C'est l'effet naturel de la basse atmosphère (troposphère), qui contribue à retenir une partie de la chaleur solaire à la surface de la Terre , par le biais du pouvoir absorbant de certains gaz.
 Un phénomène naturel:
Le rayonnement solaire, émis sous forme de rayons infrarouges est faiblement réfléchi par l'atmosphère (de l'ordre de 30% seulement). La majeure partie de ce rayonnement (70%) parvient ainsi jusqu'à la surface terrestre, qui se réchauffe . En réponse à cette absorption de chaleur, la surface terrestre émet un rayonnement de grandes longueurs d'onde infrarouge en direction de l'espace. Ce rayonnement infrarouge est cependant partiellement absorbé par certains gaz de l'atmosphère, dits « gaz à effet de serre », qui renvoient une partie de ce rayonnement vers la Terre. Ces gaz empêchent ainsi le refroidissement radiatif de la surface de la Terre et contribuent, au contraire, à son réchauffement . Pour schématiser, l'atmosphère et ses gaz à effet de serre se comportent comme la vitre qui maintient la chaleur à l'intérieur de la serre d'un jardinier (d'où le nom du phénomène).
Dans un premier temps, ce phénomène naturel est bénéfique, puisqu'en l'absence de gaz à effet de serre, la température moyenne à la surface de la Terre chuterait de + 15 °C actuellement à – 18 °C. En revanche, une atmosphère surchargée en gaz à effet de serre a pour conséquence directe le réchauffement de la planète et la modification de l'ensemble du système climatique du globe .
Les gaz a effet de serre:
L'azote (N2) et l'oxygène (O2) — molécules diatomiques très stables, constituant la majeure partie de l'atmosphère terrestre (près de 99%) — sont quasiment transparents au rayonnement infrarouge. Ces deux composants ne jouent donc qu'un rôle très limité dans le phénomène d'effet de serre. En revanche, certains des composants quantitativement minoritaires interviennent de façon prépondérante dans ce processus. Il s'agit des molécules triatomiques, principalement la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) — aussi appelé gaz carbonique —, le méthane (CH4), l'ozone troposphérique (O3), l'oxyde nitreux (N2O), ainsi que les chlorofluorocarbures (CFC). À l'exception des CFC, tous ces gaz sont présents naturellement dans l'atmosphère, même s'ils représentent moins de 1% de sa composition totale.
Plus de la moitié des contributions à cet effet de serre naturel est attribuée à la vapeur d'eau,  compte tenu de sa forte concentration (1 à 4%) par rapport aux autres constituants incriminés — le second est le dioxyde de carbone CO2 avec 0,035%. Le pouvoir absorbant dépend de la concentration du composant, mais également de sa structure moléculaire. Par exemple, une molécule de méthane a un effet radiatif ( réchauffant ) 40 fois supérieur à celui d'une molécule de dioxyde de carbone, et les CFC plus de 1 000 fois supérieur. Un des points clés repose également sur le temps de séjour des constituants dans l'atmosphère. Cette durée s'étend de quelques semaines pour la vapeur d'eau (rapidement recyclée à travers les précipitations) à plusieurs siècles pour le dioxyde de carbone. Ceci explique notamment la dangerosité du CO2 anthropique (lié aux activités humaines), qui reste présent dans l'atmosphère sur une très longue période après son rejet initial.
Une régulation naturelle:
L'effet de serre naturel est régulé par divers facteurs environnementaux. Des réservoirs de carbone, dits « puits de carbone », permettent de fixer le carbone (rôle des océans, du sol) et de le transformer (rôle de la biosphère terrestre). Les éruptions volcaniques influent également sur l'atmosphère en émettant de grandes quantités d'aérosols (poussières, composés soufrés), qui participent activement à l'effet de serre. Par exemple, l'éruption du volcan El Chichón au Mexique en 1982 a engendré une baisse significative de la température mondiale de 0,35 °C.
L'influance des activitées humaines:
Depuis la fin du XIXème siècle, le phénomène « naturel » d'effet de serre a été fortement accentué par les activités humaines. L'effet de serre « additionnel » est le fait des importantes quantités de gaz à effet de serre anthropiques rejetées dans l'atmosphère, principalement depuis le début de l'ère industrielle.
