Je vous ai expliqué ce qu'était l'effet de serre, sans lequel la vie sur terre ne serait pas possible, mais que l'homme perturbe par l'émission de gaz, notamment du CO2, et nous avons vu quels en étaient les producteurs.
         Je vais terminer ce premier cycle d'articles par un très court résumé des prévisions faites par le Groupe Intergouvernemental des Experts sur l'Evolution du Climat (GIEC), en 2013/2014.

          Jusqu’à présent, le GIEC envisageait différentes trajectoires de développement, en fonction de données démographiques, économiques ou encore de choix énergétiques variables. En était déduit un certain niveau d’émissions de gaz à effet de serre, de concentration de CO2, et donc de réchauffement. 
          Dans le rapport 2013, la démarche a été inversée: les scientifiques ont pris pour point d’entrée des niveaux de concentration de CO2, à partir desquels ont été calculés les niveaux d’émissions et les conditions socio-économiques correspondantes.
          Le GIEC a sélectionné quatre niveaux d’évolution du bilan radiatif de la terre, en Watts/m2 (voir courbes ci contre correspondant aux nouveaux scénarios)  et  bien sûr cela ne vous dit pas grand chose et à moi non plus.

            Le scénario maximal» (RCP 8,5 w/m2, en rouge), correspond à notre monde qui atteindra 9 milliards d’individus dans le siècle, population qui stagnera ensuite, et une émission de CO2, qui va croître, car on continuera à utiliser le même mélange d’énergies, notamment fossiles qu’aujourd’hui.
           Le scénario (RCP 6 en jaune), prévoit une utilisation plus grande d’énergies autres que fossiles : nucléaire, éolien, solaire et combustibles moins polluants, mais avec un effort modéré. La teneur en CO2 augmentera encore puis se stabilisera
           Le scénario (RCP 4,5 en vert) décrit la même hypothèse démographique mais avec une économie rapidement dominée par les services, les « techniques de l’information et de la communication » et dotée de technologies énergétiquement efficaces, et un effort intense d’économie d’énergies, mais sans initiatives supplémentaires par rapport à aujourd’hui pour gérer le climat. La stabilisation se fera plus vite.
           Le scénario (RCP 2,6, en bleu) est très optimiste;  il n’a pas d’équivalent parmi les anciens scénarios. Il correspond à des émissions de gaz à effet de serre proches de zéro à la fin du XXIe siècle. Cela implique de réduire fortement, dès aujourd’hui, les émissions de gaz à effet de serre, mais aussi probablement d'avoir recours à des techniques de (re)stockage d'une partie du carbone déjà émis. Il est malheureusement peu réaliste, mais a une valeur de symbole, d’idéal à atteindre.

Quelles conséquences le GIEC prévoit il ?
    
                   Augmentation des températures moyennes :

           Dans le scénario optimiste peu probable, le réchauffement moyen n’excèderait pas 0,5 à 1,5 d°C à l'horizon 2100; il est beaucoup plus important dans les autres hypothèses.
          Ce réchauffement serait compris, à l’horizon 2080/2100, entre 1,1 à 2,6 d°C pour (RCP4,5), 1,4 à 3,1 d°C pour (RCP 6), et 2,6 à 4,8 d°Cpour (RCP 8,5)
          Vous trouverez ci dessous les courbes correspondant aux hypothèses (RP2,6) et (RP8,5), ainsi que le planisphère correspondant (rouge), car le réchauffement n'est pas le même pour toutes les endroits du globe.
          Mais ce qu'il faut voir, c'est que la température moyenne continuera à monter après 2100 du fait de la faible destruction du CO2 produit et que dans l'hypothèse pessimiste l'augmentation à cet horizon atteindrait 8 d°C, et 2 d°C dans l'hypothèse la plus favorable et peu réalisable.

          De tels chiffres vous paraissent faibles, car un jour donné quelques degrés de plus , ce n'est pas très gênant. Mais il ne faut pas confondre météo et climat.
Il s'agit de "températures moyennes" et là, quelques degrés de plus se traduisent d'une part par des écarts beaucoup plus grands à certains endroits, et d'autre part sont suffisants pour perturber grandement les phénomènes météorologiques;.
          Il est pratiquement certain que, dans la plupart des régions continentales, les extrêmes chauds seront plus nombreux et les extrêmes froids moins nombreux aux échelles quotidienne et saisonnière, à mesure que la température moyenne du globe augmentera. Il est très probable que les vagues de chaleur seront plus fréquentes et dureront plus longtemps. Toutefois, des extrêmes froids pourront se produire occasionnellement en hiver.

