Topo pour les nuls sur le réchauffement climatique

 
Les mécanismes qui régissent le climat sont-ils bien identifiés ?
 
La puissance du flux lumineux solaire, dans l’espace à la distance Terre-Soleil, est de 1,3 kW/m². En pratique et en moyenne, cette puissance au sol est bien moindre pour plusieurs raisons :
 
1- L’alternance des jours et des nuits ;
2- L’inclinaison du soleil, au cours de la journée, dans son plan de révolution ;  
3- L’inclinaison du plan de révolution par rapport au zénith ;
4- Un tiers de cette puissance n’est pas perçue par la Terre en raison d’une réflexion directe vers l’espace.
 
La répartition de destination de la lumière solaire est la suivante:
 
Ce qui est intéressant à retenir, c’est la répartition entre les 3 grandes masses que sont l’atmosphère, la masse océanique et l’ensemble des continents.
On peut ajouter, pour les continents et de manière beaucoup moins significative, un flux de chaleur issu de l’intérieur de la Terre qui alimente les sols, dû à l’énergie d’accrétion initiale et à la radioactivité de certains de ses composants. Ce sont les fluides (air de l’atmosphère et eaux des océans) qui tendent à réduire les écarts de températures entre les différentes zones géographiques, en se déplaçant (vents, courants marins). Enfin, l’équilibre thermique de la Terre est maintenu par émission de lumière infrarouge par cette dernière, de plus basse fréquence que celle reçue du soleil (corps beaucoup plus chaud que la Terre et qui émet dans le visible)
 
Certains gaz  - principalement CO2 et H2O - présents dans l’atmosphère absorbent cet infrarouge, puis rayonnent  dans toutes les directions, ce qui a pour effet d’amplifier la lumière reçue par les sols et les basses couches atmosphériques, qui donc se réchauffent davantage :  Cet effet s’appelle l’effet de serre.
Les gaz à effet de serre (GES) contribuent à maintenir une température propice à la vie car sans eux la température moyenne sur Terre serait 30° plus basse !
On observe également sur d’autres planètes du système solaire un effet de serre : Ce dernier est très important sur Vénus en raison d’une atmosphère dense principalement constituée de CO2, ce qui explique la température anormalement élevée qui y règne (450 °C).
 

Figure 1 - Schéma du bilan énergétique de la surface du sol. L’effet de serre (en haut et à gauche de la figure) est le suivant : une fraction du rayonnement infrarouge traverse l’atmosphère, mais l’essentiel est absorbé et réémis dans toutes les directions par les molécules de gaz à effet de serre et les nuages; le résultat en est un réchauffement de la surface et des basses couches atmosphériques.
 
L’effet cumulatif des gaz à effet de serre
 
Lorsqu’une molécule de gaz absorbe un photon, elle est excitée mais ne reste dans cet état qu’un temps très court pour retomber dans son état initial. Cela se fait de deux manières :
-   en émettant spontanément un photon de même fréquence
- en entrant en collision avec une autre molécule à qui elle transmet son surplus d’énergie, laquelle émettra ultérieurement un nouveau photon.
Le photon infrarouge réémis par l’un de ces deux processus le sera de façon aléatoire dans n’importe quelle direction et sera de nouveau absorbé, et ainsi de suite. La concentration naturelle du gaz carbonique à basse altitude est suffisante pour que le rayonnement infrarouge émis par le sol aux fréquences des bandes d’absorption du CO2 soit totalement intercepté. Mais, lorsque des molécules de gaz absorbent du rayonnement issu de la Terre, elles en émettent peu après dans toutes les directions, donc vers la Terre aussi. Ces absorptions-émissions ne prennent fin que dans la haute atmosphère, là où la densité de molécules devient suffisamment faible pour qu’un photon émis puisse s’échapper vers l’espace sans être absorbé par une autre molécule. Ce sont donc les photons quittant cette haute atmosphère qui doivent équilibrer celle du rayonnement solaire absorbé par la Terre.
Le problème est que plus il y a de gaz à effet de serre, plus cette altitude est élevée. Cette augmentation d’altitude s’accompagne d’une baisse de la température des molécules « utiles », lesquelles évacuent avec une puissance plus faible qu’à plus basse altitude. Ce phénomène contribue ainsi à amplifier l’effet de serre et accentue le réchauffement à basse altitude.
 
