Le réchauffement anthropique

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La Terre est une planète active en constante évolution à travers les mouvements de la lithosphère, de l'hydrosphère et de l'atmosphère. Les climats sont directement tributaires des mouvements de ces trois composantes de la planète. Depuis 150 ans, le climat planétaire présente un réchauffement d’environ 1°C.

L’étude des climats passés (paléoclimats) et des mécanismes responsables d’éventuelles variations de ces climats permet une meilleure compréhension de l’évolution du climat et d’affiner le modèle de son évolution dans le futur.

Quand on voit la diminution de la surface de la calotte glaciaire du pôle nord depuis 40 ans, on ne peut qu’admettre que le climat se réchauffe. 

Document 1 : Évolution de la limite de la calotte glaciaire du pôle Nord

2007_Arctic_Sea_Ice par Image de la NASA créée par Jesse Allen, en utilisant les données AMSR-E fournies par le National Snow and Ice Data (NSIDC), et les contours de l'étendue de la glace de mer avec l'aimable autorisation de Terry Haran et Matt Savoie, NSIDC, sur la base du Special Sensor Microwave Imager (SSM / I) Les données. via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2007_Arctic_Sea_Ice.jpg

L’enregistrement de la température depuis 1880 le prouve. En effet, on remarque que la température moyenne de la planète a augmenté depuis 1880. La période allant de 1951 à 1980 sert de référence car sa température est relativement stable. Ainsi chaque autre point indique un écart positif ou négatif par rapport à cette période. La ligne noire continue correspond à la moyenne annuelle globale et la ligne rouge continue correspond à la plus basse des cinq ans. Les barres d'incertitudes bleues représentent l'incertitude annuelle totale à un intervalle de confiance de 95%. 

On remarque qu’à partir de 1980 se produit une nette augmentation de température. Une première augmentation est repérée dès 1890, puis une autre vers 1920. Au passage, souvenez-vous de vos cours d’Histoire : les poilus avaient froids dans les tranchées. Ceci n’était pas seulement dû à leur manque d’équipements : il y a eu à cette époque des hivers glaciaux dus à une baisse globale de la température terrestre. On remarque également des fluctuations (des sauts brefs de températures) sur de très courtes périodes marquées par des chutes de températures suivies d’augmentations.

Document 2: Variations des températures moyennes à l’échelle du globe

800px-Global_Temperature_Anomaly.svg, par v via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Global_Temperature_Anomaly.svg

Le climat de la Terre, s’il tire son origine du rayonnement solaire, est avant tout dû à la présence d’une atmosphère et de l’effet de serre que celle-ci induit.

I Rappels sur l’effet de serre

L’effet de serre est un processus naturel dû à l’atmosphère, qui contribue à augmenter la température de surface par rapport à une planète ayant les mêmes caractéristiques mais sans atmosphère.

Document 3: Rayonnement transmis par l’atmosphère et pourcentages d’absorption par les gaz à effet de serre.

Radiation_transmise par via Robert A. Rohde, via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radiation_transmise.png

L’atmosphère laisse passer, de jour, des rayonnements solaires. La ligne rouge représente les radiations émises par le soleil. La majorité des rayonnements solaires traversent l'atmosphère pour toucher le sol (partie colorée en rouge).  Le sol réfléchit une partie de ces rayonnements et absorbe l’autre partie, ce qui le réchauffe. Le sol cède ensuite cette chaleur en réémettant, de jour comme de nuit, vers le haut, un rayonnement infrarouge (rayonnement thermique du sol, courbe du spectre d’émission en bleu sur le graphique). Seule une fraction de 15 à 35 % des radiations réémises est transmise vers l’espace ce qui indique que la majorité des radiations issues du sol (65 à 85 %) est absorbée par l’atmosphère.

En bas sur le graphique, en gris, vous avez l’absorption par la colonne atmosphérique du rayonnement émis au niveau du sol. Les domaines de contributions des principaux gaz naturellement présents dans l’atmosphère sont indiqués sous la figure pour les domaines de longueurs d’ondes du rayonnement solaire et du rayonnement thermique terrestre. Ces gaz atmosphériques, dits "gaz à effet de serre" (GES) sont le dioxyde de carbone, le méthane, la vapeur d’eau. Cette action réchauffe l’atmosphère qui émet son propre rayonnement thermique dont la plus grande partie retourne vers le sol qui l’absorbe et s’échauffe.

Document 4 : Schéma récapitulatif de l’effet de serre

779px-Effet_de_Serre par  Robert A. Rohde via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Effet_de_Serre.png

II L’évolution de certains paramètres atmosphériques

Si la vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre, sa teneur dans l’atmosphère (0.3 %) reste constante. 

L’évolution du taux de chacun des autres gaz à effet de serre est très surveillé car chacun ne possède pas le même potentiel de réchauffement global ou PRG (en anglais, global warming potential ou GWP).

1) Le pouvoir de réchauffement des gaz

Le potentiel de réchauffement global est un indice de comparaison associé à un gaz à effet de serre (GES), qui quantifie sa contribution au réchauffement climatique comparativement à celle du dioxyde de carbone, cela sur une certaine période choisie. En d’autres termes, le PRG d’un gaz est le rapport entre les effets causés par la libération en début de période d’une masse donnée de ce gaz et ceux causés par la même masse de dioxyde de carbone (CO₂). Par définition, le potentiel de réchauffement global du CO₂ est donc toujours égal à 1. Il est calculé à partir de son pouvoir d’absorption des rayons infrarouges et de son temps de résidence dans l’atmosphère.

