Tout comprendre au réchauffement climatique

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1. Qu’est-ce que le réchauffement climatique ?

2. La cause du réchauffement

3. Pourquoi est-ce grave ?

4. Quels sont les principaux gaz à effet de serre d’origine humaine ?

5. Qui sont les grands émetteurs de CO₂ ?

6. Comment la science a-t-elle établi la connaissance du réchauffement climatique ?

1. Qu’est-ce que le réchauffement climatique ?

• Le réchauffement climatique est un phénomène causé par les gaz à effet de serre émis par les humains. Il se traduit par une augmentation très rapide de la température moyenne de l’atmosphère depuis les années 1850. Aujourd’hui on peut affirmer avec certitude que la décennie 2011-2020 est plus chaude de 1,1 °C que le demi-siècle 1850-1900 [1]. Si peu, pourrait-on dire ? Il ne faut pas se faire avoir par ce « peu » de 1,1 °C. Les spécialistes de l’histoire du climat savent que la Terre ne s’est jamais autant réchauffée en aussi peu de temps. Et il faut bien comprendre ce que représente cette moyenne mondiale : à l’échelle des temps géologiques, entre une période froide dite glaciaire et une période plus chaude interglaciaire, il n’y a que 4 °C de différence en moyenne.

Figure 1 – La courbe de la température moyenne de l’atmosphère (ici, depuis 2000 ans) évoque une crosse de hockey : des fluctuations assez faibles jusqu’au XIXᵉ siècle, et une envolée à partir de 1850. À partir de 1850 : températures mesurées directement (en noir). Avant 1850 : températures reconstituées par des modèles scientifiques (en vert). Le halo vert pâle restitue la pluralité des modèles utilisés. Le zéro correspond à la température moyenne entre 1850 et 1900. © Stéphane Jungers/Reporterre

• Parler de réchauffement climatique a le mérite de la simplicité. Néanmoins, les effets ne se limitent pas à une simple hausse des températures : ils concernent aussi la modification du régime des pluies ou encore la fréquence et l’intensité d’événements extrêmes (vagues de chaleur, inondations, feux de forêt, ouragans, etc.) avec leur cortège d’effets graves sur la nature et sur les humains. Pour cette raison, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec) [2], préfère employer l’expression « changement climatique » (« climate change » en anglais) [3]. Ces changements sont généralisés, observables du sommet de l’atmosphère jusqu’au fond des océans, et des régions tropicales aux régions polaires. Ils s’intensifient et n’épargnent aucune région du monde.

© Red !/Reporterre

2. La cause du réchauffement : l’effet de serre additionnel

• La Terre reçoit le rayonnement du Soleil à raison de 340 watts/m² au sommet de la haute atmosphère (c’est une moyenne, car l’équateur est davantage ensoleillé que les pôles). Environ 30 % de cette énergie est réfléchie par les nuages et par la glace des calottes polaires ou des banquises et des glaciers. Si nous vivions sur un astre sans atmosphère, le reste serait absorbé par la surface terrestre et entièrement réémis sous forme de rayonnement infrarouge en direction de l’espace. Heureusement, la Terre possède une atmosphère, laquelle contient des gaz, comme la vapeur d’eau ou le dioxyde de carbone (CO₂), qui sont à l’origine d’un « effet de serre » naturel. Ce phénomène est une analogie avec ce qui se passe dans une serre de jardinier (… et aussi dans la voiture d’un automobiliste imprudent) : à travers ses vitres, elle laisse passer la lumière solaire dans un sens, mais retient l’air chauffé dans le sens inverse. Certaines molécules présentes dans l’atmosphère (eau, dioxyde de carbone, méthane) ont la capacité d’absorber le rayonnement infrarouge terrestre [4] et de le réémettre dans toutes les directions, y compris vers la surface de notre planète. Grâce à ces gaz dits « à effet de serre » (GES), la température moyenne sur Terre est de +15 °C ; sans eux, elle serait de… -18 °C ! Leur rôle a donc été bénéfique dans l’apparition et l’essor de la vie.