                Le deuxième planisphère correspond aux variations des précipitations.
             Avec le réchauffement, nous nous attendons à voir les régions humides recevoir plus de pluies et les régions les plus sèches à en recevoir moins.
             Les événements de précipitations extrêmes deviendront très probablement plus intenses et fréquents sur les continents des moyennes latitudes et les régions tropicales humides d’ici la fin de ce siècle, en lien avec l’augmentation de la températures moyenne en surface.

               Les glaces continueront à fondre tant dans l’arctique que dans les couvertures neigeuses et glacières. A la fin du siècle, la diminution est comprise entre 43 % pour le scénario (RCP2.6) et 94 % pour le scénario (RCP8.5), à la fin des étés (seprtembre), c’est à dire pour ce dernier scénario, une absence de glace.

              L’océan continuera à se réchauffer au cours du XXIe siècle. De la chaleur sera absorbée à la surface et pénètrera jusqu’à l’océan profond, affectant la circulation océanique, ce qui apportera des modifications dans le cheminement des courants marins.. 
         Les estimations les plus probables du réchauffement de l’océan à la fin du XXIème siècle, sur les cent premiers mètres sont d’environ 0,6°C (RCP2.6) à 2,0°C (RCP8.5), et d’environ 0,3°C (RCP2.6) à 2d° (RCP 8,5), pour les profondeurs d’environ 1000 Mètres.
         Le niveau des mers continuera de s’élever. Si pour le scénario peu probable (RCP2,6) l’élévation est faible et peu dangereuse, 0,2 à 0.5 m, par contre le scénario (RCP8,5), avec une élévation comprise entre 0,5 et 1m, ce qui entraînerait de lourdes conséquences.
         Le rapport fait état également d’une acidification des océans et donne des variations correspondantes de ph.

           Enfin une constatation déjà connue quant à la persistance du changement climatique.
           L’inertie du changement climatique est considérable, de l’ordre de plusieurs siècles, et elle est due aux émissions de CO2 passées, présentes et futures.
           La plupart des caractéristiques du changement climatique persisteront donc pendant plusieurs siècles même si les émissions de CO2 sont arrêtées. 
           Selon le scénario, environ 15 à 40% du CO2 émis restera dans l’atmosphère plus de 1000 ans. 
          En raison des longues constantes de temps caractérisant les transferts de chaleur entre la surface et l’océan profond, le réchauffement océanique se poursuivra sur plusieurs siècles.
          Il est pratiquement certain que l’élévation du niveau des mers due à la dilatation thermique, se poursuivra après 2100, pendant de nombreux siècles, même si elle est alors plus faible. 

           Avant de penser aux solutions pour sauver le climat,il faudrait préciser le problème de la pollution.

Quels sont les gaz à effet de serre produits par l’homme ?

           Vous avez vu hier et avant hier, que l’effet de serre bénéfique naturel était dû 2/3 à la vapeur d’eau et 1/3 au gaz  carbonique CO2, mais que l’activité humaine était responsable d’un surplus néfaste pour le climat, qui se répartit selon le schéma ci-contre en “équivalent CO2 sur l’effet de serre” (les différents gaz n’ayant pas la même efficacité).
          La déforestation est souvent oubliée : la plupart du bois coupé est brûlé ce qui conduit à des émissions de CO2, puis le sol libère du CO2 additionnel lorsqu'il est labouré, alors que la végétation n’absorbe plus le CO2.
          Le méthane CH4 et le protoxyde d'azote N2O, sont très liés à la production agricole, en augmentation à cause de la croissance démographique d'une part, et de l'augmentation de la part animale dans l’alimentation par ailleurs.
          Les voitures émettent aussi des oxydes d'azote, mais en moindre proportion.

          Il y a donc trois actions à mener :
    - limiter la production de CO2 responsable de près de 60%.
    - limiter la production de CH4 et N2O dans l’agriculture et l’élevage.
    - limiter la déforestation.


Qui est responsable des émissions de CO2, à l’échelle du monde et comment cela risque t’il d’évoluer?

          Ce qui est le plus important pour le climat, c'est évidemment la production totale de CO2. Dans ce domaine, les pays les plus pollueurs sont, comme le montre le schéma ci contre,  datant de 2012, sont la Chine et les USA, l'Union Européenne et l'Inde.
La France, grâce au nucléaire n'a qu'une très faible production de CO2.
    Ces émissions sont en constante augmentation au niveau global.

          Mais ce schéma s'il rend compte du risque, ne permet pas d'interpréter l'évolution de la situation. 
         

