Critiques de notre temps

Réflexion douze (15 mai 2007)
La piste de la photosynthèse pour le stockage du dioxyde de carbone

Les techniques de piégeage et de stockage du dioxyde de carbone présentées dans le rapport du GIEC offrent un certain nombre d'inconvénients majeurs, d'abord en terme de coûts de fonctionnement et d'investissement (non traités dans la partie ci-dessous) mais aussi en terme de risques ultérieurs pour l'équilibre de l'écosystème terrestre, en terme d'imperfection des solutions envisagées, en terme également de toxicité éventuelle ou de contamination pour le piégeage géologique ou océanique, et enfin en terme d'inutilité de cette ressource capturée et enfouie.

La nature sait pourtant traiter le problème qui nous préoccupe, et elle a créé un système gratuit et performant pour piéger et pour stocker le dioxyde de carbone contenu dans l'atmosphère : le cycle de la photosynthèse des plantes, des algues et de certaines cyanobactéries. Ce système fonctionne tellement optimalement que la végétation est l'un des principaux puits à carbone de notre planète, et il a déjà permis par le passé d'influer significativement sur le niveau de dioxyde de carbone atmosphérique. Toutefois, ce système n'est pas capable actuellement de traiter l'excès de dioxyde de carbone que notre civilisation industrielle et de consommation cause par la combustion effrénée d'énergies fossiles.

La photosynthèse est le processus qui permet aux plantes de synthétiser leur matière organique en exploitant l’énergie solaire. C'est la fabrication de matière carbonée organique à partir de carbone minéral (CO2) en présence de lumière. Les besoins nutritifs de la plante sont le dioxyde de carbone de l'air, l'eau et les minéraux du sol. (source Wikipédia)

Une conséquence importante est la libération de molécules de dioxygène. Pendant la nuit, la photosynthèse est suspendue. Parallèlement à cela, la plante respire jour et nuit comme tout autre être vivant, respiration au cours de laquelle elle consomme du dioxygène et relâche du dioxyde de carbone.

Une équation simplifiée de la photosynthèse pourrait être la suivante :
6CO2 + 6H2O + lumière → C6H12O6 + 6O2 + énergie
(dioxyde de carbone + eau + lumière → glucose + oxygène).
La photosynthèse utilise l'énergie lumineuse (d'origine solaire) pour fabriquer du sucre (glucose).
Pour d'autres chercheurs, il serait préférable de définir la photosynthèse comme étant "une série de processus dans lesquels l’énergie électromagnétique est convertie en énergie chimique utilisée pour la biosynthèse du matériel cellulaire".

On distingue deux phases dans le processus de la photosynthèse : la phase claire ou réactions photochimiques (pendant laquelle les plantes stockent de l'énergie à partie de la lumière solaire) et la phase sombre ou cycle de Calvin-Benson (pendant laquelle a lieu la fixation du carbone en molecule de glucose).
(Voir l'article ... http://fr.wikipedia.org/wiki/Photosynthèse

Il existe aussi trois types de mécanismes de photosynthèse. La première est la plus commune et concerne notamment tous les arbres (en C3 ou composé à 3 atomes de carbone - Acide 3-phosphoglycérique ou PGA). La seconde (ou C4) concerne certaines plantes de milieu chaud et sec (le CO2 atmosphérique est intégré par le biais d'une enzyme (PEP-carboxylase) dans un composé à quatre atomes de carbone - oxaloacétate, puis malate ou aspartate). La troisième (dite CAM) est observée chez les plantes grasses comme les cactus.


Réflexion onze (1er mai 2007)
Le coût du piégeage et du stockage du dioxyde de carbone

Le rapport spécial du GIEC de septembre 2005 mentionnait un certain nombre d'informations financières sur les coûts des techniques PSC (piégeage et stockage du dioxyde de carbone). L'ajout de techniques de PSC aux schémas de production industriel ou énergétique entrainera d'abord une consommation supérieure d'énergie, et donc de production de carbone, résultant du supplément d'énergie nécessaire au piégeage, au transport et au stockage du CO² produit (sans parler des éventuelles dispersions pendant le transport). Selon le GIEC, on piège actuellement entre 85% et 95% du CO² traité dans une installation de PSC, et une centrale équipée d'un système PSC consomme environ de 10% à 40% de plus d'énergie qu'une centrale sans système de PSC (ces fourchettes correspondent à trois types de centrales qui présentent des fourchettes différentes ... cf rapport spécial du GIEC page 4).

En terme de coût, le GIEC estime les coûts suivants (cf. rapport spécial du GIEC page 10) :
- 15 à 75 dollars (américains) par tonne de CO² piégé pour un piégeage dans une centrale alimentée au charbon ou au gaz
- 5 à 55 dollars par tonne de CO² piégé lors de la production d'hydrogène ou d'ammoniac
- 25 à 115 dollars par tonne de CO piégé à partir d'autres industries
- 1 à 8 dollars par tonne de CO² transporté pour le transport (par gazoduc ou par bateau)
- 0,5 à 8 dollars par tonne de CO² injecté pour le stockage géologique
- 0,1 à 0,3 dollar par tonne de CO² injecté pour la surveillance et la vérification du stockage géologique
- 5 à 30 dollars par tonne de CO² injecté pour le stockage océanique
- 50 à 100 dollars par tonne de CO² minéralisé pour la carbonatation minérale

Même si le GIEC dans son rapport exclu l'addition de ces divers coûts, on peut estimer, en retenant le milieu des fourchettes retenus pour ces diverses sources de libération industrielle de CO² (13.468 millions de tonnes de CO² soit 45% des émissions mondiales annuelles de CO²), que le coût total du piégeage et du stockage (géologique) du CO² produit par l'industrie s'élèverait à environ 800 milliards de dollars américains par an (dont 60% correspondant au piégeage du CO² dans la production d'énergie, 26% au piégeage du CO² dans les autres industries, 8% au transport du CO² piégé et 7% seulement au piégeage lui-même et à la surveillance).

