Au cours du siècle dernier, la compréhension scientifique du changement climatique est passée d'une hypothèse provisoire à un domaine multidisciplinaire solide.Les chercheurs ont méticuleusement tracé comment les activités humaines – en particulier la combustion à grande échelle des combustibles fossiles – ont augmenté les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre, amplifier l'effet de serre naturel de la Terre. Ce réchauffement accru entraîne une cascade de changements environnementaux, de la montée des mers à des phénomènes météorologiques extrêmes, qui sont maintenant évidents sur tous les continents.

Fondations historiques : de Fourier à l'effet Callendar

La lignée intellectuelle de la science climatique commence avec Joseph Fourier, qui dans les années 1820 a proposé que l'atmosphère terrestre agit comme une couverture isolante, gardant la planète plus chaude que ce qu'elle serait dans un vide. Bien que Fourier n'identifie pas le mécanisme spécifique, son analogie a posé les bases pour comprendre l'équilibre énergétique de notre planète. En 1856, le scientifique américain Eunice Newton Foote a effectué de simples expériences avec des cylindres de verre contenant divers gaz et lumière du soleil.

Quelques années plus tard, le physicien irlandais John Tyndall a effectué des mesures de laboratoire rigoureuses, démontrant que des gaz tels que le dioxyde de carbone, le méthane et la vapeur d'eau sont très efficaces pour absorber les rayonnements infrarouges. Tyndall a identifié ces gaz à effet de serre -- comme le bouton de commande du thermostat de la Terre, une profonde idée qui reste au centre de la climatologie moderne.

Le premier lien quantitatif entre la combustion des combustibles fossiles et le climat a été établi par le chimiste suédois Svante Arrhenius en 1896. Après des calculs minutieux de l'effet de piégeage thermique du CO2, Arrhenius a estimé que le doublement du CO2 atmosphérique réchaufferait la planète d'environ 5 à 6°C, valeur qui, bien que supérieure aux meilleures estimations actuelles, était remarquablement précisive. Il a également reconnu que la combustion industrielle du charbon pourrait éventuellement produire un réchauffement mesurable, bien qu'il ait d'abord considéré que cela pourrait être un avantage pour la survie des âges de glace futurs, et il a sous-estimé le taux de croissance des émissions.

Pendant des décennies, l'idée du changement climatique anthropique est restée une curiosité. L'hypothèse dominante était que les océans absorberaient tout excès de CO2, et de nombreux scientifiques croyaient que la vapeur d'eau seule dominait l'effet de serre.Cette perspective a commencé à changer au milieu du XXe siècle, grâce en grande partie au travail méticuleux de l'ingénieur de vapeur anglais Guy Stewart Callendar. En 1938, Callendar a présenté des preuves que les températures mondiales avaient augmenté au cours des 50 dernières années, compilées à partir de centaines de stations météorologiques. Il a établi une corrélation entre ce réchauffement et une augmentation de 10 % du CO2 atmosphérique depuis la fin du XIXe siècle, en tirant une ligne directe de combustion des combustibles fossiles à l'accumulation de gaz.

L'aube de l'observation systématique : Keeling et le record de Mauna Loa

La plus importante avancée scientifique est survenue en 1958 lorsque Charles David Keeling a commencé à mesurer continuellement le CO2 atmosphérique au sommet de Mauna Loa à Hawaii. L'emplacement éloigné, loin des principales sources industrielles, a fourni un signal propre et hémisphérique. La technique méticuleuse de Keeling a rapidement révélé une augmentation annuelle constante superposée sur un modèle de sciure saisonnière entraîné par la respiration des plantes. La courbe Keeling est devenue la seule preuve la plus convaincante que les activités humaines altéraient la composition de l'atmosphère.

Les progrès concomitants de la paléoclimatologie ont ajouté un contexte crucial. En analysant les bulles d'air piégées dans les carottes de glace de l'Antarctique et du Groenland, les scientifiques ont pu reconstruire la composition atmosphérique qui remonte à 800 000 ans. Ces données, les plus connues des projets de forage profond de Vostok et d'EPICA, ont montré que le CO2 et la température se déplaçaient en écluse à travers des cycles glaciaires-interglaciaux, le CO2 n'excédant jamais 300 ppm jusqu'à l'ère industrielle.

Leaps technologiques: satellites, supercalculateurs et réseaux mondiaux

La seconde moitié du XXe siècle a connu une révolution technologique qui a transformé la science du climat.Le lancement de satellites météorologiques dans les années 1960, et plus tard de plates-formes d'observation de la Terre telles que TIROS[, Landsat[, et Aqua et Sentinel[, a fourni une vue globale de la température, de la glace de mer, de la végétation et de la composition atmosphérique.

Les premiers travaux effectués dans les années 1950 et 1960, dont l'élaboration a été lancée par Norman Phillips et Syukuro Manabe, ont jeté les bases de modèles de circulation générale qui ont couplé la dynamique atmosphérique à la physique des rayonnements.Le papier de 1967, qui a été co-écrit avec Richard Wetherald, a utilisé un modèle informatique simplifié pour montrer que l'augmentation du CO2 réchaufferait la troposphère tout en refroidissant la stratosphère, un caractère distinctif du forçage des gaz de serre qui a depuis été confirmé par des observations.

