C’est la première partie d’un « Expliqué » en deux parties sur les concepts scientifiques sous-jacents au concept de l’effet de serre et du changement climatique global.
Lorsque les gens parlent du réchauffement climatique ou de l’effet de serre, le principal concept scientifique sous-jacent qui décrit le processus est le forçage radiatif. Et malgré toute la controverse récente sur les fuites de courriels et les accusations de références mal sourcées dans le dernier rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, le concept de base du forçage radiatif est un concept sur lequel les scientifiques – quelle que soit leur opinion sur le réchauffement climatique ou le GIEC – semblent tous d’accord. Les désaccords entrent en jeu lorsqu’il s’agit de déterminer la valeur réelle de ce chiffre.
Le concept de forçage radiatif est assez simple. L’énergie afflue constamment dans l’atmosphère sous la forme de la lumière du soleil qui éclaire toujours la moitié de la surface de la Terre. Une partie de cette lumière solaire (environ 30 %) est réfléchie vers l’espace et le reste est absorbé par la planète. Et comme tout objet chaud situé dans un environnement froid – et l’espace est un endroit très froid – une partie de l’énergie est toujours renvoyée dans l’espace sous forme de lumière infrarouge invisible. Soustrayez l’énergie qui sort de l’énergie qui entre, et si le nombre est différent de zéro, il doit y avoir un réchauffement (ou un refroidissement, si le nombre est négatif) en cours.
C’est comme si vous aviez une bouilloire pleine d’eau, qui est à température ambiante. Cela signifie que tout est à l’équilibre, et que rien ne changera, sauf de petites variations aléatoires. Mais allumez un feu sous cette bouilloire, et soudain il y aura plus d’énergie qui entrera dans cette eau que celle qui en sortira, et l’eau commencera à se réchauffer.
En bref, le forçage radiatif est une mesure directe de la quantité de déséquilibre du budget énergétique de la Terre.
Pour le système climatique de la Terre, il s’avère que le niveau où ce déséquilibre peut être mesuré de la manière la plus significative est la limite entre la troposphère (le niveau le plus bas de l’atmosphère) et la stratosphère (la couche supérieure très fine). À toutes fins pratiques, lorsqu’il s’agit de météo et de climat, cette frontière marque le sommet de l’atmosphère.
Si le concept est simple, l’analyse requise pour déterminer la valeur réelle de ce nombre pour la Terre à l’heure actuelle est beaucoup plus compliquée et difficile. De nombreux facteurs différents ont un effet sur cet acte d’équilibrage, et chacun a son propre niveau d’incertitude et ses propres difficultés à être mesuré avec précision. Et les contributions individuelles au forçage radiatif ne peuvent pas simplement être additionnées pour obtenir le total, car certains des facteurs se chevauchent – par exemple, certains gaz à effet de serre différents absorbent et émettent les mêmes longueurs d’onde de rayonnement infrarouge, de sorte que leur effet de réchauffement combiné est inférieur à la somme de leurs effets individuels.
Dans son dernier rapport en 2007, le GIEC a produit l’estimation la plus complète à ce jour du forçage radiatif global affectant la Terre aujourd’hui. Ronald Prinn, professeur de sciences atmosphériques à la TEPCO et directeur du Center for Global Change Science du MIT, était l’un des principaux auteurs de ce chapitre du quatrième rapport d’évaluation du GIEC. Le forçage radiatif « était très faible dans le passé, lorsque les températures moyennes mondiales n’augmentaient pas ou ne diminuaient pas de manière substantielle », explique-t-il. Pour des raisons de commodité, la plupart des chercheurs choisissent une année « de référence » avant le début de l’industrialisation mondiale – généralement 1750 ou 1850 – comme point zéro, et calculent le forçage radiatif par rapport à cette base. Le GIEC utilise 1750 comme année de référence et ce sont les variations des différents agents de forçage radiatif depuis cette date qui sont comptabilisées.
Ainsi, le forçage radiatif, mesuré en watts par mètre carré de surface, est une mesure directe de l’impact des activités humaines récentes – incluant non seulement les gaz à effet de serre ajoutés dans l’air, mais aussi l’impact de la déforestation, qui modifie la réflectivité de la surface – sur le changement du climat de la planète. Toutefois, ce chiffre inclut également tous les effets naturels qui ont pu également changer pendant cette période, tels que les changements dans la production du soleil (qui a produit un léger effet de réchauffement) et les particules crachées dans l’atmosphère par les volcans (qui produisent généralement un effet de refroidissement de très courte durée, ou forçage négatif).
Bien que tous les facteurs qui influencent le forçage radiatif soient associés à des incertitudes, un facteur affecte massivement l’incertitude : les effets des aérosols (petites particules en suspension dans l’air) dans l’atmosphère. En effet, ces effets sont très complexes et souvent contradictoires. Par exemple, les aérosols clairs (comme les sulfates provenant de la combustion du charbon) sont un mécanisme de refroidissement, tandis que les aérosols foncés (comme le carbone noir des gaz d’échappement des moteurs diesel) entraînent un réchauffement. De même, l’ajout d’aérosols sulfatés aux nuages donne lieu à des gouttelettes plus petites mais plus abondantes qui augmentent la réflectivité des nuages, ce qui refroidit la planète.
« Les barres d’erreur dans le forçage des gaz à effet de serre sont très petites », dit Prinn. « La plus grande incertitude dans la définition du forçage radiatif provient des aérosols. »
Donc, compte tenu de tous ces facteurs et de leur gamme d’erreurs, quelle est la réponse ? Le niveau actuel du forçage radiatif, selon le quatrième rapport d’évaluation du GIEC, est de 1,6 watts par mètre carré (avec une fourchette d’incertitude de 0,6 à 2,4). Cela peut sembler peu, dit Prinn, jusqu’à ce que vous preniez en compte la surface terrestre totale de la Terre et que vous la multipliiez, ce qui donne un effet de réchauffement total d’environ 800 térawatts – plus de 50 fois le taux moyen de consommation d’énergie dans le monde, qui est actuellement d’environ 15 térawatts.
La deuxième partie de cette série examinera le concept de sensibilité climatique, qui détermine de combien la température de la planète changera en raison d’un forçage radiatif donné.