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Le changement climatique

Le terme « changement climatique » est souvent employé come synonyme de « réchauffement de la planète» Cependant, étant donne l’étendue des impacts observés (qui vont se traduisent par d’autres phénomènes allant au delà d’une simple augmentation de la température) c’est l’expression « changement climatique » qui a été consacrée par la communauté scientifique.

Chimie

Les deux gaz contribuant de la manière la plus significative à l’effet de serre sont la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone (CO2). Le méthane, l’oxyde nitreux, l'hexafluorure de soufre (SF6 ) sont aussi des gaz à effet de serre mais ne contribuent que marginalement au réchauffement climatique étant donne leur faible concentration dans l’atmosphère.

Depuis le début de la Révolution Industrielle, les activités humaines ont généré une nette augmentation de plusieurs gaz à effet de serre, le plus connu étant le CO2. Cette « perturbation anthropique » (c’est-a-dire causé par les activités humaines) est considérée comme la principale cause du réchauffement climatique.

Au cours des derniers deux siècles, la concentration de CO2 dans notre atmosphère a augmenté de près de 30%, par rapport à son niveau pré-industriel d'environ 270 parts à 370 parts par million. L’accumulation de CO2 dans l’atmosphère est à son plus niveau le plus élevé depuis 150 000 ans. Si la consommation de combustibles fossiles tels que le charbon ou le pétrole continue tout au long du XXI siècle au taux projetés, les études montrent que les niveaux de concentration de dioxyde de carbone pourraient atteindre jusqu’à 600-700 part par million en 2100.

D’autres gaz à effet de serre ont également connu une hausse spectaculaire. Les émissions de méthane ont doublé par rapport à leur niveau pré-industriel. D’autres produits chimiques comme le chlorofluorocarbures (CFC), les hydrocarbures perfluorés (HPF), et les hydrofluorocarbures (HFC) sont synthétiques et ne sont apparus dans l'atmosphère qu’avec la révolution industrielle.

Chacun composé contribue de manière différente au réchauffement de la planète et possède des propriétés physiques les distinguant les uns des autres. Une caractéristique importante est celle relative à leur demi-vie chimique, qui correspond au temps qu’une molécule passe dans l'atmosphère avant de réagir et de former un nouveau composé. Un certain nombre de substances à effet de serre, y compris le méthane et des composés à forte teneur en halogène, contribuent beaucoup plus (proportionnellement à leur taille) à l’effet de serre que le dioxyde de carbone.

De plus, alors que certains gaz à effet de serre possèdent une durée de vie équivalente à quelques décennies, la durée de vie du dioxyde de carbone est de l’ordre d’un siècle. La plupart des émissions de CO2 que nous rejetons dans l’atmosphère aujourd’hui seront encore présentes en 2075 voire même en 2100.

Le système de climat est extrêmement complexe et beaucoup de facteurs autres que les gaz à effet de serre contribuent aux dérèglements climatiques que l’on observe aujourd’hui. Cependant, de nombreuses études ont révélé que les changements climatiques sont principalement influencés par l’homme. Selon la plupart des scientifiques de renommé internationale, le réchauffement global observé au cours du XX siècle a pour le moins partiellement des origines anthropiques. En outre, le Panel Intergouvernemental sur le Changement Climatique a conclu que des solides preuves suggèrent que les modifications climatiques à l’échelle globale sont amputables aux activités humaines.

La physique de l’effet de serre

L’effet de serre est un élément clef permettant la vie sur terre. Sans l’effet de serre, la Terre serait une planète froide avec une température bien inferieure à zéro degré Celsius. L’effet de serre protège la terre en maintenant sa surface à une température douce, permettant l’épanouissement de la faune et de la flore.

En utilisant un modèle très simple, on peut prédire la température moyenne de la surface de la terre en l’absence de gaz à effet de serre. D’après l’état des connaissances actuelles, environ 340 W/m2 d’énergie solaire par unité de surface permettent de protéger notre planète. Environ 30% de cette énergie est réfléchie, ce qui permet à la terre d’absorber en moyenne 240 watts par mètre carré.

