Comme mentionné dans notre dernier article, la Terre s’est réchauffée en moyenne de 1,5 degré par rapport à la période 1850-1900. Or, il est démontré que, de tout temps, la température moyenne à la surface du globe a varié, principalement en fonction de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Nous devons cette découverte à un crime honteux : mettre de la glace dans son whisky. En effet, en 1965, Claude Lorius, glaciologue alors en expédition à Terre Adélie, eut l’intuition que les bulles d’air emprisonnées dans la glace pourraient refléter la composition de l’atmosphère passée. C’est ainsi que fut mise en évidence la corrélation entre l’évolution de temperature du climat et la concentration en gaz à effet de serre.

Le graphique ci-dessus illustre clairement la corrélation quasi parfaite entre la température et la concentration en CO₂ au cours des 800 000 dernières années. On observe par ailleurs que la concentration en PPM oscille entre 180 et 300 ppm. D’autre part, il n’y a jamais eu de changement aussi soudain et rapide que celui actuel, où nous avons atteint 415 ppm.Si l’évolution exacte des températures comporte des incertitudes, le lien entre l’augmentation des gaz à effet de serre et le réchauffement climatique est clairement établi, et ses effets sont déjà observables (fonte des glaces, événements extrêmes, montée des eaux) mais tous ne sont pas encore totalement perceptibles, d’autant plus que la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère continue d’augmenter de façon exponentielle.

Enfin, lors de la dernière glaciation, la concentration en CO₂ était d’environ 180 ppm, et la température était inférieure d’environ 5 degrés par rapport à aujourd’hui.

Actuellement, nous disposons donc d’une preuve scientifique solide reliant la concentration en gaz à effet de serre et l’évolution du climat. Mais comment ces gaz s’accumulent-ils et quelles sont leurs dynamiques naturelles de dégradation ?

Les causes du changement climatique

Comme nous l’avons vu précédemment, la concentration de gaz à effet de serre a évolué de façon exponentielle depuis 1850, entraînant un forçage radiatif positif et une augmentation des températures moyennes. Examinons maintenant les causes de cette évolution.

Depuis 1850, l’humanité a découvert et exploité de nouvelles sources d’énergie incroyablement denses, notamment le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Ces énergies, appelées énergies fossiles en raison de leur formation, représentent aujourd’hui 80 % de la consommation énergétique totale.

L’énergie est principalement générée par la combustion de ces ressources. Or, cette combustion émet du CO₂, un gaz à effet de serre extrêmement stable, qui s’accumule dans l’atmosphère. Environ 60 % du CO₂ émis sera dégradé par la biosphère en 100 ans, tandis que 20 % subsistera encore après 1 000 ans. Le secteur de l’énergie représente à lui seul environ 75 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

Par ailleurs, l’augmentation de la population humaine a entraîné une intensification de l’agriculture. Celle-ci se manifeste à la fois par :

• Une augmentation des surfaces cultivées (de 1 milliard d’hectares à 4,5 milliards d’hectares).
• Une amélioration des rendements agricoles (par exemple, le rendement du blé est passé d’environ 1 tonne à près de 4 tonnes par hectare à l’échelle mondiale).

Cependant, la décomposition de la matière organique issue de cette activité émet un autre gaz à effet de serre : le méthane (CH₄), dont le potentiel de réchauffement global est 28 fois plus élevé que celui du CO₂, bien qu’il se dégrade en une décennie.

De plus, l’augmentation des rendements repose en grande partie sur l’utilisation d’engrais, qui génèrent du protoxyde d’azote (N₂O), un gaz 273 fois plus puissant que le CO₂ et dont la durée de vie dans l’atmosphère atteint 121 ans. Le poids de l’agriculture dans les émissions mondiales de gaz à effet de serre est estimé à 12 %, ce qui en fait le second secteur apres l’énergie.

Le changement climatique actuel est principalement causé par les activités humaines, bien que des cycles naturels existent sur de très longues échelles de temps.

Si les activités humaines sont responsables de l’augmentation rapide des gaz à effet de serre, la nature possède cependant des mécanismes permettant d’en absorber une partie. Analysons ces processus pour mieux comprendre pourquoi ils ne suffisent plus à équilibrer le système climatique.

La dégradation naturelle des gaz à effet de serre

Tous les gaz à effet de serre ne réagissent pas de la même manière dans l’atmosphère. Certains, comme la vapeur d’eau, sont rapidement régulés par des cycles naturels, tandis que d’autres, comme le CO₂ et le méthane, ont des durées de vie et des impacts très différents. Détaillons leur comportement afin de mieux comprendre leur impact futur sur le bilan radiatif.

🌊 Le cycle de l’eau

Contrairement aux autres gaz à effet de serre, la vapeur d’eau ne s’accumule pas dans l’atmosphère de manière durable. Les gouttelettes d’eau se condensent et retournent à l’état liquide lorsque les nuages atteignent les hautes altitudes.

