Climat et changement climatique

Le climat

I. Météorologie et Climatologie

La météorologie est la science qui évalue le temps qu’il fait ou qu’il va faire à très court terme en étudiant la couche d’air (troposphère) située au dessus de nous. Elle définit les valeurs de la température, des précipitations, de la pression, de la nébulosité, etc. Les prévisions utilisent des modèles régulièrement mis à jour.

La climatologie est la science qui étudie l’ensemble des phénomènes météorologiques qui caractérisent l’état moyen de l’atmosphère dans sa totalité en un lieu donné et sur une longue période de temps (au moins 30 ans) et un grand territoire.

II. L’atmosphère

L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse qui entoure la Terre dont la surface est recouverte à 70% par les océans. Elle est composée principalement de diazote (78%) et de dioxygène (21%), 0,93 % d’argon, 0,039 % de dioxyde de carbone et de traces d’autres gaz. L’atmosphère, en particulier la couche d’ozone, protège la vie sur Terre.

L’atmosphère absorbe le rayonnement solaire ultraviolet, réchauffe la surface de la terre par la rétention de chaleur (effet de serre) et réduit les écarts de température entre le jour et la nuit.

III. Les types de climat 

1. À l’échelle mondiale cinq types sont définis

Le climat froid
Ce climat existe aux pôles et en haute altitude de montagnes.
Les régions polaires, régions les plus éloignées de l’équateur ont des températures froides toute l’année, 10°C au maximum en été :et souvent -60°C en hiver.
En montagne, pour chaque 100 mètres d’altitude, la température chute d’environ 0,6 °C. En altitude, l’air ascendant se dilate en raison de la diminution de la pression. En se dilatant, il devient de plus en plus froid car la dilatation nécessite de l’énergie puisée dans la chaleur transportée. La très haute altitude est le lieu de la « neige éternelle.

Le climat tempéré
Avec ce climat, les températures sont douces en hiver et chaudes en été. Il concerne le bord des océans, entre les tropiques et les cercles polaires.

Le climat continental
Il est caractérisé par des saisons contrastées. Les étés y sont courts et chauds tandis que les hivers y sont longs et froids. Les précipitations de pluie et de neige y sont très abondantes. La température moyenne en janvier se situe autour de -9 °C et en juillet autour de 18 °C.
On le rencontre dans l’hémisphère nord, entre les tropiques et les cercles polaires, et à l’intérieur des terres.

Le climat tropical
Il se caractérise par des températures très chaudes jamais en dessous de 18°C. On le trouve entre les tropiques, près de l’équateur. Dans les régions où les pluies sont abondantes toute l’année, la végétation luxuriante forme des jungles. Dans les régions plus sèches, la végétation est moins abondante et forme la savane.

Le climat désertique
Il se caractérise par une sécheresse et une aridité permanente toute l’année qui restreignent le développement de la vie animale et végétale. On observe de très grandes différences de températures entre le jour et la nuit (parfois jusqu’à 50 °C). Il concerne les régions des tropiques. Il y a des déserts chauds, comme le Sahara et des déserts froids, comme en Mongolie.

2. À l’échelle régionale
Dans ce cas, les régions s’étendent sur quelques centaines de milliers de km² à quelques millions de km². En France, il y a trois climats régionaux : climat méditerranéen, climat océanique et climat tempéré.

3. À l’échelle locale
Ces climats très peu étendus dépendent du relief local, de la présence ou non de végétation, de la proximité d’une ville ou d’une forêt ou d’une étendue d’eau.

4. Microclimats
Ces climats concernent de très petites étendues.

IV. Le système climatique

Notre climat est régit par un ensemble complexe, le système climatique, sous l’effet du rayonnement solaire. Cinq éléments le compose : l’atmosphère, la lithosphère et plus particulièrement la pédosphère (couche la plus externe de la Terre, sols émergés continentaux), l’hydrosphère (océans), la cryosphère (glaces) et la biosphère (ensemble des écosystèmes de la Terre) interagissent en permanence à travers de nombreux processus physiques, chimiques ou biologiques.

V. Les paramètres du climat

1. Le rayonnement solaire

L’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport à l’écliptique détermine la quantité d’énergie solaire reçue. Plus l’énergie reçue est importante, plus il fait chaud. À l’équateur, les rayons solaires sont perpendiculaires à la surface terrestre, l’énergie reçue est plus importante qu’au niveau des pôles où les rayons solaires sont reçus obliquement.

