12. En général, quels sont les effets prévus de l'augmentation des concentrations de GES sur le climat de la terre?
13. Comment prévoit-on les changements dans le climat de la terre?
14. Quelle est la fiabilité des prévisions actuelles sur le changement climatique?
15. Quels changements de climat prévoit-on pour un doublement de CO2 par rapport aux niveaux d'avant la révolution industrielle?
16. Le changement climatique risque-t-il d'affecter certaines régions du monde plus fortement que d'autres?
17. Quels effets le changement climatique pourrait-il avoir sur le niveau des océans?
18. Comment les végétaux, y compris les arbres, seront-ils influences par les variations des concentrations de GES dans l'atmosphère terrestre et les variations de température et de précipitations en résultant?
19. Comment les sols pourraient-ils être affectes par les changements climatiques?
20. Existe-t-il des éléments prouvant que des changements climatiques se sont déjà produits suite a des accroissements des concentrations des GES?
L'augmentation des concentrations de CO2 et d'autres GES dans l'atmosphère peut avoir des conséquences de grande portée, en particulier une élévation des températures moyennes et des fluctuations dans les précipitations, le nombre de jours sans gel et la fréquence et la violence des orages (voir question 15). Une élévation du niveau des océans est aussi probable (voir question 17).
Les plantes vertes utilisent le CO2 durant la photosynthèse. Par conséquent, une augmentation des concentrations de GES pourrait avoir des effets sensibles sur la croissance et la survie des plantes vertes, y compris des arbres (voir question 18). De plus, des variations climatiques pourraient affecter la répartition des animaux et des végétaux (voir questions 33 et 34) et les processus participant à la formation du sol (voir question 19). Ces effets pourraient avoir de graves implications dans l'avenir pour l'agriculture, la pêche et la foresterie.
Le modèle de circulation générale ou MCG est l'outil le plus avancé dont on dispose pour prévoir les changements dans le climat futur de la terre. On utilise actuellement plus de 12 MCG différents. Ils s'appuient sur les lois de la physique et utilisent des descriptions de processus naturels tels que la formation des nuages et le brassage en profondeur dans les océans. Dans les MCG les plus récents, une composante atmosphérique, comparable à un modèle de prévision météorologique, est associée à un modèle de l'océan. Certains des MCG les plus utilisés sont ceux établis par:
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GISS |
Goddard Institute of Space Sciences |
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NCAR |
National Center for Atmospheric Research |
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UKLO, UKHI |
U.K. Meteorological Office |
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GFLO, GFHI |
Geophysical Fluid Dynamics Laboratory |
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CCC- |
Canadian Climate Centre |
Pour prévoir le climat de l'avenir, le modèle est d'abord appliqué sur une période simulée de quelques décennies sans changement dans les niveaux actuels de concentration des GES dans l'atmosphère. Le résultat statistique est une description du climat prévu par le modèle qui, si le modèle est bon, aura une forte ressemblance avec les conditions climatiques d'aujourd'hui. On répète ensuite l'exercice avec une nouvelle série de conditions atmosphériques (par exemple, l'équivalent d'un doublement des niveaux de CO2, voir question 8, Tableau 2.1). Les différences entre les résultats des deux simulations (par exemple, la température moyenne ou la variabilité inter-annuelle) fournissent une estimation du changement climatique (Fig. 3.1). Le changement à long terme dans la température de l'air en surface suite à un doublement en dioxyde de carbone est utilisé comme référence pour comparer les prévisions établies par différents MCG. On obtient des résultats différents entre les modèles qui prennent comme point de départ un doublement immédiat de CO2 et les modèles à réponse transitoire, qui appliquent des augmentations plus progressives des concentrations de CO2,
Figure 3.1 - Exemple de prévision de changement global dans les précipitations pour l'hiver (en haut) et pour le printemps (en bas) établie par le MCG de l'UKHI. Les zones où l'on prévoit une diminution sont en pointillé.
