Les activités humaines contribuent au changement climatique en ce qu’elles transforment l’atmosphère terrestre en modifiant les quantités de gaz à effet de serre et d’aérosols (minuscules particules), et en altérant la nébulosité. Le plus important facteur déterminant connu est la combustion des combustibles fossiles qui dégagent du dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Les gaz à effet de serre, ainsi que les aérosols, affectent le climat en altérant le rayonnement solaire entrant et le rayonnement infrarouge (thermique) sortant, qui font partie de l’équilibre énergétique de la Terre. La modification de la densité ou des propriétés de ces gaz et particules dans l’atmosphère peut entraîner un réchauffement ou un refroidissement du système climatique. Depuis le début de la révolution industrielle (vers 1750), l’ensemble des activités humaines a provoqué le réchauffement du climat. L’impact anthropique sur le climat durant cette période excède de loin celui des processus naturels, tels que les éruptions solaires et volcaniques.

Gaz à effet de serre

Les activités humaines sont à l’origine de l’émission des quatre principaux gaz à effet de serre: le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄), l’oxyde nitreux (N₂O) et les halocarbures (groupe de gaz comprenant le fluor, le chlore et le brome). Ces gaz s’accumulent dans l’atmosphère avec une concentration croissante au fil du temps. La concentration de tous ces gaz s’est fortement accrue pendant l’ère industrielle (voir figure 1) et elle est entièrement imputable aux activités humaines.

• Le dioxyde de carbone a augmenté à cause de l’utilisation des combustibles fossiles dans les transports, le chauffage et la climatisation des bâtiments, ainsi que par les cimenteries et autres industries. Le déboisement dégage du CO₂ et diminue son absorption par les plantes. Des processus naturels, tels que la décomposition des matières végétales, dégagent également du dioxyde de carbone.
• L’augmentation du méthane est aussi due à l’activité humaine dans les domaines de l’agriculture, de la distribution du gaz naturel et de l’enfouissement des déchets. Le méthane se dégage naturellement, entre autres, dans des zones humides. Du fait de la diminution des taux de croissance au cours des deux dernières décennies, les concentrations de méthane dans l’atmosphère sont restées stables.
• Les émissions d’oxyde nitreux peuvent également être de source anthropique : utilisation d’engrais et combustion de combustibles fossiles. Le N₂O est aussi naturellement émis par les sols et les océans.
• Les concentrations accrues de halocarbures sont principalement dues à l’activité humaine, mais aussi, dans une mesure moindre, à des processus naturels. Les principaux gaz halocarbonés comprennent les chlorofluorocarbures (p. ex. les CFC- 11 et les CFC- 12), massivement utilisés dans le passé comme agents réfrigérants et dans d’autres procédés industriels, jusqu’à ce qu’on s’aperçoive que leur présence dans l’atmosphère provoquait l’appauvrissement de l’ozone stratosphérique. La quantité des chlorofluorocarbures est en train de décroître suite aux réglementations internationales visant à protéger la couche d’ozone.
• L’ozone est un gaz à effet de serre qui est produit et détruit en permanence dans l’atmosphère par des réactions chimiques. Les activités humaines ont augmenté la concentration d’ozone dans la troposphère par des émanations de gaz tels que le monoxyde de carbone, les hydrocarbures ou l’oxyde d’azote, dont la réaction chimique produit de l’ozone. Comme mentionné ci-dessus, les halocarbures d’origine anthropique détruisent l’ozone stratosphérique et ont provoqué le trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique.
• Le plus important et le plus répandu des gaz à effet de serre atmosphériques est la vapeur d’eau. Sa quantité dans l’atmosphère dépend peu de l’influence directe des activités humaines. Toutefois, en modifiant le climat, l’homme est potentiellement capable d’agir considérablement sur la vapeur d’eau de manière indirecte. Par exemple, une atmosphère plus chaude contiendra davantage de vapeur d’eau. Les activités humaines agissent également sur la vapeur d’eau en émettant du CH₄, car le CH₄ est chimiquement détruit dans la stratosphère en dégageant une faible quantité de vapeur d’eau.
• Les aérosols sont de minuscules particules présentes dans l’atmosphère, dont la dimension, la concentration et la composition chimique sont fortement sujettes à variation. Certains aérosols sont émis directement dans l’atmosphère, tandis que d’autres se forment à partir de composants émis. Les aérosols contiennent à la fois les composants naturels et les composants anthropiques. La combustion des combustibles fossiles et de la biomasse ont fait augmenter la quantité d’aérosols contenant des composés sulfureux, des composés organiques et du carbone noir (suie). Les activités humaines telles que les exploitations minières à ciel ouvert et autres processus industriels ont provoqué l’augmentation des poussières dans l’atmosphère. Les aérosols naturels comprennent la poussière minérale provenant de la surface de la terre, les aérosols du sel des océans, les émissions biogéniques des sols et des océans, ainsi que les sulfates et la poussière provenant d’éruptions volcaniques.

Encadré 1 : Qu’est-ce que le forçage radiatif ?