Le climat évolue naturellement
 
La Terre a beaucoup évolué au cours des âges géologiques. Initialement, son atmosphère était essentiellement composée de dioxyde de carbone, avant que la photosynthèse liée à l’apparition de la vie, il y a 3,5 milliards d’années, ne la transforme pour lui donner la composition que nous connaissons actuellement. La dérive des continents a complètement modifié la géographie du globe, avec son dernier épisode, la dislocation de la Pangée il y a 200 millions d’années. Le climat de la terre a nécessairement été profondément affecté par ces changements majeurs. Plus récemment, au cours du dernier million d’années, il a évolué, de façon assez bien connue, sous l’influence d’autres causes naturelles qui ont toujours existé et continueront à jouer un rôle au cours des prochaines dizaines de millénaires.
 
1-Tout d’abord, la Terre ne tourne pas toujours de la même façon autour du Soleil, à cause de l’attraction des autres planètes et de la Lune : l’axe de rotation autour duquel la planète tourne sur elle-même en un jour est plus ou moins incliné par rapport au plan dans lequel elle accomplit sa rotation annuelle autour du soleil, l’aplatissement de l’ellipse qu’elle décrit dans ce plan est plus ou moins marqué, le mois au cours duquel la Terre est au plus près du Soleil varie régulièrement. Toutes ces variations se produisent lentement, avec des périodes qui se mesurent en dizaines de milliers d’années. Elles provoquent des changements dans la manière dont le Soleil éclaire notre planète de l’angle et sont à l’origine des grands cycles glaciaires interglaciaires qui ont une amplitude de l’ordre de 6 °C et une période de 100 000 ans. Nous sommes depuis 10 000 ans dans une période interglaciaire, donc chaude.
 
2- Le Soleil connaît lui-même une variabilité qui se manifeste en particulier par la présence de taches sur le soleil dont le nombre varie avec un cycle de 11 ans. Toutefois, ce cycle affecte le rayonnement solaire essentiellement dans la gamme de l’ultraviolet et se retrouve donc dans le comportement des parties les plus élevées de l’atmosphère terrestre qui l’absorbe : ionosphère (altitude de 100 km et au-delà) et, dans une moindre mesure, stratosphère (altitude d’environ 30 km, voir fiche ozone).  Il n’affecte que peu l’énergie totale rayonnée et son influence est détectée, mais très faible dans les phénomènes climatiques. Des variations à long terme du rayonnement total, comme un accroissement depuis le minimum, dit de Maunder, observé à la fin du XVIIe siècle dans le nombre de taches solaires, sont possibles, mais d’amplitude limitée.
 
3- Un autre paramètre jouant un rôle sur la température au sol est l’activité volcanique. Lors de fortes éruptions volcaniques, des poussières atteignent la stratosphère (au-dessus de 15 km) et peuvent y rester pendant une ou deux années avant de retomber vers le sol. Ces particules constituées essentiellement d’oxydes de soufre jouent un rôle d’écran pour le flux solaire incident, ce qui a pour effet de refroidir la surface. Lors de la dernière grande éruption du mont Pinatubo en 1991, un tel refroidissement de 0,5 °C a été observé sur une grande partie de la planète. Mais ces effets ne survivent à l’éruption que pendant un à deux ans.
 
