Variabilité et changements climatiques

Le philosophe grec Théophraste, dans son ouvrage Des vents[5], écrit que sur les monts crétois, on pouvait déjà voir des ruines d'anciennes cités, sites abandonnés, autrefois terrains habités ou cultivés, dépeuplés depuis longtemps pour des raisons climatiques.

Un autre philosophe grec, Platon, décrit l'effet d'un changement climatique local en Attique dans son Critias[6] - [alpha 2].

L'idée de variations climatiques redevient un thème scientifique important au XVIII^e siècle, notamment grâce aux progrès de la paléontologie, mais c'est seulement à partir de l'entre-deux-guerres que la climatologie se constitue comme science véritable.

Température globale moyenne au cours des 540 derniers millions d'années.

Graphe de températures des 2 derniers millénaires, mettant en évidence l'optimum climatique médiéval, le petit âge glaciaire, auquel succède la rupture du réchauffement climatique contemporain[7].

Les phases antérieures à la Préhistoire relèvent de la paléoclimatologie. Elle permet de suivre, au fil de la dérive des continents et des périodes de glaciations successives, les variations liées aux changements climatiques ayant affecté les sols et les espèces.

Les diverses successions de périodes glaciaires et interglaciaires durant la Préhistoire, selon les cycles de Milanković.

+ jusque 450 000 ans en arrière : Interglaciaire de Waal

- jusque 400 000 ans en arrière : Glaciation de Günz ou Nébraskien

+ jusque 350 000 ans en arrière : Interglaciaire de Cromer ou Aftonien

- jusque 320 000 ans en arrière : Glaciation de Mindel, Elster ou Kansien

+ jusque 270 000 ans en arrière : Interglaciaire de Holstein ou Yamouthien

- jusque 200 000 ans en arrière : Glaciation de Riss, Saal, ou de l'Illinoien

+ jusque 125 000 ans en arrière : Interglaciaire de Eem, Sangamonien ou Éémien

- jusque 70 000 ans en arrière : Glaciation de Würm, glaciation Weichselien ou Wisconsinien

+ jusque 11 625 ans en arrière : Interglaciaire de l'Holocène, Optimum climatique de l'Holocène parfois désigné comme « le nouveau réchauffement » de l'Holocène.

Début de l'histoire humaine écrite et constatation des variations climatiques par les chroniqueurs.

- Changement climatique de 535-536 constaté par le byzantin Procope de Césarée.

+ Du X^e siècle au XIV^e siècle, l'optimum climatique du Moyen Âge est un réchauffement localisé à l'Europe et à l'Amérique du Nord.

- Des années 1550 aux années 1850 subsiste le petit âge glaciaire.

+ La dernière phase correspond au réchauffement climatique en cours depuis le milieu du XX^e siècle. Elle est à séparer du reste compte tenu de la constante ingérence anthropique sur les équilibres climatiques depuis la révolution industrielle (voir réchauffement climatique, gaz à effet de serre, Recul des glaciers depuis 1850).

Le système climatique se réchauffe depuis le XX^e siècle[alpha 3] - [8]. La décennie 2011-2020 a été plus chaude de 0,95 à 1,2 °C que la référence préindustrielle (1850-1900)[9]. Les températures de surface augmentent d'environ 0,2 °C par décennie[10], l'année 2020 atteignant une température de 1,2 °C au-dessus de l'ère préindustrielle[11]. Depuis 1950, le nombre de jours et de nuits froids a diminué, et le nombre de jours et de nuits chauds a augmenté[12].

Le changement climatique en cours est dû principalement aux émissions de gaz à effet de serre engendrées par les activités humaines. Cette attribution fait actuellement consensus parmi les scientifiques[13]. Il est caractérisé par une augmentation des températures environ deux fois plus rapide sur les continents qu'au dessus des océans[9], une augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes[14], une élévation du niveau de la mer, une acidification des océans et a un impact fort sur la biodiversité.

