Changement climatique : du Global au Régional

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1 Changement climatique : du Global au Régional Rapport sur le Changement climatique rédigé par M.-A. Mélières, Octobre 2014 Ce rapport a pour objectif de synthétiser les enjeux du changement climatique à l échelle mondiale ainsi qu à l échelle européenne et régionale. Il a été rédigé en complément du travail d'actualisation et de traduction en langue anglaise du livre «Climat et Société» édité en 2010 par le Centre Régional de Documentation Pédagogique (CRDP) de l académie de Grenoble (auteurs : M.-A. Mélières et C. Maréchal). L ouvrage en langue anglaise, enrichi et réactualisé, (sortie mars 2015, ed. Wiley-Blackwell) aura pour titre :«Climate Change : Past Present Future» by Marie-Antoinette Mélières & Chloé Maréchal Avec le soutien financier de : 1

2 Changement climatique : du Global au Régional Introduction...3 Partie 1 Le réchauffement au niveau mondial Le réchauffement Qu observe-t-on? La cause? L effet de serre Les modèles climatiques, outils de décision L évolution climatique future? Les scénarios futurs Vers quel scénario se dirige-t-on? L importance du changement envisagé...12 Partie 2 - L évolution récente des dernières décennies : du global au régional Température Précipitations Evènements extrêmes Neige et glace Couverture neigeuse Glaciers «Ecroulements» rocheux en montagne Océans Biosphère Impact de l augmentation de la température moyenne Avancée du printemps - Désynchronisations dans les écosystèmes Agriculture...28 Partie 3 Le changement climatique au cours du 21 ème siècle Deux échelles de temps : deux perspectives Température Sur la première partie du siècle Vers la fin du siècle Canicules Précipitations Neige et glace en montagne Evolution de la couverture neigeuse dans les Alpes française s Evolution des glaciers dans les Alpes françaises Océans Culture et élevage La viticulture: un exemple parlant Cultures Forêts Elevage...45 Conclusion

3 Changement climatique : du global au régional Introduction Présentation du sujet L observation basée sur des milliards de mesures réparties sur la planète depuis la fin du 19ème siècle, montre un réchauffement progressif sur l ensemble de la surface du globe clairement décelable sur les dernières décennies (Figure 1). Figure 1 Evolution de la température moyennée sur la surface de la Terre (combinant les terres émergées et les océans) : écart à la moyenne calculée sur la période , tiré de trois ensembles de données. Source : GIEC 2014 Les caractéristiques de ce réchauffement sont particulièrement bien établies à partir des années 1980 grâce au développement des mesures par satellites. La cohérence de la répartition de ce réchauffement sur les différentes régions de la planète (Figure 2) est commune à tous les grands changements climatiques comme nous l enseigne la reconstitution des climats passés. Figure 2 - Carte de l évolution des températures en surface observée entre 1901 et Les tendances sont calculées par rapport à la moyenne sur la période et sont données en C par décennie. En blanc, zones où il n existe pas de données suffisantes pour obtenir une tendance significative. Dans les régions avec croix, la tendance est particulièrement significative. Source : GIEC 2014 Suite à toutes ces caractéristiques, l augmentation de la température mondiale est un fait acquis au niveau de la communauté scientifique et est considérée comme un changement climatique global, ou réchauffement du climat global. 3

4 Parmi les nombreuses causes qui peuvent influer sur l évolution naturelle du climat à l échelle de la planète au cours d un siècle, principalement trois vont prédominer : l évolution de l énergie émise par le soleil, les éruptions volcaniques (dont l impact sur le climat ne dépasse pas les 2 ans) et l évolution des alternances dans la zone tropicale Pacifique des épisodes El Niño/la Niña (l un réchauffant et l autre refroidissant légèrement le climat). A ces trois causes naturelles s en ajoute une quatrième : l impact de l activité humaine suite à l émission de gaz effet de serre. Actuellement le réchauffement des dernières décennies est imputé par la quasi totalité des scientifiques aux émissions des gaz à effet de serre liées à l activité humaine (voir ci-dessous). La question ici présente Une question que se posent les habitants d une région, par exemple la Région Rhône-Alpes, est : quelle sera l évolution future du climat sur la région dans les décennies à venir, quelles en seront les conséquences? Bien que cette question soit préoccupante pour la gestion d une région, il faut en premier lieu dépasser largement ce cadre pour appréhender réellement l impact et l importance du changement climatique qui se dessine à l échelle de la planète et dont les conséquences toucheront, on pourrait dire «de plein fouet», la Région. En effet notre région fait partie de l Europe, qui fait partie de la planète. Les changements futurs liés au climat concerneront toutes les régions du globe : en fonction du modèle de développement choisi par l humanité, seront modifiées les caractéristiques de «chaque région» de la planète, et le tissu tant social qu économique, qui lie ces différentes régions, sera largement voire très largement perturbé. Notre dépendance des uns envers les autres à l échelle mondiale implique donc que pour estimer les conséquences d un changement climatique à l échelle régionale il faut avoir une vue synthétique de comment l ensemble de la planète peut être modifié et quelle sera l ampleur de cette modification. Nous allons voir que le scénario qui se profile actuellement conduit à un bouleversement total des équilibres, entre autres de l équilibre agricole. C est pourquoi, avant d évoquer des pistes de réponse à cette question à l échelle régionale, nous présenterons dans la partie I de manière synthétique l évolution récente et l évolution future envisageable au niveau de la planète. Ceci nous permettra de pouvoir appréhender l évolution future dans l histoire du climat sur l échelle de millions d années et de saisir l importance du changement envisagé sur le 21ème siècle. Dans la Partie 2, nous évoquerons l impact du climat récent en nous limitant seulement à certains domaines, esquissés au niveau mondial, en nous focalisant davantage sur l Europe et la Région. Enfin dans la Partie 3 nous aborderons le résultat des simulations du climat futur et leurs conséquences. Là encore nous prendrons des exemples au niveau de l Europe et de la Région. 4