 
Les activités humaines modifient le climat
 
Les activités humaines ont depuis le début de l’ère industrielle ajouté à ces causes naturelles de nouvelles causes de variation liées au changement de la composition de l’atmosphère qu’elles induisent. Les activités humaines ont changé la composition de l’atmosphère. En effet, l’observation systématique de l’atmosphère montre de façon incontestable une augmentation, depuis un peu plus d’un siècle, de sa teneur en gaz à effet de serre : gaz carbonique (CO2), méthane, protoxyde d’azote.
C’est ainsi, pour se limiter au plus important d’entre eux, que le nombre de molécules de CO2 qu’on trouve dans un million de molécules d’air est passé de 280 en 1850, avant le début de l’ère Industrielle à 400 aujourd’hui. On dit 280 ou 400 ppm, ppm étant l’abréviation de parties par million en volume. Cette augmentation annuelle de la concentration ne représente à peu près que la moitié de ce qu’elle serait si l’atmosphère avait retenu la totalité du gaz carbonique que l’humanité a Produit en brûlant du charbon, du pétrole et du gaz naturel. L’autre moitié du gaz carbonique produit est absorbée par l’océan et la biosphère. Il est donc vraisemblable que l’utilisation des combustibles fossiles soit responsable du changement de composition atmosphérique observé. Cela est confirmé par la diminution observée, bien que très faible en valeur relative, de la concentration d’oxygène, L’oxygène nécessaire à la fabrication du CO2 additionnel ayant été prélevé dans l’atmosphère. Enfin, des mesures de composition isotopique du carbone atmosphérique viennent compléter le faisceau d’arguments qui permettent d’attribuer de façon certaine le changement de la composition atmosphérique aux activités humaines.

 



Le changement du climat observé récemment
 
Svante Arrhénius en 1896 avait prévu que les activités industrielles provoqueraient l’augmentation aujourd’hui observée de la teneur en gaz à effet de serre et que cela se traduirait par un Réchauffement global de la planète. On a effectivement observé une augmentation de la température moyenne du globe estimée à 0,8° (à plus ou moins 0,2° près), depuis un peu plus d’un siècle. La température moyenne mondiale ne peut être obtenue qu’en composant l’ensemble des observations ponctuelles de la température locale, disponibles sur l’ensemble du globe terrestre. Elle n’est pas directement mesurable et comme toute moyenne, elle ne présente qu’un aspect de la réalité. La difficulté principale rencontrée dans sa détermination est l’absence de mesures de Température dans certaines régions du maillage mondial mis en place. Les divers auteurs traitent ce problème de façon différente, ce qui explique de petites variations dans les résultats obtenus. Certains ne tiennent pas compte de ces régions, ce qui revient à leur attribuer une valeur égale à la moyenne mondiale. D’autres pensent plus représentatif de la réalité d’attribuer à ces régions la moyenne des régions adjacentes, en faisant remarquer qu’il existe généralement une corrélation forte entre les variations de régions voisines. Les résultats obtenus sont peu différents, mais peuvent conduire à des modifications de détail du classement des années par ordre de température croissante. Le record absolu peut ainsi être attribué soit à 1998 soit à 2005. Par contre, à condition de conserver la même méthode de traitement des observations, chacune de ces approximations d’une vraie moyenne mondiale est un paramètre dont l’évolution traduit de façon synthétique la tendance générale des variations des températures observées sur l’ensemble de la Terre. Bien d’autres indicateurs que la température globale confirment le réchauffement mondial : mesures locales de la température, fonte des glaciers sur tous les continents et à toutes les latitudes, diminution de l’enneigement dans l’hémisphère nord, mesure de l’élévation du niveau de la mer (3 mm par an) due pour partie à la dilatation de l’eau dont la température augmente et pour partie à la fonte des glaces continentales, changements observés de systèmes physiques et biologiques cohérents avec les augmentations locales de température. Ce réchauffement n’est pas uniformément réparti ; les océans possèdent notamment une grande capacité thermique et leur effet régulateur sur les températures est bien connu. Ils se réchauffent donc moins que les continents. Ces derniers connaissent donc une augmentation de leur température supérieure à celle de la moyenne mondiale. On observe en outre que l’accroissement de la température est particulièrement fort dans les régions les plus septentrionales d’Amérique, d’Europe et d’Asie. Ce résultat qui peut paraître surprenant est dû au fait que la turbulence de l’atmosphère diminue quand la latitude croît et que la fonte de la glace et de la neige qui sont des surfaces blanches réfléchissantes, diminue la part de l’énergie solaire réfléchie vers l’espace. Les précipitations sont également affectées par ce changement climatique, certaines régions étant plus arrosées et d’autres moins. On lit parfois l’assertion que «la température a cessé de croître depuis le début du siècle» :
Comme on vient de le voir, certains classements indiquent que le record absolu a été atteint en 1998, et que les températures moyennes annuelles ont été moins élevées depuis lors. Outre le fait que d’autres méthodes de calcul de la température moyenne attribuent le record à 2005, les variations aléatoires d’une année à la suivante interdisent toute conclusion basée sur une année seulement et seules les moyennes sur plusieurs années ont un sens. L’étude de l’évolution de la température la plus récente, publiée en janvier 2010 par la NASA, conclut que la dernière décennie a été la plus chaude jamais enregistrée, la dernière année 2009 se classant au 3^e rang après 2005 et 1998. Ces fluctuations à des échelles de temps d’une décennie ou un peu plus peuvent être attribuées à diverses causes. La dynamique des masses d’eau océanique figure au premier rang d’entre elles. En effet, lorsqu’on accroît la quantité de GES dans l’atmosphère, la Terre reçoit plus d’énergie qu’elle n'en envoie dans l’espace et sa température augmente jusqu'à ce qu’un nouvel équilibre soit atteint. L’océan, à cause de sa grande capacité thermique, a ainsi absorbé plus de 90 % de cet excès d’énergie et il suffit que des mouvements verticaux fassent pénétrer plus ou moins profondément ce réchauffement pour que sa température de surface en soit affectée. Or, c’est elle qui compte pour la dynamique du climat en général.
 