Principaux jalons de la science et de la politique climatiques

  • 1979: La première Conférence mondiale sur le climat reconnaît que l'expansion continue des activités humaines sur terre peut causer des changements régionaux et même mondiaux importants du climat.
  • 1985: La Conférence de Villach, organisée par l'Organisation météorologique mondiale et d'autres organismes, conclut que les augmentations de gaz à effet de serre pourraient entraîner une hausse de température plus importante que n'importe quelle autre dans l'histoire humaine.
  • 1988: James Hansen témoigne devant le Congrès américain que le réchauffement climatique est déjà détectable. La même année, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) est établi pour fournir des évaluations de la science faisant autorité.
  • 1990: Le premier rapport d'évaluation du GIEC indique que les émissions résultant des activités humaines augmentent considérablement les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre, et que la température moyenne de l'air de surface au niveau mondial a augmenté de 0,3 à 0,6 °C au cours des 100 dernières années.
  • 1997: Le Protocole de Kyoto est adopté, fixant des objectifs contraignants de réduction des émissions pour les pays développés, bien que son impact demeure limité.
  • 2007: Le quatrième rapport d'évaluation du GIEC déclare que le réchauffement du système climatique est -unquivocal et que la plupart de l'augmentation observée des températures moyennes mondiales depuis le milieu du XXe siècle est -très probable - (plus de 90% de probabilité) en raison des activités humaines.
  • 2015: L'Accord de Paris est adopté, visant à limiter la hausse de la température globale à bien au-dessous de 2°C au-dessus des niveaux préindustriels, et idéalement à 1,5°C. La même année, la concentration moyenne annuelle globale de CO2 a dépassé 400 ppm pour la première fois dans l'histoire humaine.
  • 2021: Le sixième rapport d'évaluation du GIEC indique que l'influence humaine a réchauffé le climat à un rythme sans précédent depuis au moins 2000 ans, et que c'est - -unequivocal - que l'influence humaine a réchauffé l'atmosphère, l'océan et la terre.

Rôle du Groupe d ' experts intergouvernemental sur l ' évolution du climat

Le GIEC ne mène pas de recherche originale; son pouvoir consiste à synthétiser des milliers d'études évaluées par des pairs en rapports exhaustifs qui représentent le consensus de la communauté scientifique mondiale. Des centaines de scientifiques se donnent le temps d'examiner et d'évaluer la littérature et les rapports subissent de multiples cycles d'examens d'experts et de gouvernements. Le résultat est une série de documents qui fournissent aux décideurs une orientation claire, pertinente, mais non normative. Les rapports d'évaluation du GIEC se sont développés de plus en plus sophistiqués, intégrant des projections régionales plus détaillées, une meilleure quantification des incertitudes et une intégration plus approfondie des voies socio-économiques.

Multiples sources de données et l'attribution du changement

Aujourd'hui, le consensus scientifique sur le changement climatique ne repose pas sur un seul pistolet à fumer, mais sur plusieurs lignes indépendantes de données convergentes. Les relevés de thermomètres provenant de milliers de stations terrestres et de mesures par navires montrent un réchauffement planétaire d'environ 1,1 °C depuis la fin du XIXe siècle, chacune des quatre dernières décennies étant successivement plus chaude que toute autre décennie depuis 1850. Les relevés de température troposphériques par satellite, bien que plus variables à court terme, sont en accord avec les données de surface. La teneur en chaleur des océans a augmenté de façon spectaculaire, avec plus de 90 % de l'énergie excédentaire piégée par les gaz à effet de serre absorbés par les mers, provoquant une expansion thermique et une élévation du niveau de la mer.

Au-delà des tendances physiques, les scientifiques utilisent des études formelles de détection et d'attribution de -- pour distinguer le forçage humain de la variabilité naturelle.Ces études comparent les tendances observées de changement par rapport aux empreintes digitales attendues des gaz à effet de serre, des variations solaires, des éruptions volcaniques et de la dynamique du climat interne.Le réchauffement de la basse atmosphère et le refroidissement de la stratosphère, par exemple, ne peuvent s'expliquer par des facteurs naturels seuls, mais constituent une signature claire de la hausse du CO2. De même, l'augmentation observée de l'humidité spécifique à la surface, le déplacement des trajectoires de tempête vers la pole vers le bas et l'augmentation mesurée des vagues de chaleur sont tous cohérents avec un monde amélioré par les serres et incohérents avec d'autres facteurs.

Impacts observés et prévus

Les changements physiques qui se sont produits ont déjà des conséquences profondes pour les écosystèmes et les sociétés humaines. Les vagues de chaleur qui étaient auparavant statistiquement improbables deviennent plus fréquentes, intenses et durables. La canicule européenne de 2003, la canicule russe de 2010 et le dôme de chaleur du Pacifique Nord-Ouest de 2021 représentent des événements qui auraient été pratiquement impossibles sans le changement climatique. Les précipitations intenses et les inondations augmentent, car une atmosphère plus chaude contient plus d'humidité, tandis que de nombreuses régions sèches sont en train de s'affaiblir, exacerbant le risque de feu de forêt.