5 Partie 1 Le réchauffement au niveau mondial Les 5 derniers rapports du GIEC (Groupe d experts intergouvernemental sur l évolution du climat), publiés entre 1992 et fin 2013, confirment successivement le changement de climat à l échelle mondiale au travers d un nombre croissant d évidences Le réchauffement Qu observe-t-on? Les observations établissent que, au cours du 20 ème siècle et au début du 21 ème, la température annuelle moyennée sur la surface de la Terre a augmenté, le réchauffement étant particulièrement marqué sur les dernières décennies. La Figure 1 montre que la température annuelle moyennée sur la surface de la planète (c est à dire incluant continents et océans) a augmenté d environ 1 C. Ce réchauffement varie selon les régions (Figure 2); il augmente en moyenne de l équateur aux pôles, et il est plus important sur les continents que sur les océans. Ainsi, le réchauffement régional atteint 3-4 C en Arctique, et 1-2 C aux moyennes latitudes de l hémisphère nord où est située l Europe. Cette répartition du réchauffement, qui augmente des tropiques aux pôles, est caractéristique d une évolution du climat à l échelle globale telle que le passé nous l enseigne La cause? Les causes de ce réchauffement sont à l heure actuelle, avec une probabilité de 95%, attribuées à l activité humaine qui entraîne une augmentation de gaz à effet de serre dans l atmosphère (effet de serre anthropique). Les causes d origine naturelle pouvant entraîner une évolution sur quelques décennies (principalement l activité solaire, les éruptions volcaniques, et la variabilité de l interaction atmosphère océan principalement dans les tropiques) ont, quant à elles, un impact beaucoup plus faible (Figure 3). 5

6 Figure 3 (a) Variation de la température moyenne à la surface de la Terre, par rapport à sa moyenne sur la période (courbe noire, observation). (b) à (f) Simulation de cette température par quatre groupes (courbes colorées), où sont détaillées les contributions :(b) des oscillations El Niño/La Niña; (c) des volcans ; (d) de l activité solaire ; (e) du forçage anthropique, et (f) d autres facteurs (oscillation atlantique multidécadale, oscillation semi-annuelle, et oscillation arctique). Source: GIEC 2014 La plus grande contribution à cet effet de serre anthropique est le dioxyde de carbone (CO 2 ) émis majoritairement lors de l utilisation des combustibles fossiles (gaz, charbon, fioul). Cette émission augmente d année en année (Figure 4). 6

7 Figure 4 - Gauche : Evolution des émissions de CO2 (en Gigatonne de Carbone par an) provenant d une part de l utilisation de combustibles fossiles et de l industrie du ciment (gris) et d autre part de l utilisation des sols, principalement la déforestation (marron). Ces émissions sont en partie absorbées par la biosphère continentale (vert), l océan (bleu), le reste s accumulant dans l atmosphère (bleu clair). Source : GIEC Droite : Evolution de la teneur de l atmosphère en CO2 (en ppm, ou partie par million) En 2014 cette teneur atteint 400 ppm. Source : GIEC 2007 Chaque année, depuis le début de la révolution industrielle (fin du 18 ème siècle), la moitié des émissions anthropiques de CO 2 reste dans l atmosphère, et ceci pour plusieurs siècles, Cette accumulation, année après année, entraîne depuis cette date une augmentation régulière de la teneur de l atmosphère en CO 2, qui s élève rapidement bien au dessus de la teneur moyenne qui existait depuis dix mille ans (c est à dire depuis l établissement de la période chaude actuelle (encore appelé «interglaciaire»), comme le montre la partie droite de la Figure 4. En fait, elle s élève au dessus de la teneur moyenne qui existait depuis une période bien antérieure. La quantité de CO 2 dans l atmosphère dépasse actuellement le contenu naturel qui existe depuis plusieurs millions d années. Depuis près de 3 millions d années le climat de notre planète oscille entre un climat glaciaire (où se développent de grandes calottes de glace autour de l océan Arctique) et un climat interglaciaire, chaud, (où ces calottes fondent, laissant le Groenland comme seul rescapé). Pendant ces trois millions d années, le contenu de l atmosphère en CO 2 a ainsi oscillé entre 200 ppm, lors des épisodes glaciaires, et 300 ppm, lors des épisodes interglaciaires. (L unité ppm, ou parties par million, exprime le nombre de molécules de CO 2 par million de molécules d air). Durant la période chaude de l interglaciaire actuel, qui s est établi il y a ans, le contenu de CO 2 dans l atmosphère est resté stable à ~280 ppm jusqu à la fin du 18 ème siècle. Depuis il augmente suite aux émissions liées aux activités humaines. En 2014, il atteint 400 ppm et augmente d environ 2 ppm par an. L émission mondiale est aujourd hui de l ordre de 30 gigatonnes d «équivalent CO 2» par an. Cette unité inclut la contribution de l ensemble des gaz à effet de serre émis, le CO 2 étant le composé largement majoritaire. Cette quantité est habituellement ramenée à la seule quantité de carbone, soit ~10 gigatonnes de carbone par an (GtC/an). Moyennées sur les dernières années, ~9 GtC/an sont dues aux émissions de combustibles fossiles et ~1 GtC/an à la déforestation (Figure 4). Pour stabiliser la quantité de CO 2 dans l atmosphère, c est-à-dire pour que cette dernière n augmente plus, il faut donc non seulement stabiliser les émissions mondiales de CO 2 mais les ramener presque à zéro. En fait il ne faut pas émettre plus de quelques GtC une quantité qui pourrait alors être «absorbée» par les sols et l océan au cours du cycle annuel du carbone sur Terre. C est vers cette valeur d émission que convergent, à plus ou moins long terme, les différents scénarios pour atteindre la stabilisation du CO 2 dans l atmosphère (voir Partie 3) L effet de serre L effet de serre est décrit dans de très nombreux ouvrages. Il résulte de l absorption par certains composés de l atmosphère (gaz et aérosols) du flux radiatif émis par la surface terrestre, flux situé dans l infra-rouge. La réémission de ces radiations par ces mêmes composés, qui a lieu d une part vers l espace et d autre part vers la surface de la planète, réchauffe partiellement cette dernière. Deux gaz, présents en quantités variables depuis des milliards d années dans l atmosphère, réchauffent ainsi la planète par leur effet de serre, lui permettant d avoir à sa surface une température moyenne de l ordre de 15 C: la vapeur d eau et le CO 2 (ou dioxyde de carbone) (effet de serre naturel). La quantité de vapeur d eau est, 7