Il apparaît ainsi que ce sont les techniques de piégeage du CO² qui sont les plus coûteuses financièrement, même si ce coût total, qui concernerait la totalité des sources importantes de production industrielle de CO², ne représente que 1,8% du PIB mondial (pour mémoire 44.390 milliards de dollars américains en 2005).

Pour mémoire, la société Total va procéder à un projet pilote de stockage géologique de CO² dans le bassin de Lacq en France, pour injecter à partir de fin 2008 jusqu'à 150.000 tonnes de CO² dans une ancienne poche de gaz naturel. Le coût total de cette opération (60 millions d'euros) fait toutefois apparaître un coût unitaire élevé de 400 euros par tonne de CO² injecté, très supérieur aux chiffres avancés par le GIEC.

Le rapport du GIEC donne enfin également une estimation de la permanence des diverses mesures de stockage du dixoyde de carbone (rapport spécial page 14):
- pour le stockage géologique, il est très probable que la proportion de CO² retenu dans des réservoirs géologiques soit supérieure à 99% sur un siècle et il est probable qu'elle soit supérieure à 99% sur un millénaire.
- pour le stockage océanique, la proportion de CO² retenue sera de 65% à 100% au bout d'un siècle (profondeur d'injection entre 1.000 mètres et 3.000 mètres) et elle sera de 30% à 85% au bout de 500 ans.
- en cas de carbonatation minérale, le CO² stocké ne devrait pas être rejeté dans l'atmosphère


Réflexion dix (30 avril 2007)
La position américaine à Bangkok sur le réchauffement climatique

Les Etats-Unis d'Amérique, qui avaient refusé de ratifier le protocole de Kyoto, s'opposent actuellement, à Bangkok, dans le cadre du groupe de travail III du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) à certaines des préconisations proposées pour tenter d'atténuer le réchauffement de la planète.

Washington et les délégués américains veulent en effet modifier le texte du pré-rapport du GIEC actuellement débattu, arguant notamment que les politiques de réduction des émissions de dioxyde de carbone pourraient être moins efficaces et plus coûteuses que les scientifiques ne le disent. Les Etats-Unis ont reçu l'appui des délégués chinois.

Washington affirme notamment que le coût des technologies actuelles pour réduire les émissions "pourrait être trop élevé pour être acceptable" et plaide pour des "technologies avancées", dont beaucoup visent à prolonger l'utilisation du charbon.

Les Etats-Unis et la Chine critiquent également l'évaluation du rapport selon laquelle stabiliser les émissions pour limiter la hausse à deux degrés coûterait moins de trois points de produit intérieur brut (PIB) mondial sur une période de vingt ans.

L'administration Bush estime par aiileurs que passer du charbon au gaz naturel serait "néfaste pour la sécurité énergétique" américaine, met en doute l'intérêt des voitures à faible consommation de carburant et conteste les avantages économiques potentiels liés à la lutte contre les émissions, comme la création d'emplois.

La Chine et les Etats-Unis contestent l'existence d'un potentiel "important" pour lutter contre le réchauffement planétaire. Pékin veut également que les pays produisant le plus de gaz à effet de serre par habitant fassent davantage d'efforts.

Enfin, les deux pays minimisent les bénéfices potentiels d'une réduction des émissions et critiquent la conclusion selon laquelle une action rapide pourrait stabiliser les émissions de GES et ainsi limiter la hausse des températures à deux degrés Celsius.

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Malgré tout, il faut se féliciter d'une modification du langage de l'administration Bush, qui pour la première fois a reconnu ce lundi 30 avril 2007 la nécessité pour chaque Etat de participer aux efforts globaux pour lutter contre le réchauffement climatique.


Réflexion neuf (28 avril 2007)
Le captage et le stockage géologique du dioxyde de carbone

Un certain nombre de solutions peuvent être préconisées pour freiner le phénomène du réchauffement climatique et de la modification des écosystèmes terrestres.

La première solution consiste en la limitation de notre consommation d'énergies fossiles. Une seconde piste de réflexion consiste en un remplacement des énergies fossiles par d'autres énergies qui n'émettent pas de dioxyde de carbone (hydrolique, nucléaire, éolien, solaire, pile à combustible, voire biocarburants).

Une troisième solution consiste à limiter les rejets de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, en captant ce gaz dès sa source de production (principalement les producteurs d'électricité et la grande industrie comme les cimenteries et les centres sidérurgiques) puis en le stockant dans le sous-sol, où il ne pourra plus influer sur le réchauffement climatique planétaire.

Cette dernière solution présente l'avantage d'apporter une réponse immédiate au problème de l'émission de ce gaz à effet de serre. On estime la capacité de stockage de notre planète entre 1.000 et 10.000 milliards de tonnes de CO², sans commune mesure avec le volume des émissions annuelles (de l'ordre de 30 milliards de tonnes pour l'ensemble de la planète). Cette solution présente toutefois l'inconvénient majeur de continuer à polluer le sol de notre planète, comme dans le cas des résidus radioactifs des centrales nucléaires.

Le GIEC ('Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat') a publié en septembre 2005 un rapport spécial sur cette question. Selon lui, ces technologies pourraient abaisser de 30% le coût de la lutte contre les changements climatiques et le stockage du CO² dans des formations géologiques pourraient représenter de 15% à 55 % de la totalité des réductions d'émissions requises d'ici à 2100 pour pouvoir stabiliser les concentrations de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.

Il existe différents systèmes de piégeage du dioxyde de carbone dans les processus industriels : postcombustion, précombustion et combustion de gaz oxygéné (ou oxycombustion).

Le GIEC, dans son rapport spécial, estimait le volume annuel de CO² produit dans les principales industries mondiales à 13,5 milliards de tonnes de CO², dans à peine 7.900 lieux industriels, dont 10,5 milliards de tonnes de CO² (78% du total) produits dans les centrales énergétiques (seules les sources industrielles libérant plus de 100.000 tonnes de CO² par an sont recensées). Ces grandes sources industrielles de production de CO² représentent quand même à peu près 45% de la production totale mondiale de CO².