Qu’est-ce que le forçage radiatif ? L’influence de facteurs susceptibles de changer le climat, tels que les gaz à effet de serre, est souvent évaluée par rapport à son forçage radiatif. Le forçage radiatif mesure l’impact de certains facteurs affectant le climat sur l’équilibre énergétique du système couplé Terre/atmosphère. Le terme « radiatif » est utilisé du fait que ces facteurs modifient l’équilibre entre le rayonnement solaire entrant et les émissions de rayonnements infrarouges sortant de l’atmosphère. Cet équilibre radiatif contrôle la température à la surface de la planète. Le terme forçage est utilisé pour indiquer que l’équilibre radiatif de la Terre est en train d’être déstabilisé.

Le forçage radiatif est généralement quantifié comme « le taux de transfert d’énergie par unité surfacique du globe, mesuré dans les hautes couches de l’atmosphère », et il est exprimé en « watts par mètre carré » (W/m², voir figure 2). Un forçage radiatif causé par un ou plusieurs facteurs est dit positif lorsqu’il entraîne un accroissement de l’énergie du système Terre/atmosphère et donc le réchauffement du système. Dans le cas inverse, un forçage radiatif est dit négatif lorsque l’énergie va en diminuant, ce qui entraîne le refroidissement du système. Les climatologues sont confrontés au problème ardu d’identifier tous les facteurs qui affectent le climat, ainsi que les mécanismes de forçage, de quantifier le forçage radiatif pour chaque facteur et d’évaluer la somme des forçages radiatifs pour un groupe de facteurs.

• Forçage radiatif des facteurs affectés par les activités humaines

  La figure 2 illustre l’influence de certains agents anthropiques sur le forçage radiatif. Les valeurs indiquent le forçage total par rapport au début de l’ère industrielle (vers 1750). Les forçages résultant de l’augmentation de tous les gaz à effet de serre, les mieux compris parmi ceux qui sont d’origine anthropique, sont positifs puisque chaque gaz absorbe le rayonnement infrarouge émis vers l’atmosphère. Parmi les augmentations des gaz à effet de serre, celle du CO₂ a été la cause majeure du forçage au cours de cette période. L’augmentation de l’ozone troposphérique a également contribué au réchauffement, tandis que la diminution de l’ozone stratosphérique a contribué au refroidissement.

  Les particules d’aérosols ont une influence directe sur le forçage radiatif car elles réfléchissent et absorbent le rayonnement solaire et les infrarouges dans l’atmosphère. Certains aérosols sont à l’origine de forçage positif, d’autres de forçage négatif. Le forçage radiatif direct, pour l’ensemble des aérosols, est négatif. Les aérosols sont également la cause indirecte d’un forçage radiatif négatif en ce qu’ils modifient les propriétés des nuages.

  Depuis de début de l’ère industrielle, les activités humaines ont altéré la nature de la végétation, notamment par des modifications apportées aux terres cultivées, aux pâturages et aux forêts. Elles ont également modifié les propriétés réfléchissantes de la glace et de la neige. Dans l’ensemble, on peut affirmer que, de nos jours, la surface de la Terre réfléchit davantage le rayonnement solaire en réponse à l’activité humaine. Il en résulte un forçage négatif.

  Les avions laissent derrière eux des trainées persistantes de condensation (les « cotras ») au-dessus des zones suffisamment froides et humides. Les cotras sont une sorte de cirrus qui réfléchit les rayons du soleil et absorbe les infrarouges. Les traînées de condensation résultant du trafic aérien à l’échelle planétaire ont fait augmenter la nébulosité et sont la cause probable de légers forçages radiatifs positifs.

  Forçage radiatif d’origine naturelle

  Le forçage naturel est produit par des changements du rayonnement solaire ou par des éruptions volcaniques. L’activité solaire s’est progressivement renforcée au cours de l’ère industrielle, provoquant un léger forçage radiatif positif (voir figure 2). A cela s’ajoutent les changements cycliques dans le rayonnement solaire, dont la périodicité type est de 11 ans. L’énergie solaire chauffe directement le système climatique et peut également affecter la concentration de certains gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère, tels que l’ozone stratosphérique. Les éruptions volcaniques explosives peuvent générer un forçage négatif de courte durée (2-3 ans) en augmentant temporairement la quantité d’aérosols sulfatés dans la stratosphère. La dernière éruption importante ayant eu lieu en 1991 (Mont Pinatubo), il n’y a pas actuellement d’aérosols volcaniques dans la stratosphère.

  Les variations dans les estimations du forçage radiatif entre le moment présent et le début de l’ère industrielle imputable aux changements dans le rayonnement solaire et aux éruptions volcaniques sont très faibles si on les compare avec variations du forçage radiatif d’origine vraisemblablement anthropique. En conséquence, dans notre atmosphère actuelle, le forçage radiatif anthropique influence plus le changement climatique, tant présent que futur, que le forçage radiatif estimé qui résulte des variations que connaissent les mécanismes naturels.que connaissent les mécanismes naturels.