Changements climatiques : passé, présent, futur Valérie Masson-Delmotte Laboratoire des Sciences du Climat et de l Environnement CEA-CNRS-UVSQ-IPSL Gif-sur-Yvette valerie.masson@cea.fr Journée EEDD, mercredi 31 mai 2006, CRDP de Haute Normandie
Histoire des sciences du climat
Histoire d une prise de conscience Physique des fluides Thermodynamique Transferts radiatifs Méthodes de datation/reconstruction Calculateurs Satellites Antiquité Moyen Age XVII ème s Instruments météo XIX ème siècle Réseaux météo Arrhénius Agassiz XX ème siècle Changements climatiques passés Modélisation du climat «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» Aristote, Grèce, 340 av. J.C. (Les Météorologiques)
Histoire d une prise de conscience Physique des fluides Thermodynamique Transferts radiatifs Méthodes de datation/reconstruction Calculateurs Satellites - 340 Antiquité Moyen Age XVII ème s Instruments météo XIX ème siècle Réseaux météo Arrhénius Agassiz XX ème siècle Changements climatiques passés Modélisation du climat 1940 : la Terre a connu des glaciations répétées Théorie astronomique (orbite de la Terre) 1970 : confirmation expérimentale
Histoire d une prise de conscience Physique des fluides Thermodynamique Transferts radiatifs Méthodes de datation/reconstruction Calculateurs Satellites - 340 Antiquité Moyen Age XVII ème s Instruments météo XIX ème siècle Réseaux météo Arrhénius Agassiz 1980 : augmentation sans précédent des gaz à effet de serre prévisions de réchauffement climatique 1990 : découverte des possibilités «d accidents climatiques» reconstruction de l évolution des températures XX ème siècle Changements climatiques passés Modélisation du climat 2000 : réchauffement depuis ~1980 dû à l effet de serre et aux activités humaines
Les recherches climatiques Prévisions climatiques Modélisation numérique du climat Scénarios «types» Etudes de processus Observations du «système Terre» Réseaux au sol, bouées, satellites Tous les 6 ans depuis 1995 : rapport du Groupe Intergouvernemental d Experts (GIEC ou IPCC) sur le Changement Climatique rendu aux Nations-Unies Reconstructions du «système Terre» Archives climatiques Hypothèses sur les causes et mécanismes Travaux conduits dans les laboratoires de recherche
Le climat change-t-il?
Relevés météorologiques moyennes ( C) 13 12 11 10 Le Havre 9 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 moyennes ( C) 13 12 11 10 Paris 9 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Un réchauffement de l ordre de 1 C Un réchauffement surtout marqué la nuit, et l hive
Un réchauffement déjà visible DATE DE DEBUT VENDANGES A CHATEAUNEUF DU PAPE depuis 1945 11-oct 6-oct 1-oct 26-sept 21-sept 16-sept 11-sept 6-sept 1-sept Vendanges fin septembre Vendanges début septembre 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 1864 1896 1995
Un réchauffement «global» angement de la température moyenne de la Terre Moyenne sur 1 an Moyenne sur 5 ans Carte des changements entre 1955 et 2005
Un réchauffement sans précédent Changement de température (hémisphère nord) Changement de température ( 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 atmosphère La Terre et l atmosphère perdent de la chaleur vers l espace par le rayonnement infra-roug
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 sol L «effet de serre» réchauffe le bas de l atmosphère et la surface de la Terre
World gross product
25 20 15 10 5 0 Rejets de dioxyde de carbone par habitant et par pays en 2003 Inde Brésil Tunisie Algérie Chine France Espagne Italie Royaume-Uni Allemagne Russie Etats-Unis Luxembourg Objectif stabilité Sénégal Emissions de CO2 par pays et par habitant (en tonnes / an)
Les activités humaines ajoutent de l effet de serre urces de gaz à effet de serre «artificielles»: riculture intensive, déforestation, utilisation de ciment, produits chimiques (CFC), utilisation combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel)
* 378 ppm en 2006
Dernier millénaire : forçages climatiques Volcanisme Activité solaire Effet de serre anthropique
Comment le changement actuel se compare-t-il aux changements passés?