Figure 2. © Stéphane Jungers/Reporterre

• Depuis la révolution industrielle, l’humanité ajoute ses propres émissions de gaz à effet de serre à celles de la nature. Ce « bonus » a tout changé. Dans son rapport publié en août 2021, le Giec n’a jamais été aussi catégorique : « Sans équivoque, l’influence humaine a réchauffé l’atmosphère, les océans et les terres [5]. » Cet effet de serre additionnel est la seule cause du réchauffement climatique. Il s’explique par la croissance économique et démographique des pays développés et émergents [6]. Il s’accélère fortement à partir de 1950 et est surtout lié à l’emploi des combustibles fossiles que sont le charbon, le pétrole et le gaz naturel, générateurs de CO₂.

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3. Pourquoi est-ce grave ?

• Le réchauffement climatique menace les équilibres de la planète. Par exemple, la température croissante des océans et leur acidification (une partie du CO₂ de l’atmosphère se dissout dans l’eau de mer, ce qui augmente son acidité) conduisent à la mort des récifs de coraux tropicaux. Toutefois, comme l’a rappelé le rapport du Giec paru en mars 2022, la première espèce en péril est la nôtre : de 3,3 à 3,6 milliards d’humains sont vulnérables [7]. L’augmentation de la température des océans entraîne une dilatation de leurs eaux, qui se combine à la fonte accélérée des glaciers et calottes glaciaires pour causer une montée des eaux particulièrement inquiétante pour les îles et les deltas très peuplés comme le Bangladesh, déjà sensible aux inondations causées par les pluies torrentielles. Même sur les littoraux davantage protégés, des épisodes de submersion marine par les vagues sont inévitables. La destruction des récifs nous affecte d’ailleurs au premier chef puisque les coraux offrent à la fois une ressource en poissons et une protection contre l’érosion du littoral par les vagues.

Figure 3 – Depuis le début du XXᵉ siècle, le niveau des océans a monté de 20 cm. Le réchauffement climatique en est la cause : il dilate l’eau de mer et fait fondre glaciers et calottes polaires (Groenland, Antarctique). © Stéphane Jungers/Reporterre

• Ailleurs, la hausse des températures et l’augmentation du taux d’humidité vont rendre certaines régions inhabitables, avec les risques inhérents de migrations, voire de guerres, même si ces dernières sont rarement causées par le climat seul. En 2050, il pourrait ainsi y avoir entre 150 et 300 millions de migrants environnementaux. Les sécheresses provoquées par des vagues de chaleur, comme celles vécues en Iran ou en Californie, amplifient dramatiquement les mauvais choix humains dans la gestion de la ressource en eau.

• Les rendements agricoles vont chuter, car une chaleur excessive perturbe le métabolisme des plantes cultivées et favorise le développement de leurs parasites. Les forêts, elles aussi, sont fragilisées par les sécheresses et les stress hydriques qui profitent aux pathogènes comme les scolytes ; c’est d’autant plus grave qu’elles sont un puits de carbone qui prélève une partie du CO₂ de l’atmosphère (un mécanisme qui, hélas, tend à s’inverser en Amazonie). Canada, Sibérie, Californie, Australie, etc. : elles sont aussi davantage exposées à des incendies gigantesques, ou mégafeux, émetteurs de CO₂ et qui désormais menacent les villes.

• Les effets sur la santé humaine sont déjà visibles : les canicules accroissent la mortalité directe parmi les catégories les plus fragiles, comme les personnes âgées, mais leurs effets peuvent aussi être insidieux, par exemple en diminuant la qualité du sommeil. Le changement climatique favorise aussi l’extension des zones favorables aux espèces de moustiques vectrices de maladies (paludisme, dengue, Zika, chikungunya).

4. Quels sont les principaux gaz à effet de serre (GES) d’origine humaine ?

Ils sont au nombre de trois : le dioxyde de carbone (CO₂) (ou gaz carbonique), le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O), auxquels il faut ajouter la famille des gaz fluorés. En 2019, leurs émissions totales liées aux activités humaines représentaient l’équivalent de 59,1 milliards de tonnes (ou gigatonnes, Gt) de CO₂ : en effet, la plupart de ces gaz ayant un pouvoir de réchauffement supérieur à celui du CO₂ (ex : 1 g de méthane a le même effet que 30 g de CO₂), on les convertit, pour pouvoir les comparer, en « équivalent CO₂ », ou eqCO₂.

