CO₂ atmosphérique et température : est-on dans une période de hausse ou de baisse ?

Depuis un siècle, le taux de CO₂ a augmenté de 30 % et la température moyenne de la Terre a augmenté de 0,6-0,8°C. Les perspectives indiquent un doublement du CO₂ et une augmentation de la température de 2 à 6°C d'ici la fin du siècle. C'est ce que disent journaux, écologistes...

Évolution de la température

Source - © 2001 IPCC-GIEC

Figure 1. Variation de la température moyenne globale de la surface de la Terre au cours des 2 derniers siècles

Les barres bleues indiquent la température de surface de la Terre année par année. Les barres noires correspondent à un intervalle de confiance de 95%. La courbe annuelle filtrée (noire) donne les moyennes quasi décennales. L'augmentation de température moyenne globale de surface est de 0,6±0,2°C depuis 100 ans.

Évolution de la concentration en CO₂

Source - © 1996 Etheridge et al., 1996, J.G.R., modifié

Figure 2. Courbe d'évolution du CO₂ depuis 1850 à partir de l'analyse des carottes de glace antarctiques

Document transmis par Jean Marc Barnola, Laboratoire CNRS de Glaciologie, Univ. Joseph Fourier, Grenoble.

Document supplémentaire : détails des variations de teneur en CO₂ depuis 50 ans à partir de mesures directes dans l'atmosphère.

Une conséquence des variations climatiques : la fonte des glaciers.

Le retrait des glaciers à l'échelle séculaire s'observe sur toute la planète. Les deux photographies suivantes montrent le retrait du glacier South Cascade (Washington Cascade Mountains) entre 1928 et 2000.

Source - © 1928 USGS/ NSIDC Figure 3. Le glacier South Cascade en 1928

Source - © 1928 USGS/ NSIDC Figure 4. Le glacier South Cascade en 2000

(Pour en savoir plus sur l'évolution des glaciers.)

Prenons du recul « chronologique » et « géologique » :

Depuis 1000 ans, la température moyenne ne fait qu'augmenter ou diminuer d'1 à 2°C, avec des périodes froides (ex : le Petit Age Glaciaire qui a commencé au XVII^e siècle, cette époque semble marquée par des conditions climatiques particulièrement rigoureuse en Europe et par une avancée massive des glaciers alpins), et des périodes chaudes (ex : le Groenland vert des XI et XII^e siècles qui a pu être colonisé par les Vikings). Ces hausses et baisses sont vraisemblablement dues à des variations de l'activité solaire. La hausse constatée depuis 150 ans est due pour partie à cette variation d'activité solaire (environ 50 %), et pour partie aux activités humaines. Et comme on ne peut agir sur le Soleil, agissons contre le CO₂ !

Évolution de la température

Source - © 2003 Mann et Jones, GRL

Figure 5. Comparaison entre les reconstructions des températures dans l'hémisphère Nord, les relevés instrumentaux et des simulations.

Évolution de la concentration en CO₂

Source - © 2001 Barnola et Chappelaz

Figure 6. Variations des teneurs en CO₂ au cours du dernier millénaire dans les carottes glaciaires (mesures atmosphériques pour les dernières années

Évolution de l'activité solaire

Source - © 1990 Kandel, Astronomie, 373-379, modifié

Figure 7. Variation de l'activité solaire durant le dernier millénaire

L'activité solaire passée peut-être mesurée par le nombre de taches observées (depuis Galilée 1610), mais aussi pour les derniers millénaires par des anomalies dans l'abondance de l'isotope radioactif carbone 14 dans des échantillons datés. Le ¹⁴C est produit à partir de ¹⁴N par la pénétration de rayons cosmiques dans la magnétosphère et l'atmosphère. Cette production diminue lorsque l'activité solaire et l'intensité du champ magnétique terrestre augmentent. On peut donc accéder aux variations de l'activité solaire en mesurant l'écart en le rapport ¹⁴C/¹²C mesuré dans un échantillon daté par dendrochronologie par exemple et le rapport ¹⁴C/¹²C calculé d'après son âge.

Pour visualiser les 3 courbes précédentes superposées et mises à l'échelle cliquer ici.

Les différents modèles élaborés par les scientifiques prévoient une augmentation de la température de 1 à 6° C d'ici 2100. Ces différents modèles se basent sur divers scénarios d'évolution des émissions et de la concentration de CO₂ dans l'atmosphère.

