Les activités humaines sont-elles responsables ?

Comment sait-on que les activités humaines sont en cause ? Peut-on le mesurer ? Le prouver directement ?

L’effet de serre est un processus qui est parfaitement compris et quantifié. Sur la base de mesures en laboratoire, on connaît précisément la capacité des gaz à absorber le rayonnement infrarouge qui est à l’origine de l’effet de serre. On a donc développé des outils qui permettent de calculer comment l’atmosphère absorbe et ré-émet ce rayonnement. Ces outils sont validés, par exemple avec des observations spatiales qui mesurent le rayonnement infrarouge qui sort de l’atmosphère. Puisque la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère augmente, il y a nécessairement une hausse des températures que les modèles de climat permettent de calculer. Les projections de ces modèles faites dès le début des années 2000 sont cohérentes avec ce qui est observé depuis [1][2].

Au-delà d’une augmentation de l’effet de serre, les activités humaines ont conduit à une augmentation de la quantité d’aérosols (particules solides ou liquides en suspension dans l’air) dans l’atmosphère. Ces aérosols réfléchissent une partie du rayonnement solaire vers l’espace et tendent donc à refroidir le climat, compensant en partie l’impact de l’augmentation des gaz à effet de serre. Il y a néanmoins une grande incertitude sur l’amplitude de cet effet [3].

Dans le passé, il y a eu l’« optimum climatique médiéval », le « petit âge glaciaire ». Les cycles du soleil ont une influence. Comment écarter d’autres causes ? Les activités humaines seraient responsables à 100 % ?

Sur les échelles de temps annuelles à décennales, les facteurs naturels connus qui influent sur le climat sont l’irradiation solaire et les éruptions volcaniques. Il est certain que ces facteurs ont contribué à des variations climatiques sur les derniers milliers d’années, telles que celles citées dans la question. Cependant, l’amplitude de ces variations climatiques est bien inférieure et leur extension spatiale est limitée en comparaison à celle du réchauffement récent. Par ailleurs, on n’a pas observé de fluctuations notables de l’irradiation solaire ou de la fréquence des éruptions volcaniques qui pourrait expliquer le très fort réchauffement des dernières décennies. Sur la base de notre compréhension de la physique, la hausse de l’effet de serre explique bien plus de 100 % du réchauffement récent (de l’ordre de 140 %). Les aérosols, dont la concentration dans l’atmosphère a aussi augmenté du fait des activités humaines, ont contribué à limiter la hausse des températures. Les facteurs naturels ont pu avoir une influence à la marge, mais on ne sait pas dans quel sens [4] !

Sur le dernier million d’années, il y a eu des variations climatiques d’une amplitude supérieure à celle observée sur le dernier siècle. Ce sont les cycles glaciaires-interglaciaires (ou cycles de Milankovitch) causés par les variations de l’orbite de la Terre autour du soleil. Les causes de ces cycles sont bien établies et produisent des variations beaucoup plus lentes que le changement climatique actuel, causé par les activités humaines [5].

Y a-t-il vraiment consensus ? Des scientifiques sont-ils en désaccord ? Y a-t-il des points qui font débat sur la responsabilité des activités humaines ?

Dans la communauté scientifique du climat, il y a consensus sur le fait que la hausse des températures sur les dernières décennies est principalement causée par la hausse des concentrations de gaz à effet de serre en lien avec les activités humaines. Il y a un débat en cours sur une possible accélération récente du réchauffement et ses causes : certains y voient une fluctuation naturelle en lien avec des cycles du type El Niño, d’autres pensent y voir une rétroaction des nuages (le réchauffement en cours conduirait à moins de nuages, accentuant alors le chauffage par le rayonnement solaire), et d’autres encore y voient l’impact d’une réduction de la charge en aérosols en lien avec les politiques sanitaires (normes restreignant les émissions d’aérosols, notamment l’utilisation de carburant sans soufre dans les navires) [6]. Les scientifiques du climat insistent sur le fait que l’accélération du réchauffement est compatible avec les résultats de leurs simulations [7].

Quelle part du CO₂ atmosphérique est d’origine humaine ?