Figure 4 – Les trois quarts de l’effet de serre additionnel sont dus au CO₂, principalement émis par la combustion des sources fossiles (charbon, pétrole, gaz) et les processus industriels. Pour le quart restant, la responsabilité est partagée entre changement d’affectation des sols (UTCATF), méthane, protoxyde d’azote et gaz fluorés. © Stéphane Jungers/Reporterre

• Dioxyde de carbone (CO₂) : c’est le GES le plus émis par les activités humaines (on parle d’émission anthropique). Toute combustion libère du CO₂. Or l’humanité brûle tous azimuts : du bois pour se chauffer et cuisiner, du pétrole dans ses moteurs, du charbon et du gaz dans ses centrales thermiques, des minéraux dans ses fours à ciment, etc. Au total, 34,4 Gt de CO₂ en moyenne ont été émis chaque année entre 2010 et 2019. Par ailleurs, la déforestation et le changement d’affectation des sols (une prairie devenant parking, par exemple) a contribué aussi, quoique plus modestement, aux émissions de CO₂ (5,9 Gt/an). Ces valeurs paraissent très grandes, mais ces gaz se dispersent dans l’énorme volume de l’atmosphère. La mesure la plus pertinente est donc leur concentration. De 1750 à 2022, les concentrations atmosphériques de CO₂ sont passées d’environ 280 à 415 ppm [8], ce qui en fait, aujourd’hui, la plus élevée depuis au moins 2 millions d’années [9]. Si la pandémie de Covid-19 a provoqué une baisse, inédite, des émissions mondiales (-5,1 % en 2020), la tendance haussière a repris le dessus. La quantité de ce gaz dans l’atmosphère déterminera largement l’évolution du climat au cours du XXIᵉ siècle.

• Méthane (CH₄) : le méthane est le principal constituant du gaz naturel. Ses émissions anthropiques sont plus modestes que celles du CO₂ : 358 millions de tonnes (ou Mt pour mégatonnes) par an entre 2008 et 2017. Elles sont aussi plus délicates à distinguer des émissions naturelles (comme celles des marais ou du pergélisol [10] qui dégèle). Néanmoins, le rapport du Giec publié en août 2021 réévalue sa dangerosité à la hausse. Bien que sa concentration atmosphérique soit environ 220 fois moindre que celle du CO₂, il a un pouvoir de réchauffement, calculé sur cent ans, 30 fois plus grand. De 1750 à 2019, les concentrations atmosphériques de méthane sont passées d’environ 800 à 1 866 ppb [11]. Les principales sources d’émission anthropiques sont l’industrie pétrolière et gazière, qui laisse le gaz fuir de ses infrastructures, l’agriculture (élevage intensif, riziculture) et la décomposition de la biomasse (décharges d’ordures, etc.).

• Protoxyde d’azote (N₂O) : on le connaît aussi sous le nom d’oxyde nitreux et de… gaz hilarant. Pas de quoi rire, pourtant : de 1750 à 2019, les concentrations atmosphériques de N₂O sont passées d’environ 270 à 332 ppb. Son potentiel de réchauffement, calculé sur cent ans, est environ 300 fois supérieur à celui du CO₂. Ce gaz se forme surtout lorsque les intrants agricoles déposés dans les champs, comme les engrais de synthèse azotés ou les déjections du bétail, sont dégradés par les bactéries du sol. Les autres sources anthropiques sont l’industrie chimique, les eaux usées et les combustibles fossiles (ex : véhicules à moteur thermique). Le protoxyde d’azote est détruit dans la haute atmosphère, mais pas assez vite au regard des quantités émises.

• Gaz industriels fluorés : ces purs produits de la chimie industrielle n’existent pas à l’état naturel. Ils ont pour nom hydrofluorocarbones (HFC), perfluorocarbones (PFC), hexafluorure de soufre (SF₆) et trifluorure d’azote (NF₃). Et sont indispensables à de nombreux secteurs comme la production de froid, l’extinction d’incendie, les solvants, les équipements électriques, l’industrie des semi-conducteurs, etc. Leur potentiel de réchauffement est considérable : selon les gaz, de plusieurs centaines à plusieurs milliers de fois celui du CO₂. Les fuites de gaz fluorés ont lieu lors de la charge ou la fin de vie des équipements du froid, lors de la fabrication des mousses, la diffusion d’aérosols ou le déclenchement des dispositifs d’incendie.