8 elle, déterminée par la température qui règne à la surface de la planète et dans l atmosphère, alors que la quantité de CO 2 résulte de l équilibre des flux échangés entre l atmosphère, la surface des continents et la surface des océans. Il est intéressant de décrire l effet de serre naturel dans un autre langage, ce qui permet de situer plus précisément l impact humain. Reprenons très succinctement ce qui conduit à la température moyenne de la surface terrestre (actuellement 15 C). Une seule source d énergie dispense cette chaleur : le Soleil (la seconde source, le flux géothermique qui vient de l intérieur de la planète étant fois plus faible). La Terre reçoit un flux d énergie solaire qui moyenné sur l ensemble de la planète est de 340 watt par mètre carré (W/m 2 ). Elle n en absorbe que les 2/3 soit 235 W/m 2, réfléchissant le reste vers l espace. Par suite de différents mécanismes, parmi lesquels l effet de serre joue un rôle capital, le flux d énergie qui chauffe la surface terrestre (continents et océans) est amplifié et c est au final 492 W/m 2 au lieu de 235 W/m 2, qui alimentent en moyenne cette surface, 492 W/m 2 qui vont contribuer à la chauffer et à actionner le cycle de l eau sur Terre. Les émissions anthropique de gaz à effet de serre ont commencé de façon notoire au début du 19 ème siècle (voir Figure 4), et ont eu pour conséquence d accroître l énergie disponible au niveau de la surface terrestre de près de 2 W/m 2 en moyenne. Ce flux d énergie supplémentaire principalement dû au mécanisme d effet de serre anthropique, se traduit par une augmentation de la température moyenne (augmentation qui concerne les continents et les océans). Cette valeur, l augmentation de ~2W/m 2 depuis le début du 19 ème siècle doit être comparée aux fluctuations beaucoup plus faibles de l énergie solaire au cours du siècle Les modèles climatiques, outils de décision Les modèles climatiques, qui incluent la circulation générale de l atmosphère et de l océan ainsi que leur interaction (leur nombre s élèvent actuellement à une quarantaine, dont 2 en France), ont été particulièrement développés ces deux dernières décennies, et la surveillance par satellite de l évolution du climat, qui s est fortement développée depuis les années 80, a permis de tester leur capacité à reproduire l évolution récente du climat. En résumé, l évolution de la température au cours des dernières décennies (sa répartition sur la surface de la planète, tout comme son évolution au cours de l année) est bien simulée par l ensemble des modèles. Par contre l évolution des pluies dans ces dernières décennies, en particulier dans la régions équatoriale, n est pas bien représentée. Cela résulte d une grande variabilité des pluies dans cette bande de latitude alors que les simulations donnent une tendance à long terme où ces fluctuations sont gommées. Le réchauffement sur le 20 ème siècle a ainsi été simulé par l ensemble des modèles. Pour cela la surface terrestre a été découpée en 15 régions couvrant l ensemble des océans et des continents. Des simulations de deux types ont été réalisées : l une avec pour seules causes d évolution climatique les causes naturelles, l autre incluant de plus les activités humaines. Le résultat est que, pour chacune des régions, les modèles ne peuvent reproduire l évolution constatée à partir des seules causes naturelles. Par contre, l ordre de grandeur de l évolution et sa répartition sur la surface terrestre sont bien reproduits lorsque l impact de l activité humaine est pris en compte, la cause majeure de l évolution étant liée à l augmentation des gaz à effet de serre. La Figure 5 montre les deux types de simulation non pas sur chacune des 15 régions mais sur les moyennes mondiales. 8

9 Figure 5 Evolution de la température moyennée sur les continents (gauche) et sur l ensemble continents-océans (milieu). Courbe noire : mesures ; bandes colorées : simulations incluant les forçages naturels seuls (bleu) ou incluant à la fois les forçages naturels et anthropiques (rose). A droite : évolution du contenu thermique de l océan. Source: GIEC 2014 Ainsi à l heure actuelle l ensemble des causes des variations climatiques des récentes décennies apparaissent bien cernées et leur analyse confirme que l impact humain est le principal moteur du réchauffement climatique observé. La capacité de ces modèles à reproduire les principales caractéristiques observées des évolutions climatiques passées permet donc d aborder le futur avec réalisme. 1.3 L évolution climatique future? Elle dépend principalement de l émission des gaz à effet de serre (principalement du CO 2 ) : c est-à-dire qu elle est fixée par l activité humaine. Les scénarios futurs se répartissent dans une fourchette qui va des émissions les plus faibles aux plus fortes. Dans le rapport du GIEC 2007 les scénarios vont du scénario B1 au scénario A1FI (Figure 6). Figure 6 Gauche : Emission globale de gaz à effet de serre liée à l activité humaine dans le cadre de 6 scénarios de référence présentés dans le GIEC Cette émission est exprimée en Gigatonne d équivalent CO 2 par an (1 Gt de Carbone = 3,7 Gt de CO 2 ). Droite : Evolution de la température moyenne de surface dans les trois scénarios B1, A1B et A2 ainsi que dans le cas où la concentration en CO 2 reste constante à partit de 2000 (rouge magenta). Les barres à droite indiquent le 9