2. La proximité d’une mer ou d’un océan

À proximité d’une mer ou d’un océan les pluies sont plus abondantes.

3. L’altitude

Plus une région est haute, plus il y fait froid.

Le changement climatique

Depuis une trentaine d’années, le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) évalue l’état des connaissances sur l’évolution du climat, ses causes, ses impacts. Les scientifiques qui le composent publient régulièrement des rapports sur l’évolution du réchauffement climatique, le 6ème rapport date de 2023.
Le changement climatique est le résultat du réchauffement de la planète depuis des millénaires. Toutefois ce réchauffement a considérablement augmenté avec le développement de l’industrie. Il est lié à l’activité humaine, on parle de réchauffement d’origine anthropique. La rétention par la terre de la chaleur émise par le soleil est due aux gaz à effet de serre (GES).
Pour comprendre le réchauffement climatique, il faut en rechercher les causes afin de l’atténuer ou trouver des moyens d’adaptation.

I. La compréhension du réchauffement climatique

1. Les causes

L’augmentation des températures entraînent des variations climatiques et déstabilisent l’équilibre de la nature. Elle a un rôle négatif sur le vivant. Cette augmentation est principalement d’origine anthropique avec l’émission de gaz à effet de serre qui proviennent principalement de :
– l’utilisation de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz)
– la production de carburant pour les transports (principalement les voitures, mais aussi l’aviation ou le transport maritime
– la production d’électricité et de chaleur par la combustion de combustibles fossiles en particulier pour le fonctionnement des bâtiments
– le secteur manufacturier et l’industrie
– la déforestation
– la production de denrées alimentaires
– la surconsommation

Les pays les plus émetteurs de GES dans le monde sont la Chine, les Etats-Unis, la Russie, l’Inde, l’Europe et le Japon. Des pays à faible densité de population comme le Canada, l’Arabie saoudite et l’Australie sont aussi très émetteurs de GES.

1.1. L’effet de serre

L’effet de serre est un phénomène naturel causé par les échanges d’énergie entre le soleil et la Terre.

La Terre reçoit en permanence de l’énergie du soleil. La partie de cette énergie qui n’est pas réfléchie par l’atmosphère, notamment les nuages ou la surface terrestre, est absorbée par la surface terrestre qui se réchauffe. En contrepartie, les surfaces et l’atmosphère émettent du rayonnement infra-rouge, d’autant plus intense que les surfaces sont chaudes. Une partie de ce rayonnement est absorbée par certains gaz et par les nuages, c’est le phénomène de l’effet de serre. L’autre partie est émise vers l’univers et la température de la Terre s’ajuste pour trouver un équilibre entre l’énergie du soleil absorbée en permanence et celle réémise sous forme de rayonnement infra-rouge. Une augmentation des gaz à effet de serre suite aux activités de l’homme piège une partie de ce rayonnement, ce qui provoque une hausse de la température des surfaces jusqu’à trouver un nouvel équilibre.

Le rayonnement solaire traverse l’espace et l’atmosphère terrestre. Une partie est absorbée par la surface de la terre qui à son tour émet un rayonnement infrarouge, le reste est réfléchi vers l’atmosphère (réverbération). Une partie du rayonnement terrestre s’échappe vers l’espace, le reste est piégée dans l’atmosphère par les gaz à effets de serre (GES) qui renvoient le rayonnement vers la surface terrestre. Les GES forment une « barrière » dans l’atmosphère. L’ accumulation de rayons augmente la température de la couche d’air au-dessus de la surface de la terre et constitue une réserve de chaleur qui permet la vie sur Terre. Sans cet effet de serre, il ferait -18 °C sur Terre.

1.2. Les principaux gaz à effet de serre (GES

La vapeur d’eau est le gaz à effet de serre le plus important ( 83 % de l’effet de serre naturel). Elle provient de l’évaporation de l’eau des lacs, des océans, de la transpiration des arbres (évapotranspiration). Sa durée de séjour dans l’atmosphère est de quelques jours, elle intervient peu dans l’effet de serre anthropogène.