5. Qui sont les grands émetteurs de CO₂ ?

‣ Par pays :

• Si on considère les émissions de CO₂ à l’échelle des pays entiers [12], cela ne fait aucun doute : la Chine est, depuis le début des années 2000, le premier émetteur mondial avec 30,3 % des émissions de CO₂ en 2019. Suivent les États-Unis (13,4 %), l’Union européenne (7,7 %) et l’Inde (6,8 %) [13]. Avec 322 Mt de CO₂, la France compte pour 0,8 %. Entre 1990 et 2019, ce sont la Chine et l’Inde qui ont le plus contribué à la hausse globale des émissions (+68 %). Néanmoins, si on regarde le cumul des émissions dans l’histoire depuis 1850, on constate que les États-Unis et l’Europe portent la plus lourde responsabilité dans le réchauffement mondial avec respectivement 25 % et 22 %. Le poids historique de la Chine n’est que de 11 %, acquis de façon spectaculaire en seulement deux décennies.

Figure 5 – Alors que les émissions mondiales fléchissent dans les pays développés, elles s’accroissent brusquement en Chine à partir des années 2000. On ne compte ici que les émissions par combustion et non celles par changement de l’affectation des sols (UTCATF). © Stéphane Jungers/Reporterre

• Une autre façon de comprendre la situation est de calculer le niveau d’émission par habitant : le palmarès prend alors un autre visage. Les pays développés comme le Canada (15,2 t CO2/habitant en 2019) et les États-Unis (14,4 t) sont très hauts, en compagnie de l’Australie (15), de la Russie (11,4) ou encore de l’Arabie saoudite (14,5). L’Union européenne est à 5,8 t CO₂/habitant. Mais la tendance est au rattrapage du côté des pays émergents. Entre 1990 et 2019, les émissions par habitant en Asie ont augmenté de 150 % (+290 % en Chine) tandis qu’elles diminuaient de 28 % dans l’Union européenne (-28 % en France) et de 23 % aux États-Unis. Notons que ces chiffres ne prennent pas en compte les « émissions importées », c’est-à-dire celles qui sont causées par les produits fabriqués dans d’autres pays, mais consommés dans le pays concerné.

Figure 6 – En émissions par habitant, les États-Unis sont très au-dessus des Chinois, même si leurs émissions baissent alors que celles de la Chine augmentent. © Stéphane Jungers/Reporterre

‣ Par secteur économique :

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• Si on ne regarde que le CO₂ émis par combustion [14], la production d’électricité est le premier secteur responsable (40 %). La bonne nouvelle est que si, sur la dernière décennie, la demande mondiale en électricité a crû de 25 %, les émissions de CO₂ associées n’ont augmenté, elles, que de 9 % grâce au déploiement de l’éolien et du photovoltaïque. Moins réjouissant : le charbon est à l’origine des trois quarts du CO₂ émis par le secteur de la production électrique. C’est particulièrement vrai en Chine. Aux États-Unis, en revanche, le gaz a pris le dessus, et la consommation de charbon est à la baisse (elle a rejoint le niveau du nucléaire). Dans l’Union européenne, les situations sont très contrastées. Depuis 1990, les émissions de CO₂ pour la production de 1 kWh d’électricité y ont baissé de 48 % (280 g CO₂/kWh en 2019). Mais elles restent élevées dans les pays producteurs de charbon comme l’Allemagne (375 g CO₂/kWh) ou la Pologne (734 g CO₂/kWh). Globalement, la responsabilité historique du secteur de l’énergie dans le réchauffement climatique est écrasante : près des trois quarts des émissions de CO₂ cumulées lui sont imputables.

Figure 7 – 40 % des émissions de CO₂ sont liées à la production d’électricité, dont les trois quarts à partir de charbon. L’industrie et les transports font jeu égal. © Stéphane Jungers/Reporterre

• Les autres grands secteurs émetteurs sont les transports (23 %) et l’industrie (23 %). En Chine, l’industrie et le secteur de l’énergie (électricité et hors électricité) représentent, à eux deux, 85 % des émissions de CO₂ dues à la combustion d’énergie, contre 65 % en moyenne dans le monde. Les transports ont une place plus importante aux États-Unis (37 %) et dans l’Union européenne (31 %), tout comme le résidentiel et le tertiaire. De tous les secteurs de l’économie, celui des transports est celui qui dépend le plus étroitement du pétrole, donc pour lequel la réduction des émissions est le plus problématique.