Document 5 : Pouvoir réchauffant des différents gaz, par rapport à un kilogramme de dioxyde de carbone et pour une durée considérée de 100 ans.

Global_warming_potential, par Sorbot via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Global_warming_potential.png

2) L’évolution du taux de dioxyde de carbone

Document 6 : Le cycle du carbone

800px-Cycle_du_carbone2.svg par bendeck via Wikimédia Commons,  CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cycle_du_carbone2.svg

L’élément carbone est présent dans différents réservoirs terrestres indépendants qui s’échangent principalement du CO₂. Ces échanges déterminent un cycle géochimique responsable d’un équilibre du taux de CO₂ atmosphérique. Les archives géologiques montrent que cet équilibre se modifie au cours du temps. Il existe une fluctuation naturelle du taux de CO₂ atmosphérique. 

La concentration en CO₂ dans l’atmosphère a augmenté depuis 1860. Aujourd’hui sa concentration atmosphérique a augmentée de 35 %. On remarque d’après le graphique montrant l’évolution de la teneur en CO₂ dans l’atmosphère, que cette augmentation s’est réalisée par paliers : une première augmentation de 1860 à 1950 puis une augmentation quasiment linéaire depuis 1960. Cette augmentation est à corréler dans un premier temps avec la révolution industrielle et l’apparition des premières usines puis avec le développement de l’industrie après la deuxième guerre mondiale dont notamment l’industrie automobile dans les années 60. 

Les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) sont des roches carbonées qui ont une origine biologique. Par la combustion de ces énergies fossiles, les activités humaines restituent dans l’atmosphère du CO₂ piégé lentement par photosynthèse puis par fossilisation. Brûler un combustible fossile, c’est brûler une énergie solaire passée. L’océan absorbe 26% du CO₂ libéré, la biosphère terrestre par la pratique de la photosynthèse en absorbe de 20 à 78% selon les années, mais cela ne compense pas les flux anthropiques. De manière globale, il est à retenir que la concentration en CO₂ n’a pas cessé d’augmenter depuis la révolution industrielle (1860).

Document 7 : Évolution de la concentration en dioxyde de carbone depuis 1750

Flux_carbone_fr par toony via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0,2.5,2.0,1.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flux_carbone_fr.png

3) Le méthane

Document 8 : Molécule de méthane

800px-Methane-CRC-MW-dimensions-2D, par via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Methane-CRC-MW-dimensions-2D.png

Du méthane d'origine abiotique (CH₄), tout comme le CO₂, était très présent dans l'atmosphère de la Terre primitive avant que la vie n'y apparaisse et n'y introduise le dioxygène. Après l'apparition de la vie bactérienne, l'essentiel du méthane terrestre a eu une origine biologique (fossile ou directe).

Du méthane biologique peut être libéré naturellement à partir de sources telles que les zones humides ou encore des sources anthropiques comme les décharges, les rizières ou notamment l’élevage bovin. 

Document 9 : Modèles informatiques montrant la quantité de méthane trouvée à la surface de la Terre (zoom sur l'Amérique du Sud)

Fichier-AtmosphericMethaneSouthAmérica par NASA, via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fichier-AtmosphericMethaneSouthAm%C3%A9rica.jpg

Du méthane fossile a été séquestré pendant des millions d'années dans des gisements d'hydrocarbures. Il peut suinter naturellement ou être émis par l'extraction et l'exploitation de combustibles fossiles. La concentration atmosphérique en méthane n’a donc cessé d’augmenter depuis la révolution industrielle, en parallèle de celle du dioxyde de carbone.

Document 10 : Différents types de gisements de méthane 

A Gaz associé (aux gisements de pétrole), B Gaz conventionnel non associé, C Gaz de houille, D Gaz de réservoir ultracompact, E Gaz de schiste.

800px-GasDepositDiagram2-fr.svg, par 800px-GasDepositDiagram2-fr.svg (1) via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GasDepositDiagram2-fr.svg

Document 11 : Évolution de la concentration atmosphérique en méthane depuis 1975.

Major_greenhouse_gas_trends par Gouvernement américain via Wikimédia Commons, domaine publiques, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Major_greenhouse_gas_trends.png

Avec le réchauffement climatique anthropique récent, la libération de méthane piégé dans le permafrost de la région arctique ne cesse d'augmenter et représente donc un réel danger. En effet, à concentration égale avec celle du dioxyde de carbone, son action est 23 fois plus importante. C’est donc un gaz à effet de serre puissant.

Document 12 : Teneur en méthane de l'air de l'Arctique, mesuré in situ en Alaska (Point Barrow), de 1986 à décembre 2018 (moyennes mensuelles). 

CH4.BRW.Monthly.png par NOAA via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CH4.BRW.Monthly.png

Ainsi l’augmentation de l’utilisation des énergies fossiles depuis les années 60 a provoqué une augmentation des teneurs en dioxyde de carbone et en méthane dans l’atmosphère, même dans des endroits non habités ! Ainsi en raison de la circulation atmosphérique, le méthane et le CO₂ anthropiques se répartissent dans l’atmosphère et sont responsables d’une augmentation de la température de celle-ci.

Réchauffement anthropique- SVT - ENJEUX Term spé #11 - Mathrix