Le CO2 n’est qu’une cause très marginale du changement climatique

La cause principale est le rayonnement solaire

Notre planète Terre reçoit du Soleil en permanence un rayonnement que l’on peut mesurer au sommet de la stratosphère en watts par m² (W/m²).

 Ce rayonnement varie dans le temps suivant l’activité du soleil et la distance de la Terre au Soleil. La Terre parcourt chaque année une ellipse autour du centre de gravité du système solaire, proche du Soleil. Sa distance au Soleil varie donc dans l’année mais aussi suivant les années, au rythme notamment des mouvements des quatre planètes les plus grosses, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune…

 Le rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre varie avec la latitude puisque les rayons solaires arrivent sous un angle proche de la verticale dans la zone intertropicale et proche de l’horizontale près des pôles. Il varie aussi suivant la saison puisque l’axe de rotation de la Terre est incliné d’environ 23° sur le plan de sa trajectoire autour du soleil. L’insolation est nulle à chacun des pôles pendant six mois. En France l’insolation en surface est en janvier cinq fois plus faible qu’en juillet. Les régions intertropicales reçoivent en moyenne plus de rayonnement solaire que les moyennes et hautes latitudes.

 Le rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre dépend aussi de l’atmosphère au-dessus du sol, qui est composée de la troposphère (d’épaisseur variable, entre 8 km aux pôles, 16 km à l’Équateur, 12 km en France) et de la stratosphère (au-dessus de la troposphère, jusqu’à 50 km d’altitude). Les nuages sont un écran qui diminue le rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre. Environ 30% du rayonnement solaire est renvoyé vers le cosmos par les nuages, les glaces et la neige.

Dans la zone intertropicale, l’air chaud s’élève et emporte l’humidité qui se condense avec l’altitude, conduisant à la formation de cumulo-nimbus et à de fortes précipitations, qui limitent la température de surface des océans. Asséché, l’air retombe aux environs du 30me parallèle Nord ou Sud, zones désertiques. Dans la zone intertropicale, l’air monté en altitude est remplacé par de l’air venant des tropiques. Ce sont les alizés, que la rotation de la Terre oriente vers le Sud-Ouest ou le Nord-Ouest selon l’hémisphère.

Aux latitudes plus élevées, le transport de chaleur et de matière (air et vapeur d’eau) en provenance des régions intertropicales est réalisé par le mouvement turbulent de l’air de la troposphère (dépressions et hautes pressions, ou anticyclones) et par les courants des océans. Les mouvements des anticyclones (par exemple celui dit « des Açores ») et la succession des dépressions (par exemple autour de l’Islande) sont canalisés par les chaînes de montagnes. Ainsi s’explique la grande variabilité, dans le temps et dans l’espace, des climats terrestres.

Les variations du rayonnement solaire sont la cause principale des changements climatiques. En 1941 l’astronome serbe Milankovitch a expliqué les périodes glaciaires et interglaciaires (une dizaine depuis un million d’années) par une variation de l’insolation en été aux environs de la latitude de 65 ° Nord. Dans ces régions la neige d’hiver fond en été à certaines périodes de forte insolation (périodes interglaciaires) tandis qu’à des périodes de faible insolation (périodes glaciaires) elle ne fond pas en été et s’accumule année après année sous forme de calottes glaciaires pouvant atteindre plusieurs kilomètres d’épaisseur.

 Pour Milankovitch les variations de l’insolation aux différentes périodes glaciaires et interglaciaires s’expliquent par les variations de la distance de la Terre au Soleil et par des changements de l’orientation de l’axe de rotation de la Terre sur le plan de sa trajectoire autour du Soleil. Ainsi l’inclinaison de cet axe varie-t-elle entre 22° et 25°.