10 réchauffement vers la fin du siècle calculé par les modèles pour les différents scénarios; leur hauteur indique la fourchette de valeurs. Source : GIEC 2007 Dans le rapport du GIEC 2013, les scénarios, baptisés RCP pour Representative Concentration Pathway, vont du scénario RCP2.6 au scénario RCP8.5 (Figure 7). Figure 7 Evolution de la température moyenne de surface sur Terre simulée : en noir, sur la période historique; en couleur, dans le cadre des 4 scénarios de référence présentés dans le GIEC Source : GIEC Les scénarios futurs Le scénario d émission le plus bas envisagé dans le GIEC 2013, le scénario RCP2.6, conduit à une stabilisation du CO 2 atmosphérique à environ 350 ppm en La température est stabilisée à la fin du 21 ème siècle, le réchauffement moyen est de 1 C au dessus de l an 2000, ce qui correspond à un réchauffement de 2 C au dessus de l ère préindustrielle (fin du 18 ème siècle). Le scénario RCP8.6, le plus élevé, fait état d une émission atteignant 30 GtC par an en 2100 (elle est à l heure actuelle de 10 GtC/an). L élévation de la température moyenne entre 2000 et 2100 est de +4 C. Ceci correspond à un réchauffement moyen de +5 C au dessus de l ère préindustrielle. Sur le 21ème siècle, ce scénario est proche du scénario A2 évoqué dans le GIEC 2007, qui conduit à un réchauffement de 3,5 C sur la période L augmentation de la température moyenne variant avec la latitude, rappelons qu un réchauffement moyen sur la surface de la Terre de +4 C entraîne un réchauffement moyen plus élevé sur les continents des moyennes latitudes où est située l Europe et encore bien supérieur dans les régions polaires. La répartition du réchauffement à la surface de la planète entre la période et la période est portée Figure 8. Cette figure présente également l évolution des précipitations sur la planète entre ces deux périodes, qui sera commentée en Partie 3. 10

11 Figure 8 Evolution entre la période et la période de la température annuelle moyenne en surface (a), et des précipitations annuelles moyennes (b), dans le cadre des deux scénarios RCP2,6 (gauche) et RCP 8,5 (droite). Les pointillés indiquent les régions où le résultat des simulations se démarque nettement de la fluctuation naturelle. Source : GIEC Vers quel scénario se dirige-t-on? La Figure 9 présente l ensemble des scénarios envisagés en termes d émission de CO 2 liée à la consommation de combustibles fossiles et celle (beaucoup plus faible) liée à la production de ciment. Seuls sont portés en couleur les principaux scénarios présentés dans le rapport du GIEC Les émissions passées sont également portées depuis 1980 (points noirs). 11

12 Figure 9 Evolution des émissions annuelles de CO 2 liées à l utilisation des combustibles fossiles et à la fabrication du ciment (cette dernière émission représentant une part très faible). En noir : mesures sur la période historique. En couleur : les 4 scénarios du GIEC 2013 avec indiqué pour chacun, en 2100, la fourchette des températures moyennées sur la Terre. En gris : ensemble des scénarios considérés par les modélisations. Source: Global Carbon Project 2013 C est sans conteste le scénario d émission maximum qui est actuellement suivi ces dernières années par l économie mondiale, un scénario qui entraîne une hausse de l ordre de 4 C de la température moyenne sur la surface terrestre au cours du 21éme siècle. Que signifie un tel réchauffement par rapport aux climats passés? L importance du changement envisagé Pour l estimer il nous faut assembler les différentes pièces d un puzzle que nous allons brièvement décrire. Suite à un lent refroidissement du climat au cours des dizaines de millions d années passées, une glaciation s est tout d abord établie sur le continent le plus froid, l Antarctique, il y a ~35 millions d années, et la calotte Antarctique s est construite ; puis il y a près de 3 millions d années, des glaciations se sont établies périodiquement sur les hautes latitudes de l hémisphère nord. Depuis cette époque le climat mondial oscille, nous l avons déjà vu, entre deux états profondément différents : un climat chaud comparable au climat actuel, appelé interglaciaire, et un climat glaciaire, caractérisé par une baisse de la température moyenne mondiale de 5 C et par une baisse de 120 mètres du niveau marin (résultat de l établissement des calottes glaciaires). Entre un glaciaire et un interglaciaire le réchauffement au niveau mondial se fait sur plusieurs milliers d années, avec des à-coups régionaux. Une donnée importante : la température moyenne sur Terre lors des stades interglaciaires les plus chauds, qui ont existé depuis près de 3 Ma, ne dépassait au plus que de 2 C celle de l interglaciaire actuel, qui est établi depuis ans. Entre ces deux climats, glaciaire et interglaciaire, la végétation et la faune étaient très différentes aux moyennes et hautes latitudes. Prenons l exemple de la France. Actuellement, en interglaciaire, la température annuelle moyenne sur la France est de ~12 C, et, sans l impact de l homme, la France serait couverte de forêts. En période glaciaire, la température annuelle moyenne s abaissait à près de 0 C: le sol était gelé en permanence sur une grande partie du territoire et les forêts avaient laissé place à la toundra. Une conséquence capitale : durant le flux et le reflux engendrés par ces alternances climatiques (de l ordre d une cinquantaine) flore et faune ont été sélectionnées pour survivre par adaptation et par migration. La biosphère actuelle est le résultat de cette adaptation à de telles variations climatiques. C est dans un contexte totalement différent que la continuation non maîtrisée des émissions de gaz à effet de serre peut plonger la planète vers la fin du 21 e siècle : un réchauffement moyen de l ordre de 5 C peut être atteint, qui ne peut être contré de façon importante par aucune fluctuation naturelle du climat. Il nous conduirait, non pas comme par le passé vers un climat de 5 C plus froid, mais vers un climat de 5 C plus chaud. Il nous conduirait vers des conditions climatiques que la planète n a pas connues depuis plus de 10 millions d années (Figure 10), un monde où le genre Homo n avait pas encore émergé, un monde très nettement plus chaud que l actuel où flore et faune était bien différentes, entraînant un bouleversement de ce à quoi l environnement mondial est adapté depuis 3 millions d années. 12