© DJF 2 X CO2 PRECIPITATION: UKHI
(f) JJA 2 X CO2 - 1 X CO2 PRECIPITATION: UKHI
Une autre méthode de prévision du changement climatique futur consiste à rechercher des périodes du passé de la Terre où les températures globales moyennes étaient semblables à celles d'aujourd'hui ou à celles prévues dans l'avenir. Pour obtenir une bonne prévision, il faut que les facteurs comme les concentrations de gaz à effet de serre, les variations orbitales et d'autres conditions comme la couverture glaciaire et la topographie soient semblables. On n'a pas encore trouvé de périodes dans l'histoire de la Terre où les concentrations de gaz à effet de serre étaient semblables à celles d'aujourd'hui ou à celles prévues pour les 100 à 200 prochaines années (Houghton, 1991).
Les prévisions relatives au changement du climat sont incertaines du fait que l'on connaît mal les taux futurs des émissions, la réaction du climat à ces changements et les points faibles des modèles utilisés pour prévoir le changement climatique.
Les changements climatiques futurs dépendront, entre autres facteurs, des taux d'émission des gaz à effet de serre (voir question 9). Un certain nombre de facteurs socio-économiques interdépendants entreront en jeu. En outre, notre connaissances des sources et des puits de GES étant imparfaite, il y a des incertitudes dans les calculs des concentrations futures obtenues avec n'importe quel scénario d'émissions utilisé dans un MCG. Du fait que les sources et les puits naturels de gaz à effet de serre sont eux-mêmes sensibles au changement climatique, ils pourraient modifier substantiellement ces concentrations futures. Par exemple, si les zones humides devenaient plus chaudes, les émissions de méthane pourraient augmenter. Si elles devenaient plus sèches, l'absorption de méthane pourrait augmenter. Il existe également des processus importants dans les océans qui peuvent influer sur les concentrations de GES (voir question 4).
Les modèles utilisés pour prévoir le changement climatique sont limités par notre degré de compréhension des processus qui affectent le climat, loin d'être parfaite à l'heure actuelle. La fourchette de variabilité des prévisions climatiques selon différents MCG montre bien les imperfections des modèles. La principale incertitude réside en notre compréhension des facteurs affectant l'abondance et la répartition des nuages et l'interaction des nuages avec le rayonnement solaire. D'autres incertitudes viennent du transfert d'énergie entre l'atmosphère et l'océan, l'atmosphère et les terres émergées et entre les diverses couches dans l'océan (Maunder, 1990).
Il ne faut pas oublier non plus que les MCG actuels décrivent le climat pour une situation d'équilibre (par exemple, la situation induite par un doublement de la concentration de CO2 dans l'atmosphère). Ils ne donnent pas d'indication sur la manière dont cet équilibre sera atteint, ni sur le temps qu'il faudra pour y parvenir.
Si l'on s'en tient aux résultats obtenus avec plusieurs MCG, les températures devraient s'élever, les précipitations devraient en général augmenter, le climat pourrait devenir plus variable et les orages tropicaux plus fréquents. Ces changements sont examinés en détail dans les paragraphes suivants.
TEMPERATURE - Les MCG prévoient une hausse de température allant de 1,5 à 4,5°C dans le cas d'un doublement de CO2 par rapport au niveau enregistré au milieu du XIXe siècle.
L'augmentation devrait être de 0,3°C (± 0,2-0,5°) par décennie au cours du siècle prochain et pourrait aboutir à une hausse de température de 1 °C par rapport aux valeurs actuelles d'ici à l'an 2025 et de 2°C d'ici à la fin du siècle prochain (Houghton, 1991). Selon certains scientifiques, ce taux de variation est sans précédent dans l'histoire géologique.
PRECIPITATIONS - Le réchauffement accru de la surface de la Terre conduira à une augmentation de l'évaporation et à des précipitations globales moyennes plus abondantes. Toutefois, certaines régions pourraient enregistrer une réduction des précipitations. On prévoit que les régions de latitude élevée enregistreront un déplacement accru d'air humide et chaud vers les pôles, ce qui provoquera une augmentation des précipitations annuelles et du débit des cours d'eau. Les MCG actuels donnent des estimations très différentes des nouveaux modèles géographiques des rapports précipitation/évaporation.
