L’atmosphère contient des gaz à effet de serre dont les plus importants sont le CO2, CH4, N2O et H2O. Ces gaz permettent au rayonnement solaire d’atteindre la surface de la terre tout en retenant une partie de la chaleur rayonnée par la terre dans l’atmosphère. C’est ce que l’on appelle l’effet de serre. De la même manière qu’une vitre dans une serre limite les pertes d’énergie, les gaz à effet de serre limite les pertes calorifiques de la surface de la terre vers l’espace. Sans ces gaz la température moyenne sur Terre serait d’environ 35 degrés plus faible qu’aujourd’hui (en d’autres termes, une température d’environ –20 degrés Celsius).

Le deuxième rapport d’évaluation du Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Évolution du Climat (GIEC) a été publié en 1996 avec la conclusion controversée (à l’époque) :
” … qu’il y aurait une relation, entre les émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine et une augmentation possible de la température moyenne de l’atmosphère “.

La quantité des différents gaz à effet de serre dans l‘atmosphère a varié au cours de l’histoire de la terre à cause des éruptions volcaniques et d’autres phénomènes naturels. Cependant, sur les deux derniers siècles, l’humanité a eu un impact toujours croissant sur la fabrication de ces gaz. Il y a plusieurs raisons à cela : nous perturbons de plus en plus fortement le cycle naturel du CO2 . Sur les dernières décennies, nous avons extrait, raffiné et consommé des ressources fossiles que la Terre avait mis plusieurs millions d’années à produire tout en relâchant de grandes quantités de dioxyde de carbone.

La nature a absorbé une partie de ce CO2 ” fossile ” en le fixant dans la mer et dans les plantes grâce au processus de la photosynthèse, mais, malgré tout, de grandes quantités ont abouti dans l’atmosphère.

Ces rejets de CO2 fossile perturbent l’équilibre naturel renouvelable, déjà déséquilibré par les activités humaines avec la coupe des forêts et l’écobuage à un rythme plus rapide que celui de la replantation et de la croissance des plantes. En d’autres termes, on rejette plus de CO2 (par la combustion du bois et autre) que ce que les plantes sont capables d’intégrer par photosynthèse. De plus, des déchets biologiques (papier, déchets de nourriture, textile) sont laissés à l’abandon sans oxygène, entraînant donc une transformation en gaz à effet de serre (CH4) plutôt qu’en CO2. Or l’effet de serre du méthane (CH4) est supérieur par un facteur de 21 à celui du CO2.

De surcroît, de nouveaux produits chimiques (par exemple, les gaz chlorofluorocarbonés) ont été introduits et restent aussi dans l’atmosphère et contribuent à intensifier l’effet de serre.

En 1998, l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) et le programme des Nations-Unies pour l’Environnement (PNUE) ont créé ce que l’on appelle le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du climat (GIEC) (voir le site Web en anglais de l’IPCC : http://www.ipcc.ch) avec pour objectif de mettre en lumière les problèmes liés à l’effet de serre sur la base d’un examen scientifique de leurs causes et les impacts sociaux et économiques sur la société humaine liés à un possible changement climatique.

En 1996, le GIEC publie son second rapport d’évaluation. Ce rapport est fondé sur des mesures dont l’incertitude statistique est telle que les conclusions du rapport furent réservées. Les travaux ultérieurs du GIEC ont cherché à améliorer les bases scientifiques nécessaires pour comprendre de façon complète les processus climatiques.

Les conclusions du troisième rapport d’évaluation sont résumées dans la publication du Groupe de Travail I du GIEC (WGI, 2001). Les hypothèses précédentes sur les perturbations humaines du climat sont confirmées. Le rapport analyse et corrige les erreurs et incertitudes : les mesures des températures terrestres sont maintenant corrigées d’une augmentation possible de température liée aux conséquences de l’urbanisation autour des stations de mesure ; les données des satellites sont vérifiées et corrigées de la surface de l’océan jusqu’aux différents niveaux de l’atmosphère , et l’activité solaire est mieux prise en compte – tout cela permettant d’obtenir une meilleure correspondance entre les calculs et les mesures.

Il est maintenant possible d’expliquer la plus grande partie des changements de température survenus depuis 1861, période à partir de laquelle des mesures modernes de température ont été réalisées de façon régulière. Les résultats de ces mesures montrent que l’augmentation de température au 20ème siècle a été de 0,6°C environ. L’augmentation de la température au cours de la première moitié du siècle peut être en partie attribuée à des phénomènes naturels comme l’activité solaire, les éruptions volcaniques et El Niño, alors que, pour la seconde moitié du siècle, elle ne peut être expliquée qu’en intégrant les rejets de gaz à effet de serre dus à l’activité humaine. De plus, la probabilité est forte pour que la décennie des années 1990 ait été la décennie la plus chaude, et 1998 l’année la plus chaude depuis 1 000 ans.

La température sur terre augmente en moyenne d’environ 0,15°C par décennie alors que celle des océans augmente d’environ la moitié. Les mesures par satellite réalisées depuis 1979 indiquent que la température dans la couche supérieure de l’atmosphère (au-dessus de 8 km) augmente de 0,05°C par décennie. Les différences de température à ce niveau sont importantes car elles reflètent probablement les mécanismes qui gouvernent le système climatique de la Terre.

Les images satellites montrent de plus que la couverture de neige et de glace d’aujourd’hui est inférieure de 10% à celle de 1960, et que la durée pendant laquelle la glace est présente dans les lacs intérieurs des latitudes Nord est réduite d’environ deux semaines. On estime à partir de mesures de marée que la surface des océans s’est élevée de 0,1 à 0,2 m au cours du dernier siècle. Ceci peut être expliqué par la dilatation thermique et la fonte des glaciers.