Au cours du dernier million d’années avant l’ère avant industrielle, la concentration de CO₂ dans l’atmosphère a fluctué entre 170 et 300 ppm (partie par millions), en phase avec les cycles glaciaires-interglaciaires. La concentration a récemment très fortement augmenté passant de 315 ppm à la fin des années 1950 à environ 425 ppm en 2025. Cette hausse est directement causée par les émissions humaines de CO₂, majoritairement due à l’usage des combustibles fossiles, mais aussi à la déforestation. La hausse des concentrations correspond à seulement la moitié de ce qui est émis par les activités humaines. L’autre moitié est absorbée, en parts similaires, par les océans et par la végétation [8].

L’atmosphère échange en permanence du carbone avec les océans et la végétation. Ces échanges sont proches de l’équilibre (il y a autant d’absorption que d’émission), mais, en amplitude, ils sont bien supérieurs aux émissions humaines (typiquement 10 fois plus). Du fait de ces échanges naturels, une molécule de CO₂ émise par la combustion d’une énergie fossile sera rapidement (au bout quelques années) absorbée par la végétation ou l’océan et « remplacée » par une autre molécule de CO₂. Certains affirment donc, sur la base de mesures isotopiques, que le pourcentage du CO₂ anthropique dans l’atmosphère n’est que de 5 % [9]. C’est vrai si on s’intéresse à la provenance directe de ces molécules. Mais la hausse de 50 % de la concentration atmosphérique de CO_2, qui est le paramètre pertinent, est bien causée par les émissions anthropiques [8].

La vapeur d’eau n’est-elle pas le principal gaz à effet de serre ?

La vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre. Mais la concentration de la vapeur d’eau dans l’atmosphère n’est pas significativement influencée par les émissions humaines car toute eau en excès est éliminée par précipitation. À l’inverse, le CO₂ s’accumule dans l’atmosphère du fait des activités humaines. Pour autant, la vapeur d’eau est une composante essentielle du système climatique. En effet, la capacité de l’atmosphère à contenir de la vapeur d’eau augmente avec sa température. Un climat plus chaud va donc conduire à plus de vapeur d’eau, ce qui va contribuer à une augmentation supplémentaire de l’effet de serre. On parle donc de rétroaction positive [10].

Comment déterminer si ce n’est pas la température qui augmente avant le CO₂ ? Le CO₂ serait alors hors de cause, juste une conséquence.

On entend parfois l’argument que, lors des transitions glaciaire-interglaciaire, donc sur des échelles de temps de milliers d’années, c’est la température qui augmente avant la concentration de CO₂ (voir par exemple [11]). Ce fait viendrait alors invalider la théorie actuelle qui dit que l’augmentation du CO₂ est la cause du réchauffement climatique actuel. Cet argument ne tient pas, essentiellement car le processus en cours, bien compris, n’est pas le même que celui qui s’est produit lors des cycles glaciaires-inter-glaciaires, sur des périodes bien plus longues que le réchauffement actuel.

Les changements climatiques majeurs du dernier million d’années sont causés par des variations de l’orbite de la Terre autour du soleil. Ils impliquent des rétroactions qui impliquent la fonte de neige et glace au sol, augmentant alors le chauffage par le soleil, et le cycle du carbone. Il n’y a pas de doute que le facteur initial a été un réchauffement, mais ce réchauffement a entraîné une augmentation du CO₂ atmosphérique qui a conduit à un réchauffement supplémentaire. C’est là un processus similaire (une rétroaction positive) à celui que l’on a aujourd’hui avec la vapeur d’eau, comme évoqué dans la section précédente [12].

Que sait-on de la « sensibilité climatique » ?

La sensibilité climatique quantifie l’augmentation de la température à la surface de la Terre pour un doublement de la concentration de CO₂ atmosphérique par rapport au niveau préindustriel (≈ 280 ppm). C’est donc un paramètre majeur pour anticiper l’ampleur du changement climatique à venir. Cette sensibilité peut être estimée à partir de la variabilité climatique observée dans le lointain passé dans le cadre des cycles glaciaires, sur la base du réchauffement observé sur le dernier siècle, ou à l’aide de modèles de climat. Le dernier rapport du Giec estime que cette sensibilité est probablement ¹ entre 2,5 et 4,0 degrés avec une valeur la plus probable autour de 3°C. Notons que cette estimation, avec une incertitude assez large, a peu varié au cours des différents rapports du Giec, malgré quarante ans de recherches. L’incertitude est très dépendante de celle concernant la rétroaction des nuages, mal contrainte : quel va être l’impact du réchauffement sur la couverture nuageuse et sa distribution ? Malgré ces incertitudes, des valeurs inférieures à 2° ou supérieures à 5°C sont considérées très improbables [13].