Source - © 2004 IPCC-GIEC

Figure 8. Prévisions de l'évolution des températures d'ici 2100 selon différents modèles

Vous pouvez également visualiser les prévisions d'émissions ou de concentration du CO₂ sur lesquelles se basent les différents modèles. Ces graphiques sont aussi issus du rapport 2001 de l'IPCC.

Pour prévoir l'évolution de la température au delà de 100 ans, il faut également tenir compte de l'évolution des réserves de combustibles fossiles dont la combustion est responsable de l'augmentation du taux de CO₂ dans l'atmosphère.

Il y a entre 40 et 80 ans de réserve de pétrole, le double ou le triple de gaz, pour quelques siècles de charbon.

Effectuons une estimation à partir du graphique ci-dessous : les réserves mondiales prouvées de combustibles fossiles représentent 800 tonnes équivalent pétrole (tep). Par ailleurs, la consommation de combustibles fossiles étant minorée à 6 milliards de tep par an, il nous resterait des réserves pour 800/6 soit environ 130 ans. En estimant à 2400 tep les réserves qui pourraient être découvertes ou qui sont localisées mais dont l'exploitation est encore très discutée, il resterait 3200/6 soit environ 530 années de consommation.

Source - © 2000 Babusiaux et Coiffard

Figure 9. Réserves planétaires de combustibles, exprimées tonnes équivalent pétrole (tep)

Donc dans 100 à 500 ans, l'augmentation du CO₂ et de la température s'arrêteront par la force des choses, et le taux de CO₂ diminuera en quelques siècles.. Mais d'ici là, Touareg et Hollandais en « baveront » ; mais qu'est-ce que 1000 ans pour la planète ?

Pour en savoir plus sur la consommation énergétique actuelle et les stocks d'énergie fossile.

La hausse précédente s'inscrit dans des oscillations naturelles et périodiques de température et du CO₂ qui durent depuis quelques centaines de milliers d'années. La température moyenne de la Terre oscille naturellement entre +10 et +16 °C. On est actuellement à +14°C.

Ces variations sont dues aux interactions complexes entre orbite de la Terre, océans, calottes glaciaires, CO₂…

Source - © 2004 Valérie Masson-Delmotte, modifié

Figure 10. Comparaison des variations des concentrations en CO₂, de la température, et de l'insolation au cours des 400 000 dernières années à partir des données d'un forage de Vostok

Source - © 2004 Pierre Thomas

Figure 11. Comparaison entre les variations de la température à Vostok depuis 400 000 ans (obtenues par mesure du δ¹⁸O de la glace) et les variations du volume total des glace depuis 800 000 ans (obtenues par mesure du δ¹⁸O des tests de foraminifères benthiques)

Mais on va peut-être atteindre +20°C dans 1 siècle (voir la partie sur les prochains 1 000 ans), et sortir du domaine « habituel » des variations de températures dans les quelques siècles qui viennent. Puis tout redeviendra normal, faute de CO₂ à relâcher.

L'astronomie nous indique que la prochaine glaciation commencera dans 40 000 à 80 000 ans.

Depuis 80 millions d'années, la tendance globale (malgré les oscillations vues précédemment) est à la baisse du CO₂ (divisé par 6 en 80 000 000 ans) et à une baisse de la température de 10 à 15 °C (température moyenne de 25 à 30°C il y a 80 000 000 d'années).

Entre -280 et - 80 millions d'années, la tendance était au contraire à la hausse du CO₂ (multiplié par 6) et de la température moyenne (qui est passée de 12°C à 25-30°C)

Évolution de la température

Source - © 1994 Van Andel, Cambridge University Press

Figure 12. Évolution de la température de l'eau de mer à diverses profondeurs et latitudes, déduite des mesures de rapport isotopique δ¹⁸O au cours des 70 derniers millions d'années

On constate un refroidissement global particulièrement bien marqué dans les eaux profondes.

Source - © 1992 Frakes et al., Cambridge University Press

Figure 13. Évolution du climat depuis le Cambrien jusqu'au Cénozoïque

Évolution de la concentration en CO₂

Source - © 2003 Berner, Nature

Figure 14. Modèle d'évolution de la teneur en CO₂ normalisée à la teneur en CO₂ actuelle au cours des 600 derniers millions d'années

Quelques données indirectes de mesure de la pression partielle de CO₂ ont été publiées qui semblent en assez bon accord avec la courbe modélisée de Berner. Ces évidences proviennent des isotopes stables du carbone dans les paléosols ou bien d'arguments paléontologiques comme la densité de stomates sur les feuilles fossiles.