Pour ce qui concerne le stockage du dioxyde de carbone, le GIEC envisage plusieurs possibilités : le stockage géologique, le stockage océanique et enfin la carbonatation minérale (ou fixation industrielle dans des carbonates inorganiques ou silacates naturels). Ce stockage doit être prévu pour des durées de temps suffisamment longues, plusieurs siècles au minimum voire quelques millénaires, ce qui n'est pas simple ni évident pour un gaz comme le CO². Ces différentes techniques de stockage en sont encore au stade des essais et des tentatives, même si ces solutions présentent un certain nombre de risques non maîtrisés en matière de garantie sur le (très) long terme et d'interrogations en matière d'impact environnemental.

- Stockage du CO² par injection dans les gisements d'hydrocarbures (gaz ou pétrole). L'étanchéité du milieu géologique a normalement déjà été éprouvée. Malheureusement, on ne trouve pas de gisements d'hydrocarbures exploités partout à la surface de la planète. Par ailleurs, les volumes de stockage disponibles ne sont pas toujours à la hauteur des besoins de stockage sur le long terme (les capacités mondiales de stockage seraient de l'ordre de 930 milliards de tonne de CO²).

- Stockage du CO² par injection dans les aquifères salins profonds. Ces nappes souterraines d'eau salée sont situées à grandes profondeurs. Elles ne constituent ni une ressource en eau potable, ni en eau d'irrigation. Elles offrent de plus grandes capacités de stockage que les gisements d'hydrocarbures et sont relativement mieux réparties à la surface du globe. Les capacités mondiales de stockage de CO2 dans ces aquifères profonds pourraient atteindre 10 000 milliards de tonnes.

- Stockage du CO² par injection dans les veines de charbon non exploitables. Celles-ci présentent des caractéristiques intéressantes en raison de leur capacité à adsorber, c'est à dire retenir préférentiellement le CO² à la place du méthane présent dans le charbon. De plus, ce mécanisme de piégeage du CO² permettrait de récupérer et de valoriser du méthane en surface et de rendre ce procédé plus attrayant économiquement. La capacité mondiale de stockage de CO² dans les mines de charbon non exploitables serait de l'ordre de 40 milliards de tonnes.

- Stockage océanique du CO² par dissolution ou par dispersion. Cette solution présente une certaine facilité, avec des profondeurs de dispersion comprises entre 1.000 mètres et 3.000 mètres. Ces incidences écologiques sont encore à l'étape de la recherche, notamment en terme d'effets immédiats sur les écosystèmes marins, l'augmentation de l'acidité des océans qui en résulterait, la moindre performance du stockage qui a tendance à s'équilibrer avec le CO² de l'atmosphère.

Le simple système de transport du CO² piégé, même par un système de gazoducs comme déjà utilisé aux Etats-Unis, présente des risques élevés (mortels) pour le milieu naturel et pour l'être humain en cas de fuites ou d'incidents sur un pipeline (probabilité toutefois très faible).


Sources :

Rapport du Ministère de l'Economie, des Finances et de l'Industrie de mars 2006 sur le captage et le stockage géologique du dioxyde de carbone
http://www.industrie.gouv.fr/energie/prospect/textes/sequestration.htm

Rapport du GIEC sur le piègeage et le stockage du dioxyde de carbone
http://www.ipcc.ch/activity/srccs/IPCC%20F.pdf


Réflexion huit (23 avril 2007)
Le réchauffement climatique selon le GIEC (source Wikipédia)

La première conférence mondiale sur le climat avait été organisée à Genève en 1979. Elle envisagait, pour la première fois sur la scène internationale, l'éventualité d’un impact de l'activité humaine sur le climat. Elle faisait suite à un certain nombre de désordres climatiques enregistrés au cours des années 1970 (grave sécheresse en 1972 en Union soviétique - vague de froid au Brésil en 1975 - vague de chaleur en Europe de l'été 1976 - grave sécheresse en 1978 en Afrique).

Le GIEC ('Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat', encore nommé 'Intergovernmental Panel on Climate Change' - IPCC en anglais) était créé en 1988 par deux organismes de l'ONU, à savoir l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le Programme des Nations unies pour l'environnement (PNUE), dans le but d'étudier le phénomène de modification du climat terrestre.

Son premier rapport date de 1990. Le GIEC y confirmait les informations scientifiques à l'origine des préoccupations sur le changement climatique. Il a incité l'ONU à établir une Convention cadre sur les changements climatiques adoptée en 1992 et entrée en vigueur en mars 1994. Son second rapport date en 1995 et a fourni les bases de négociation du protocole de Kyoto. Son troisième rapport a été publié en 2001. Son quatrième rapport a été présenté en février 2007 à Paris.

Selon le GIEC, la probabilité d'une influence de l'activité humaine sur le réchauffement climatique actuel est supérieure à 90%.

L'élévation de la température moyenne du globe, qui aurait atteinte +0,6°C au cours du XXe siècle, devrait se poursuivre au cours du XXIe siècle, avec un ampleur qui atteindrait probablement entre +1,8 et +3,4 degrés Celsius. Les prévisions d'augmentation de température pour l'horizon 2100 données par le GIEC (rapport 2007) s'échelonneraient toutefois de +1,1 à +6,3 degrés Celsius.

Le GIEC a aussi listé un certain nombre de prédictions sur les conséquences du réchauffement planétaire sur les autres paramètres physiques de la terre, comme les calottes de glace, les précipitations ou le niveau des mers. Ces prédictions font l'objet d'un consensus parmi les climatologues.