Plus de la moitié (55%) du taux d'augmentation en gaz à effet de serre résulte de l'augmentation de la seule concentration en dioxyde de carbone. Sa concentration a atteint  350 ppm (parties par million) à la fin du XXème siècle, alors qu'elle a varié entre 200 et 280 ppm durant les 100 000 dernières années. Cette augmentation provient majoritairement de la combustion des énergies fossiles (charbon, gaz naturel, pétrole), des rejets polluants issus des industries et des transports, ainsi que de la destruction des grandes forêts équatoriales (la forêt amazonienne notamment). Le trio de tête des pays pollueurs incriminés sont, dans l'ordre décroissant, les États-Unis (25% des émissions mondiales en CO2), la Chine puis la Russie ; la France se situe loin derrière, notamment en raison de sa politique énergétique tournée vers le nucléaire — ce qui n'est pas sans poser d'autres problèmes écologiques comme les déchets nucléaires.
Les autres gaz (méthane, hydrocarbures, ozone) sont responsables à part égale de l'effet de serre additionnel (15%). Le taux de méthane, évoluant historiquement entre 0,4 et 0,8 ppm, a atteint une concentration record de l'ordre de 1,6 ppm à la fin du XXème siècle. L'augmentation anormale de sa concentration est directement liée au processus de fermentation anaérobie résultant de certaines cultures (rizières) et de l'élevage des ruminants (fermentation dans leur panse). Quant aux CFC, purement artificiels, ils proviennent des bombes aérosol, ainsi que des circuits de réfrigération. Les protoxydes d'azote, enfin, contribuent faiblement à l'effet de serre (quelques pourcents).
Conséquences du réchauffement climatique:
Cette hausse des gaz à effet de serre anthropiques au cours du XXème siècle a entraîné une augmentation de 0,6 °C de la température moyenne terrestre sur cette période.
Dans la continuité des variations observées au cours du XXème siècle, les modélisations numériques produites par les scientifiques tendent à prédire une nette augmentation de la température annuelle mondiale au cours du XXIè siècle. L'augmentation de température prévue d'ici à la fin de ce siècle se situe entre 1,4 et 5,8 °C. Ce significatif réchauffement climatique entraînerait une élévation du niveau des mers allant de 9 à 88 cm (essentiellement due à la dilation thermique des océans), la fonte de certaines zones englacées, une intensification des phénomènes extrêmes (sécheresses, inondations), et peut-être même une modification des courants marins (tel le Gulf Stream dans l'Atlantique Nord). Dans ce cas, des conséquences catastrophiques seraient à attendre, d'autant plus que cette augmentation pourrait être amplifiée par d'autres phénomènes annexes (rétroaction positive naturelle, libération du méthane piégé dans le permafrost sibérien).
Les changements naturels du climat:
Les changements du climat sont en premier lieu liés à des événements purement naturels. En effet, le climat dépend d'abord des variations des paramètres de l'orbite terrestre, qui influent sur le rayonnement solaire reçu par la surface terrestre (théorie de Milankovic). Par conséquent, les climats n'ont cessé d'évoluer à travers les paléoclimats successifs depuis la formation de la Terre (il y a environ 4,5 milliards d'années). La planète a connu alternativement de longues périodes glaciaires (durée de 80 000 à 100 000 ans) ponctuées par de plus courtes périodes interglaciaires (durée de 10 000 ans environ). Lors des périodes glaciaires, la température moyenne à la surface de la Terre était généralement inférieure d'environ 5 °C par rapport à la température actuelle, modifiant ainsi le niveau des océans. Lors de la dernière glaciation (il y a environ 18 000 ans), le niveau moyen des mers était d'environ 120 m plus bas que le niveau actuel, compte tenu du stockage de l'eau sous forme de glace dans les calottes polaires.
En résumé, le niveau moyen des mers n'a cessé de fluctuer dans le temps, conjointement avec les variations de la température de surface. Ces variations se sont toutefois produites avec une extrême lenteur, sur des périodes de plusieurs milliers d'années. Ces conditions climatiques, relativement stables à l'échelle terrestre, ont ainsi permis la présence permanente d'eau liquide à la surface terrestre — condition indispensable à l'apparition puis à l'évolution des organismes vivants.
