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Changements climatiques : passé, présent, futur

Valérie Masson-DelmotteLaboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement

CEA-CNRS-UVSQ-IPSLGif-sur-Yvette

valerie.masson@cea.fr

Journée EEDD, mercredi 31 mai 2006, CRDP de Haute Normandie

Histoire des sciences du climat

Histoire d’une prise de conscience________________________________

Aristote, Grèce, 340 av. J.C. (Les Météorologiques)

« De même que l’hiver prend place dans les saisons de l’année, ainsi, dans quelque grande période de temps, il survient un grand hiver […]. Comparés à notre propre existence, ces phénomènes passent inaperçus… »

Antiquité MoyenAge

XVIIème sInstrumentsmétéo

XIXème siècleRéseaux météoArrhéniusAgassiz

Physique des fluidesThermodynamiqueTransferts radiatifs

XXème siècleChangements climatiques passésModélisation du climat

Méthodes de datation/reconstructionCalculateursSatellites

Histoire d’une prise de conscience________________________________

- 340 Antiquité

MoyenAge

XVIIème sInstrumentsmétéo

XIXème siècleRéseaux météoArrhéniusAgassiz

Physique des fluidesThermodynamiqueTransferts radiatifs

XXème siècleChangements climatiques passésModélisation du climat

Méthodes de datation/reconstructionCalculateursSatellites

1940 : la Terre a connu des glaciations répétées Théorie astronomique (orbite de la Terre)

1970 : confirmation expérimentale

Histoire d’une prise de conscience________________________________

- 340 Antiquité

MoyenAge

XVIIème sInstrumentsmétéo

XIXème siècleRéseaux météoArrhéniusAgassiz

Physique des fluidesThermodynamiqueTransferts radiatifs

XXème siècleChangements climatiques passésModélisation du climat

Méthodes de datation/reconstructionCalculateursSatellites

1980 : augmentation sans précédent des gaz à effet de serreprévisions de réchauffement climatique

1990 : découverte des possibilités « d’accidents climatiques »reconstruction de l’évolution des températures

2000 : réchauffement depuis ~1980 dû à l’effet de serre et aux activités humaines

Les recherches climatiques

Observations du « système Terre »Réseaux au sol, bouées, satellites

Reconstructions du « système Terre »Archives climatiquesHypothèses sur les causes et mécanismes

Prévisions climatiques

Etudes de processus

Modélisation numérique du climat

Travaux conduits dans les laboratoires de recherche

Tous les 6 ans depuis 1995 : rapport du Groupe Intergouvernemental d’Experts (GIEC ou IPCC) sur le Changement Climatique rendu aux Nations-Unies

Scénarios « types »

Le climat change-t-il?

Relevés météorologiques

Un réchauffement de l’ordre de 1°C Un réchauffement surtout marqué la nuit, et l’hiver

2000198019601940192019001880

13

12

11

10

9

moy

enne

s (°

C)

2000198019601940192019001880

13

12

11

10

9

moy

enne

s (°

C) Le Havre

Paris

Un réchauffement déjà visible

DATE DE DEBUT VENDANGES A CHATEAUNEUF DU PAPE depuis 1945

1-sept6-sept

11-sept16-sept21-sept

26-sept1-oct

6-oct11-oct

1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

1864 1896 1995

Vendanges fin septembre

Vendanges début septembre

Un réchauffement « global »Changement de la température moyenne de la Terre

Carte des changements entre 1955 et 2005

Moyenne sur 1 anMoyenne sur 5 ans

Un réchauffement sans précédent

Changement de température (hémisphère nord)

Cha

ngem

ent d

e te

mpé

ratu

re (

°C)

années

Pourquoi le climat change-t-il?