Pour en savoir plus sur le modèle de R. Berner

La planète Terre a très bien résisté à ces variations, mais pas tous ses habitants (cf. dinosaures). Ces variations sont dues aux variations d'importance relative entre volcanisme, formation de montagnes, altération des roches, formation des calcaires …

Source - © 2001 NCDC, Jerry Wellington , Dept of Biology, Univ. Houston Figure 15. Un exemple de récif corallien de l'archipel de Palau (Micronésie) Les polypes constructeurs de coraux ont été responsables de la formation d'un grande quantité de calcaire. Quelques données indirectes de mesure de la pression partielle de CO2 ont été publiées qui semblent en assez bon accord avec la courbe modélisée de Berner. Ces évidences proviennent des isotopes stables du carbone dans les paléosols ou bien d'arguments paléontologiques comme la densité de stomates sur les feuilles fossiles.

Source - © 2001 NCDC, Jerry Wellington , Dept of Biology, Univ. Houston Figure 16. Colonie de 5 mètres de haut d'un corail massif (Pavona Clavus), aux îles Galapagos aux large des côtes de L'équateur dans l'océan Pacifique Ce récif a été émergé et asséché à la suite d'une importante activité sismique en 1954. En examinant le taux de croissance de ces coraux , les scientifiques peuvent déterminer le climat qui régnait quand le corail était encore immergé et vivant.

On peut supposer que le « froid » actuel durera tant que durera l'Himalaya (gigantesque pompe à CO₂), pour encore pas mal de millions d'années. Quand l'Himalaya sera « aplani », le taux de CO₂ augmentera à nouveau, et la température aussi, à moins que d'autres montagnes ne se forment en pays inter tropical.

Ces variations qui durent depuis quelques centaines de millions d'années (voir les 3 diagrammes du haut dans la figure ci-dessous) s'inscrivent dans des « tendances générales » :

Source - © 2000 Nathan

Figure 17. Évolution des teneurs en CO₂ depuis 4,5 milliards d'années

Quelques données indirectes de mesure de la pression partielle de CO₂ ont été publiées qui semblent en assez bon accord avec la courbe modélisée de Berner. Ces évidences proviennent des isotopes stables du carbone dans les paléosols ou bien d'arguments paléontologiques comme la densité de stomates sur les feuilles fossiles. Source : document de Pierre Thomas publié dans Sciences de la Vie et de la Terre, 2^nde, collection Éric Périlleux, Nathan, 2000.

Pourvu que ça dure !!!!!!

Babusiaux, D., J. Coiffard, Les combustibles fossiles : quels usages, quelles réserves ?, La jaune et la Rouge, Mai 2000.

R.A. Berner, GEOCARB II: a revised model of atmospheric CO₂ over Phanerozoic time, American Journal of Science 294, pp. 56–91, 1994

R.A. Berner, The long-term carbon cycle, fossil fuels and atmospheric composition, Nature 426, 323-326 (20 November 2003) doi: 10.1038/nature02131

Etheridge, D. M., L. P. Steele, R. L. Langenfelds, R. J. Francey, J.-M. Barnola, V. I. Morgan, Natural and anthropogenic changes in atmospheric CO₂ over the last 1000 years from air in Antarctic ice and firn, J. Geophys. Res., 101(D2), 4115-4128, 1996, doi: 10.1029/95JD03410

Frakes, L.A., J.E. Francis and J.I. Syktus, Climate Modes of the Phanerozoic, Cambridge University Press, Cambridge (1992). Nouvelle edition 2005, ISBN-13:9780521021944 doi: 10.2277/0521021944

Mann, M.E., P.D. Jones, Global Surface Temperatures over the Past Two Millennia, Geophysical Research Letters, Vol. 30, No. 15, 1820, August 2003, doi: 10.1029/2003GL017814. Voir aussi sur le site de la NOAA (davantage d'informations en libre accés).

Van Andel, T.H., New Views on an Old Planet: A History of Global Change. 2nd Edition. Cambridge University Press 1994, ISBN-13:9780521447553 doi: 10.2277/0521447550