13 Figure 10 a) Représentation schématique de l évolution de la température moyenne à la surface de la Terre oscillant depuis près de 3 millions d années entre les époques glaciaires (bleu) et interglaciaires (rouge), ainsi que de la température qui serait atteinte à la fin du siècle dans le cadre du scénario RCP8.5. Source : Mélières and Maréchal (2015), à paraître. b) La courbe bleue représente la reconstitution de la température moyenne faite par Hansen et al. (2013), où sont visibles en particulier les 4 derniers interglaciaires depuis ans et l interglaciaire actuel établi depuis ans (point bleu); en rouge: courbe lissée. Sont indiquées : en tiretés bleus, la température la plus basse atteinte lors des glaciations ; en tiretés roses, la température actuelle ; en tiretés rouges, la température à la fin du 21 ème siècle dans le cadre du scénario RCP8.5. Un tel changement climatique qui prendrait place en quelques décennies est donc considérable : il relève d un scénario digne de la science fiction. Si tel s avère être le cas (le choix dépend toujours de la société), il apparaît que l adaptation de la flore et de la faune se ferait avec difficulté, tant par suite de l ampleur du changement de climat que par sa rapidité, entraînant sans aucun doute de lourds dégâts sur la richesse de la biosphère car la vie, qu elle soit déclinée en termes de fonctionnement d écosystèmes ou en termes de nombre d espèces, est fortement inféodée au climat qui règne en chaque lieu. En particulier, ce changement climatique affecterait sans nul doute les ressources alimentaires à l échelle mondiale. Un tel bouleversement touche la planète dans son ensemble et ne se décline pas par un changement à l échelle d une région dans un monde qui n aurait pas changé. C est pourquoi avant de cerner les variations climatiques à l échelle régionale, il était fondamental d appréhender l importance du changement à l échelle mondiale. 13

14 Partie 2 - L évolution récente des dernières décennies : du global au régional Nous présentons ci-dessous un aperçu de l évolution récente du climat et de ses conséquences en partant du niveau global avec quelques zoom sur le régional (Europe - France Régions alpines). Pourquoi est-il important de bien connaître cet état des lieux? Parce que les simulations du climat futur montrent que dans les trois prochaines décennies, quel que soit le scénario économique suivi, le réchauffement se poursuivra au même rythme que celui que nous venons de connaître depuis C est donc une indication précieuse pour l avenir que de quantifier l impact du changement climatique récent. 2.1 Température A l échelle globale la température moyenne annuelle a régulièrement augmenté ces dernières décennies (Figure 1). Les variations qu elle montre autour d une augmentation moyenne (par exemple le ralentissement de la dernière décennie, largement commenté) n est pas imputable à un ralentissement de l effet de serre anthropique, mais liée principalement à une prépondérance des évènements La Ninã (qui refroidissent) sur les El Niño (qui réchauffent). Leur alternance apparaît aléatoire et explique en très grande partie les fluctuations de la température planétaire (Figure 3). Nous avons vu que ce réchauffement n est pas également réparti sur la planète (Figure 2). Bien marqué sur l hémisphère nord (et de plus en plus marqué vers les hautes latitudes), il est beaucoup moins marqué sur l hémisphère sud où la surface est majoritairement occupée par les océans. En Europe la température annuelle moyenne a continué à croître à des rapidités différentes selon les saisons et les régions, la rapidité la plus élevée étant dans les hautes latitudes de l Europe du nord. L augmentation de la température moyenne, sur la décennie est de 1,3 C ± 0,11 C au-dessus de la moyenne des températures sur la période (GIEC 2014, Groupe II). En France? Sur les récentes décennies. la température annuelle moyenne a augmenté de 1,5 C à 2 C selon les régions. Un rappel : la température moyenne annuelle sur la France métropolitaine est de l ordre de +12 C et les températures saisonnières sont de ~ +5 C en hiver et de ~+19 C en été. L évolution de la température estivale est représentée de 1880 à 2003 par les points noirs portés sur la Figure 25 (voir Partie 3) sur laquelle on peut constater de visu la lente élévation de cette température moyenne, ainsi que les fluctuations d une année à l autre, marquant étés plus frais et été plus chauds. Dans les moyennes et hautes latitudes de l hémisphère nord ce réchauffement moyen se traduit par une avancée du dégel à la fin de l hiver ainsi qu une avancée de la saison printanière : environ 2 à 3 semaines sur les 3 dernières décennies au niveau de la France. Cette avancée se répercute à son tour sur une avancée de la mise en végétation. Cycles saisonniers de la végétation et cycles de la période de reproduction des animaux sont ainsi perturbés. Dans ce contexte qu en est-il des vagues de chaleur liées à ce réchauffement moyen? Avant d aborder ce point regardons si une évolution des précipitations a été décelée. 14

15 2.2 Précipitations La modification du cycle de l eau est plus délicate à cerner que celle de la température par suite de ses grandes variations d une part au cours de l année et d autre part sur la surface de la planète. Suite à ces grandes variations, et suite aussi à l incertitude liée à la difficulté des mesures sur la couverture mondiale, la moyenne annuelle des précipitations sur la surface de la planète fluctue fortement d une année à l autre, empêchant de déceler une tendance sur les dernières décennies. Cependant il se dessine une augmentation de la quantité de vapeur d eau contenue dans l atmosphère, ce qui est la conséquence logique d une élévation moyenne des températures sur la surface de la Terre. Sur l Europe (GIEC 2014, Groupe II) une tendance apparaît : les précipitations annuelles ont augmenté en l Europe du nord, atteignant jusqu à +70 mm par décennie, et diminué dans certaines parties en l Europe du sud. Le réchauffement en Europe faisant régresser les glaciers, on estime que ce recul, durant les deux dernières décennies, a causé une augmentation de 13% de la contribution des glaciers au débit d août des 4 fleuves principaux qui prennent leur source dans les Alpes Evènements extrêmes Tempêtes, cyclones, pluies torrentielles, incendies, canicules... la liste des manifestations climatiques qu on associe à l appellation d évènements extrêmes est variée. Sans nous focaliser sur les tropiques, signalons que l intensité et le nombre des cyclones tropicaux augmentent, ce qui apparaît cohérent avec le fait que l activité et le développement d un cyclone sont liés à la température des eaux de surface. Dans le cas des précipitations extrêmes, leur évolution selon les régions est complexe et les inondations dévastatrices qui en résultent, très clairement en augmentation, sont malheureusement très souvent imputables à une modification de l environnement liée à l action de l homme ainsi qu à une augmentation des implantations humaines en zone inondable. Nous nous focaliserons ici sur les extrêmes de température, dont l évolution est indéniable, soulignant leur impact sur l agriculture dans nos régions. Depuis 1950, en Europe, les extrêmes de température élevée (journées chaudes, nuits tropicales, vagues de chaleur) sont devenus plus fréquents, alors que les extrêmes de basse température (coups de froid, gelées) sont devenus moins fréquents. Cette tendance est bien établie également au niveau mondial. Elle s inscrit dans la logique d une augmentation de la température moyenne. Pourquoi? Par quelles mesures peut-on estimer cette évolution au niveau mondial? Pour cela rappelons tout d abord pourquoi les épisodes de canicule deviennent plus marqués et plus fréquents suite au réchauffement des dernières décennies, une question qui devient cruciale pour les prochaines décennies. L encart ci-dessous résume cet effet. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Encart Fréquence des canicules et réchauffement La température moyenne, que cette moyenne soit faite sur une région, ou sur l ensemble de la planète, sur une saison ou sur l année, se répartit au fil des années sur une courbe, ayant la forme d une cloche, centrée sur la moyenne réalisée sur plusieurs années. La Figure 11a montre à titre d exemple les valeurs des températures estivales en Suisse entre 1864 et 2003 ; y est superposée la courbe en cloche (tracée en vert) qui approxime cette répartition. Remarquons au passage que cette courbe ne peut révéler l évolution climatique des dernières décennies, puisqu elle l inclut. Elle est juste indicatrice de la fluctuation de l ensemble des 15