 Observations des modifications climatiques:
Les observations menées au cours du XXème siècle ont clairement indiqué une élévation significative de la température moyenne terrestre, de l'ordre de 0,6 °C sur le siècle passé. La dernière décennie du siècle dernier a été la plus chaude, tandis que l'année 1998 a été reconnue comme l'année la plus chaude sur cette même période. Si l'on regarde l'évolution de cette température au niveau du seul hémisphère Nord, la dernière décennie du XXème siècle a même été la plus chaude du dernier millénaire. L'élévation associée du niveau des mers (essentiellement due à la dilatation thermique des océans) a été de l'ordre de 10 à 20 cm au cours du XXème siècle. Dans le même temps, les couvertures neigeuses se sont également fortement réduites.
L'ensemble de ces seules constatations tend à établir que les activités humaines ont induit un réchauffement climatique, puisque la seule variabilité naturelle du climat ne peut expliquer de telles augmentations de température (rapidité de cette évolution, fortes valeurs mises en jeu). De plus, ces modifications coïncident exactement avec le début de l'ère industrielle. En effet, depuis le début du XIXe siècle, le taux de certains constituants atmosphériques a régulièrement progressé, ce qui a accentué le phénomène naturel d'effet de serre. Par exemple, la teneur en dioxyde de carbone (CO2) a augmenté d'environ 30%, celle du méthane (CH4) de 145 p. 100 et celle du protoxyde d'azote (N2O) de l'ordre de 15%. D'après des études scientifiques, l'augmentation du taux en dioxyde de carbone contribuerait à hauteur de 55% au réchauffement climatique global. Ces émissions anthropiques proviennent majoritairement des pays industrialisés, notamment des États-Unis (25% des émissions mondiales).
À l'aube du XXIe siècle, les modifications observées sortent du cadre purement naturel, compte tenu du rôle non négligeable des activités humaines dans le système climatique. La terminologie de « changements climatiques » se réfère désormais à ces changements rapides et intenses d'origine anthropique.
L'action internationale de prévention du changement climatique:
Plus connue sous le nom de conférence de Rio, la Conférence des Nations unies sur l'environnement et le développement (Cnued), qui se déroule à Rio de Janeiro (Brésil) en juin 1992 et réunit les représentants de 172 pays, marque une prise de conscience de la nécessité de gérer les questions environnementales à l'échelle planétaire afin d'assurer le développement durable de l'humanité.
L'Organisation des Nations unies (ONU) place pour la première fois la question environnementale sur le devant de la scène internationale en 1972 lors de la conférence de Stockholm — à l'issue de laquelle est créé le Programme des Nations unies pour l'environnement (PNUE). Cette prise de conscience des incidences des activités humaines sur l'environnement aboutit à la première conférence mondiale sur le climat à Genève en 1979.
 En 1988, l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le PNUE créent le Groupe intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) — en anglais, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cet organisme est en charge de rassembler les connaissances scientifiques sur les changements climatiques (observations et simulations). Ses rapports d'évaluation successifs (1990, 1995, 2001) servent de référence quant à l'avancée des connaissances scientifiques internationales.
Ainsi, le premier rapport d'évaluation du GIEC sert de base de travail pour la deuxième conférence de Genève (1990), au terme de laquelle il est recommandé de prendre immédiatement des mesures préventives pour limiter les émissions de gaz à effet de serre, en raison de la gravité des menaces qui pèsent sur l'environnement.
C'est un constat simple qui préside à la Charte de la Terre , ou Déclaration de Rio sur l'environnement et le développement : l'environnement se dégrade de façon alarmante. Dégradation incompatible avec la mise en place d'un développement durable auquel l'humanité tout entière a fondamentalement droit. La Charte de la Terre pose donc, en 27 principes, les objectifs et les grandes lignes de ce que devrait être le monde futur, autour des axes de l'élimination de la pauvreté, de la protection de l'environnement et du développement durable.