- Une des conséquences du réchauffement planétaire sur lesquelles s'accordent les scientifiques est une montée du niveau de la mer. Cette élévation proviendra de l'ajout d'eau supplémentaire provenant de la fonte des calottes glaciaires arctique et antarctique. L’élévation prévue du niveau de la mer devrait être comprise entre 18 cm et 59 cm pour le vingtième-et-unième siècle (source : 4e rapport du GIEC). Au delà du vingtième-et-unième siècle, le GIEC craint une déglaciation complète des calottes de glace du Groënland et de l'Antarctique, qui conduirait à une hausse du niveau de la mer de 5 à 7 mètres (s'étalant sur plusieurs siècles voire un millénaire).

- L'humidité absolue moyenne de l'air devrait augmenter. Sachant que l'eau est le principal vecteur de la thermodynamique atmosphérique (l'évaporation absorbe de l'énergie et la condensation la restitue) la puissance des précipitations devrait aussi augmenter.

- Les précipitations devraient augmenter, particulièrement les précipitations hivernales aux latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère nord.

- La circulation thermohaline. Ce terme désigne les mouvements d'eau froide et salée vers les fonds océaniques qui prennent place aux hautes latitudes de l’hémisphère nord. Ce phénomène est, entre autres, responsable du renouvellement des eaux profondes océaniques et il expliquerait la relative douceur du climat européen. Pour le XXIe siècle, le GIEC considérait comme probable un ralentissement de ce phénomène, et comme peu probable son arrêt. Cet arrêt total et définitif est considéré comme possible à plus long terme.

- L'acidification des océans. L'apport de carbone anthropique depuis 1750 a entraîné une acidification des océans, avec une diminution du PH de 0,1 en moyenne. La poursuite de ce phénomène au cours du vingt-et-unième siècle devrait avoir des effets négatifs sur les organismes marins qui fabriquent une coquille (les coraux notamment) et les espèces qui en dépendent.

- Des phénomènes à très long terme. La majorité des climatologues, pensent que les phénomènes induits par l'émission des gaz à effet de serre vont se poursuivre et s'amplifier. En effet, certains gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone, ont une espérance de vie longue, et influent donc sur l'effet de serre longtemps après leur émission. De par l'inertie du système climatique, le réchauffement planétaire se poursuivra après la stabilisation de la concentration des gaz à effet de serre. Ce réchauffement devrait cependant être plus lent. L'inertie, plus grande encore, de la masse océanique fait que l'élévation du niveau des mers se poursuivra même après la stabilisation de la température moyenne du globe. La fonte de calottes glaciaires, comme celle du Groenland, sont des phénomènes se déroulant sur des millénaires.

Source : Traduction du résumé de la contribution au quatrième rapport d'évaluation du GIEC de février 2007
http://www.umadev.com/mies/images/documents/AR4%20SPM%20GR2%20FR%2007-04-07.pdf 

Réflexion sept (25 avril 2007)
L'optimum médiéval et le réchauffement climatique

Bien qu'il apparaisse presque évident que la hausse récente des températures et les modifications climatiques que l'on observe au cours des deux dernières décennies s'explique par l’impact de l'activité humaine sur l'atmosphère terrestre, les modifications passées du climat continuent de soulèver certaines interrogations.

Le graphique repris ci-dessus, sur une durée de temps très courte en matière de cycles climatiques, fait en effet clairement apparaître une période relativement chaude appelé 'optimum médiéval', aux alentours de l'an mille, où les anglais notamment purent faire pousser de la vigne dans leur beau pays (l'histoire ne nous dit pas si c'est pour cette raison qu'ils envahirent l'Aquitaine franque ultérieurement, puis mirent notre pays à feu et à sang, au cours de cette Guerre de Cent ans, comme le dirait JML). L'existence de cet 'optimum médiéval' est toutefois mis en doute par certains climatologues, qui estiment que ce réchauffement climatique peut avoir été localisé sur l'Europe, en raison de modifications des courants ou des vents, et ne pas s'être accompagné d'une hausse générale des températures terrestres moyennes. Cet 'optimal médiéval' a ensuite été suivi du 'petit âge glaciaire' européen, qui s'étend de 1550 à 1850. De même, selon l'histoire, la période antique et romaine semble avoir été caractérisée par des températures relativement élevées, notamment à l'époque de l'épopée d'Hannibal (troisième siècle avant notre ère).

Qu'est-ce qui peut expliquer ces fortes évolutions des climats à ces périodes non industrielles ? Il y a actuellement peu d'explications, si ce n'est la négation de ces mouvements des températures. En même temps, les températures observées à ces moments-là ne furent guère plus chaudes que celles enregistrées à la fin du vingtième siècle (où l'influence humaine est toutefois censée être prédominante pour expliquer le réchauffement climatique).


Réflexion six (21 avril 2007)
Théorie de l'inversion des pôles magnétiques

Ayant évoqué cette théorie (ou bien n'est-ce qu'une hypothèse ?), il m'a semblé nécessaire de rechercher quelques informations complémentaires. C'est en tout cas une théorie qui amène énormément de spéculations apocalyptiques sur Internet. Qu'elle en est la réalité ?

Apparemment, la dernière inversion des pôles magnétiques terrestres se serait produite il y a 780 000 ans environ, un événement appelé inversion Brunhes-Matayama. Ces inversions seraient des évènements réguliers, qui se seraient déjà produits une centaine de fois au cours des derniers 160 millions d'années, et seraient censés se produire environ tous les cent mille ans. On en retrouverait la trace dans l'alignement des cristaux de lave contenus dans les roches volcaniques, qui s'orientent en fonction du champ magnétique en place.

Enfin, on observerait au cours des dernières décennies un affaiblissement régulier de l'ordre de 10% à 20% de l'intensité du champ magnétique terrestre, qui pourrait préluder, selon la théorie, à une inversion de la polarité, ainsi qu'à un déplacement du pôle Nord magnétique. Par ailleurs, il semblerait aussi que le Soleil enregistre tous les onze ou douze ans une inversion de son champ magnétique, la dernière ayant eu lieu en 2001 et la prochaine étant prévue de se produire en 2012.

