant plus accentué en période hivernale.

Prenons par exemple la station d'Ambérieu en Bugey dans le département de l'Ain. Elle présente plusieurs atouts vis-à-vis des contraintes qui viennent d'être évoquées. Les données sont complètes depuis 1941, sans aucune lacune, le site de mesure n'a pas changé durant cette période, la station, située sur l'aérodrome, les données ne sont donc pas perturbées par l'îlot de chaleur urbain de la ville d'Ambérieu, ville d'ailleurs modeste (10 000 habitants) ou celui de l'agglomération lyonnaise éloignée de 50 kilomètres.

Seize paramètres sont présentés sur 2 périodes : 1941-1990 que l'on peut considérer comme une normale climatique ; 1991-2000 qui est admise comme la décennie la plus chaude du XXe siècle en Europe. Les trois dernières années témoignent de la variabilité d'une année à l'autre et du caractère tout à fait exceptionnel de l'année 2003.

Source des données : Météo-France - CMRCE / Développements, études, climatologie - 11 janvier 2004

La température moyenne annuelle a augmenté de 0.9°C, mais les minimales sont plus affectées que les maximales : 1.1°C contre 0.7°C. L'amplitude diurne a baissé, ce qui plaide en faveur d'une accentuation de l'effet de serre. Il semble que le rayonnement nocturne soit affecté. Les paramètres du froid sont également orientés vers le réchauffement : le nombre de jours de gelées diminue de 15%, le nombre de jours sans dégel de 23%, le nombre de jours de fortes gelées où la température minimale est inférieure à -5°C diminue de 44%, les très fortes gelées disparaissent quasiment, le nombre de jours de neige chute également. La période estivale connaît aussi une tendance au réchauffement qui se traduit par une hausse dans les mêmes proportions du nombre de jours chauds et très chauds.

La période végétative qui correspond globalement à la saison hors gel s'allonge d'environ trois semaines, la médiane du dernier jour de gelée est celle qui est la plus concernée puisqu'elle passe du 30 au 16 avril.

Fluctuations des températures moyennes annuelles entre 1901 et 2000 - Stations météorologiques de l'Arctique

Le réchauffement climatique contemporain peut être également abordé à travers l'étude des glaciers. On observe un recul général des glaciers de montagne des latitudes tempérées et tropicales. Les glaciers andins fondent à 6 000 m d'altitude, il en est de même pour les petits glaciers et névés du Kilimandjaro et du Mont Kenya en Afrique condamnés à disparaître prochainement.

À Chamonix, le glacier des Bossons descend directement du sommet du Mont Blanc et connaît une évolution plus complexe. A la fin du Petit âge glaciaire, vers 1850, de nombreuses représentations (gravures, photographies, tableaux) en témoignent, il atteignait la vallée de Chamonix puis il a reculé progressivement pendant plus d'un siècle pour connaître un étiage en 1953, soit un recul d'environ 1,5 km. De 1953 à 1985, il a repris de la vigueur et regagné 500 m, puis il a reculé jusqu'en 1995. Depuis, il a tendance à croître à nouveau. D'autres glaciers dans les Alpes, moins bien alimentés, sont cependant en recul, mais il faut se garder de globaliser.

Les glaciers des hautes latitudes de Norvège ou d'Alaska sont, à l'inverse, majoritairement en crue. Ces données nous apparaissent donc contradictoires, mais est-ce si étonnant ? Ils ne sont en effet pas un bon baromètre de l'évolution du climat car ils traduisent un bilan entre l'accumulation nivale et les autres conditions climatiques auxquelles ils sont soumis (expositions, températures, etc.)