La modélisation numérique du climat
 
Les modèles climatiques simulent numériquement les processus physiques bien connus qui régissent la dynamique et la thermodynamique des fluides (océan et atmosphère) et les échanges d’énergie entre le rayonnement infrarouge et les molécules de certains gaz (des expériences en laboratoire et la mécanique quantique ont permis de déterminer avec précision les spectres d’absorption correspondants). Les ordinateurs sont des auxiliaires indispensables pour décrire ces phénomènes complexes obéissant à des équations non-linéaires dans un milieu stratifié verticalement et variable horizontalement. L’utilisation d’ordinateurs est parfois considérée comme introduisant un doute sous l’argument fallacieux que certaines modélisations numériques, dans d’autres domaines, ont conduit à des résultats démentis par l’expérience. Or dans tous les cas, ce n’est pas l’ordinateur qui est responsable des succès et des échecs. Ce qui importe, c’est la bonne connaissance des phénomènes qu’on se propose de reproduire numériquement. Les résultats des modélisations du climat sont cependant affectés d’incertitudes, liées pour l’essentiel à l’impossibilité pratique de simuler, dans des temps de calcul réalistes, les phénomènes de faible échelle spatiale (inférieure à 100km) On est donc conduit à introduire des paramètres les décrivant de façon empirique. L’incertitude sur les résultats est évaluée en comparant la sortie des modèles pour les diverses paramétrisations envisageables. C’est ainsi que l’augmentation de la température moyenne mondiale provoquée par un doublement de la concentration des gaz à effet de serre est estimée comme étant dans la fourchette 1,5° à 4,5°. La validation des modèles climatiques repose sur leur capacité à reproduire les phénomènes climatologiques observés et les évolutions passées du climat. Il est parfois reproché aux modèles de «négliger le rôle de la vapeur d’eau alors qu’il est essentiel ». Ce reproche est totalement infondé. Il est vrai que la vapeur d’eau est le plus efficace des gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère. Son action est responsable de 60 % de «l’effet de serre» naturel sans lequel la Terre connaîtrait une température d’une trentaine de degrés inférieure à ce qu’elle est. Par contre, l’injection de vapeur d’eau dans l’atmosphère est sans effet durable sur la concentration de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, dans la mesure où sa durée de résidence dans l’atmosphère n’est que de une à deux semaines. Cette injection ne modifie donc pas le climat. Par contre, la durée de vie atmosphérique du CO2 est supérieure à un siècle et sa concentration dans l’atmosphère est modifiée durablement par les rejets humains qui peuvent donc induire une évolution du climat. Si la vapeur d’eau n’est pas directement responsable du changement climatique, elle y joue cependant un rôle : l’augmentation de la température provoque un accroissement de sa concentration dans l’atmosphère qui provoque un réchauffement complémentaire et crée une boucle de réaction amplificatrice que les modèles prennent en compte. Cette augmentation de la vapeur d’eau atmosphérique a été effectivement observée au cours des vingt dernières années.
 