De ma recherche, j'ai sélectionné un certain nombre de sites sérieux traitant de ce sujet sur internet, à côté d'un certain nombre de sites farfelus.

- Un communiqué du CNRS datant de juin 2005 ...
http://www2.cnrs.fr/presse/communique/699.htm
... ou à une autre adresse ...
http://www.insu.cnrs.fr/web/article/art.php?art=1436

- Un autre datant d'octobre 2003 ...
http://www.insu.cnrs.fr/web/article/art.php?art=894

- Un communiqué du CEA datant de mars 2007 ...
http://www.cea.fr/le_cea/actualites/inversion_des_poles_magnetiques

- Un article du Monde datant d'avril 2007 ...
http://www.lemonde.fr/web/article/0,1-0@2-3244,36-896577@51-896711,0.html

- Et des moins sérieux ...
http://www.futura-sciences.com/news-inversion-poles-pas-place-hasard-terre_8525.php

Mais on ne trouve trace d'aucune certitude sur l'influence possible de ce phénomène d'inversion des pôles magnétiques sur le climat ou sur des évolutions des espèces animales, végétales ou humaines, même s'il semble possible que le champ magnétique soit affaibli lors d'un tel évènement.


Réflexion cinq (20 avril 2007)
Quelles conclusions sur l'étude des paléoclimats ?

La somme de toutes les informations que l'on peut retirer de l'étude des paléoclimats, c'est-à-dire des climats des temps paléolithiques (ou âge de la pierre taillée ou de la pierre ancienne), connaissance qui risque d'être augmentée de nombreuses autres informations au cours des prochaines décennies, au fur et à mesure que nos savants découvriront de nouveaux marqueurs ou de nouvelles possibilités de retracer l'histoire des temps anciens, ne rend pas la compréhension de l'évolution de notre climat actuel plus simple.

On apprend ainsi que, par deux fois au moins dans le passé, en l'absence normalement de toute influence humaine, les températures à la surface de la Terre ont malgré tout déjà été beaucoup plus élevées que celles que l'on observe actuellement, de 3 degrés environ. L'élevation du niveau des mers qui en aurait résulté aurait atteint pour sa part 6 mètres au dessus du niveau actuel, ce qui devait submerger de nombreuses zones côtières de par le monde.

On apprend aussi que le niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, de même que de méthane (aucune indication quant au niveau de protoxyde d'azote ?), ont déjà fortement fluctué au cours des dernières centaines de milliers d'années, et ont déjà largement dépassé le niveau observé actuellement.

Je n'ai pas non plus abordé nos différentes connaissances en perpétuelle évolution sur les différents puits à carbone que contient notre planète, sur ces espèces de reins, retraitant et stockant le carbone, que constituent les océans, voire certaines mers particulières telle la Mer du Nord, et l'influence de certains courants océaniques.

Qu'est-il donc possible d'en déduire au sujet de l'influence humaine sur l'évolution du climat ? Il me semble même plus difficile d'argumenter sur la rapidité du réchauffement actuel de notre planète (jusqu'à 3 degrés de plus envisagés au cours du vingt-et-unième siècle), lorsque l'on observe que, par le passé, or influence humaine probable, il y a entre -24.000 ans et -17.000 ans, des variations de 7 degrés en plus ou en moins ont pu (semblerait-il) être observées à plusieurs reprises sur une durée uniquement d'un siècle.

Mais malgré tout, il me reste une certitude. Je ne connais pas l'ensemble des mécanismes climatiques qui permettent à la Terre de réguler les niveaux de dioxyde de carbone (CO²) dans l'atmosphère et dans les océans, et j'ignore si ces mécanismes seront susceptibles de permettre à notre environnement de s'adapter à nos émissions grandissantes de carbone et gaz à effet de serre. Mais je suis certain que l'humanité est responsable d'un certain volume de ces émissions, et que celles-ci participent au réchauffement climatique actuel. Et, malgré tout, il me semble indispensable que l'humanité restreigne ses émissions de carbone et de gaz à effet de serre au cours des prochaines années, qu'elle se libère de sa dépendance aux combustibles fossiles, même s'il nous est possible d'être certain que nous mettrons fin de la sorte au cycle de réchauffement climatique accéléré que nous avons impulsé il y a trois siècles, par l'usage croissant de combustibles fossiles.

Réflexion quatre (19 avril 2007)
Quelques données historiques et climatiques complémentaires

Le graphique ci-dessous, repris sur le site :
http://forums.infoclimat.fr/index.php?showtopic=12247&st=60,
reproduit les variations du CO² sur les 650.000 dernières années, d'après l'analyse d'échantillons de glace prélevés (carotte Epica).

Définitions : Pour mémoire, les périodes des principales glaciations sont reproduites ci-dessous. Les appelations et les dates correspondent en fait à des périodes géologiques dans les Alpes. Ces périodes portent des noms différents dans d'autres zones de l'hémisphère Nord.
- de -14.000 ans à -9.000 ans : refroidissement Younger Dryas
- de -80.000 ans à -20.000 ans : glaciation Würm
- de -300.000 ans à -120.000 ans : glaciation Riss
- de -650.000 ans à -350.000 ans : glaciation Mindel
- de -900.000 ans à -700.000 ans : glaciation Günz
- de -2.000.000 ans à -1.000.000 ans : glaciation Donau
- de -3.000.000 ans à -2.600.000 ans : glaciation Biber

Les périodes glaciaires Riss et Mindel ont ainsi été entrecoupées de plusieurs périodes interglaciaires. De même, les périodes interglaciaires préhistoriques sont également entrecoupées de phases de refroidissement brutal.
(source : Belgian data sources for climate change)

- Ainsi (ces datations ne sont toutefois valables qu'en Europe occidentale), entre -50.000 et -32.000 ans, sept épisodes relativement tempérés ont interrompu le Stade isotopique 3.
- De même, entre -24.000 et -17.000 ans, huit fluctuations brusques sont survenues, très brèves (environ 1 siècle) et très intenses (baisse de température de ± 7°C). A plusieurs reprises, les températures moyennes d'été étaient proches des valeurs actuelles.
- Entre -17.000 et 14.700 ans, la température était d'environ 8°C inférieure à l'actuel. Trois brefs épisodes moins froids sont identifiés.
- Entre -14.700 et -12.400 ans, le climat s'est amélioré mais trois brèves pulsations froides ont interrompu le réchauffement.
- Au Younger Dryas, la température a brutalement baissé de ~9°C, mais trois pulsations tempérées, de quelques décades, sont enregistrées.
- A l'Holocène, le réchauffement postglaciaire a été très brutal. En quelque 23 siècles, la température a augmenté de 10°C.

