Le climat : la Terre et les Hommes

Valérie Masson-Delmotte, Pascale Braconnot, Jean Poitou

Description

Au cours de son histoire, notre planète a connu des conditions climatiques très diverses. Comment fonctionne la machine climatique ? Qu’est-ce que le climat global ? Pourquoi et comment a-t-il changé au cours des temps géologiques ? Comment se situe le changement climatique en cours dans ce contexte géologique et historique ? Le réchauffement en cours est marqué par des phases d’accélération et de ralentissement, et des amplitudes différentes selon les régions. Comment faire la part des facteurs naturels et des activités humaines dans ce réchauffement récent ? À quels risques climatiques serons-nous amenés à faire face, pour les prochaines décennies, et les prochains siècles ? 

 

Les sciences du climat ont construit des méthodes d’observation, d’analyse, de modélisation et de reconstitution des climats passés qui permettent de répondre à ces questions. Cet ouvrage, clair et précis, présente ainsi les acteurs du climat, leurs interactions, leurs échanges avec toutes les composantes de l’environnement terrestre, cet environnement qui est à la fois conditionné par le climat et affecte son évolution.  Il en résulte un système qui génère sa propre variabilité, et peut produire des variations abruptes, comme en témoignent les climats passés. C’est également un système qui va réagir à des perturbations, qu’elles soient naturelles ou liées à l’influence humaine, avec des mécanismes complexes de rétroactions. La modélisation du climat est donc centrale pour décrypter les causes des changements récents ou passés, et pour anticiper les futurs possibles.

Sujets

• Sciences de la nature
• Sciences de la terre
• Sciences expérimentales
• Physique
• Sciences fondamentales
• Sciences et techniques
• Environment
• Environnement

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 12 février 2015
• Nombre de lectures: 0
• EAN13: 9782759817597
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

LE CLIMAT : LA TERRE ET LES HOMMES Jean Poitou, Pascale Braconnot et Valérie MassonDelmotte Préface de Jean Jouzel

Collection«Une Introduction à» dirigée par Michèle Leduc et Michel Le Bellac

Le climat : la Terre et les hommes

Jean Poitou, Pascale Braconnot et Valérie Masson-Delmotte

17, avenue du Hoggar Parc d’activités de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France

Dans la même collection Le laser Fabien Bretenaker et Nicolas Treps, préface de C. H. Townes Le monde quantique Michel Le Bellac, préface d’A. Aspect Les planètes Thérèse Encrenaz, préface de J. Lequeux Naissance, évolution et mort des étoiles James Lequeux La fusion thermonucléaire contrôlée Jean-Louis Bobin Le nucléaire expliqué par des physiciens Bernard Bonin, préface d’É. Klein Mathématiques des marchés financiers Mathieu Le Bellac et Arnaud Viricel, préface de J.-Ph. Bouchaud Physique et biologie Jean-François Allemand et Pierre Desbiolles La cryptologie Philippe Guillot L’aventure du grand collisionneur LHC Daniel Denegri, Claude Guyot, Andreas Hoecker et Lydia Roos, préface de C. Rubbia

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©2014, EDP Sciences, 17, avenue du Hoggar, BP 112, Parc d’activités de Courtabœuf, 91944 Les Ulis Cedex A Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés réservés pour tous pays. Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l’éditeur est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et d’autre part, les courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 122-4, L. 122-5 et L. 335-2 du Code de la propriété intellectuelle). Des photocopies payantes peuvent être réalisées avec l’accord de l’éditeur. S’adresser au : Centre français d’exploitation du droit de copie, 3, rue Hautefeuille, 75006 Paris. Tél. : [phone]. ISBN978-2-7598-0881-6