Le CO₂ (dioxyde de carbone): La majeure partie du CO₂ présent dans l’atmosphère provient principalement de la combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon et gaz) dans les transports, la production d’électricité, l’industrie et l’habitat. Les autres sources sont la déforestation (surtout en zones tropicales), les brûlis des étendues herbeuses et les activités industrielles (fabrication de la chaux et du ciment. Il fait partie du cycle du carbone sur la planète. Il représente près des 2/3 des émissions mondiales de gaz à effet de serre induites par les activités humaines et reste une centaine d’années dans l’atmosphère. De ce fait la mesure de l’effet des autres gaz à effet de serre est en équivalent CO₂ (Tonne d’Équivalent CO₂ d’un gaz = quantité du gaz × Potentiel de réchauffement global du gaz souhaité).
Bien qu’une faible proportion de CO₂ soit dans l’atmosphère (0,04 %) une variation de sa concentration joue un rôle dans le changement climatique.
.

Au niveau des océans, le transfert du CO₂ de l’atmosphère vers l’océan est :
* physique par dissolution du gaz dans l’eau de mer et sont transport vers les fonds au gré des courants marins. (pompe à carbone physique),
* biologique, le plancton végétal en suspension dans la couche de surface de l’océan accumule du carbone (pompe à carbone biologique). Le plancton par photosynthèse absorbe du CO₂, rejette du dioxygène (O₂) et produit de la matière organique. Certaines espèces (Cocolithophores), pour leur squelette, utilisent les carbonates. Les organismes morts sédimentent et stockent donc du carbone.

Le méthane (CH₄) provient de la fermentation de la matière organique (cadavres d’animaux, plantes mortes, marécages). Les ruminants en sont une source importante (pets des animaux). Les autres sources sont la culture du riz, les décharges d’ordures ou encore les exploitations pétrolières et gazières. Bien que détruit dans l’atmosphère, sa demi-vie est de 10 ans, son pouvoir réchauffant est 28 fois plus important que celui du CO₂ sur cent ans et 82 fois plus sur vingt ans. 1 tonne de méthane = 25 tonnes équivalent CO₂. Avec la hausse des températures, les émissions de méthane issues des lacs, des rivières ou du permafrost vont augmenter. Pour l’instant, cela reste négligeable par rapport à l’émission de CO₂ due à la combustion d’énergie fossile par les êtres humains.

Le protoxyde d’azote (N₂O) provient essentiellement de l’agriculture intensive, des engrais chimiques et des zones humides. La production d’aliments pour bétail et certains procédés chimiques interviennent aussi.
L’ozone (O₃) provient essentiellement de la combustion d’énergies fossiles pour le transport et des solvants ménagers et industriels.
Les gaz fluorés (comme le fréon) utilisés par l’industrie, essentiellement dans les réfrigérateurs, les climatiseurs, les bombes aérosol et les mousses industrielles sont des composés créés par l’Homme.

2. Les conséquences du changement climatique

La hausse des températures a de nombreuses conséquences sur : le milieu naturel, la société, les entreprises et les territoires. De ce fait, les températures basses sont moins nombreuses et peuvent également avoir des conséquences.

2.1. Milieu naturel

Températures
L’augmentation des températures a de nombreuses conséquences : l’augmentation des canicules, une évaporation de l’eau plus importante et donc une plus forte sécheresse avec des répercutions sur l’agriculture et l’élevage, plus d’incendies, un approvisionnement en eau limité avec des répercutions sur la biodiversité.et les écosystèmes

Tempêtes et pluies torrentielles
Il est difficile de faire un lien entre changement climatique et la fréquence des tempêtes. En revanche, on observe de fortes précipitations et des surélévations du niveau de la mer par rapport à son niveau habituel (surcotes). Ces tempêtes peuvent entraîner des inondations, des glissements de terrain et détruire des maisons.
Les pluies torrentielles devraient être plus habituelles et plus intenses et les crues soudaines plus fréquente.

Élévation du niveau de la mer et zones côtières
Le réchauffement élève le niveau des océans principalement par dilatation thermique mais aussi en accélérant la fonte des glaciers, des neiges éternelles et de la calotte glaciaire. Selon le GiEC l’élévation devrait être de 30 cm d’ici à 2050. L’eau de surface est mélangée par les vents et absorbe de la chaleur atmosphérique. Cette couche se découple des profondeurs, la chaleur n’est plus transmise dans l’océan profond, le mélange océanique étant moindre, l’atténuation du changement climatique par l’océan est plus difficile.