Évolution de quatre glaciers des Alpes françaises depuis le début du XXe siècle

La perspective de la fonte des inlandsis fait l'objet régulièrement de prospectives très alarmistes dans les médias. En effet, si le Groenland et l'Antarctique fondaient, le niveau de l'océan mondial s'élèverait d'environ 70 mètres. Cette perspective est aujourd'hui exclue de tous les scénarios par les scientifiques pour plusieurs raisons. Les secteurs les moins froids de l'Antarctique connaissent tous un climat polaire glaciaire, c'est-à-dire qu'aucun mois ne dépasse en moyenne -5°C . Même si le réchauffement s'accentuait, on reste loin pour ce continent d'une perspective de fonte massive. Le Groenland est moins froid, mais seule la partie méridionale de la calotte pourraient être déstabilisée. Lorsque le climat se réchauffe, l'évaporation et les précipitations augmentent. Or celles-ci se produisent sous forme solide sur les inlandsis, si bien que l'excès de fonte pourrait être largement compensé par des précipitations plus abondantes. Cette perspective est confirmée dans les faits par l'étude des marégraphes qui mesurent le niveau de la mer. L'élévation maximale (1 mètre en un siècle) a été observée à Disko au Groenland : elle traduit un enfoncement du substratum sous l'effet du poids de la glace (isostasie).

Plus récemment, les données du satellite Topex-Poseidon, qui fonctionne depuis 1992, tendent à confirmer globalement l'accumulation glaciaire sur les inlandsis. Ce satellite, qui mesure l'évolution du niveau de la mer depuis 12 ans, relève une hausse annuelle d'environ 3 mm : elle serait très peu liée à la fonte des glaciers, mais plutôt à la dilatation des océans sous l'effet de leur échauffement. Ce recul de 12 ans apparaît pourtant bien faible pour conclure à un phénomène s'inscrivant dans la durée. Seuls les centaines de marégraphes installés depuis deux siècles parfois nous donnent des informations sur une longue durée. Leur exploitation est cependant délicate car ils relèvent l'évolution du niveau de la mer en un lieu qui n'est pas forcément stable. Certains secteurs sont subsidents comme toutes les zones deltaïques ou le Groenland on l'a vu. D'autres se soulèvent comme les continents des hautes latitudes (Scandinavie, Canada) qui n'ont pas encore retrouvé leur équilibre depuis la fonte des inlandsis qui les recouvraient lors de la dernière période glaciaire : les anneaux d'amarrage des drakkars vikings sont à plusieurs mètres au dessus du niveau de la mer aujourd'hui. Mais cette hausse du niveau marin si elle se vérifiait, mettrait bien entendu en danger toutes les zones basses de la planète comme les récifs coralliens des Maldives, les atolls du Pacifique, le delta du Bengale ou les nombreux polders que les hommes ont aménagé.

En forme de conclusion provisoire

L'image d'un climat globalement stable est fausse. Celui-ci n'a pas cessé de fluctuer, et ce bien avant l'intervention de l'homme. Les migrations des sociétés humaines au cours des temps témoignent de leurs nécessaires et constantes adaptations à ces variations. Les facteurs de ces changements sont d'ordre astronomique pour de longues durées, sur plusieurs millénaires. Ils sont parfois liés à l'activité volcanique ou météorique et aux fluctuations de l'énergie émise par notre astre solaire. Depuis la Révolution industrielle nous rejetons des quantités très importantes de gaz issus pour l'essentiel des énergies fossiles (7 milliards de tonnes de carbone par an dont 4 sont absorbés par les océans, la biomasse et les sols, mais 3 restent dans l'atmosphère), ce qui introduit une composante anthropique à l'évolution du climat planétaire. Des modèles ont été proposés qui en fonction de scénarios variés de nos rejets de GES nous proposent, tous, à des degrés divers, un réchauffement de la planète pour le XXIe siècle. Le troisième rapport du Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC, en anglais IPCC), daté de 2001, prévoit pour l'an 2100 un réchauffement compris entre 1,4°C et 5,8°C. Celui-ci devrait être variable selon les régions, plus fort sur les continents et dans les régions arctiques

La thèse du réchauffement global est à présent admise par une majorité des scientifiques. Le phénomène semble même s'être amplifié depuis le début des années 1990. Certains éléments sont pourtant contradictoires, comme certaines données des stations arctiques. L'étude satellitaire du niveau de la mer et des calottes glaciaires est précieuse et devrait apporter dans l'avenir des réponses à certaines questions. Autant la prudence s'impose concernant l'interprétation des résultats, car nous manquons de recul pour conclure, autant une prise en compte raisonnée du principe de précaution doit inciter, compte tenu de l'inertie des mécanismes en jeu, à engager dès à présent des mesures préventives concertées à l'échelle globale tels que le protocole de Kyoto ou d'autres dispositifs.