Les modèles numériques reproduisent-ils les observations récentes ?
 
L’observation d’une augmentation de la température moyenne mondiale est qualitativement en accord avec le changement de composition observé de l’atmosphère. Grâce aux modèles numériques de simulation du climat, il est possible d’examiner si les réchauffements observés sont quantitativement cohérents avec les résultats des modèles. Lorsque ces derniers prennent en compte la totalité des phénomènes connus d’origine naturelle ou humaine, leurs résultats sont en accord satisfaisant avec les observations qu’il s’agisse de la température moyenne mondiale, de la température moyenne des continents, de la température moyenne des océans. Bien que les sources d’erreur croissent lorsqu’on s’intéresse à des régions plus localisées, l’accord reste significatif pour chacun des continents pris individuellement.
Par contre, le désaccord est flagrant entre les observations et les résultats des modélisations dans lesquelles on a délibérément ignoré les changements de transfert d’énergie induits par la présence accrue de gaz à effet de serre entre les molécules de ces gaz et le rayonnement infrarouge. Autrement dit, les phénomènes naturels n’expliquent pas les observations récentes. En particulier, les variations observées par satellite du rayonnement solaire total sont insuffisantes pour expliquer le réchauffement observé et ceux qui soutiennent que les variations du rayonnement solaire jouent un rôle plus important que celui de la composition atmosphérique sont contraints de postuler des phénomènes d’amplification qui restent à évaluer. Pour l’instant, les objections à cette thèse sont triples. Premièrement, l’effet de serre lié au changement de la composition de l’atmosphère suffit à expliquer quantitativement les observations climatiques et un effet plus important du soleil devrait conduire à un réchauffement plus important que celui qui prévaut. Deuxièmement, le cycle de 11 ans du soleil est beaucoup plus important que ses variations à l’échelle de quelques décennies et devrait donc se traduire par une périodicité marquée de 11ans dans les variations du climat. Enfin, l’accroissement de la température observé diminue avec l’altitude et fait même place à une diminution au niveau de la stratosphère. Cette variation avec l’altitude ne peut être expliquée par une variation du rayonnement solaire, alors qu’elle est prédite par les modèles qui simulent la modification du transfert de rayonnement provoquée par l’augmentation de la concentration des gaz absorbant le rayonnement infrarouge. En particulier, dans la basse stratosphère, la température croît avec l’altitude à cause de l’absorption par l’ozone du rayonnement ultraviolet du soleil et le rayonnement du CO2 devient essentiellement une perte locale d’énergie dont l’importance accrue explique le refroidissement observé.
 
Les changements climatiques qui se produiront au cours du XXIe siècle
Seuls, les modèles numériques simulant les phénomènes réels permettent d’estimer les modifications que les émissions anthropiques pourraient faire subir au climat mondial au cours des décennies à venir. Encore faut-il pour cela les alimenter par une évolution de ces émissions. Les émissions de gaz à effet de serre dépendent de facteurs humains, par essence imprévisibles, tels que démographie, vitesse de développement économique, nature des échanges, comportements. On est donc conduit à développer des scénarios qui pavent le domaine du possible.
 