Le réchauffement planétaire a d'abord été évoqué par plusieurs auteurs, puis modélisé par Svante Arrhenius en 1896[15]. L'expression anglaise d'origine, global warming, a été inventée par le climatologue Wallace Broecker dans la revue Science le 8 août 1975[16]. Depuis, le GIEC affirme que ce réchauffement tend à s'emballer et que les cycles et processus de régulation climatique classiques sont dépassés depuis 1950, avec notamment le dégel du pergélisol contenant du méthane (CH₄), dont l'action sur l'effet de serre est de 25 fois supérieure au dioxyde de carbone (CO₂) et la fonte des glaces polaires et des glaciers augmente l'absorption par les sols et les océans des rayonnements solaires. Durant les canicules plus fréquentes, la végétation ralentit sa croissance et donc sa capacité à extraire le carbone de l'atmosphère. Il s'agirait d'un basculement vers un déséquilibre climatique de forte ampleur, sans déjà savoir si un point de non-retour est atteint.

Le GIEC ne mène pas de recherche en son propre nom mais a pour mission d’évaluer les informations d’ordre scientifique, technique et socio-économique qui sont nécessaires pour mieux comprendre les fondements scientifiques des risques liés au changement climatique d’origine humaine, cerner les conséquences possibles de ce changement et envisager d’éventuelles stratégies d’adaptation et d’atténuation[17].

Zones vulnérables à la désertification.

Les phénomènes de sécheresse, salinisation et désertification peuvent être aggravés par les modifications du climat, notamment dans le Sahel et le désert de Gobi. La désertification peut elle-même contribuer à des modifications locales et globales du climat, exemple en favorisant les incendies de savanes ou steppes, en étant une source importante de poussières (aérosols qui peuvent influer sur la pluviométrie) et par leur albédo (plus importante qu'un milieu végétalisé).

ENSO est un acronyme composé avec les initiales des mots El Niño et Southern Oscillation (« oscillation australe »). Il s'agit du phénomène climatique et océanographique reliant le phénomène El Niño et l’oscillation australe de la pression atmosphérique. El Niño et respectivement La Niña sont des phénomènes climatiques ayant pour origine une anomalie thermique des eaux équatoriales de surface (premières dizaines de mètres) de l'océan Pacifique centre et est caractérisé par une température anormalement élevée (respectivement basse) de ces eaux. Le phénomène La Niña (la petite fille en espagnol) tire son nom du phénomène opposé El Niño. Les conséquences maritimes et climatiques de El Niño et de La Niña sont globalement inverse l'une de l'autre mais la fréquence de La Niña est différente de celle d'El Niño et les deux évènements ne semblent pas nécessairement induits l'un par l'autre. En plus de provoquer des catastrophes naturelles (sécheresses, inondations, cyclones tropicaux) les phénomènes El Niño et La Niña affectent de manière non négligeables le niveau de la mer[18].

Facteurs contribuant au changement climatique de la période 1850-1900 à la moyenne de 2010-2019, tels que rapportés dans le sixième rapport d'évaluation du GIEC. Tous les facteurs énumérés sont d'origine humaine, le GIEC n'ayant constaté aucune contribution significative de la variabilité interne ou des facteurs solaires et volcaniques.

Le changement climatique constaté depuis le 20^e siècle est principalement du aux activités humaines telles que l'utilisation massive d'énergies fossiles[19].

Alors que les changements climatiques naturels se font sur de très longues périodes, ce qui implique une certaine adaptation des espèces animales et végétales, les changements anthropiques (c'est-à-dire liés aux activités humaines) sont très rapides et par conséquent menacent les écosystèmes souvent fragiles.

Un hiver nucléaire est un phénomène climatique hypothétique, de baisse globale des températures de surface, prédit comme pouvant être le résultat d'une guerre nucléaire massive. Il serait analogue à l'hiver volcanique ou à l'hiver d'impact.

Actuellement, le phénomène des changements climatiques dits naturels (ou « variations climatiques ») n'est pas totalement compris, mais il existe plusieurs hypothèses qui tentent de les expliquer.