Un certain nombre d'autres données climatiques passées peuvent également être prises en compte. Ainsi, la période s'étirant de -120.000 ans à -100.000 ans, qui correspond à l'interglaciaire Riss-Wurm, est considérée comme l'optimum thermique de tout le quaternaire (avant la découverte de l'interglaciaire datant de -430.000 ans), avec une température moyenne plus élevée de 2 degrés par rapport à celle d'aujourd'hui, et avec un niveau des océans 6 mètres au dessus du niveau actuel.

Par ailleurs, certains auteurs (tel Marcel Locquin) lient les différentes périodes climatiques à des inversions du champ magnétique terrestre. Ainsi, à partir de -730.000 ans débute la période de climat tempéré dite de Brunhes, suite à l'inversion actuelle du champ magnétique terrestre (le pôle Nord magnétique de la terre est alors à son pôle Sud géographique et vice-versa, comme actuellement). Notre planète aurait ainsi connu au cours des 730.000 dernières années quatre petites inversions de courte durée du champ magnétique terrestre.


Réflexion trois (17 avril 2007)
La théorie de Bill (William F.) Ruddiman sur une influence de l'homme sur le climat

Même si certains hommes politiques, américains notamment, doutent encore de l'existence d'une influence majeure de l'industrialisation des sociétés humaines sur un réchauffement climatique actuellement en cours, cette influence est tout de même majoritairement reconnue dans le monde, et ce sont les gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote) qui en sont considérés comme la principale cause.

L'environnementaliste Bill (William F.) Ruddiman ('Charrues, Plagues, et Petroleum : Comment Humans Took Control de Climate' ... 2005), de l'université de Princetown en Virginie Occidentale, a présenté une thèse novatrice, qui fait encore aujourd'hui débat.

Selon lui, la concentration de dioxyde de carbone (CO²) dans l'atmosphère terrestre a subi une influence humaine bien avant la Révolution Industrielle. Cette influence remonterait ainsi dès l'apparition des premières sociétés humaines, il y a 8.000 ans, et serait lié à l'invention de l'agriculture par l'homme et de l'utilisation des rizières inondées en Chine.

Il y a 8.000 ans, le taux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère a commencé à augmenter alors que l'homme se mettait à couper des forêts, planter des cultures et élever du bétail. La concentration de méthane a pour sa part commencé à grimper il y a 3.000 ans. La hausse de ces deux gaz à effet de serre, qui sont impliqués dans le réchauffement climatique, a été lente mais régulière et a empêché ce qui aurait dû être une période de refroidissement naturel. Elle a également perturbé les phénomènes habituels de reglaciation.

Le principal déclencheur a été l'apparition en Europe et en Asie de l'agriculture et de l'élevage, selon Ruddiman. L'analyse de l'air piégée dans de la glace provenant de l'Antarctique montre des hausses inexpliquées du taux de dioxyde de carbone qui ont commencé voilà 8.000 ans, au moment où les terres cultivées ont commencé à remplacer des forêts en Asie et en Europe. Il y a environ 5.000 ans, une augmentation similaire du méthane se serait produite, cette fois liée à des émissions accrues provenant de rizières inondées et à l'élevage (l'usage de rizières en Chine a été démontrée dès -3000 ans).

L'activité humaine préhistorique aurait ainsi apparemment empêché une période de refroidissement naturelle qui selon les estimations des scientifiques aurait dû commencer il y a 5.000 ans, selon Ruddiman, comme les deux graphiques ci-dessous pourraient le laisser envisager. Jusqu'ici, les chercheurs estimaient que l'activité humaine n'avait commencé à avoir un impact sur le climat qu'avec le début de la révolution industrielle. Des changements préhistoriques du taux de dioxyde de carbone et de méthane dans l'atmosphère auraient déjà été observés auparavant mais avaient jusqu'à présent été attribués à des causes naturelles.

Concentration de méthane dans l'atmosphère au cours des 15.000 dernières années. Evolution mesurée (en trait plein) de la concentration de méthane dans l'atmosphère au cours des 15 000 dernières années. On y repère ainsi la chute de concentration vers -13 000 ans (comptés par rapport à aujourd'hui), associée à l'épisode froid connu sous le nom de Younger Dryas, et l'augmentation progressive au cours des 5 000 dernières années. En pointillés apparaît l'évolution de la concentration telle que le prévoit Bill Ruddiman en l'absence de toute perturbation autre que l'évolution de l'orbite de la Terre. Il attribue l'écart entre cette évolution prévue au cours des 8000 dernières années et celle qui est effectivement mesurée aux activités humaines.

Concentration de CO² dans l'atmosphère au cours des 8.000 dernières années. Comme pour le méthane, Bill Ruddiman estime qu'il existe une différence entre les mesures de la concentration en CO² au cours des 8.000 dernières années (points) et celle qui aurait dû être attendue (trait plein). Les humains sont, selon lui, directement responsables d'une partie de cet écart, mais la fraction principale de la différence doit être attribuée à une rétroaction positive du système climatique : le réchauffement initialement induit par les humains est amplifié par les effets des changements de circulation océanique et de sa couverture de glace ou, pour être plus précis, l'absence de changements qui auraient normalement dû se produire.