16 températures sur cette période centrée sur une valeur moyenne, ici ~17 C. Pour avoir une idée de l évolution de cette répartition, il faut regarder la répartition sur une période de temps plus petite (voir ci-dessous). Figure 11 (a) Températures estivales en Suisse entre 1864 et 2003 ; en vert : courbe de la probabilité d occurrence de cette température assimilée à une gaussienne.source : GIEC 2007.(b) et (c) : voir texte. La grandeur «2σ» caractérise la largeur de la courbe de répartition (ici de l ordre de 2 C). Entre ~16 C et ~18 C, on trouve approximativement les 2/3 des valeurs des températures estivales. Plus on s éloigne de la température moyenne (ici ~17 C) plus la probabilité d avoir une température basse ou élevée devient faible (Figure 11b). Lorsque le climat change, ici illustré en cas de réchauffement, cette courbe se déplace vers les hautes températures (Figure 11c) et la zone en rouge relative aux épisodes de températures chaudes de l ancien climat devient plus importante. Par exemple, en cas de réchauffement moyen correspondant à une translation de la courbe de 1σ, les températures qui avaient seulement une probabilité de 2,1% de se produire (répartition entre +2σ et +3σ dans la courbe de gauche) atteignent maintenant une probabilité de 13,6% dans le nouveau climat. Ainsi, lorsque le climat se réchauffe, les épisodes chauds qu on caractérise d extrêmes actuellement, par exemple les canicules (extrêmement chauds, et donc extrêmement rares), deviennent de plus en plus fréquents. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx A l échelle de la planète l augmentation des vagues de chaleur sur l ensemble des continents est particulièrement bien illustrée par l évolution de la distribution de la température estivale sur les continents de l hémisphère nord. Les travaux de Hansen et al. (2013) ont préciser cette évolution. Cette évolution est déterminée en différents points sur les régions continentales de l hémisphère nord, normalisée, puis synthétisée sur l ensemble de ces régions (Figure 12). Ceci est tout d abord réalisé pour la période où la température moyenne mondiale a peu évolué, période qui servira de référence. La surface de cette courbe est divisée en trois zones (bleue, blanche et rouge) où les températures ont une probabilité quasi égale de se trouver. Cette courbe est ensuite construite pour chacune des décennies suivantes, , et Le déplacement observé de la distribution de la température vers les hautes valeurs traduit simplement le réchauffement moyen et montre combien les épisodes situés à des températures chaudes, par exemple dans la zone marron, ont une probabilité de 16

17 plus en plus élevée de se produire. Ces courbes présentent l intérêt de rendre quantitatif ce qui apparaissait comme une observation qualitative. Figure 12 Les courbes retracent l évolution de la distribution de la température sur Terre en été sur l ensemble des continents de l hémisphère nord, après normalisation ; cette distribution est exprimée en fonction de σ (voir Encadré I). Le centrage de la courbe est en relation avec la température moyenne ; la zone blanche est centrée sur la température moyenne de la période Le glissement progressif de cette distribution vers la droite dans les trois dernières décennies traduit l élévation de la température moyenne. L évolution des surfaces colorées indique que les températures plus chaudes deviennent plus probables. Source : J. Hansen et al Ainsi, en particulier dans la dernière décennie, des canicules inhabituelles sont survenues dans différentes régions du monde. En se limitant à l Europe, en France la canicule de 2003 a été spectaculaire (Figure 13), et s est manifestée par une augmentation de 4 C de la température estivale. Figure 13 Anomalie de la température ( C) sur l Europe de l ouest en été 2003 (période du 20 juillet au 20 août). Sourc : R.Stöckly, Elle a entraîné de l ordre de décès supplémentaires sur le territoire français (Figure 14) (~ en Europe). Cet épisode a conjugué élévation de température et sécheresse, aggravant ainsi l impact sur la biosphère. En 2010 une très forte canicule a secoué l Europe de l Est incluant la partie européenne de la Russie (au sens géographique), dont l extension et l amplitude dépassaient la vague de chaleur de

18 Figure 14 - Evolution saisonnière de la mortalité en France (nombre de décès par jour) de 1999 à La vague de chaleur de l été 2003 a été responsable d environ décès supplémentaires. Source: D. Rousseau Neige et glace A l échelle de la planète l impact du changement climatique récent sur la cryosphère (régions de neige et glace) est général. Il est particulièrement marqué en Hémisphère nord et plus nuancé en Hémisphère sud. Il est responsable de la diminution de la couverture neigeuse et de la banquise sur l Hémisphère nord (Figure 15). Figure 15 Evolution : a) de la surface du manteau neigeux dans l Hémisphère nord au printemps ; b) de l étendue de la banquise arctique en été. Source: GIEC 2014 Il est également responsable du recul des glaciers et de la diminution des deux grandes calottes, l Antarctique et le Groenland, dont le bilan annuel de leur masse est devenu négatif depuis le début des années 2000 (Figure 16). 18