Les variations de différents paramètres et celles de la température.

Cette théorie proposée par Milutin Milanković entre 1911 et 1941, confirmée par l'étude de l'oxygène 18, et largement approuvée par la communauté scientifique explique les cycles climatiques glaciaires / interglaciaires par les variations d'excentricité, d'obliquité et de précession terrestre. Selon cette théorie, sans forçage anthropique la planète devrait entrer dans une nouvelle ère de refroidissement, ou entrer dans une phase interglaciaire exceptionnellement longue et stable (encore 50 000 ans)[20].

Une autre théorie, compatible avec les autres, est celle des cycles solaires, développée par l'Allemand Heinrich Schwabe vers 1840, puis par l'Américain George Hale en 1906. Elle explique les faibles variations climatologiques qui ont lieu tous les onze ans, cycle correspondant à celui des taches solaires qui ont une périodicité de onze ans ; lorsque le nombre de taches solaires est important, le Soleil émet plus d'énergie (la Terre en reçoit donc plus) et donc un changement de température a lieu. Ce rayonnement influe de manière complexe sur la nébulosité (Cf. principe physique de la chambre à brouillard) et donc à la fois sur l'albédo planétaire et l'effet de serre dû aux nuages et à la vapeur d'eau. Ces taches sont plus froides (4 500 K) que la surface du Soleil (5 800 K environ), mais elles correspondent à une augmentation du rayonnement en rayons X qui peut augmenter de 1 000 fois pour 1 % dans la lumière visible dans les périodes d'intense activité. La petite période glaciaire observée entre les années 1645 à 1715, est une illustration de la théorie de l'influence des variations de température dues au cycle des taches solaires. Un nombre inhabituellement faible de taches solaires y ont été observées (minimum de Maunder).

Le milieu interstellaire comporte des zones de densité variable en hydrogène et en poussières. Lors du passage dans un milieu interstellaire dense en hydrogène, l'héliosphère rétrécit et l'accrétion d'hydrogène par les planètes comme par le Soleil s'accroît. L'hydrogène accrété par le Soleil augmente légèrement sa luminosité, tandis que celui accrété par la Terre réagit avec l'oxygène présent dans la haute atmosphère, ce qui pourrait accroître la formation de nuages dans la mésosphère, réduisant l'énergie solaire reçue à la surface de la planète, notamment dans les régions polaires[21].

Pour comprendre l'influence des déplacements des continents, il faut d'abord savoir que les courants océaniques ont une influence très importante sur les changements climatiques, les continents n'ont en réalité pas d'influence directe sur le climat, mais ils permettent en se déplaçant la formation ou l'arrêt des courants marins.

L'exemple de l'Antarctique : avant la dislocation du supercontinent Gondwana, le climat antarctique était chaud et humide ; dès que l'Australie, l'Afrique et l'Amérique du Sud ont migré vers le nord, les divers détroits se sont ouverts et un courant océanique circulaire (appelé courant circumpolaire) commença. En quelque temps, le climat se modifia pour atteindre celui actuel avec une énorme calotte glaciaire qui se mit en place sur le continent antarctique, malgré son aridité (c'est la zone la plus aride du monde), mais toute la neige s'accumule au sol, car à −45 °C de moyenne, la pression de sublimation est négligeable ; la cause d'ablation est d'origine éolienne et sur les côtes, le vêlage des glaciers. D'autre part, le « tapis roulant » océanique tourne en environ 2 000 ans. Si la circulation thermohaline venait à être interrompue, le climat serait très nettement perturbé.

Les deux modèles informatiques de climats (américain et européen) donnent des résultats assez semblables, mais sont très largement dépendants des facteurs anthropiques.

Éruption du Pinatubo en 1991.