Des phénomènes naturels astronomiques semblables à ceux des périodes glaciaires pourraient expliquer les réchauffements (dits optima climatiques) constatés pendant les empires minoen et romain, ainsi qu’au Moyen âge (11me au 13me siècle) et depuis 150 ans (plus précisément, de 1910 à 1945 et de 1975 à 1998), ainsi que les refroidissements du « petit âge glaciaire » (particulièrement de 1650 à 1850) et ceux de 1880 à 1910 et de 1945 à 1975. Comme l’ont écrit Vincent Courtillot, de l’Académie française des Sciences, et ses collègues dans un article sur les résultats de leurs analyses des cycles des tâches solaires, du niveau de la mer, de l’étendue des glaces de mer, de la durée du jour, de la pression et de la température de la basse atmosphère et des mouvements des pôles « nous proposons d’étendre le concept de cycles de Milankovitch aux périodes beaucoup plus courtes que nous avons analysées ».

Le rayonnement de la Terre équilibre le rayonnement solaire

Au rayonnement solaire reçu par la Terre correspond un rayonnement thermique infrarouge émis par la Terre vers le cosmos, assez uniforme, de 240 W/m² (plus ou moins 40 W/m² selon le lieu et la saison).

Les observations satellitaires montrent que les sources de ce flux infrarouge thermique de la Terre sont :

– pour 140 W/m2 : la vapeur d’eau de la haute troposphère
– pour 80 W/m2 : la surface de la Terre, les nuages bas et la vapeur d’eau des deux premiers kilomètres.
– pour environ 15 W/m2 (variable suivant la hauteur de la troposphère) : le CO2 de la basse stratosphère.
– pour environ 5 W/m2 (variable suivant la hauteur de la troposphère) : le CO2 de la haute troposphère.

Le CO₂ est donc la source de moins de 10% du flux infrarouge thermique que la Terre émet vers le cosmos.

La vapeur d’eau est le véhicule par lequel cet équilibre est atteint

Le transport de la chaleur des tropiques vers les plus hautes latitudes met en jeu trois phénomènes principaux : 

• la convection produite par une différence de température ou de densité (l’air humide est plus léger que l’air sec), qui assure le transfert mécanique de l’air et les transferts de chaleur.
• le changement d’état de l’eau de solide en liquide et de liquide en vapeur, qui absorbe une grande quantité de chaleur (2,5 MJ/kg pour l’évaporation). Sur les terres végétales l’évapotranspiration est régie par des règles complexes.
• le rayonnement infrarouge thermique (qu’utilisent par exemple les thermomètres sans contact). Tout corps qui absorbe du rayonnement à une fréquence (exprimée en THz, million de millions de hertz, correspondant à une longueur d’onde mesurée en microns) rayonne à cette fréquence. Le flux de chaleur transporté par le rayonnement thermique entre deux corps A et B est la différence entre le flux rayonné par A et absorbé par B et le flux rayonné par B et absorbé par A. Aux températures terrestres chaque couche d’un gaz rayonne autant vers le haut et vers le bas et absorbe une fraction des flux de rayonnement montant et descendant. A la surface de la Terre le flux rayonné par l’air et absorbé par la surface est très proche du flux rayonné par la surface.

La vapeur d’eau assure ainsi la régulation thermique de l’atmosphère et de la surface de la planète en transportant de la chaleur latente des tropiques vers les pôles et des océans vers les continents, et en transportant de l’énergie, par rayonnement infrarouge, évaporation et évapotranspiration, depuis la surface vers le haut de la troposphère.

Le CO₂ joue un rôle mineur

Les analyses de carottes de sédiments océaniques  et de carottes glaciaires forées dans l’Antarctique et le Groenland montrent que lors des transitions entre périodes interglaciaires (longues de 12000 à 15 000 ans environ) et glaciaires ( 90 000 ans environ)  la température de l’atmosphère et des océans  varie avant celle du taux de CO₂ dans l’atmosphère : le dégazage du CO₂ par les océans tropicaux croît  avec leur température de surface, comme la mousse de CO₂ qui s’échappe de la bière quand celle-ci se réchauffe après avoir été versée. Cette antériorité de l’augmentation des températures sur celle du CO₂ a été publiée dans des revues internationales réputées par le climatologue français Jean Jouzel.