Une partie du rayonnement solaire est réfléchie par les nuages ou les sols (albédo)Le reste est absorbé et chauffe la surface de la Terre

La surface de la Terre réchauffe le bas de l’atmosphèreLa Terre et l’atmosphère perdent de la chaleur vers l’espace par le rayonnement infra-rouge

Certains constituants de l’atmosphère absorbent les rayonnements infra-rouges, L’atmosphère se réchauffe et réémet un rayonnement infra-rouge dont une partie revient vers le solL’« effet de serre » réchauffe le bas de l’atmosphère et la surface de la Terre

World gross product

Rejets de dioxyde de carbone par habitant et par pays en 2003

0

5

10

15

20

25

Sénég

alInd

eBrés

ilTun

isie

Algérie

Chine

France

Espag

neIta

lie

Royau

me-Uni

Allemag

neRus

sieEtat

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Objecti

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Emis

sion

s de

CO

2 pa

r pay

s et

par

hab

itant

(e

n to

nnes

/ an

)

Source : AIE

Les activités humaines ajoutent de l’effet de serre

Sources de gaz à effet de serre « artificielles »:agriculture intensive, déforestation, utilisation de ciment, produits chimiques (CFC), utilisation de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel)

* 378 ppm en 2006

Volcanisme

Activité solaire

Effet de serre anthropique

Dernier millénaire : forçages climatiques

Comment le changement actuel se compare-t-il aux changements passés?

Histoire du climat et de la composition de l’atmosphère : archives polaires

Kohnen

Byrd19682164 m80 000 ans

Vostok19963623 m400 000 ans

EPICA Dome CDec. 20043270 m800 000 ans

Dome FJan. 20063029 m1 000 000 ans?

EPICA Kohnen StationJan. 20062774 m300 000 ans?

« Thermomètre isotopique »

y = 6.34x - 62.07R2 = 0.90 -500

-400

-300

-200

-100

0-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

temperature (°C)

dD (‰

)

700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0Age (yr BP)

400

500

600

700

800

CH

4 (p

pbv)

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

∆Τ (°

C)

180

200

220

240

260

280

300

CO

2 (p

pmv)

Climate and Greenhouse Gases during the last 650 Kyrs

375 ppmv

1700 ppbv

EPICA Dome CIndermuehle et al (submitted)EPICA project members (2004)Spahni et al (submitted)

VostokPépin et al ( 2001)Petit et al (1999)Delmotte et al (2004)

Forages de Vostok et EPICA Dôme C (Antarctique)Gaz à effet de serre et climat :Variations naturelles, notre « expérience grandeur nature »

(années passées)

378 ppmv

Théorie astronomique des changements climatiques passés

Moteur : changements d’ensoleillement(selon saison et latitude)

- Effet local sur le climat (hautes latitudes)- Phénomènes amplificateurs albédo, cycle de l’eau, cycle du carbonecirculation de l’océan, de l’atmosphère, végétation…- Phénomènes non linéaires (effets de seuil)

Zone clé = hémisphère nordLa géométrie des continents y permet de former des calottes

Axes de recherche :- Périodicités du climat et de l’ensoleillement- Datation précise des changements climatiques à

différentes latitudes- Modélisation

Quand aura lieu la prochaine glaciation ?

Vers un « super interglaciaire »

45N JJA

-30

0

30

60-100-50050100150200250300350400450500

kyr BP

W/m

²

actuelpassé futur

125 000 ans d’histoire des températures au Groenland

-44

-40

-36

-32

δ18O

glac

e (‰

)

120x103 100806040200

age (années avant maintenant)

-44

-40

-36

-32

δ18O

glac

e (‰

)

NorthGRIP

GRIP

Changements rapides : antiphase Groenland / Antarctique

-45

-41

-37

-33-440

-420

-400

-380

350

500

650

800

10000 20000 30000 40000 50000 60000

-52

-49

-46

-43

-52

-48

-44-42

-39

-36

-33

EDML

∆Tsu

rf [

°C]

δ18 O

corr [

°/ °°]

GICC05 age [yr BP]

CH

4 [p

pbv]

ACR

ATM 8

NorthGRIP

Greenland CH4 composite

EDML

DO1

23 4 5 6 7 DO8

910 11 DO12

EDC

δ18 O

[°/ °

°]

δDco

rr [

°/ °°]

ATM 12ATM 1

ATM 2

ATM 4 5 67

39

10 114.1

4.1

A1 A2Byrd

δ18 O

[°/ °

°]

a

Changements climatiques abrupts• Répétés pendant la dernière glaciation• Détectés sur toute la planète• Opposition Groenland / Antarctique• Rôle de la circulation océanique• Rôle des instabilités des glaces continentales=> Régions vulnérables, effet de seuil

Comment le climat va-t-il évoluer?

Quelle énergie utiliserons-nous?