Préface

Avant-propos

Introduction

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Table des matières

Le système climatique : l’atmosphère et l’océan 1.1. . . . . . . . . . . . . . . .La Terre, planète chauffée par le Soleil 1.2L’atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 1.2.1Gradient de température et stabilité verticale de l’atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2La convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .La subsidence 1.2.4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . Les vents 1.3L’océan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1. . . . . . . . . . . . . .La circulation océanique de surface 1.3.2La circulation océanique profonde : circulation thermohaline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4Échanges atmosphère océan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Les acteurs du climat et leurs interactions 2.1Le cycle de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2Le cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1Les océans et le cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2. . . . . . . . . .La partie continentale du cycle du carbone 2.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . L’effet de serre 2.4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . Les nuages 2.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Les aérosols . . . . . 2.5.1Effet direct des aérosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Effet indirect des aérosols 2.5.3Effet global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. . . . . . . . . . . . .Rôle de l’océan dans la machine climatique 2.7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Interactions cryosphère-climat . 2.8Interactions biosphère continentale - climat . . . . . . . . . . . . . 2.9Interactions du climat avec les continents et la lithosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10Les échanges de matière et les temps caractéristiques des processus climatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11Forçages, rétroactions et sensibilité climatique . . . . . . . . . . . 2.12Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Diversité des climats et variabilité à grande échelle 3.1La diversité des climats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1Le rôle du soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2La diversité géographique des climats . . . . . . . . . . . . 3.1.3. . . . . . . . . . . . . . . . .La variabilité météorologique 3.2. . . . .Les modes de variabilité : oscillations océan-atmosphère 3.2.1El Niño – La Niña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2L’oscillation nord-atlantique (NAO,North Atlantic Oscillation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .) . 3.2.3Autres exemples d’oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

La modélisation du climat 4.1Une évolution rapide des modèles de climat . . . . . . . . . . . . 4.2. . . . . . . . . . . . . . . .Les fondements des modèles de climat 4.2.1Grilles et résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2Les paramétrisations physiques . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3. . . . . . .Les autres composantes des modèles de climat 4.2.4. . . . . . . . . . . . . .Le couplage entre les composantes 4.3L’ajustement des modèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1Les différents types de simulations . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2. . . . . . . . . . . . . . . . .Les ensembles multi-modèles 4.3.3L’évaluation des modèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4Les modèles de complexité intermédiaire . . . . . . . . . . . . . . 4.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Les modèles régionaux 4.6Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Table des matières

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Le réchauffement 5.1Les températures mesurées depuis 1880 . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. . . . . . .Des témoins du réchauffement dans l’environnement 5.2.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . .Les températures extrêmes 5.2.2Fonte de la banquise et des glaciers . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3Phénologie des êtres vivants . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3Qu’est-ce qui peut faire changer le climat ? . . . . . . . . . . . . . 5.3.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . .Les changements globaux . 5.3.2Les changements régionaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Le court terme 5.4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Conclusion . . . . . . . .

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Les perturbations du climat, facteurs anthropiques et naturels123 6.1Le dioxyde de carbone CO 2 123. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1L’accumulation du CO 2 . . . . . . . . . . dans l’atmosphère 124 6.1.2L’origine anthropique du CO 2 126ajouté à l’atmosphère . . . . 6.1.3Les puits naturels de CO 2 126. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2Autres gaz à effet de serre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.1La vapeur d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.2Le méthane CH 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3L’oxyde nitreux ou protoxyde d’azote N 2 . . . . . . . . . O . 130 6.2.4. . Les gaz industriels : CFC, HCFC, SF6. 130. . . . . . . . . . . 6.2.5. . . . . . . . . . . 132La contribution indirecte de gaz réactifs 6.3. . . . . . . . 133La part des divers gaz à l’effet de serre additionnel . 6.4135. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le changement d’usage des sols . 6.5137. . . . . . . Les autres causes possibles de perturbation du climat 6.5.1Les aérosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.5.2Trainées des avions à réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.5.3Les volcans 138. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.4La contribution du soleil 140. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6. . . . . . . . . . . . . 140Effet combiné des différentes perturbations 6.7Détection et attribution des perturbations anthropiques sur le climat récent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.7.1142. . . . . . . . . Simulations avec des ensembles de modèles 6.7.2. . . . . Détection/attribution des différents facteurs en jeu 144 6.8146Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Variations passées du climat 7.1Forçages et rétroactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1Les forçages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7.1.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Les rétroactions Archives et proxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sur les continents 7.2.2Dans les océans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3Datation des archives climatiques . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4. . . . . . . . . . . . . .Incertitudes sur les reconstructions Les derniers 60 millions d’années : de la Terre«serre» à la Terre«glaciaire». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1. . . . . . . . . . . . . . . . .Les glaciations du Quaternaire 7.3.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Entrée en glaciation 7.3.3Sortie de glaciation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4La période interglaciaire actuelle : l’Holocène . . . . . . . . Instabilités abruptes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1Les événements de Dansgaard-Oeschger . . . . . . . . . . . 7.4.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Autres instabilités Le dernier millénaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.1Les facteurs de l’évolution du climat . . . . . . . . . . . . . 7.5.2Reconstruction de l’histoire du climat du dernier millénaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.3Que nous apprend le climat du dernier millénaire ? . . . . . Changements climatiques en cours et futurs dans la perspective de l’évolution passée du climat . . . . . . . . . . . . Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quel climat demain ? 8.1Tester un ensemble de possibles : les trajectoires radiatives représentatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2Les projections climatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1L’évolution de la température . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. . . . . .La répartition géographique du réchauffement 8.3Couplage entre le climat et le cycle du carbone . . . . . . . . . . 8.4. . . . . .Incertitudes sur l’amplitude du réchauffement simulé 8.4.1Réponse directe au CO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2Les nuages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.3. . . . . .Autres sources d’incertitudes dans les modèles 8.5. . . . . . . . . . . . . . . . . .Incertitudes et horizon temporel 8.5.1Incertitudes liées à la variabilité interne du climat . . . . . 8.5.2Autres sources naturelles d’incertitudes . . . . . . . . . . 8.6Cycle hydrologique et extrêmes de précipitation . . . . . . . . .