Comme la cause précède toujours l’effet, l’augmentation des températures est une cause naturelle de l’augmentation du taux de CO₂ de l’atmosphère. Les mesures du taux de CO₂ faites continûment à l’observatoire hawaïen du Mauna Loa depuis 1958 montrent que la variation sur 12 mois du CO₂ dans l’atmosphère est l‘exact reflet de la température de surface des océans intertropicaux au milieu des 12 mois.

Le CO₂ est un « gaz à effet de serre » puisque ses deux atomes C et O créent un dipôle électrique qui absorbe deux longueurs d’onde du rayonnement infrarouge de la surface de la Terre (autour de 4,2 et 15 microns). Cette capacité d’absorption est utilisée totalement lorsque ce rayonnement a traversé quelques dizaines de mètres de l’atmosphère. Une augmentation du taux de CO₂ de l’atmosphère n’augmente donc quasiment pas l’absorption par l’atmosphère du rayonnement thermique infrarouge de la surface de la Terre.

Le taux mesurant la quantité de CO₂ dans l’atmosphère dépend en partie des émissions humaines dues à la combustion des combustibles fossiles. Mais ces émissions humaines ne restent pas dans l’atmosphère puisqu’environ 20 % du CO₂ contenu dans l’atmosphère sont absorbés chaque année par la végétation et par les océans, sans distinction entre l’origine naturelle ou humaine du CO₂ absorbé. A long terme, après des cycles d’absorption et de dégazage par les océans et par la végétation et les sols, le cumul des émissions humaines se répartira comme le carbone naturel qui circule en permanence entre les trois grands réservoirs : 2 % dans l’atmosphère, 92% dans les océans et 6% dans la végétation et les sols. Actuellement la partie restant dans l’atmosphère (pas encore absorbée par la végétation ou par les océans) des émissions humaines depuis 1850 représente environ 5,5 % du CO₂ de l’atmosphère.

 Ce que confirme la proportion de l’isotope C₁₃ du carbone dans le CO₂ atmosphérique. Cet isotope est pratiquement absent des combustibles fossiles. L’indice qui exprime sa proportion est en effet à – 30 dans les combustibles fossiles alors qu’il est actuellement environ – 7,3 dans le CO₂ des dégazages naturels et – 8,5 dans l’atmosphère actuelle. Comme 5,5% X (- 30) + 94,5% X (- 7,3) = – 8,5, la proportion actuelle du CO₂ provenant des combustibles fossiles est bien de 5,5%. Exprimé en parties par million (ppm), le CO₂ d’origine humaine est de 23 ppm (sur une concentration actuelle du CO₂ de l’atmosphère de 420 ppm).

Les dégazages naturels modulés par les températures sont ainsi près de vingt fois plus importants que les émissions humaines.

Conclusions

Le climat et son réchauffement depuis 1850 sont influencés par le rayonnement solaire, par la couverture nuageuse et par la vapeur d’eau qui assure le transfert de chaleur des régions intertropicales vers les plus hautes latitudes et vers la couche supérieure de la troposphère. La vapeur d’eau contenue dans cette couche est la source principale du rayonnement thermique infrarouge de la Terre, qui équilibre le rayonnement solaire absorbé. Le CO₂ ne joue qu’un rôle très marginal dans cet équilibre. Les modèles informatiques du climat sont impuissants à rendre compte de ces phénomènes et des variations géographiques et temporelles passées des climats.

Comme l’affirment une pétition qui a recueilli 1900 signatures, dont deux prix Nobel de physique, et Steven Koonin, ancien conseiller-climat d’Obama, l’humanité n’est pratiquement pas responsable du réchauffement climatique et « il n’y a pas d’urgence climatique ».