          Un autre graphique est intéressant, celui de la quantité de CO2 rejetée par habitant, en 1990 (vert clair et 2011(vert foncé, et là,les contribution de la Chine et de l'Inde sont faibles, compte tenu de leur très grande population. On remarquera que l'Afrique est un très faible pollueur, parce que pays peu développé, consommant peu d'énergie.   
  

          Les pays qui polluent le plus, même s'ils ont fait des efforts pour réduire leur consommation d'énergie par habitant, sont ceux qui utilisent du charbon (pour produire l'énergie) et du pétrole (pour le transport) et ont une forte industrie.
          Mais on constate aussi que les pays en fort développement comme la Chine, augmentent au contraire de façon considérable leur production par habitant, ce qui est aussi dû à l'industrie et au transport, qui se développent rapidement.

     Qui sont les pollueurs ?


         Si maintenant on regarde pour toutes les émissions de gaz à effet de serre la répartition dans le monde par secteur d’activité, on a le graphique suivant.

        Certes les transports représentent un poste important, mais beaucoup moindre que l’industrie et le secteur résidentiel.(chauffage et consommation électrique)

         Par contre si l’on examine les sources d’énergie, on s’aperçoit que si on ne considère que les émissions de CO2 et que l’on ne répartit pas la production électrique entre ceux qui utilisent cette énergie, on trouve une répartition différente qui montre que 41% des émissions de CO2 proviennent de la production d’électricité (notamment à partir de charbon).
         Cette proportion augmenterait encore si on arrivait à utiliser davantage l’électricité dans le chauffage et dans le transport automobile.
         Donc le problème de la production électrique est très important au plan mondial.

Les besoins énergétiques dans les prochaines décennies.

          Une étude d'efficacité énergétique faite en France à la demande du Commissariat Général au Plan, a montré que les Français pourraient vivre aussi bien, mais différemment, en consommant deux fois moins d'énergie, conclusion extrapolable certainement à tous les pays développés. Mais cela suppose un changement complet d'habitudes et des mesures très volontaristes au plan technique
          Actuellement les pays en voie de développement (plus de 5 milliards d'habitants), consomment, par habitant, en moyenne quatre fois moins que les pays riches, ceux de l'OCDE. Pour se développer ils n'échapperont pas à consommer  beaucoup plus d'énergie.
          Si l'on suppose que (d'ici 50 ou 100 ans) les 9 ou 10 milliards d'habitants qui composeront l'humanité, consommeront chacun la moitié de ce que consomment aujourd'hui les pays riches, un calcul simple conclut que la consommation mondiale d'énergie va, au minimum, vers un doublement. (et en faisant de nombreuses économies !)
          Quant on voit la menace de réchauffement climatique, c'est pour le moins préoccupant. 

          Je vous ai expliqué hier le mécanisme de l'effet de serre qui maintient un équilibre de températures sur terre, autour d'une moyenne d'environ 15 d°, ce qui rends la vie possible.
          Malheureusement l'homme, avec l'essor de l'industrie, des transports et les nécessités du chauffage, a envoyé dans l'atmosphère un supplément de gaz à effet de serre, qui rompt cet équilibre et menace le climat.
          Certes certains « climats-sceptiques » ne croient pas à la culpabilité de l'homme et opposent deux arguments : le premier est qu’il y a eu déjà dans le passé lointain des époques de réchauffement et des époques de glaciation, et d’autre part que la température n’a pas augmenté autant qu’on le pensait depuis quelques années, et il en déduit que les augmentations actuelles sont des phénomènes quasi naturels et que l’homme n’est responsable que d’un faible partie.
           Ces arguments sont vrais, mais la conclusion est fausse.

           C’est vrai qu’il y a eu des variations importantes de température au cours des âges et on a pu établir des courbes, grâce à l’analyse des glaces, ainsi que la concentration correspondante en gaz à effets de serre. (voir le graphique ci dessous des variations lors des derniers 800 000 ans.).

         Ces variations naturelles étaient certes importantes, mais elles étaient très lentes et s’étendaient sur des millénaires. Au contraire la variation actuelle est brutale, en quelques années et c‘est pour cela qu’elle n’est pas naturelle.         

        De même il y a eu des variations de gaz à effet de serre, mais très lentes, alors que celle que l’on constate actuellement est brutale et sans précédent en quantité.                 
       Et la connaissance des conditions de l’effet de serre et les calculs que l’on peut faire, montrent que cette augmentation des gaz à effet de serre explique bien l’augmentation de température constatée.