Evolution du climat en l’absence d’actions volontaristes
 
La première famille de scénarios qui a été utilisée repose sur l’absence d’actions volontaristes visant à réduire l’ampleur du changement climatique. La tendance actuelle est une croissance rapide des émissions, en particulier de celles de CO2, 80 % de l’énergie commercialisée étant produite grâce aux combustibles fossiles. On est donc conduit à envisager en 2100 des concentrations de CO2 pouvant atteindre 1000 ppm, soit plus de 3,5 fois la concentration préindustrielle.
 

 
L’incertitude propre aux modèles, évoquée ci-dessus, s’ajoute à la difficulté de choisir le bon scénario d’évolution des émissions. Le résultat est une augmentation de la température mondiale en 2100 Allant de 1 à 6 °. Ces valeurs numériques peuvent apparaître faibles, si on les compare aux variations vécues au quotidien. Pour en mesurer l’ampleur, il convient de rappeler qu’il s’agit de moyennes mondiales et qu’une Terre en période glaciaire avec 3 km de glace d’épaisseur sur le nord de l’Europe ne diffère de l’actuelle que par 6° de la température moyenne.

 
La température moyenne ne suffit évidemment pas à caractériser le climat et des variations géographiques importantes sont simulées. Pour des raisons déjà exposées, l’augmentation de température des continents est de l’ordre du double de la moyenne et celle des régions septentrionales le triple.
 

 
En outre, les précipitations sont affectées, les modèles simulant tous leur augmentation sur l’Europe du nord surtout en été et leur diminution sur le pourtour méditerranéen surtout en été.
 

 
La limitation des émissions pour réduire l’ampleur du changement climatique
 
Le quatrième rapport du Giec a fourni la gamme des températures mondiales moyennes que risque d’atteindre notre planète pour une valeur plafond de la concentration en CO2 équivalent allant de 450 à 1 000 ppm. Cette notion de concentration en CO2 équivalent consiste à exprimer la moyenne au cours des années à venir du pouvoir de réchauffement de l’ensemble des gaz à effet de serre par la concentration du changement du seul CO2 (le principal gaz à effet de serre) qui aurait conduit à la même valeur. Il est nécessaire de préciser le nombre d’années considérées, car tous les gaz n’ont pas la même durée de vie. Conventionnellement, en l’absence d’indication contraire, on se fixe 100 ans.
 
L’objectif de la Convention sur le changement climatique est de limiter à 2° l’augmentation admissible de la température moyenne mondiale. Cependant, les engagements  concrets sur les limitations des émissions de GES pour parvenir à ce résultat sont aujourd’hui inexistants
 