‣ Par niveau de richesse :

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• Si l’on compte dans l’empreinte carbone des individus les émissions de CO₂ dans leur pays, mais aussi celles liées à la consommation de biens et services importés, on constate que les riches émettent beaucoup plus que les autres. Selon l’ONG Oxfam, les 10 % d’humains les plus riches (environ 630 millions de personnes) sont à l’origine de 52 % des émissions cumulées sur la période 1990-2015 ; les 1 % les plus riches (environ 63 millions de personnes), de plus de 15 % des émissions cumulées, c’est-à-dire plus du double des 50 % les plus pauvres (env. 3,1 milliards de personnes). Et ça ne va pas s’améliorer dans le futur [15].

• La Paris School of Economics donne des valeurs très voisines : les 10 % les plus riches concentraient en 2019 près de 48 % des émissions globales (dont 17 % pour le 1 % de tête), tandis que la moitié la plus pauvre de l’humanité n’est responsable que de 12 % des émissions mondiales.

• Dans l’Union européenne également, les 10 % les plus riches ont une empreinte carbone supérieure aux 50 % les moins riches. Celle des 1 % des plus riches dépasse celle des 18 % qui le sont le moins.

• Ces « gros émetteurs » se trouvent désormais sur tous les continents. En effet, dans les pays émergents, les classes aisées ont vu leurs revenus et leurs émissions s’accroître considérablement. Tandis qu’au sein des pays développés, la plus grande partie de la population a vu ses revenus et ses émissions croître assez lentement. En conséquence, les inégalités d’émission de carbone sont de plus en plus déterminées par les inégalités au sein des pays plutôt qu’entre les pays.

Figure 8 – Selon l’ONG Oxfarm, 1 % de l’humanité (les plus riches) émet deux fois plus de CO₂ que les 50 % les plus pauvres. Les 10 % les plus riches ont émis 52 % des GES cumulés entre 1990 et 2015.. © Stéphane Jungers/Reporterre

6. Comment la science a-t-elle établi la connaissance du réchauffement climatique ?

• Pour établir avec certitude que l’atmosphère se réchauffe, les spécialistes ont mesuré avec précision des dizaines d’indicateurs tels que la composition en gaz des glaces en Antarctique, la nature des pollens dans les tourbières ou la densité des squelettes de foraminifères — de minuscules animaux marins — au fond des océans. Ce travail de fourmi a permis de reconstruire la courbe de la température moyenne de l’atmosphère jusqu’à 800 000 ans dans le passé.

• Cette certitude s’appuie aussi sur des modèles climatiques. On désigne ainsi des outils mathématiques capables de répliquer sur ordinateur le fonctionnement du système Terre. Ils sont de complexité variable, mais les plus performants comptent des dizaines de milliers de lignes de code informatique. Ils sont « moulinés » par des supercalculateurs et savent reproduire les subtiles interactions et rétroactions entre l’atmosphère, les océans, la végétation, etc. Sans eux, les climatologues ne pourraient pas tester leurs hypothèses, en particulier sur le passé. Or, les modèles ne parviennent pas à reproduire l’évolution des températures enregistrées depuis 1850 en ne prenant en compte que les facteurs naturels (variations de l’intensité du Soleil, effets du volcanisme). Comme l’indique la courbe ci-dessous, seule l’intégration des émissions de GES d’origine humaine permet aux ordinateurs de « coller » aux données mesurées.

Figure 9 – En noir, la courbe de la température moyenne de l’atmosphère depuis 1850 reconstruite à partir de mesures. En bleu, la courbe moyenne tracée par les modèles climatiques lorsqu’ils ne prennent en compte que les facteurs naturels susceptibles de modifier le climat (variations de l’activité solaire, volcanisme). En marron, la courbe moyenne tracée par les modèles lorsqu’ils prennent en compte les émissions anthropiques de GES. Seule cette dernière peut se superposer à la courbe « réelle » noire. Les halos restituent la pluralité des modèles utilisés. Le zéro correspond à la température moyenne entre 1850 et 1900. © Stéphane Jungers/Reporterre