          Il est donc scientifiquement certain aujourd’hui, que l’activité humaine est responsable de l’augmentation rapide et anormale des gaz à effet de serre dans l’atmosphère et de certaines conséquences qui commencent à apparaître sur le climat, et que, si on n’y met pas bon ordre, ces conséquences sont susceptibles de s’aggraver.
          Même s’il y a actuellement un petit ralentissement de la hausse des températures (sans doute dû à une absorption d’énergie par des variations au niveau des courants océaniques et notamment le courant d’Amérique El Nino, qui d'ailleurs semble terminées), la hausse des températures moyenne continuera à se faire sentir.
          La période 1983-2012 est la plus chaude depuis 1400 ans. Chacune des trois décennies a été plus chaude que la précédente. La température moyenne a augmenté de 0,85 d°C entre 1880 et 2012.

           La fréquence des vagues de chaleur a augmenté. Entre 2012 et 2035, l’augmentation de température moyenne sera de l’ordre de 0,5 d°C (de 0,3 à 0,7°C selon les scénarios).

           Les observations montrent que l’extension de la banquise en Arctique fin septembre a diminué d’environ 11% (entre 9 et 13%) par décennie entre 1979 et 2012. 
Depuis les années 1960, la couverture neigeuse dans l’hémisphère nord s’est réduite, jusqu’à 11,7% (au mois de juin) par décennie    Entre les années 1980 et les années 2000, on a constaté une hausse de 3°C des températures en Alaska, et de 2°C au nord de la Russie.

       La fonte des glaces et la hausse du niveau des mers pourraient être plus fortes que prévu, entre 30 et 90 cm à la fin du siècle. Cela paraît peu, mais une hausse d’un mètre toucherait directement 10% de la population dans le monde       
        En moyenne les précipitations augmenteront à l’échelle planétaire d’ici la fin du 21ème siècle. Les régions humides aujourd’hui deviendront globalement plus humides et les zones sèches deviendront plus sèches. 
       Les experts s’attendent également à ce que le réchauffement climatique provoque des événements météorologiques extrêmes plus intenses, tels que les sécheresses, pluies diluviennes et probablement, des ouragans plus fréquents et plus violents.

         Dans le prochain article, je rappellerai quelles sont les source de gaz à effet de serre dont l'homme est actuellement responsable.
        Dans l'article suivant je rappellerai les hypothèses du Groupement d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) qui ont été publiées l’an dernier le 30 octobre.et qui servent de bas aux discussions actuelles de la COP 21

           Puisqu'il y a en ce moment la COP 21, je vais céder à la mode et faire quelques articles sur le climat. Il faut commencer par le début : "l'effet de serre".
          Vous en avez tous entendu parler, mais peut être n'avez vous pas les idées bien nettes sur le sujet. Alors, si c'est le cas, je vais essayer de donner des explications les plus simples possible.

         Contrairement à ce qu’on pourrait penser en écoutant les journalistes, l’effet de serre n’est pas un phénomène nuisible, mais au contraire, il est indispensable  à la vie sur terre. Grâce à lui la température moyenne est d’environ 15 d°C et si ce phénomène n’existait pas la température moyenne serait de - 18 d° et la vie n’aurait sans doute pas existé du tout ou de la même façon.

        L’énergie, sur notre Terre,  nous vient presque entièrement du soleil. L'apport de la géothermie est de l’ordre du 1/10 000 de celle ci. Le reste est négligeable.
        En effet le soleil nous envoie de l’énergie sous forme de rayonnements, visibles et infrarouges, mais la terre en réémet une grande partie sous forme infrarouge (chaleur), et si toute cette énergie repartait dans l’atmosphère, la température moyenne resterait autour de - 18 d°C et la vie ne serait pas possible.    
        Mais heureusement la vapeur d’eau et le gaz carbonique présents naturellement dans l’atmosphère réfléchissent ces rayonnements thermiques et renvoient vers la terre une grande partie de cette énergie, ce qui permet d’élever la température de la basse atmosphère à un niveau rendant le vie possible.
       Je vais essayer de vous montrer le bilan énergétique correspondant 
(les flux d’énergie seront exprimés en watts par mètre carré, c’est à dire en joule par seconde et par mètre carré, mais si vous ne vous rappelez plus ce que c’est, peu importe, examinez seulement les chiffres, car le problème est un problème d’échange, donc d’additions et de soustractions et l'unité correspondante n'est pas essentielle pour comprendre; voir le schéma).
       Un point important comme le système est en équilibre, il faudra que les quantité d’énergie reçues soient égales aux quantités émises.