Histoire du climat et de la composition de l atmosphère : archives polaires
EPICA Kohnen Station Jan. 2006 2774 m 300 000 ans? Kohnen Dome F Jan. 2006 3029 m 1 000 000 ans? Byrd 1968 2164 m 80 000 ans Vostok 1996 3623 m 400 000 ans EPICA Dome C Dec. 2004 3270 m 800 000 ans
«Thermomètre isotopique» temperature ( C) -60-50 -40-30 -20-10 0 0-100 -200-300 dd ( ) y = 6.34x - 62.07 R 2 = 0.90-400 -500
orages de Climate Vostokand et EPICA Greenhouse Dôme C Gases (Antarctique) during the last 650 Kyrs az à effet de serre et climat : ariations EPICA naturelles, Dome Cnotre «expérience grandeur nature» Indermuehle et al (submitted) EPICA project members (2004) Spahni et al (submitted) 1700 ppbv Vostok Pépin et al ( 2001) Petit et al (1999) Delmotte et al (2004) 375 378 ppm 300 280 Τ ( C) 4 2 0-2 260 240 220 200 180 CO 2 (ppmv) -4 800-6 -8-10 700 600 500 400 CH 4 (ppbv) 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 Age (yr (années BP) passées)
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 carbone circulation de l océan, de l atmosphère, végétation - Phénomènes non linéaires (effets de seuil) Zone clé = hémisphère nord La 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» kyr BP 60 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0-50 -100 30 W/m² 0 45N JJA -30 passé actuel futur
125 000 ans d histoire des températures au Groenland -32 δ O glace ( ) -36-40 GRIP -32-44 -36-40 δ 18 O glace ( ) NorthGRIP -44 0 20 40 60 80 100 age (années avant maintenant) 120x10 3
Changements rapides : antiphase Groenland / Antarctique -33 a δ 18 O [ / ] -36-39 -43 A1 A2 Byrd δd corr [ / ] -42-380 -400-420 -440 δ 18 O corr [ / ] -46-49 -52 800 ACR ATM 1 DO1 ATM 2 2 ATM 4 5 4.1 6 3 ATM 8 3 4 5 6 7 DO8 10 11 DO12 9 4.1 7 10 11 9 ATM 12 EDML EDC NorthGRIP -44-48 -52-33 -37-41 T surf [ C] δ 18 O [ / ] CH 4 [ppbv] 650 500 Greenland CH 4 composite -45 350 EDML 10000 20000 30000 40000 50000 60000 GICC05 age [yr BP]
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 de CO 2 (Gt C/an) 25 20 15 Emissions de CO 2 10 A1B A1T A1F1 A2 B1 B2 A2 = monde hétérogène A1F1 = forte contribution fossiles (A1 forte croissance, monde homogène) A1B = équilibre des sources Concentrations en B2 = monde convergent - développement CO 2 environnemental ppm CO2 5 1100 B1 = monde convergent technologique A1T = prédominance non-fossiles 900 700 500 300 2000 2050 2100 Année
Conséquences sur la température globale Changement de température ( C) Tous scénarios économiques Incertitude sur climat Scénario moyen Incertitude sur modèles 900 ppm 500 ppm «Sensibilité» des modèles Années
3 C en moyenne : jusqu à 6 C aux pôles
Changement climatique passé et futur : modélisation Réchauffement simulé : depuis le dernier maximum glaciaire Pour un doublement du CO2 Pour un quadruplement du CO2 Moyenne globale 4.2 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 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 C Sinon 3.5 à 6 C ou plus Expérience grandeur nature sur le climat de notre planète Le 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 1990 Pas d engagement pour USA, Australie, Chine, Inde (50% des émissions) Mécanismes spécifiques (difficultés actuelles sur le marché du CO 2 ) 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 CO 2 Rôle considérable de chacun d entre vous «citoyens-consommateurs»
Concrètement Origine des rejets de gaz à effet de serre en France Rappel : il faut les diviser par 4 pour stabiliser le climat Déchets Riziculture Décharge Incinération Eaux usées Autres Aérien Déjections Routier griculture Fermentations Sols Energie Fer Maritime Transport Gaz fluorés Autre Energie Fuites Transformations Gaz fluorés Raffinage Electricité et chauffage Résidentiel Industrie Gaz fluorés Autres Gaz fluorés (prod) Solvants Métaux Produits minéraux Chimie Combustions Tertiaire Gaz fluorés Solvants et produits divers Résidentie et tertiaire
Changement climatique : n formidable défi pour le 21 ème siècle et au-delà Prévoir pour s adapter Agir pour limiter les dégâts Pour un développement durable Économie Équitable Viable Durable Social Environnement Vivable
Livre de poche 8-12 ans Les MiniPommes, Le Pommier, Paris, septembre 2005 Peut être utilisé en défi lecture, théâtre Idées de quelques expériences à faire en classe ----- 2007-2009 Année Polaire Internationale Nombreux efforts de communication vers le mond de l éducation autour des projets scientifiques (www.ipev.fr)
Série de 11 posters format A2 pour expositions (collèges, médiathèques ) pour collégiens Contact : valerie.masson@cea.fr
CO 2 : 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