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Revues de Météorologie et Climatologie :

• Association internationale de climatologie, publications
• La Météorologie (Société Météorologique de France et Météo-France)
• Met-Mar (Météo-France)
• Neige et Avalanches (Assoc. Nationale pour l'Etude de la Neige et des Avalanches)
• Nimbus, revue de la société météorologique italienne
• Bulletin de l'Organisation Météorologique Mondiale (Genève)
• Weather (Royal Meteorological Society)
• Weatherwise ( États-Unis)

Des ressources en ligne, une sélection

• Environnement, risque, territoire et société, l'exemple de la pollution atmosphérique par Claude Kergomard (ENS Ulm) : www.diffusion.ens.fr/index.php?res=conf&idconf=75
• Planet-Terre, site de ressources de la DESCO et de l'ENS Sciences en sciences de la Terre :www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/index.html
• Mission interministérielle de l'effet de serre (MIES) : www.effet-de-serre.gouv.fr
• Le site de Météo-France : www.meteo.fr
• Et de l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM) : www.wmo.ch
• Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) : www.ademe.fr/default.htm
• Le troisième rapport (2001) du Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC - Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) : www.ipcc.ch
• Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement (LGGE - UMR 5183) - Saint Martin d'Hères (Isère, France) : www-lgge.obs.ujf-grenoble.fr    Dont le service d'observation des glaciers alpins :www-lgge.obs.ujf-grenoble.fr/equipes/glaciers/DonneesDisp/ServiceObs/home.shtml)
• La Lettre du Programme international Géosphère Biosphère (PIGB) / Programme mondial de recherches sur le climat (PMRC - International Geosphere Biosphere programme - IGBP - World climate research programme - WCRP)Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE / CNRS, Saint-Martin-d'Hères (38) :www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/biblio/pigbsom.htm
• L'Institut polaire français (IPF) : www.ifremer.fr/ifrtp
• L'École nationale des ponts et chaussées (ENPC) - Documents de synthèse de l'Atelier changement climatique - www.enpc.fr/fr/formations/ecole_virt/trav-eleves/cc/ Par exemple :
• La hausse du niveau des mers et ses effets potentiels (Guyane, New York, lagune de Venise, etc.) :www.enpc.fr/fr/formations/ecole_virt/trav-eleves/cc/cc0304/niveau-mers/niveau-%20mers.htm
• Impact du changement climatique sur les assurances :www.enpc.fr/fr/formations/ecole_virt/trav-eleves/cc/cc0304/assurances/assurances.htm
• Collège de France, documents sur l'évolution du climat :www.college-de-france.fr/site/evo_cli/p998918095065.htm
• Dossier Climat du CEA (des animations en flash utilisables en collèges) :www.cea.fr/fr/magazine/somDossier.asp?id=4
• Données sur l'Arctique de la NOAA : www.arctic.noaa.gov/data.html
• Notes de recherche du Laboratoire de climatologie de l'Université du Québec sur le site canadien "Prévisions climatiques" : www.uqtr.ca/prevision_climatique
• Par le Service météorologique du Canada, un dossier éducatif, "La science du changement climatique": www.msc-smc.ec.gc.ca/education/scienceofclimatechange/index_f.html
• L'association Infoclimat : www.infoclimat.com

Guy Blanchet (directeur honoraire du Centre de Climatologie de l'Université Claude-Bernard-Lyon I) et

Roger Goullier (agrégé de géographie, chargé de cours à Lyon I),

pour Géoconfluences le 26 juillet 2004