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La fonte de la calotte glaciaire et la circulation thermohaline de l’océan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Traduction environnementale, études de vulnérabilité et d’impacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8.1Les événements extrêmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8.2À l’échelle régionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Conclusion

Index

Des livres récents sur le climat

Des sites internet qui parlent du climat

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Préface

«Paris Climat 2015». Initialement connu du seul cercle des initiés, ce nom prend progressivement une signification pour un public élargi, et ce d’autant plus que la conférence organisée aux Nations-Unies à New-York en septembre 2014 a mis en exergue l’importance de ce rendez-vous pour notre climat. Des personnes de plus en plus nombreuses sont sensibilisées à ce qui en sera l’objectif clé : mettre en oeuvre des mesures qui permettent qu’à long terme le réchauffement moyen ◦ lié aux activités humaines n’excède pas 2 C par rapport aux conditions qui pré- valaient avant le début de l’ère industrielle. Ces personnes ont compris que si nous n’adoptons pas un mode de développement moins émetteur qu’aujour- d’hui en gaz à effet de serre, ce réchauffement pourrait atteindre le double d’ici la fin du siècle et avoir alors des conséquences auxquelles il serait extrêmement difficile et très dispendieux de s’adapter. Mais beaucoup se posent aussi des questions face à cet immense défi. Que peut-on vraiment connaître des conditions climatiques qui régneront dans une centaine d’années et au-delà ? Les conséquences du réchauffement sont-elles aussi négatives qu’annoncé ? Ne serait-il pas plus simple de s’y adapter plutôt que de modifier notre mode de vie ? Quelles solutions mettre en œuvre et à quel coût ? À l’évidence, si une réponse négative – ou simplement trop incertaine – était apportée à la première de ces questions, les autres perdraient de leur pertinence. Le diagnostic des scientifiques du climat est la clé de voûte du débat sur le ré- chauffement climatique, ses conséquences et les solutions à mettre en œuvre pour y faire face. C’est à cette tâche que s’est attelé le GIEC – le Groupe d’ex- perts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat – qui depuis 25 ans a pu- blié 5 rapports complets en 3 volumes chacun : le premier de ces volumes est consacré aux«Eléments scientifiques du changement climatique», le deuxième a pour objet«les impacts, la vulnérabilité et l’adaptation», et le troisième«l’at- ténuation»; l’ensemble de ces trois documents est complété par un rapport de synthèse. Ces rapports du GIEC, auxquels ont contribué des milliers de scienti- fiques, jouent un rôle essentiel dans les négociations climat grâce, notamment,