” … quiconque a lu les derniers rapports scientifiques publiés par le GIEC ne peut ignorer l’évidence grandissante d’un lien entre l’activité humaine et le climat du monde… ”
Sir John Browne, PDG, BP Amoco, World Energy, Vol.4, No1, p. 21, 2001

Malgré ces considérations, certains mécanismes du système climatique de la Terre ne sont pas encore complètement compris. Une partie des incertitudes est liée à la formation des nuages, l’activité solaire et l’influence du rayonnement d’origine cosmique. [Thjell and Lassen, 1999]

En même temps, la capacité des analystes à modéliser des variations de température plus anciennes (voir figure 2) s’est améliorée grâce en partie à une meilleure compréhension des mécanismes physiques ainsi que des puissances de calcul accrues pour réaliser les calculs.La concentration du CO2 dans l’atmosphère est aujourd’hui de 363 parties par million (ppm), valeur supérieure de 31% à celle du début de l’époque industrielle, vers 1750. Le problème est que les deux tiers de cette augmentation s’est faite sur les 50 dernières années. La concentration du CO2 augmente aujourd’hui à un rythme de 1,5 ppm par an, ce qui représente la plus forte augmentation depuis 20 000 ans. De plus, la concentration actuelle est la plus forte depuis 420 000 ans, et probablement aussi sur les 20 derniers millions d’années.
Figure 3 – Comparaison entre les changements de température observés et les modèles de calcul sur la période de 1861 à nos jours. Sont pris en compte des mécanismes naturels comme l’activité solaire, les éruptions volcaniques et El Nino ainsi que les émissions de gaz à effet de serre des activités humaines.

Dans le cadre du troisième rapport d’évaluation, le GIEC a développé 40 scénarios alternatifs sur la base de quatre tendances possibles au cours du prochain siècle. Ces scénarios prennent comme hypothèse différentes combinaisons de développement démographique, économique et sociétal, technologique et de type de coopération internationale. Le rapport spécial sur les scénarios d’émission (SRES) est un travail d’ensemble sur lequel s’appuieront les prospectives climatiques dans le futur. Les scénarios pris en compte par le SRES vont d’une croissance économique marquée dans le cadre d’une coopération internationale limitée et de quelques mesures de protection environnementales existantes à un développement ” vert ” impliquant une coopération internationale forte. [IPCC, 2001] Bien que personne ne soutiendra que l’un de ces scénarios soit nécessairement correct, ils donnent néanmoins des tendances générales qui pointent toutes dans la même direction.

Une comparaison entre l’augmentation de six gaz à effet de serre sur la période 1979-1997 et des mesures par satellite du rayonnement thermique réfléchi (c’est-à-dire réfléchi vers l’espace) a été récemment publié dans le journal Nature par Harries et al. (2001). Une bonne corrélation existe ici entre la théorie et les mesures, et les résultats sont considérés comme une confirmation à forte valeur scientifique et mesurable de l’effet de serre.

Les pronostics pour les émissions annuelles de carbone dans trois scénarios différents (AIFI, AIB et AIT) sont présentés dans la figure 5. Le scénario le plus optimiste, AIT, exigera une coopération globale forte et déterminée dans les années qui viennent. Le développement actuel se trouve quelque part entre les scénarios AIFI et AIB – ce qui pourrait donner un triplement des émissions annuelles sur les 60 prochaines années. En d’autres termes, rien ne porte à croire que les problèmes climatiques auxquels le monde est confronté aujourd’hui vont disparaître, ou que nous pouvons éviter la mise en œuvre de mesures draconiennes dans notre région du monde pour sortir de la situation actuelle.

Selon le GIEC, les émissions de gaz à effet de serre doivent être réduites d’au moins 50%, voire même de 60-80%, si l’on veut éviter des changements climatiques dangereux. Plus on prendra de temps pour commencer à limiter ces émissions, plus les effets de la réduction seront importants et dramatiques si l’issue est en fin de compte obligatoire.

Figure 4 – Augmentation de la concentration en CO2 dans l’atmosphère au cours des trois derniers siècles. (Source : GIEC, 2001)

Figure 5 – Différents scénarii pour les rejets de CO2. (Source : GIEC, 2001)

 Pour que les pays en développement puissent atteindre un certain niveau de croissance économique, les pays industrialisés devront limiter fortement leurs émissions. Pour un pays exportateur de pétrole comme la Norvège, ceci pourrait exiger de réduire de 90% les émissions.

Le protocole de Kyoto exige que les pays industriels réduisent leurs émissions de gaz à effet de serre de 5% d’ici 2010 sur la base des niveaux de 1990. Les exigences sont différentiées, tous les pays ne devant pas réduire leurs émissions de la même quantité.

Dans le futur, on conclura probablement que l’objectif de ” Kyoto ” était simplement de mettre à l’ordre du jour le problème du changement climatique. La ratification du protocole et les réductions des émissions qu’elle entraîne ne sont pas suffisantes en elles-mêmes pour résoudre les problèmes, mais elles représentent un premier pas politique global dans la bonne direction.

Figure 6 : Variations historiques de la température (ligne jaune) et de la concentration en CO2 (ligne rouge). (Source : GIEC, 2001)

A l’époque où la transition s’est effectuée entre un système énergétique principalement fondée sur le charbon vers un système fondé sur le pétrole, il y avait de multiples avantages à utiliser le pétrole au lieu du charbon ; c’est ainsi que la  société s’est fondée sur le moteur à combustion. Aujourd’hui il faut réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère. Un système énergétique fondé sur les énergies renouvelables et l’utilisation de l’électricité et de l’hydrogène comme vecteurs énergétiques est la solution optimale.