VARIABILITE CLIMATIQUE - Les changements dans la variabilité des conditions météorologiques et la fréquence de phénomènes climatiques extrêmes auront en général plus d'impact que les changements dans les conditions moyennes. Cependant, à l'exception peut-être d'une augmentation du nombre des averses intenses, il n'est pas démontré que la variabilité du temps changera dans l'avenir. En supposant qu'il n'y aura pas de changement dans la fourchette des températures, mais une augmentation modeste de la température moyenne, le nombre de jours avec des températures très élevées pourrait augmenter substantiellement. Il pourrait aussi y avoir une diminution des jours avec des températures très froides. Le nombre de jours très chauds ou très froids pourrait donc varier de façon importante sans qu'il y ait de changements dans la variabilité du temps. Le nombre de jours affichant un seuil minimal d'humidité dans le sol nécessaire à certaines cultures pourrait être affecté par des variations dans les précipitations moyennes (Houghton, 1991).
TEMPETES - Les tempêtes tropicales comme les typhons et les ouragans ont lieu quand les températures à la surface de l'océan dépassent 26°C. Des températures plus élevées pourraient donc entraîner une augmentation des tempêtes tropicales et des dégâts associés, notamment aux ressources forestières (Fig. 3.2). Bien qu'il existe des systèmes de prévision des tempêtes (Gray, 1993), les MCG dont on dispose actuellement ne permettent pas de telles prévisions. Il en résulte actuellement une grande incertitude sur les effets du changement climatique sur les tempêtes (Houghton, 1991).
Oui; tous les MCG concordent sur le fait que le climat pourrait réagir de façon très différente à une augmentation de l'effet de serre selon les latitudes. Le réchauffement pourrait être beaucoup plus marqué aux latitudes élevées et beaucoup moins vers l'équateur. Les hausses de température les plus fortes se produiront probablement en hiver aux latitudes élevées de l'hémisphère nord où les changements pourraient être jusqu'à deux fois et demi plus importants que la moyenne mondiale. Ce sont les régions tropicales qui devraient subir le moins de changements.
Les prévisions du changement climatique par région sont moins claires. Une étude comparant les prévisions de plusieurs MCG indique une évaporation accrue conduisant à une intensification de la sécheresse en été à l'intérieur des continents aux latitudes moyennes. Dans bon nombre de ces régions, l'agriculture est une activité de grande importance (Easterling, 1990).
On prévoit une élévation générale du niveau de la mer. Cette prévision repose sur l'hypothèse que les taux actuels de croissance des concentrations de GES se maintiendront. On estime que d'ici à 2100, le niveau des océans s'élèvera de 60 cm, principalement en raison de la dilatation thermique des eaux de surface des océans. Les effets pourraient être graves sur les petits pays insulaires, les pays où les plaines côtières basses occupent de grandes surfaces et où les centres les plus peuplés sont concentrés dans les zones littorales.
Cette élévation du niveau des océans ne sera certainement pas uniforme sur tout le globe. La dilatation thermique, les changements dans la circulation océanique et la pression de l'air en surface varieront d'une région à l'autre en fonction des changements climatiques. L'ampleur de ces variations n'est pas encore connue.
Les effets les plus graves de l'élévation du niveau de la mer risquent d'être provoqués par des phénomènes climatiques extrêmes, comme des vagues d'orages, dont la fréquence pourrait aussi être affectée par un climat changeant (Houghton, 1991), Toutefois, c'est l'une des prévisions les moins sûres des effets du changement climatique mondial.
Les variations de niveaux des GES dans l'atmosphère terrestre et les changements prévus dans le climat peuvent avoir des effets tant positifs que négatifs sur les végétaux.