 
Pour une concentration de 450 ppm équivalent (proche de la valeur actuelle avec une concentration du CO2 seul de plus de 380 ppm), l’augmentation de température serait de 1,5 à 3° et pour 1 000 ppm de 4 à 8°. Pour limiter cette concentration au voisinage de 500 ppm équivalents, il faudrait que les émissions totales mondiales soient divisées par 2 d’ici à 2050. Les émissions françaises étant par habitant le double de la moyenne mondiale, il faudrait donc que ces émissions soient divisées par un facteur 4, si on admet que chaque habitant de la planète a le droit d’émettre la même quantité de CO2 équivalent. En dépit de l’inconvénient que présente un changement des hypothèses pour la comparaison entre rapports successifs, il a été décidé, pour les modélisations récentes dont rend compte le cinquième rapport, de faire appel à de nouveaux scénarios appelés «Évolutions représentatives des concentrations» de GES (Representative Concentration Pathways ou RCP en anglais). En effet, il était nécessaire de remettre à jour des scénarios d’émission élaborés il y a plus de dix ans, et en particulier de faire appel à des scénarios correspondant à des politiques volontaristes de réduction des émissions qui sont maintenant sérieusement envisagées. Pour éviter de consacrer un grand nombre d’années à étudier la faisabilité de ces nouveaux scénarios avant que les Climatologues puissent les utiliser, il a été décidé de choisir a priori un nombre limité de variations des concentrations au cours du XXIe siècle, considérées comme représentatives des futurs possibles. Un travail important de chercheurs de toutes les disciplines concernées a permis de retenir quatre évolutions représentatives des concentrations de gaz à effet de serre ou RCP. Ces quatre scénarios ont été choisis parmi ceux qui intègrent, de façon cohérente, les évolutions du monde socio-économique, des émissions, des concentrations, du climat et leurs conséquences. L’évolution la plus modérée des concentrations de GES et donc le forçage le plus faible correspond aux politiques les plus volontaristes des réductions d’émission. L’autre extrême correspond au maximum des émissions envisagées dans la littérature. Les deux autres RCP correspondent à des hypothèses intermédiaires. Les quatre « Évolutions représentatives des concentrations » incluent tous les facteurs susceptibles d’influencer le climat. Elles correspondent pour 2100 à des concentrations en CO2 équivalent de, respectivement, 478, 630, 800 et 1 300 ppm. Elles ne sont ni des prévisions ni des recommandations politiques. Leur seule ambition est d’être un outil de travail permettant d’explorer la gamme des évolutions possibles du climat et de ses conséquences, ainsi que la possibilité de respecter les évolutions des concentrations qu’elles supposent. Chaque RCP est utilisé en parallèle comme une hypothèse de départ pour les modélisations du climat et comme un objectif pour les mesures conduisant à une telle évolution des concentrations. L’utilisation de modèles de climat prenant en compte le cycle du carbone permet de calculer la quantité de CO2 qu’il faudrait émettre chaque année pour correspondre à un scénario donné. Dans le cas du scénario le moins émissif, qui est le seul permettant de limiter le réchauffement à 2 °C par rapport à la période préindustrielle avec une probabilité élevée, la moyenne des modèles indique que le cumul sur 2012-2100 des émissions de CO2 liées à l’ensemble des activités humaines doit être proche de 990 Gt. Or, en supposant que les émissions mondiales futures se stabilisent au niveau de 2014 - Cette hypothèse est optimiste : les émissions mondiales de CO2 ont augmenté en moyenne de 2% par an depuis 1990. En 2014 elles s’établissaient à environ 37 Gt - , ce cumul pourrait dépasser 1000 Gt dès 2040. Ce résultat montre que les émissions actuelles de CO2 ne sont pas compatibles avec le scénario le moins émissif. Les modèles précisent qu'elles doivent devenir pratiquement nulles à partir de 2050. En réalité, cela implique probablement de compenser les émissions de CO2 de la première moitié du siècle, en ayant recours en fin de siècle à des solutions technologiques telles que le captage du CO2 atmosphérique. Réduire dans de telles proportions les émissions est un défi redoutable. En particulier, 80 % de l’énergie commercialisée dans le monde sont produits à partir de combustibles fossiles. Les approches pour réduire les émissions correspondantes consistent tout d’abord à diminuer la quantité d’énergie nécessaire pour produire un service donné, comme une meilleure isolation thermique des bâtiments ou une amélioration des rendements de moteurs ou de processus. Une seconde piste consiste à produire l’énergie sans ou avec peu d’émissions de gaz à effet de serre. Une première manière d’atteindre cet objectif est, lorsque la taille de l’installation le justifie, de récupérer les gaz émis par la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz et d’éviter de les relâcher dans l’atmosphère en les stockant dans des structures souterraines adaptées. Cette approche est connue sous le nom de captage et stockage du CO2. Une deuxième manière est de faire appel à des procédés de production de l’énergie n’émettant pas de gaz à effet de serre : énergie hydraulique, énergie nucléaire (fission et fusion), énergies renouvelables.
 
Les conséquences du changement climatiques peuvent-elles être graves ?
 