L’élévation du niveau marin augmente les inondations et l’érosion des côtes avec des effets sur la population, les infrastructures et tout ce qui coexiste sur ces côtes (animaux, plantes…). De plus, l’eau de mer pénètre à l’intérieur des terres et peut modifier les nappes phréatiques, dans ce cas il y a réduction des eaux douces.

Acidification des océans
L’acidification est due à la transformation du CO₂ en acide carbonique (H₂CO₃) qui se dissocie en un ion H⁺ qui augmente l’acidité de l’eau.

Cette augmentation de l’acidité des océans affecte le plancton, les coraux (problème de squelette) et la biodiversité marine et donc le répartition des espèces marines.

Altération des courants marins
Le « tapis roulant » océanique (circulation méridienne de retournement de l’Atlantique ou AMOC) joue un rôle crucial dans la régulation du climat et aide à maintenir une certaine chaleur sur l’hémisphère Nord.

La fonte des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique pourrait aussi multiplier les événements météorologiques extrêmes et déstabiliser le climat de certaines régions. L’eau issue de la fonte des glaces, en particulier au Groenland, risquent d’affaiblir les courants océaniques qui transportent l’eau froide vers le sud en plongeant vers le fond de l’Atlantique tout en repoussant les eaux tropicales vers le nord plus près de la surface.

Altération des vents
Le vent transporte la chaleur, l’humidité, les polluants et le pollen d’une zone vers une autre. Son rôle est déterminant dans la météo et le climat.
Le vent déplace l’eau de mer et modifie la température des courants marins de surface selon leur trajectoire sur le globe. Le réchauffement accélère la rapidité du courant-jet de haute altitude (rail des dépressions ou jet stream, ceinture de vents très forts qui fluctue au niveau des moyennes latitudes).

Sols
Le changement climatique a une incidence sur la dégradation des sols. Il augmente l’érosion, les glissements de terrain et les inondations. Leur salinité augmente avec l’élévation du niveau de l’eau de mer. Le réchauffement climatique entraîne la fonte du pergélisol (en anglais permafrost), sol dont la température est égale ou inférieure à 0 °C durant au moins deux années consécutives. Les bactéries présentes dans le sol décomposent alors la biomasse stockée, il y a émissions de dioxyde de carbone et de méthane qui à leur tour accélèrent le réchauffement.

Eaux douces
L’eau, indispensable à la vie, sera moins disponible. La hausse de la température de l’eau des rivières et des lacs et la diminution de la banquise modifient la qualité de l’eau. Les sécheresses et l’augmentation des épisodes d’averses torrentielles (précipitations soudaines et extrêmes) seront fréquentes. La diminution de la quantité d’eau disponible et la baisse de la qualité auront une incidence sur la population, la bidiversité animale et végétale, la navigation fluviale et la production d’énergie hydroélectrique. Des régions vont se désertifier.

Biodiversité
Le réchauffement climatique modifie les conditions de vie des espèces voire leur extinction, la France figure parmi les dix pays qui compte le plus grand nombre d’espèces menacées. Il modifie les caractéristiques des espèces : diminution de taille, changement de leur physiologie.
Pour survivre, les espèces doivent migrer en altitude, en latitude ou en eaux plus profondes. Ces migrations peuvent provoquer des maladies, perturber la chaîne alimentaire et désynchroniser les cycles entre une proie et son prédateur, une plante et son pollinisateur, une espèce animale et la plante dont il se nourrit.
La diminution de la biodiversité en retour perturbe le climat. Les écosystèmes perturbés ne peuvent plus limiter le réchauffement en absorbant les GES. D’autres puits de carbone comme les tourbières peuvent libérer des GES. Le drainage, le brûlage, l’agriculture, la foresterie et l’extraction des tourbières entraînent d’importantes émissions de GES. La réshumidification des tourbières visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre est une stratégie importante d’atténuation du changement climatique.