Cependant, le changement climatique perturbe ce cycle. L’augmentation des températures entraîne une plus grande quantité d’eau dans l’air, ce qui peut amplifier le réchauffement, assécher les sols et provoquer des pluies plus intenses, qui ruissellent sur des terres déjà asséchées. Nous reviendrons sur ces phénomènes en détaillant les événements météorologiques extrêmes dans la section consacrée aux conséquences du réchauffement climatique.

🌱 Le cycle du carbone

La réduction naturelle du CO₂ repose sur plusieurs processus biogéochimiques intégrés au cycle du carbone. Ces mécanismes permettent aux écosystèmes terrestres et océaniques de capturer et stocker naturellement le CO₂, les fameux puis de carbone :

1️) La photosynthèse

• Les forêts, prairies et cultures captent du carbone et le stockent dans leur biomasse.
• Les océans captent du CO₂ grâce au phytoplancton, qui joue un rôle clé dans sa régulation.

2) Le stockage du carbone dans les sols

• Une partie du carbone capté par les plantes retourne au sol sous forme de matière organique (feuilles mortes, humus).
• Ce carbone peut être stocké pendant des siècles, voire transformé en charbon, pétrole ou gaz naturel sur des millions d’années.

3 L’absorption du CO₂ par les océans

• 30 % du CO₂ émis par l’activité humaine est absorbé par les océans.
• Cependant, ce phénomène acidifie les océans, ce qui menace la faune marine et perturbe la calcification des organismes marins.

4️ La minéralisation naturelle du CO₂

• Certaines roches réagissent avec le CO₂ pour former des carbonates (ex. calcaire), stockant ainsi le carbone sur le long terme.

🔄 Le cycle du méthane (CH₄)

Contrairement au CO₂, qui peut persister des siècles dans l’atmosphère, le méthane (CH₄) est un gaz plus réactif qui est naturellement éliminé par des réactions chimiques et des processus biologiques :

1 Oxydation du méthane par les radicaux hydroxyles (OH·)

• Le principal mécanisme naturel de dégradation du méthane est sa réaction avec les radicaux hydroxyles (OH·) dans la troposphère.
• Cette réaction déclenche une chaîne d’oxydation qui transforme progressivement le méthane en CO₂ et en vapeur d’eau sur une période d’environ 10 ans.

2 Oxydation dans la stratosphère

• Une petite partie du méthane atteint la stratosphère, où il réagit avec l’ozone (O₃) et le chlore (Cl).
• Cette réaction contribue à la formation de vapeur d’eau dans la stratosphère, qui elle-même a un effet de serre.

3 Consommation biologique par des bactéries méthanotrophes

• Certaines bactéries présentes dans les sols et les océans absorbent et consomment le méthane avant qu’il ne soit relâché dans l’atmosphère.
• Ces bactéries jouent un rôle de filtre naturel, en particulier dans les tourbières, rizières et zones humides.

📌 Problème actuel : Malgré ces mécanismes de dégradation, les émissions humaines de méthane sont aujourd’hui trop élevées. Résultat : le CH₄ s’accumule et renforce l’effet de serre, contribuant au réchauffement climatique.

🔄 Le cycle du protoxyde d’azote (N₂O)

Le protoxyde d’azote (N₂O) est un gaz à effet de serre très puissant (273 fois plus que le CO₂) et particulièrement stable dans l’atmosphère.

1 Que devient le N₂O dans l’atmosphère ?

• Contrairement au méthane, qui est rapidement oxydé dans la troposphère, le N₂O est extrêmement stable et peut persister dans l’atmosphère pendant plus de 120 ans.
• Il monte lentement dans la stratosphère, où il est détruit principalement par les rayonnements UV.

2 Dégradation du N₂O dans la stratosphère

• À plus de 20 km d’altitude, le N₂O est décomposé par les ultraviolets.
• Cette réaction produit des oxydes d’azote (NO, NO₂), qui réagissent avec l’ozone (O₃) et accélèrent la destruction de la couche d’ozone (effet similaire aux CFC).

3 Absorption dans les sols et les océans

• Une faible proportion du N₂O est consommée par des bactéries dans les sols et les océans via un processus appelé dénitrification.
• Certaines bactéries transforment le N₂O en azote gazeux (N₂), qui est inoffensif pour l’atmosphère.

📌 Problème actuel : L’intensification de l’agriculture, et notamment l’usage massif d’engrais azotés, entraîne une augmentation rapide et incontrôlée des émissions de N₂O, qui s’accumule dans l’atmosphère et contribue au changement climatique.

🔥 Une accumulation incontrôlée

En conclusion, l’accumulation rapide des gaz à effet de serre due aux activités humaines a conduit à une hausse sans précédent des températures mondiales. Malgré les processus naturels de dégradation, nos taux d’émission actuels dépassent largement ce que la Terre peut absorber. Ce déséquilibre alimente le changement climatique, avec des augmentations de température projetées allant de +1,8°C à +5,7°C d’ici 2100. Comprendre ces dynamiques est crucial pour relever les défis à venir.

Lors de notre prochain artcile nous allons analyser les conséquences de ce réchauffement.