La théorie de Ruddiman repose évidemment sur les mesures de méthane et de dioxyde de carbone telles qu'elles ressortent de l'étude des prélèvements de glace en Antartique et au Groënland pour les dernières centaines de milliers d'années. Sa théorie repose également sur une comparaison avec les précédentes périodes interglaciaires qui ont concerné l'histoire terrestre et l'humanité au cours des 500.000 dernières années. La durée moyenne des périodes interglaciaires aurait ainsi rarement dépassé 12.000 ans, ce qui aurait dû conduire à un retour en période glaciaire il y a 5.000 ans.

Toutefois, cette théorie est fragilisée par la découverte récente d'une période interglaciaire chaude qui s'est tenue il y a environ 430.000 ans. Cette période interglaciaire ancienne, qui semble avoir bénéficié de conditions orbitales très proches de celles que l'on observe aujourd'hui, aurait duré beaucoup plus longtemps que les périodes interglaciaires qui ont suivi, et se serait accompagnée de températures moyennes plus élevées de 3 degrés que celles que l'on observe encore aujourd'hui, en l'absence normalement de toute influence humaine. Ceci pourrait ainsi limiter la portée de la théorie de Ruddiman sur l'influence de l'homme sur le réchauffement climatique préhistorique, même si les ruptures de l'évolution du dixoyde de carbone et du méthane il y a 8.000 ans et 5.000 ans demandent encore à être expliquées.

Par contre, cette fragilisation théorique ne remet pas encore en cause l'influence récente de l'activité industrielle humaine, depuis le dix-neuvième siècle, car le réchauffement observé il y a 430.000 ans (de 3 degrés) avait porté sur une durée de temps de plusieurs millénaires, alors que notre siècle pourrait enregistrer une augmentation de quelques degrés sur à peine une centaine d'années, soit un rythme une dizaine de fois plus rapide.

Source :
http://www.astr.ucl.ac.be/ASTER/index.php?page=NEWSLETTER%25news3

Paramètre RCO2 en fonction du temps depuis 600 millions d'années. Ce paramètre est défini comme le rapport entre la masse de CO2 atmosphérique à un temps donné du passé sur la masse actuelle (valeur préindustrielle de 300 ppmv). D'après Robert A. Berner, Science, 1997


Réflexion deux (16 avril 2007)
Cycles de Milankovitch, glaciation et influence du carbone

La théorie astronomique des cycles de Milutin Milankovitch permet d'expliquer d'une manière communément admise la succession de périodes glaciaires froides (correspondant à la norme) et de périodes interglaciaires chaudes (l'exception) au cours des derniers millions d'années. Le précédent maxima glaciaire date d'il y a 35.000 à 25.000 ans. Nous vivons actuellement au cours d'une période interglaciaire qui a débuté il y a environ 13.000 à 11.500 ans.

D'autres périodes interglaciaires ont été observées par le passé, qui correspondent également à des cycles équivalents de Milankovitch, c'est-à-dire à des époques où l'évolution de l'orbite terrestre ressemblait à celle que l'on observe aujourd'hui.

Le passage d'une période glaciaire à une période interglaciaire n'est toutefois pas linéaire, accompagné d'un relèvement régulier des températures. L'évolution du climat est en fait chaotique. Un certain nombre d'accidents de reglaciation ont ainsi été observés au cours de ces 20.000 dernières années, notamment il y a 19.500 ans, il y a 12.700 ans (qui a entraîné une glaciation de 1.000 ans) et il y a 8.200 ans (durant 200 ans). Ces accidents avaient été provoqués par des perturbations de la circulation océanique (le Gulf Stream) dues à l'écroulement de gigantesques lacs d'eau de fonte.

Mais si les cycles de Milankovitch permettent d'expliquer les entrées en glaciation et en période interglaciaire, il demeure toutefois un certain nombre de questions. La principale question que l'on peut se poser concerne l'influence des variations d'ensoleillement consécutives aux cycles de Milankovitch, que l'on s'accorde à considérer comme limitées. Comment des variations limitées de rayonnements solaires peuvent-ils causer de telles modifications climatiques ?

Il faut ici faire intervenir les gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote) que Artémis a présenté sur son blog.
http://artemis.blogs.nouvelobs.com/archive/2007/01/07/definition-et-bases-de-l-ecologie.html

Sans développer, il faut noter que le pouvoir calorifère du méthane est 60 fois plus élevé que celui du dioxyde de carbone (CO²) et celui du protoxyde d'azote est 270 fois plus élevé que le dioxyde de carbone. Ces gaz sont produits naturellement par notre planète (les bactéries et les marais pour le méthane) mais la production humaine de ces gaz à effet de serre s'explique aujourd'hui notamment par l'activité agricole et par l'utilisation de combustibles fossiles.


Réflexion une (15 avril 2007)
L'explication des Paléoclimats par les cycles de Milankovitch

La théorie astronomique des Paléoclimats explique l'alternance de cycles glaciaire-interglaciaire au cours de l'ère Quaternaire. C'est Milutin Milankovitch, ingénieur et astronome yougoslave, né à Dalj en 1879 et mort à Belgrade en 1958, qui développa une démonstration mathématique de cette théorie, entre 1915 et 1938. Après avoir essuyé de nombreuses critiques jusque dans les années 1960, cette théorie est aujourd'hui communément acceptée.

La théorie astronomique des climats est basée sur l'idée que les variations à long terme des paramètres de l'orbite et de la rotation terrestre engendrent des variations de l'ensoleillement (ou insolation) reçue à la surface de la Terre, ces variations pouvant entraîner des changements climatiques dont la trace est parfois enregistrée ou gravée dans certains indicateurs paléoclimatiques et séquences géologiques.