Un des effets positifs potentiels de l'élévation des concentrations de CO2 dans l'atmosphère est appelé "effet fertilisant dû au CO2". On sait que le CO2 est un facteur limitant dans la croissance des végétaux. Une concentration accrue du CO2 atmosphérique favorise la photosynthèse par les végétaux, ce qui se traduit au moins par une augmentation temporaire du taux de croissance et du taux d'absorption du carbone atmosphérique par les plantes, à condition que les autres exigences des végétaux soient satisfaites. Des expériences menées en laboratoire et sur le terrain indiquent une augmentation de la photosynthèse d'environ 30% chez les végétaux qui utilisent la photosynthèse en C3, avec une augmentation des rapports systèmes racinaires/systèmes aériens indiquant un stockage plus important de carbone souterrain2. Une augmentation du taux de photosynthèse d'environ 10% est prévue chez les végétaux qui utilisent la voie en C4. Il est probable que l'augmentation progressive du CO2 atmosphérique au cours du siècle dernier a contribué partiellement au quasi doublement de la production agricole mondiale, obtenu en grande partie grâce à l'amélioration des pratiques agricoles et du matériel génétique des plantes cultivées au cours de la même période. Des expérimentations indiquent que cet effet fertilisant serait particulièrement efficace dans le cas d'une faible augmentation de CO2.
2 La plupart des plantes assimilent le carbone par l'un des deux mécanimes de photosynthèse. On les appelle couramment les voies en C3 et en C4. Durant les premières phases de l'absorption du CO2, les plantes en C3 fabriquent une molécule composée de trois atomes de carbone et les plantes en C4 fabriquent une molécule constituée de quatre atomes. La molécule en C4 permet à la plante de mieux assimiler le CO2. Les plantes en C3 sont tributaires de la simple diffusion du CO2 dans leur tissu et bénéficient donc plus que les plantes en C4 de concentrations plus élevées de CO2 dans l'atmosphère. Les plantes possédant le mécanisme en C3 représentent 85% de l'ensemble des espèces végétales et comprennent tous les arbres et toutes les plantes ligneuses. Les plantes ayant le mécanisme en C4 sont des graminées tropicales et tempérées poussant dans des zones où les précipitations sont abondantes pendant la saison chaude. La canne à sucre, le maïs, le sorgho et le mil sont des plantes en C4.
Un mécanisme associé à l'effet fertilisant est le fait que les végétaux contractent leurs stomates quand les niveaux de CO2 atmosphérique augmentent, limitant ainsi la perte de vapeur d'eau et augmentant l'efficacité de l'utilisation de l'eau. Cela signifie qu'une croissance accrue des végétaux serait possible dans les régions du monde à faible pluviosité. Une étude des effets possibles d'une meilleure utilisation de l'eau par les végétaux, associée à l'effet fertilisant dû au CO2, montre que la surface où les forêts tropicales ombrophiles pourraient se développer pourrait augmenter de 75% dans l'hypothèse d'un doublement du CO2 dans l'atmosphère tandis que la surface des déserts pourrait diminuer de 60% (Sombroek, 1991).
Une température globale plus élevée résulterait en une certaine augmentation de la production végétale, surtout aux latitudes élevées où la hausse de température serait proportionnellement plus importante selon les prévisions de tous les MCG.
Les effets négatifs potentiels des variations de température et de précipitations sur les végétaux comprennent (FAO, 1990):
* Des températures journalières élevées, même pendant quelques heures, peuvent entraîner la stérilité pollinique chez certaines plantes comme le riz et le blé.* Une extension de la couverture nuageuse et une augmentation de la pluviométrie dans certaines régions pourraient entraîner une baisse des rendements de nombreuses cultures. Les rendements de riz, par exemple, peuvent être inférieurs de 1 à 2 tonnes à l'hectare durant la saison des pluies à ceux obtenus durant la saison sèche pour des conditions de culture identiques.
* Les zones où régnent actuellement des climats méditerranéens (hivers doux et humides et étés chauds et secs) deviendraient plus sèches, entraînant une baisse de la teneur en humidité du sol, notamment durant la période de croissance. Ceci entraînerait une diminution de la production végétale, une réduction des taux de croissance dans les forêts et des risques d'incendies accrus.
* Les mêmes conditions qui entraînent des hausses de rendements agricoles favoriseront aussi les mauvaises herbes, augmentant leur pouvoir de compétition avec les plantes cultivées.
* Une hausse des températures permettrait peut-être aux ravageurs et aux maladies d'étendre leurs aires, surtout vers le nord et les régions tropicales de haute altitude. La survie des populations hivernantes pourrait être plus importante et les cycles de reproduction plus courts, augmentant la fréquence et la gravité des attaques.
