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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
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
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Algérie
Chine
France
Espag
neIta
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CO
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/ 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 : [email protected]
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