Emissions deCO2

Concentrations enCO2

300

500

700

900

1100

2000 2050 2100Année

ppm CO2

A1BA1TA1F1A2B1B2

Emissions de CO2 (Gt C/an)

5

10

15

20

25

(A1 forte croissance, monde homogène)

A2 = monde hétérogène

B1 = monde convergent technologique

B2 = monde convergent - développementenvironnemental

A1T = prédominance non-fossiles

A1B = équilibre des sources

A1F1 = forte contribution fossiles

Années

Cha

ngem

ent d

e te

mpé

ratu

re (°

C)

Scénario moyenIncertitude sur modèles

Tous scénarios économiquesIncertitude sur climat

« Sensibilité »des modèles

900 ppm

500 ppm

Conséquences sur la température globale

3°C en moyenne : jusqu’à 6°C aux pôles

Réchauffement simulé :depuis le dernier maximum glaciairePour un doublement du CO2Pour un quadruplement du CO2

Moyenne globale4.2°C (3.1 à 5.2°C)2°C (1.2 à 3.5°C)4.8°C (3.7 à 6.4°C)

Changement climatiquepassé et futur : modélisation

Changement climatique

Déjà 0.8°C de réchauffement observé dont 0.6°C depuis 1950

Changement climatique à venir selon nos choix énergétiques :Si efforts maximaux 1.5 à 3°CSinon 3.5 à 6°C ou plus

Expérience grandeur nature sur le climat de notre planèteLe réchauffement du 21ème siècle sera un changement climatique abrupt

Comment faire face au risque climatique?

Qu’est ce qu’un changement climatique acceptable?

• Pour nous et nos enfants?Eau? Agriculture? Niveau des mers? Evènements extrêmes?Réfugiés climatiques?

• Pour les écosystèmes?Adaptations, migrations, extinctions

• Aspects irréversibles? Déstabilisation des glaces du Groenland

• Risques de changements abrupts? Circulation de l’océan Atlantique, moussons…

Du constat à l’action« Assurer le bien-être des hommes d’aujourd’hui sans compromettre celui des

hommes de demain »

Protocole de Kyoto : maîtriser l’augmentation des rejets Horizon 2008-2012 : -5% par rapport à 1990Pas d’engagement pour USA, Australie, Chine, Inde (50% des émissions) …Mécanismes spécifiques (difficultés actuelles sur le marché du CO2)

Charte de l’Environnement dans la constitution française Plan Climat du gouvernement français (facteur 4 d’ici à 2050)

Progrès technologiques, recherches sur la séquestration du CO2

Rôle considérable de chacun d’entre vous « citoyens-consommateurs »

Concrètement…Origine des rejets de gaz à effet de serre en FranceRappel : il faut les diviser par 4 pour stabiliser le climat

Gaz fluorés

Fuites

Autres

Solvants Métaux Produits minéraux Chimie

Solvants et produitsdivers

Gaz fluorés

Combustions

Gaz fluorés (prod)

Gaz fluorés

Electricité et chauffage

Raffinage

Transformations

Sols

Energie

Riziculture

Fermentations

Déjections

Décharge Incinération Eaux usées Autres

Tertiaire

Résidentiel

Fer

Autre

Maritime

Gaz fluorés

Routier

Aérien

Déchets

Agriculture

Energie

Industrie

Résidentielet tertiaire

Transport

Changement climatique : Un formidable défi pour le 21ème siècle et au-delà

Prévoir pour s’adapterAgir pour limiter les dégâtsPour un développement durable

Économie

Social

Environnement

Équitable Vivable

Viable

Durable

Livre de poche8-12 ans

Les MiniPommes, Le Pommier, Paris, septembre 2005

Peut être utilisé en défi lecture, théâtre… Idées de quelques expériences à faire en classe

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2007-2009Année Polaire Internationale

Nombreux efforts de communication vers le monde de l’éducation autour des projets scientifiques

(www.ipev.fr)

Série de 11 posters format A2 pour expositions (collèges, médiathèques…) pour collégiensContact : valerie.masson@cea.fr

CO2 : puits et sources

(flux exprimés en milliards de tonnes de carbone)

Changement de précipitations en 2070-2100 par rapport à l’actuel

Hiver Printemps

Eté Automne