 Les changements climatiques affectent déjà des systèmes physiques et biologiques sur tous les continents: retrait des glaciers de montagne, risque de chutes de rochers et de glaces, glissements de terrain, réduction de l’étendue et de l’épaisseur de la glace de mer arctique en été, floraisons précoces et périodes plus longues de croissance des plantes et de reproduction des animaux, vendanges plus précoces, migration en latitude et en altitude des plantes, des poissons, des oiseaux, des insectes, etc. Il est quasi-impossible que la cohérence entre les changements observés et le changement climatique actuel soit due au hasard. Les changements climatiques redoutés à l’avenir vont être lourds de conséquences plus sérieuses sur les ressources en eau, certains écosystèmes naturels, la santé, l’agriculture, la sylviculture, les systèmes côtiers et les zones de basse altitude qui seront affectées par la montée du niveau de la mer sous le double effet de la dilatation d’une couche océanique superficielle d’épaisseur croissante et de l’apport d’eau résultant de la fonte des glace de terre. Ce dernier phénomène pourrait entraîner des conséquences catastrophiques pour de nombreuses populations : la fonte de la calotte glaciaire du Groenland, possible d’ici quelques siècles ou peut-être moins encore, provoquerait une augmentation du niveau de la mer de plus de 5 mètres. Un certain nombre de mesures d’adaptation sont envisageables pour atténuer les effets du changement climatique. Il semble évident que les pays développés auront des possibilités d’adaptation supérieures à celles des pays qui le sont moins. Il faut donc s’attendre à ce que le déséquilibre nord sud s’en trouve accentué, avec l’apparition d’émigrés climatiques et la multiplication des problèmes associés aux demandes massives de migration.
 
La Terre a  connu dans le passé des températures beaucoup plus élevées
 
L’existence de changements climatiques au cours des âges géologiques n’est en rien incompatible avec celle d’un réchauffement actuel provoqué par les activités humaines et susceptible d’affecter sérieusement l’humanité du XXIe siècle. Certes, la planète Terre a connu des climats plus chauds et son existence n’est pas menacée par le changement climatique anthropique. En revanche, les 7 à 9 milliards d’individus qui l’habitent en verront  leur existence perturbée. L’analyse des cycles climatiques du dernier million d’années confirme qu’une augmentation de température provoque une augmentation de la concentration atmosphérique en CO2, notamment par suite du dégazage d’un océan plus chaud. Ce phénomène coexiste avec l’effet de serre, ce qui provoque une boucle de réaction amplificatrice et les phénomènes naturels ont tendance à amplifier le changement climatique et non à l’atténuer, comme certains optimismes infondés pourraient le laisser espérer.
 
L’épuisement des ressources mondiales en combustibles fossiles suffira-t-il à empêcher un bouleversement du climat ?
 
Il est vrai que les ressources du sous-sol sont en quantité finie et que les estimations des ressources en pétrole et en gaz naturel conduisent de façon convergente à penser que ces deux combustibles fossiles devraient commencer à se raréfier sérieusement d’ici quelques décennies. En revanche, le charbon est beaucoup plus abondant et ne sera vraisemblablement pas épuisé avant deux à trois siècles. Comme il produit plus de CO2 par unité d’énergie que le pétrole et le gaz, l’exploitation de la totalité de ses gisements conduirait à une variation de la composition atmosphérique induisant un changement climatique plus important que celui qui sépare une ère glaciaire durant laquelle le nord de l’Europe était recouvert d’une couche de glace de 3 km d’épaisseur et le niveau de la mer inférieur de 120 m à l’actuel. Certes, le réchauffement provoqué par les émissions anthropiques nous éloignerait encore plus d’une ère glaciaire, mais cette comparaison avec les cycles climatiques naturels permet de mesurer l’ampleur des changements qui lui seraient associés. On peut en particulier redouter une montée de plusieurs mètres du niveau de la mer aux conséquences dramatiques. Il n’en reste pas moins que d’ici un petit nombre de siècles, tous les combustibles fossiles auront été épuisés et ne pourront plus nous alimenter en énergie à faible coût. Il nous faudra bien alors apprendre à nous en passer dans un contexte de tension. Le faire dès aujourd’hui progressivement permettra d’éviter une crise de l’énergie et d’éviter à l’humanité tous les inconvénients d’un bouleversement brutal, en quelques décennies, du climat qui a permis son développement.