19 Figure 16 Mesures relatives à la variation de la masse de glace (en gigatonne) par rapport à l état de départ pris en 1991, moyennée sur l ensemble des glaciers (rose), sur la calotte glaciaire du Groenland (vert) et sur la calotte glaciaire Antarctique (bleu). La perte de masse est exprimée en élévation du niveau marin sur l échelle de droite (mm). Alors que le bilan total des glaciers est constamment négatif (régression des glaciers et diminution de leur masse de glace), celui des calottes glaciaires ne devient négatif que depuis le début des années Source: GIEC 2014 Qu en est-il dans les Alpes de l évolution de la couverture neigeuse et du recul des glaciers sur les dernières décennies? Couverture neigeuse Dans l hémisphère nord la régression de la superficie de la couverture neigeuse apparaît générale sur les dernières décennies. Aux moyennes latitudes, (et donc en Europe) sa fusion a été avancée d environ deux semaines. Cette régression peut être le résultat de l évolution de deux paramètres qui se combinent, précipitations et température. En effet, l épaisseur de neige est liée d une part à une température inférieure à 0 C et d autre part à la quantité d eau tombée sous forme de neige. Les données issues des différentes stations d observation et en particulier de la station du Col de Porte, (Chartreuse, 1325 mètres d altitude, une station emblématique des conditions climatiques de moyenne montagne dans les Alpes occidentales), indiquent clairement que, bien que fluctuant largement d une année à l autre, les précipitations sont en moyenne restées comparables ces dernières décennies, alors que les températures ont clairement augmenté (près de 2 C à cette station) (Figure 17). 19

20 Figure 17- Station du Col de Porte (Chartreuse, 1325 mètres d altitude). Evolution de 1961 à 2013 de la température moyenne, de la hauteur de neige moyenne (cm), et du cumul des précipitations (mm) entre le 1 er décembre et le 30 avril. Source: Météofrance C est donc un déficit de neige lié au réchauffement, et non pas une diminution des précipitations, qui explique la diminution de la couverture neigeuse. C est le réchauffement qui, en moyenne, est responsable de la diminution de l enneigement des stations de ski ces dernières décennies, et non la raréfaction des précipitations. Ce point est important car dans les simulations sur l évolution future, si la tendance des précipitations varie selon les régions, l augmentation de la température est bien cernée Glaciers Contrairement à l englacement (prise en glace de l eau liquide à la surface des lacs ou des cours d eau) et à l enneigement (dépôt de la couverture neigeuse par le biais des précipitations), la dynamique des glaciers n est pas une réponse directe au climat de l année. Alors que l englacement et l enneigement, chaque année, partent d une situation initiale immuable (pas de glace, pas de neige) et sont donc tributaires uniquement des conditions climatiques de l année, la variation de longueur des glaciers, elle, intègre le climat passé. C est pour cela que son interprétation en termes d évolution climatique est plus complexe. En revanche, le bilan de masse annuel d un glacier, qui est le résultat de l accumulation de neige moins la perte au cours de l année, est directement lié aux conditions climatiques annuelles. L encart ci-joint détaille ce mécanisme, dont la compréhension permet de mieux saisir l évolution à venir. 20

21 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Encart La relation glaciers climat Comment répond le bilan de la masse d un glacier aux variations climatiques? A nos latitudes tempérées, il répond au climat en combinant deux facteurs indépendants : les chutes de neige qui alimentent le glacier en hiver, et les flux d énergie (gouvernés par la température et l ensoleillement) qui font disparaître la glace en été. Un glacier est caractérisé par une ligne fictive appelée Ligne d Equilibre en Altitude (LEA) qui sépare le glacier en deux zones. La zone supérieure, zone d accumulation, est la région où la glace s accumule en moyenne au cours de l année. La zone inférieure, zone d ablation, est celle où, en moyenne annuelle, la glace est évacuée. Cette disparition est le résultat de la fusion à nos latitudes, mais elle est renforcée par la sublimation dans les tropiques et par l écoulement de la glace dans la mer aux hautes latitudes. La LEA, dépendant des précipitations et de la température, ne correspond pas forcément avec l isotherme 0 C, et peut s en éloigner jusqu à plusieurs centaines de mètres en altitude selon le climat du pays. La position du front du glacier reste stable lorsque la masse de glace qui s accumule annuellement est compensée par la masse de glace qui disparaît. Malgré le mouvement lent et perpétuel de la glace qui s écoule du haut du glacier vers le bas et qui donne lieu aux chutes de séracs, la quantité totale de glace reste alors constante et le glacier garde le même volume : le front est stationnaire, le glacier est à l équilibre. Quand un changement de climat survient un nouveau climat s établit, engendrant une évolution du glacier vers un nouvel équilibre. Imaginons que ce changement de climat se traduise, par exemple, par un réchauffement et, pour simplifier, qu il soit instantané : le nouveau climat est stable, pas de période de transition, pas de réchauffement continu d une année sur l autre. L élévation de température entraîne immédiatement une remontée de l altitude de la LEA, ce qui signifie simplement que l altitude à laquelle la glace fond est maintenant plus élevée. La superficie de la zone d accumulation se trouve donc réduite, et celle de la zone d ablation plus grande. Le bilan de la masse du glacier devient alors négatif : il perd plus de glace qu il n en gagne. Il recule donc : le front du glacier régresse et remonte en altitude. Au fur et à mesure de la remontée du front, d année en année, la superficie de la zone d ablation, et donc la quantité de glace qui disparaît en été, diminue, Elle diminue jusqu à ce qu elle soit égale à la quantité de glace accumulée en hiver au-dessus de la LEA. Le bilan annuel est alors à nouveau nul et la position du front du glacier redevient stable. Rétablir ce nouvel équilibre a pris du temps, plusieurs années, alors que le nouveau climat régnait déjà : l évolution du front d un glacier n est donc pas la réponse immédiate à un changement climatique, il recule durant un certain temps après l établissement du changement climatique jusqu à ce que le nouvel équilibre soit atteint. Ce laps de temps varie selon l importance du glacier ; dans le cas des grands glaciers il peut atteindre des dizaines d années. Quelle est actuellement l altitude de la LEA? Elle varie selon les différentes régions de la Terre, étant bien sûr particulièrement élevée dans les régions chaudes (équateur et tropiques) et s abaissant progressivement vers les pôles. Dans la région équatoriale, par exemple en Irian Jaya (Papouasie occidentale), elle est située actuellement vers m. Le sommet du plus haut massif de l île, le Carstensz, culmine à m. Tous les glaciers se trouvent donc en zone d ablation et les glaciers de cette région qui, au début du 20 ème siècle, occupaient des massifs convoités par les alpinistes, ont régressé à une allure impressionnante dans les dernières décennies : ils sont tous condamnés à disparaître très prochainement, et avec eux leurs archives. Dans les Andes tropicales, la LEA s établit aux alentours de m et les hauts sommets qui s élèvent à plus de m permettent encore à une zone d accumulation de subsister. Dans les Alpes et les Pyrénées, elle est située en moyenne autour de m. Ceci laisse disponible une zone d accumulation dans les Alpes où les hauts sommets culminent au dessus de cette altitude ; ce n est pas le cas dans les Pyrénées où les plus hauts sommets avoisinent m. Dans cette chaîne de montagnes, les glaciers reculent inexorablement : leur surface, de plus de 40 km 2 au début du 20e siècle, n en occupait plus que 5 à la fin du même siècle. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 21