Définitions : Trois paramètres contrôlent principalement la distribution d'ensoleillement définissant l'évolution climatique :

1. La variation de l'excentricité de l'orbite terrestre

Elle caractérise le degré d'aplatissement de l'ellipse par rapport à un cercle. L'attraction du Soleil donne au premier ordre un mouvement elliptique à la Terre mais l'attraction gravitationnelle des autres planètes tend à déformer cette ellipse. Chaque planète, suivant sa position et son éloignement, contribue à faire varier légèrement l'excentricité de la Terre au cours du temps.

L'excentricité de l'orbite terrestre est actuellement très faible, de l'ordre de 0.017 et les perturbations planétaires entrainent des variations lentes de celle-ci entre ~0 (excentricité nulle=cercle) et 0.06 (ellipse légèrement aplatie). En première approximation, ses variations s'inscrivent dans un cycle de 100 000 et 400 000 ans. Il est important de noter que, par exemple, de fortes excentricités entrainent conjointement une diminution de la distance la plus faible entre la Terre et le Soleil (périhélie) et une augmentation de la distance maximale entre les deux astres (aphélie), mais que la distance "directe" entre périphélie et aphélie ne varie pas car le grand axe ne change pas. C'est ce qu'a démontré Laplace en 1772.

Une autre conséquence est que les variations d’excentricité modulent les contrastes des saisons, qui sont dus au premier ordre à l'existence d'une inclinaison de l’axe de rotation de la planète sur elle-même.

L'excentricité a aussi un rôle important dans le calcul de l'insolation moyenne globale annuelle reçue sur Terre qui est inversement proportionnelle à la racine carré de (1-e2). Elle augmente très légèrement quand l'excentricité augmente mais pour la Terre, ses variations restent très limitées. Ces variations de l'excentricité de l'orbite terrestre font toutefois varier la quantité d'énergie solaire qui parvient sur la Terre. Actuellement, on enregistrerait une différence de 6% entre été et hiver. Mais lorsque l'orbite terrestre est à son maximum d'excentricité, la différence entre l'été (plus chaud car plus proche) et l'hiver (plus froid) atteindrait 20 à 30%.

2. La variation de l'obliquité de l'axe de rotation de la Terre

Elle caractérise l'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport à l’écliptique. Par définition, c'est l'angle entre l'axe de rotation et la perpendiculaire au plan orbital (ou plan de l'écliptique) moyen de la Terre. L'obliquité terrestre évolue aussi au cours du temps pour plusieurs raisons :
- A cause des perturbations planétaires, l'inclinaison du plan orbital de la Terre évolue et oscille.
- La Terre n'étant pas sphérique mais légèrement aplatie sur les pôles, les forces gravitationnelles exercées par le Soleil et la Lune tendent à faire tourner et précesser l'axe de rotation de la Terre (comme une toupie !) autour de cette perpendiculaire à l'écliptique. Le cône décrit alors par l'axe de rotation fait un tour en environ 26 000 ans.

La combinaison de ces deux effets engendre, au premier ordre, une oscillation de l'obliquité terrestre qui reste actuellement très limitée, environ 1.3° autour d'une valeur moyenne proche de 23.5°. La période principale de ces oscillations est de ~ 41 000 ans.

L'obliquité est à l'origine des saisons et module la quantité d'ensoleillement reçue aux différentes latitudes suivant les saisons. Si l'obliquité était nulle, il n'y aurait plus de saisons à la surface de la Terre. Il est aussi facile de voir que le climat des hautes latitudes est très sensible aux variations d'obliquité à l'inverse des régions équatoriales.

L'insolation annuelle moyenne en un point de latitude donnée ne dépend quasiment que de l'obliquité. Pour une obliquité donnée, elle diminue avec la latitude (il fait plus froid aux pôles !) mais augmente avec l'obliquité pour un point de latitude donnée.

3. La précession climatique

Son origine est plus complexe. L'effet précédemment décrit de "précession'' de l'axe de rotation de la Terre entraîne un décalage régulier de la position des solstices et des équinoxes. Si, à cet effet, on ajoute le fait que l'orbite elliptique terrestre "tourne" aussi progressivement autour du Soleil, la position de la Terre sur l'ellipse à un moment précis de l'année, l'équinoxe de printemps par exemple, évolue dans le temps. Ce phénomène s'effectue avec des périodes proches de 19 000 et 23 000 ans.

Plus concrètement, actuellement le solstice d'été dans l'hémisphère Nord a lieu à proximité de l'aphélie, ce qui permet de tempérer les étés, mais de créer, à l'inverse, des hivers moins rigoureux.

L'hémisphère Sud est dans la situation opposée. Il y a ~ 11 500 ans, la situation était inversée, plaçant le solstice d'été au périhélie de l'orbite et engendrant ainsi des étés très chauds et des hivers très froids dans l’hémisphère nord.

Toutes ces variations affectent l'insolation journalière et saisonnière des différentes zones de latitude de la Terre. Ainsi sur le dernier million d'années, les fluctuations d'insolation ont pu atteindre 20% de sa valeur moyenne dans les régions de haute latitude. Les périodes caractéristiques évoquées précédemment sont plus communément appelées cycles de Milankovitch.

Enregistrement isotopique issu du forage océanique ODP 659 sur les 3.5 derniers Millions d'années donnant une indication sur la variation du volume des glaciers continentaux sur Terre. Sur les 700 000 derniers milliers d'années, les cycles glaciaires sont marqués par des cycles intenses de ~100 000 ans (100 ka). Avant, d'autres cycles moins intenses sont présents mais ont une période plus proche de 41 000 ans (probablement reliée à l'obliquité).

Nota : Le Pliocène est la dernière période de l'ère Tertiaire (qui en comporte cinq), tandis que le Pléistocène est la première période de l'ère Quaternaire (qui en comporte deux). Elle sera suivie de l'Holocène, qui recouvre les 11.000 (certains disent 8.000) dernières années.
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Saucratès