Tous les objets ayant une température strictement supérieure à zéro émettent un rayonnement – et la terre ne fait pas exception à cette règle. D’après les lois physiques, l’énergie émise par un corps noir (pour la facilite de notre exposé, nous utiliserons la terre comme exemple) est représentée par l’équation suivante: sT4, avec T la température de la surface terrestre et s la constante de Stefan-Boltzmann. Lorsque l'énergie venue de l'espace et reçue par la Terre et l'énergie de la Terre émise vers l'espace sont quasiment égales, on parle de bilan radiatif de la terre. Cela signifie qu’il n’y a ni gain, ni perte de chaleur, on peut poser la température de la terre comme une fonction de l’insolation de la constante de Stefan-Boltzmann.

Notre modèle d’analyse repose sur une température terrestre moyenne de l’ordre de 255 K, soit environ 0 degré Fahrenheit. Beaucoup de régions sur terre seraient encore plus froides. Si la Planète était couverte d’une couche de glace et dotée de conditions similaires à celles d’une région polaire ou subpolaire, elle serait évidemment inhospitalière à beaucoup de formes de vie.

Heureusement, la température moyenne de la surface de notre terre est bien plus agréable (288k, soit 58 degrés Fahrenheit). Grace a l’effet de serre – le gaz qui réchauffe notre planète lui permettant d’atteindre les 60 degrés Fahrenheit et qui produit un climat dont nous bénéficions aujourd’hui. Les deux principaux gaz à effet de serre présent dans l’atmosphère sont le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. Il existe d’autres gaz à effet de serre comme le méthane et le fluorocarbone chloré. Ces substances absorbent la chaleur et renvoient cette énergie en dirigeant une partie de celle-ci vers la surface de la terre. C'est par ce mécanisme que l’on obtient une source supplémentaire de chaleur qui chauffe la Planète en lui faisant atteindre des températures clémentes, a la différence de notre modèle n’incluant pas l’effet de serre.

Inter relation entre changement climatique, pollution de l’air et couche d’ozone

Il existe des liens complexes caractérisant les relations qu’entretiennent pollution atmosphérique, dégradation de la couche d’ozone stratosphérique et changement climatique. Les activités industrielles et agricoles ont été un élément majeur dans la création de ces problèmes. Dans beaucoup de cas, les actions ayant pour but de limiter les émissions à effet de serre permet de résoudre un des problèmes mais contribue à en aggraver d’autres.

Par exemple, les chlorofluorocarbures (CFCs) sont des puissants gaz à effet de serre responsable de l’érosion de la couche d’ozone. Les actions visant à réduire leur utilisation permet a la fois de protéger la balance climatique tout en préservant la couche d’ozone. De la même manière, les actions facilitant le remplacement des énergies fossiles par des énergies renouvelables et la promotion l’efficacité énergétique permettent d’améliorer la qualité de l’air.

Cependant, des compromis doivent être trouvés pour répondre aux objectifs fixés car les mesures de contrôle à adopter doivent être tournées vers l’accomplissement d’un seul but. L’installation d’épurateurs dans l’enceinte d’une centrale électrique alimentée au charbon, pour réduire la pollution atmosphérique, peut avoir pour conséquence une augmentation de la consommation énergétique et générer ainsi plus d’émission de gaz à effet de serre. Inversement, l’augmentation globale de température et la disparition de la couche d’ozone sont toutes deux susceptibles d’affecter les réactions photochimiques à l’ origine des fumées et gaz toxiques qui aggrave le problème de pollution de l’air, ce qui, dans une certaine mesure, réduit l’impact des mesures anti-pollution.

Les complexités liées à l’étude du climat de la terre font que l’on ne peu prédire avec certitudes les conséquences résultant de l’accumulation de CO2 dans l’atmosphère. Pour réduire la marge d’erreur dans les projections des changements climatiques futures, les efforts doivent se tourner vers l’élaboration de modèle climatique global (MCG) plus sophistiqué. Les GCMs sont des programmes informatiques permettant de simuler des scenarios possibles du climat en prenant en compte un ensemble de variable décrivant les propriétés physique et chimiques de l’atmosphère, des océans et des continents. Au cours des dix dernières années, la qualité des MCG s’est nettement améliorée grâce à des outils informatiques plus rapides performants. Cependant, certains travers subsistent, et des progrès supplémentaires doivent être accomplis pour permettre une amélioration de l’exactitude des modèles climatiques globaux. De plus, la physique des nuages reste mal maitrisée ce qui rend ces modèles encore précaires.

Grace aux recherches alimentées par l’innovation technologique, la résolution des modèles gagne en finesse et performance ce qui rend possible la mise au point de scenarios de réchauffement climatiques plus justes et une meilleure évaluation de ses conséquences au niveau régional dans les décennies à venir.

- Magali Devic