22 A l échelle mondiale l ensemble des glaciers est actuellement en régression : le bilan est depuis quelques décennies quasiment partout négatif. En Europe la fin du petit Age de Glace a été marquée par la régression des glaciers vers le milieu du 19 ème siècle, une régression d origine entièrement naturelle. Depuis l impact du réchauffement anthropique s est fait progressivement sentir et l évolution du bilan de masse qui a pu être établi pour quelques glaciers européens depuis les années 1950 montre un retrait important des glaciers depuis les années 1980, une évolution commune à l ensemble des glaciers mondiaux. Le suivi du bilan annuel de glace a été réalisé depuis le milieu du 20ème siècle pour 6 glaciers dans les Alpes. La Figure 18 montre l évolution de ce bilan. L évolution apparaît commune dans ses détails à l ensemble de la chaîne. Figure 18 Evolution du bilan de masse de 6 glaciers dans les Alpes. En ordonnée est portée la masse de glace perdue cumulée d année en année à partir des années 50. Cette perte en glace est exprimée en mètres d eau liquide représentant l épaisseur de la lame d eau de glace fondue moyennée sur le glacier. Ainsi le glacier de Sarennes a perdu une quantité de glace entre 1949 et 2011, équivalant à une lame d eau de 62 mètres d épaisseur sur la surface du glacier. Source : C. Vincent Alors qu ils sont distants de plusieurs centaines de kilomètres, les 6 glaciers présentent une réponse similaire, indiquant par là qu à l échelle des Alpes européennes l évolution du climat a un impact homogène sur l ensemble des glaciers. La courbe indique une accélération de la fusion des glaciers aux alentours des années 80, tout comme l ensemble des indicateurs climatiques marque à cette époque un changement important sur Terre (température, niveau marin, etc.). A titre indicatif, le petit glacier de St Sorlin situé dans le massif des Grandes Rousses, (pour lequel nous présenterons ultérieurement les résultats de simulations sur le futur), a perdu entre 1950 et 2010 une quantité de glace équivalant à une lame d eau qui, recouvrant la totalité du glacier, serait d une épaisseur de 40 mètres. La canicule de l été 2003, quant à elle, a entraîné une diminution de l épaisseur des glaciers qui, une fois moyennée sur l ensemble du massif alpin, représente une lame d eau de 3 mètres de hauteur. 22

23 «Ecroulements» rocheux en montagne En région montagneuse des latitudes tempérées, une autre manifestation du réchauffement récent est la remontée en altitude de la limite du pergélisol, région où le sol demeure gelé en permanence. Dans les nouvelles zones ainsi soumises au gel et dégel au cours de l année la cohésion de la roche est moins bien assurée, ce qui donne lieu à des éboulements de paroi (baptisés écroulements rocheux par les chercheurs de ce domaine), et des chutes de pierres devenues particulièrement importantes. Chutes de pierres et écroulements sont de plus en plus redoutés des alpinistes. L augmentation de ces écroulements est particulièrement bien documentée dans la région de Chamonix, temple de l alpinisme depuis de nombreuses années, où les documents anciens permettent de remonter au milieu du 19ème siècle. Une étude originale et quantitative a été réalisée dans le massif des Aiguilles de Chamonix par Ravanel et al. (2010). Le nombre d écroulements augmente sans conteste en liaison avec le réchauffement des dernières décennies (Figure 19). Figure 19 a) Ecroulement de juin 2005 dans la façade ouest des Drus, Chamonix (Photo J. Malbert). b) Nombre d écroulements observés par décennie dans la façade ouest des Drus et la façade nord des Aiguilles de Chamonix (barre orange) et variation de la température de l air à Chamonix par rapport à la période (courbe rouge). Source :L. Ravanel Suite au même mécanisme (réchauffement du pergélisol) les fondations de certains refuges, ainsi que celles d observatoires de haute montagne, deviennent fragilisées Océans Le réchauffement des dernières décennies se traduit sur les océans de deux manières différentes au niveau mondial : une montée progressive du niveau marin et un changement d acidité des eaux de surface. Après la très forte montée des océans d environ 120 mètres depuis la fusion des calottes glaciaires de l hémisphère nord qui a pris place principalement entre et ans avant le présent, ce niveau s est stabilisé autour du niveau moyen actuel depuis 3000 ans (à la précision des mesures près soit de quelques dizaines de cm). Mesurée par satellite depuis 1993, la montée du niveau marin moyenné sur la surface des océans apparaît régulière, d environ 3 cm sur la dernière décennie. Elle est actuellement attribuée pour 1/3 à la dilatation thermique suite au réchauffement des eaux superficielles et pour 2/3 à la fusion des glaces. Elle s inscrit dans la montée progressive du niveau marin mondial (retracée a partir de marégraphes et autres indicateurs) depuis le milieu du 19 ème siècle (Figure 20). 23