La conférence des Nations unies sur l'environnement et le développement qui se tient à Rio de Janeiro en juin 1992, appelée Sommet de la Terre , lance Action 21 (ou Agenda 21), vaste programme visant notamment à promouvoir au XXIè siècle le développement durable, défini comme un « développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs ». Au total, 178 États, dont la France , signent une Convention-cadre sur les changements climatiques (ou Convention de Rio), par laquelle les pays industrialisés s'engagent à diminuer leurs émissions de CO2 et d'autres gaz à effet de serre, puis à les stabiliser à un niveau non dangereux pour le système climatique.
Pour lutter contre le réchauffement climatique, le protocole de Kyoto (1997) centre son action sur la réduction d'émission de six gaz à effet de serre (dont CO2, CH4, N2O). Une réduction globale de 5,2% d'ici 2008-2012 par rapport à son niveau de 1990 est signée par les principaux pays pollueurs. Les pays industrialisés acceptent des réductions supérieures : - 8% pour l'Union européenne, - 7% pour les États-Unis et – 6% pour le Japon. Les pays en voie de développement n'ont pas d'engagement particulier à tenir. Les États-Unis, premiers pollueurs au monde en CO2 et pourtant signataires du protocole sous l'administration Clinton, n'ont toutefois pas ratifié le protocole sous l'administration Bush.
Le protocole de Kyoto doit être officiellement mis en œuvre lorsque 55 pays signataires de la ratification représenteront au moins 55% des émissions mondiales. La conférence de La Haye (2000) se solde par un échec pour faire pencher la balance dans ce sens, tandis que la conférence de Bonn (2001) permet de fixer le cadre juridique. La ratification de la Russie , un des principaux pollueurs de la planète, pourrait permettre de mettre enfin en application ce précieux protocole.
Au niveau de l'Union européenne, un système d'échange des droits d'émission doit être fonctionnel à partir de 2005 dans le but de respecter le quota fixé. Des permis de polluer doivent permettre de faire payer les pays pollueurs suivant la formule « pollueurs payeurs ». La France présente un des degrés d'émission en gaz carbonique parmi les plus faibles des pays européens étant donné l'option nucléaire choisie pour sa production énergétique — ce qui n'est pas sans poser d'autres problèmes environnementaux.
Simulations et perspectives:
Les simulations numériques menées par la communauté  scientifique aboutissent à des résultats convergents en direction d'une augmentation globale de la température moyenne à l'échelle de la planète. Néanmoins, les prévisions de ces modèles divergent sur l'amplitude des changements prévus. Cela est du à la conception même des modèles, ainsi qu'aux hypothèses posées (futur taux en CO2, par exemple). Selon le GIEC (rapport 2001), la température moyenne de la planète devrait augmenter de 1,4 à 5,8 °C d'ici la fin du XXIè siècle. Cette probable modification de température serait cependant inégalement répartie à la surface du globe, avec une augmentation particulièrement significative en hiver dans les hautes latitudes de l'hémisphère Nord. Les précipitations augmenteraient également au niveau des hautes latitudes.
Cette augmentation de température entraînerait aussi une élévation du niveau moyen des mers, principalement due à la dilatation thermique des océans et dans une moindre mesure à la fonte des régions polaires englacées. L'élévation devrait varier entre 9 et 88 cm d'ici la fin du siècle. Cette montée du niveau des océans entraînerait une inondation de certaines parties du globe, comme la Camargue en France, les Pays-Bas en Europe ou le Bangladesh en Asie.
Si ces hypothèses se vérifient, les phénomènes extrêmes (tornades, cyclones, inondations, sécheresses) augmenteraient en fréquence et en intensité. Des maladies, jusque-là confinées aux régions tropicales (comme le paludisme), gagneraient les zones tempérées où vit la majorité de la population mondiale. L'agriculture, secteur largement touché, connaîtrait une baisse significative de ses rendements.
Les principales questions sont donc de connaître avec précision le degré d'augmentation de la température qui entraînerait des conséquences d'ampleur différente, ainsi que la réaction du système climatique qui tendra rapidement vers un équilibre ou au contraire continuera à diverger de sa position actuelle (impacts des rétroactions positives). Dans tous les cas, le « déséquilibre » engendré par les activités humaines ne fait que débuter. Cette modification se poursuivra sur une durée inconnue mais sans doute relativement longue, et ceci même si les rejets anthropiques étaient stoppés rapidement, ce qui ne sera probablement pas le cas dans un proche avenir. |
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