Le changement climatique a également des incidences indirectes sur la biodiversité du fait des changements dans l’utilisation des terres et d’autres ressources. Ces incidences peuvent être plus dommageables que les incidences directes en raison de leur ampleur, de leur portée et de leur vitesse. Les incidences indirectes sont notamment : la fragmentation et la perte des habitats; la surexploitation ; la pollution de l’air, de l’eau et des sols ; la propagation des espèces envahissantes. Elles réduiront encore la résilience des écosystèmes au changement climatique et leur capacité à fournir des services essentiels, tels que la régulation du climat, l’alimentation, l’air et l’eau purs, et la lutte contre les inondations ou l’érosion.

2.2. La société

Le changement climatique a de nombreux impacts sur la société au niveau de : la santé, la population, l’emploi et les entreprises.

La santé

La chaleur peut augmenter la mortalité (décès) et la morbidité (maladie). Les phénomènes météorologiques extrêmes (inondations, incendies et tempêtes) augmentent les accidents et agissent sur le le bien-être. La répartition différente des espèces animales, végétales et des bactéries et des virus modifie l’incidence des maladies.

Les populations
Les populations vulnérables (à faible revenus, les personnes âgées) sont plus exposées aux effets du changement climatique.
Les populations vivant dans des régions soumises au changement climatique migrent vers des régions moins impactées.
Selon le GIEC, 3,3 à 3,6 milliards de personnes sont directement touchées par le changement climatique.

L’emploi
Les effets du changement climatique ont des incidences sur la productivité et la viabilité de tous les secteurs économiques et donc sur l’emploi. Certains secteurs comme le tourisme et l’agriculture sont plus sensibles

L’Infrastructures et les bâtiments
Les phénomènes météorologiques extrêmes détruisent de plus en plus les infrastructures et bâtiments. Les infrastructures énergétiques peuvent aussi être impactées.

L’énergie

La demande d’énergie est modifiée selon le réchauffement ou le refroidissement climatique. Avec la chaleur, l’eau de refroidissement sera moins disponible pour la production d’électricité thermique.
L’augmentation du nombre des climatiseurs demande plus d’énergie.

II. L’atténuation du changement climatique

Pour le GIEC, l’atténuation est : “L’intervention humaine visant à réduire les sources ou à renforcer les puits de gaz à effet de serre.”
L’atténuation permet de restreindre les causes du changement climatique. Ce qui implique en premier lieu de diminuer les émissions de GES et compenser les émissions de CO₂ difficilement évitables par des puits de carbone.
Pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C, il faudrait réduire les émissions mondiales de CO₂ de 50 % d’ici 2030 et autour de 2050, atteindre la neutralité carbone (équilibre entre les émissions de carbone et l’absorption d’une quantité équivalente du carbone de l’atmosphère par les puits de carbone). D’autres moyens d’actions en complément sont nécessaires.

1. Réduire les émissions de CO₂

– Diminuer la consommation d’énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz),​
– Augmenter l’utilisation des énergies décarbonées ou bas-carbone qui n’émettent pas ou peu de CO2)
* Énergie éolienne, terrestre et en mer) —> électricité
* Énergie solaire : photovoltaïque, thermique et thermodynamique —> électricité et chaleur
* Biomasse —> chauffage (bois-énergie), chaleur et électricité (déchets)
* Énergie hydraulique  —> électricité
* Géothermie —>chaleur
* Energie nucléaire —> électricité

Une énergie décarbonée n’est pas forcément une énergie renouvelable, c’est le cas de l’énergie nucléaire qui consomme de l’uranium comme combustible, qui ne se reconstitue pas naturellement.
– Augmenter l’utilisation de l’électricité : procédés industriels, pompes à chaleur, véhicules etc..

2. Agir sur les modes de production et de consommation

Les secteurs du transport, du logement, des bâtiments, de l’alimentation et des biens de consommation doivent modifier leurs modes de production. Ce qui nécessite de mettre en place des actions collectives et de changer le comportement individuel.
Il est nécessaire de réduire nos besoins en énergie et de décarboner. Pour
le GIEC, il faut  :
1- éviter : les vols longue distance, les trajets en voiture et aussi recourir au télétravail, à la marche à pied ou au vélo.
2- adopter un régime alimentaire avec moins de viande.
3- améliorer : isoler son habitation, installer un programmateur, acquérir une voiture plus légère et électrique.

III. L’adaptation au changement climatique