Les émissions gazeuses des volcans ont deux effets opposés : les aérosols (émissions de SO₂ et poussières) obscurcissent l'atmosphère, augmentent la pluviométrie et refroidissent le climat ; dans un second temps, les grandes quantités de gaz à effet de serre émis provoquent un effet de serre additionnel. L'effet de serre a pour conséquence, à l'instar du climat dans une serre, d'amplifier les différences de températures : s'il y a du soleil, la chaleur est conservée et réfléchie, s'il n'y a pas de soleil, la chaleur rentre plus difficilement et par conséquent il fait plus froid. La majorité des extinctions des espèces du passé semble due à une variation climatique brutale.

La chute de la météorite du Chicxulub au Mexique est souvent évoquée comme cause initiale de l'effondrement de la biodiversité à la fin du Crétacé. Selon Courtillot en 2004, les éruptions volcaniques (induites ou indépendantes de chocs météoritiques) qui ont déposé des quantités gigantesques de trapps dans le Deccan en Inde à la fin du Crétacé seraient responsables de la perturbation du climat, intervenue durant des centaines d'années, à une vitesse dépassant la cadence des adaptations évolutives possibles des espèces.

De même, la crise des trapps de Sibérie serait associée à l'hécatombe de la fin du Permien.

À une échelle infiniment moindre, des perturbations mesurables ont suivi l'éruption du Pinatubo en 1991 et, en 1783-1784, celle des Lakagígar (éruption islandaise dont le nuage a laissé une trace dans les registres de mortalité d'Europe (Courtillot, 2005)). En 1815, l'éruption du Tambora a également eu des conséquences climatiques mondiales, avec de fortes perturbations en 1816 qui sont restées dans les annales climatiques comme « l'année sans été ».

Cet effet n'est pas à proprement parler un facteur des changements climatiques mais un amplificateur. L'albédo est la proportion (en pourcentage) de rayonnement solaire arrivant au sol réfléchie vers l'espace. Les surfaces enneigées et glacées ont un fort albédo. Les surfaces sombres (terre) ont un faible albédo. Plus l'albédo est élevé, plus le rayonnement est réfléchi et moins il réchauffe le sol puis l'atmosphère subjacente. En effet, lorsque la Terre rentre dans une ère glaciaire, la surface occupée par les glaces augmente et donc l'albédo augmente, ce qui diminue le réchauffement du sol et de l'atmosphère subjacente et renforce ainsi l'ère glaciaire. Et inversement lorsque la Terre est en période interglaciaire.

• Amy Dahan et Stefan Aykut, Gouverner le climat ? 10 ans de négociations climatiques, Presses de Sciences Po, 2015, 752 pages.
• Jean-François Mouhot, Des esclaves énergétiques. Réflexions sur le changement climatique, Champ Vallon, 2011
• Helga-Jane Scarwell, Isabelle Roussel, Le changement climatique. Quand le climat nous pousse à changer d'ère, Presses Universitaires du Septentrion, 2010

Changements et cycles climatiques

• Cycle du carbone
• Gaz à effet de serre
• Changement climatique brutal
• Refroidissement climatique
• Mitigation climatique
• Ministère de l'Écologie (France)
• Réponse adaptative et non adaptative au stress thermique

Relation avec l'activité humaine

• Anthropocène

Phénomène contemporain

• Réchauffement climatique
• Empreinte écologique (concept visant à la réduction des causes anthropiques)
• Effets du réchauffement climatique (aspects géopolitiques et économiques)
• Migrations environnementales et climatiques
• Réchauffement climatique au Royaume-Uni
• Risques d'effondrements environnementaux et sociétaux
• Sortie des combustibles fossiles

Instances internationales

• Sommet de la Terre
• Protocole de Kyoto
• Horloge de la fin du monde
• Rapport Stern

• Ministère de l'Écologie, de l'Énergie, du Développement durable et de la Mer, chargé des Technologies vertes et des Négociations sur le climat
• Les informations des services publics sur le thème du changement climatique sur le portail Toutsurlenvironnement.fr Causes du changement climatique, impacts environnementaux, adaptation au changement climatique, actions et solutions, politiques publiques
• (en)UNFCCC (2013), Glossary of Climate Change Acronyms , United Nations Framework Conventin on Climate Change