Les écosystèmes océaniques sont soumis à deux attaques dues au réchauffement et à l'acidification. L'océan a absorbé environ un quart des émissions de CO2 causées par l'homme, ce qui entraîne une augmentation de 30 % de l'acidité de surface, qui menace les organismes qui forment des coquilles et les récifs coralliens. Les phénomènes de blanchiment du corail, autrefois rares, se reproduisent avec une régularité alarmante, comme le montrent la Grande Barrière de corail et ailleurs.

Les impacts socio-économiques aggravent les menaces physiques.Les communautés côtières sont confrontées à une inondation due à l'élévation du niveau de la mer et aux ondes de tempête, et les dommages devraient coûter des milliards de dollars d'ici la fin du siècle si les émissions se poursuivent sans relâche.Les déplacements et les migrations liés au climat augmentent, et la santé publique est exposée au risque de stress thermique, de maladies à transmission vectorielle qui étendent leurs gammes et de problèmes de santé mentale à la suite d'événements extrêmes.

Modèles climatiques et projections futures

Les modèles climatiques sont passés du calcul des bilans énergétiques de base à la simulation de la complexité complète des systèmes interconnectés de la Terre. La génération actuelle de modèles, représentée par le projet de comparaison interlaboratoire de modèles couplés de la phase 6 (CMIP6), intègre la végétation dynamique, les cycles interactifs du carbone, la chimie atmosphérique et la dynamique des feuilles de glace.

Les projections futures dépendent des hypothèses sur le développement socio-économique et les voies d'émission.Les scénarios les plus utilisés, les Voies socio-économiques partagées (SSP), explorent une gamme allant de très faibles émissions (SSP1‐1,9, alignées sur l'objectif de Paris de 1,5°C) à des émissions très élevées (SSP5‐8,5, un avenir où l'utilisation de combustibles fossiles ne se relâche pas). Dans des scénarios à émissions élevées, la température de surface mondiale pourrait augmenter de 4°C ou plus de 2100, accompagnée d'une hausse du niveau de la mer de près d'un mètre, et d'une disparition virtuelle de la glace de mer arctique d'été avant le milieu du siècle.

Il reste des incertitudes, notamment en ce qui concerne les rétroactions des nuages, la sensibilité des nappes glaciaires à l'effondrement dynamique et le comportement des puits de carbone naturels. Cependant, l'incertitude n'implique pas l'ignorance : la gamme la plus probable de sensibilité au climat s'est réduite au fil du temps à environ 2,5–4°C par doublement de CO2, en combinant les données d'observations modernes, les enregistrements paléoclimatiques et les modèles.

Atténuation, adaptation et voie à suivre

Les efforts d'atténuation sont axés sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre par le déploiement des énergies renouvelables, l'efficacité énergétique, l'électrification des transports et de l'industrie, la protection et la restauration des puits de carbone naturels comme les forêts et les zones humides. Les coûts de l'énergie photovoltaïque solaire et du vent terrestre ont chuté, ce qui en fait les sources les moins chères de nouvelle production d'électricité dans de nombreuses régions, comme le montrent IRENA et d'autres organisations.

L'adaptation est également essentielle, car même si les émissions étaient interrompues du jour au lendemain, le réchauffement déjà engagé persisterait.Les collectivités renforcent les infrastructures contre l'élévation du niveau de la mer, ajustent les dates de plantation et développent des variétés résistantes à la sécheresse, améliorent les systèmes d'alerte précoce pour les conditions météorologiques extrêmes et reconfigurent les villes pour gérer la chaleur et les inondations.

La perspective historique nous rappelle également que l'entreprise scientifique elle-même doit continuer à évoluer.Les données ouvertes, la collaboration internationale et l'intégrité scientifique ont été les pierres angulaires du progrès.Le passage à la télédétection à l'ère de la pandémie et la collaboration virtuelle ont démontré de nouvelles façons de surveiller la planète, tandis que les initiatives de science citoyenne et les modèles localisés apportent de l'information climatique à plus de communautés.

Conclusion : Apprendre du passé, agir pour l'avenir

La compréhension scientifique du changement climatique est l'une des plus grandes réalisations intellectuelles de l'humanité, fondée sur une chaîne de perspicacité de l'analogie de Fourier avec la serre des calculs d'Arrhenius, des mesures de patients de Keeling à aujourd'hui des modèles exascales du système terrestre. Cette histoire montre que chaque génération de scientifiques a construit sur le travail des prédécesseurs, corrigeant et perfectionnant des idées face à de nouvelles preuves.

La même méthode scientifique qui a révélé le problème éclaire également la voie vers des solutions. La voie à suivre exigera le même esprit de curiosité, d'honnêteté et de détermination qui nous a apporté la courbe de Keeling, les registres du noyau de glace et les rapports du GIEC, seulement maintenant appliqué non seulement à comprendre le climat, mais à le protéger pour les générations à venir.