     Que recevons nous et qu'en faisons nous ?
              • Le soleil envoie sur la terre pendant le jour sous forme de rayonnements visibles (40%), d’ultra-violet (10%), et surtout d’infra-rouge (50%), un flux S = 342 watts par m2.
             • 22% (77 w) sont réfléchis par l’atmosphère, principalement les aérosols des nuages, et 9% (30 w) par le sol, de telle sorte que R = 107 watts sont réfléchis.(flèches jaunes)
             • AA = 67 watts sont absorbés par l’atmosphère (18 %, principalement par la vapeur d’eau et l’ozone) et AS = 168 watts par la surface du sol, (soit environ 50% de l’énergie).
             • Le sol réchauffe l'atmosphère en y consacrant CH = 24 watts et l’évaporation de l’eau et la transpiration des plantes (cycle de l’eau- j"'en parlerai demain), correspond à EV = 78 watts.

      La surface de la terre (continents et océans), va ensuite rayonner de l’énergie pendant le jour et la nuit, essentiellement sous forme d’infra-rouge, 
Il faut savoir en effet que tout corps à une certaine température rayonne principalement dans l’infra-rouge.
            • Elle va émettre EMIR = 390 watts dont 40 seulement traverseront l’atmosphère alors que 350 seront  absorbés par les aérosols des nuages et les gaz à effet de serre (essentiellement vapeur d’eau et gaz carbonique au plan naturel).

      Faisons un bilan de ce que reçoit l’atmosphère de la terre :
    Nous venons de voir qu’elle a absorbé ABIR = 350 watts du rayonnement infra-rouge et nous avons vu qu’elle avait aussi absorbé AA = 67 watts directement du rayonnement solaire, CH = 24 watts qui la chauffait à partir du sol, et EV = 78 watts par évaporation, soit au total  519 watts.
     Elle va les rayonner dans toutes les directions et il y aura 195 watts qui échapperont à l’atmosphère et 324 qui seront absorbés par le sol de la terre. 
    Ce sont ces 324 watts qui vont réchauffer la terre. 

     Nous pouvons vérifier également que le sol de la terre est en équilibre thermique : Il absorbe 324 watts d’infra-rouge effet de serre et 168 watts de rayonnement solaire direct, soit au total  492 watts/m2. Il émet EMIR = 390 watts, CH = 24 w et EV = 78 w, soit au total 492 watts. 

    Voyons de plus près les composants de cet effet de serre naturel :
    D’abord nous constatons que la terre absorbe deux fois plus d’énergie par réémission des nuages et effet de serre (324 w/m2) que par rayonnement direct (168 w/m2).
    C’est grâce à l’effet de serre que la température est supportable sur terre.

    Les protagonistes de cet effet sont les nuages, la vapeur d’eau et le gaz carbonique (également le méthane et les gaz triatomiques comme NO2 et N2O, mais ces gaz sont très peu présents à l’état naturel).
             • La vapeur d’eau absorbe près de 50% des 350 watts par m2 émis par la surface de la Terre. Pourtant la quantité de vapeur représente peu de matière dans l’atmosphère (dans une colonne d’1 cm2 de base qui traverse toute l’atmosphère : 0,2% par rapport à l’air et pourtant son rôle est très grand).
             • Le dioxyde de carbone, CO2, en absorbe lui près de 25 % . Là encore, son rôle est grand alors qu’il représente une infime partie de l’atmosphère (0,05 %),
             • La vapeur d’eau et le CO2 absorbent de façon complémentaire le rayonnement infrarouge émis par la surface car ils agissent dans des domaines de longueur d’onde différents : leur action s’ajoute. Mis ensemble dans l’atmosphère ils absorbent à eux deux plus de 75% du rayonnement émis par la surface de la Terre.
            • Les nuages, là où ils existent, (ils couvrent environ la moitié de la surface de la Terre) absorbent 100% de ce rayonnement. Agissant sur l’ensemble du domaine de fréquence, cette absorption ne s’additionne pas, mais se superpose aux deux précédentes. Mais il n'y a pas des nuages partout !  
            • Mais si les nuages contribuent à environ 25 % des 324 watts de l’effet de serre qui réchauffe la terre (soit 81 w), ils empèchent par réflexion, 77 watts du rayonnement solaire direct de toucher la terre. Leur rôle est donc au total quasi nul. 

       On peut donc dire que grâce à l’effet de serre naturel, la surface de la terre est dans un équilibre énergétique qui correspond à une température de 15 d°C que l’on appellera la température moyenne de la terre.
       S'il n'y avait pas l'effet de serre, la température moyenne de la terre serait de - 18 d°C, ce qui montre que l'effet de serre apporte un réchauffement de 33 d°C. Sur cette valeur, la vapeur d'eau apporte environ 22 d°, le CO2 environ 11 d°.