* II pourrait y avoir un déplacement des zones adaptées à la croissance de certaines cultures et de certaines essences forestières. Une étude indique que le changement climatique pourrait entraîner un déplacement de plusieurs centaines de kilomètres de la zone de culture du maïs en Amérique du Nord du sud-ouest vers le nord-est (Easterling, 1990). L'effet serait positif ou négatif selon l'endroit.
Les variations de température peuvent modifier le taux d'activité microbienne dans les sols. Si les températures s'élevaient, le taux d'activité microbienne augmenterait en proportion. Cela entraînerait une décomposition plus rapide de la matière organique, ce qui, à son tour, accélérerait la vitesse de libération du CO2. La quantité de carbone stocké dans les sols est évaluée à près du double de celle présente dans l'atmosphère (voir question 20). Par conséquent, une petite augmentation du taux d'activité microbienne pourrait contribuer sensiblement à la quantité de CO2 dans l'atmosphère. Certains sols sont aussi des sources de NOx et de CH4.
La décomposition de la matière organique dans les sols conduit à la libération d'azote et le rend disponible pour la croissance des végétaux. Le taux d'altération chimique du sol minéral devrait aussi augmenter en même temps que les températures, libérant des nutriments supplémentaires utiles à la croissance des plantes. Une disponibilité accrue de nutriments dans le sol pourrait accélérer la croissance des plantes (Grace, 1991).
En 1988, la sécheresse a frappé les régions centrales de l'Amérique du Nord, entraînant des récoltes catastrophiques. Les scientifiques et le grand public ont alors supposé que cette sécheresse était le résultat d'un effet de serre accru. Des phénomènes climatiques plus récents, comme la sécheresse qui s'est abattue sur une grande partie de l'Afrique de l'Est et de l'Afrique australe durant la campagne 1991-92 et a affecté près de 100 millions de personnes (Cane et al, 1994), plusieurs ouragans très violents qui ont frappé la côte est de l'Amérique du Nord, les inondations très importantes dans les bassins du Mississipi et du Missouri aux Etats-Unis en 1993, et les températures record enregistrées en Europe et en Amérique du Nord au début des années 90 pourraient également laisser à penser que la Terre commence à ressentir les effets du changement climatique.
La majorité des climatologues souligne néanmoins que les informations disponibles ne sont pas suffisantes pour déterminer si ces événements sont dûs à un changement du climat ou font partie de variations climatiques normales. Sécheresses, inondations et violentes tempêtes ont toujours frappé les sociétés humaines. Une étude au moins indique que les caractéristiques de la sécheresse de 1988 en Amérique du Nord correspondaient aux sécheresses qui s'étaient produites au début du siècle. Cette sécheresse ne présenterait donc rien de nouveau ni de particulièrement surprenant. En fait, les précipitations de la dernière décennie dans le Middle West américain ont été supérieures à la normale, particulièrement durant l'été, tendance contraire à celle que certains MCG laissent prévoir pour une réaction accrue à l'effet de serre dans cette région (Easterling, 1990). En outre, en 1988, année de la sécheresse en Amérique du Nord, les précipitations dans la région sahélienne de l'Afrique de l'ouest ont commencé à revenir à des niveaux normaux après 25 ans de sécheresse (Gommes, 1993).
La forte croissance démographique enregistrée au cours des vingt à trente dernières années contribue à compliquer la situation. Lorsque des anomalies climatiques comme les sécheresses se produisent, elles atteignent une plus large population. Les fortes densités de population humaine conduisent également à l'établissement de systèmes de production agricole moins souples et moins adaptables, et les anomalies climatiques s'en trouvent amplifiées. La dégradation des terres, la mise en culture de terres marginales peu fertiles ou à faible capacité de rétention de l'eau et des périodes de jachère plus courtes peuvent aggraver les conditions de sécheresse (Gommes, 1993). Ceci s'applique en particulier à des régions comme l'Afrique soudano-sahélienne et le nord-est du Brésil qui sont depuis toujours sujettes à la sécheresse.
La température globale moyenne a affiché une hausse progressive de 0,3 à 0,5°C depuis 1850. Toutefois, cette tendance est si bien masquée par les variations annuelles et régionales qu'il est pratiquement impossible d'attribuer la hausse de température à une cause spécifique.
