Les émissions humaines modifient-elles réellement le climat ?

Notez que j'ai utilisé plusieurs IA pour rassembler les sources, et pour concocter ce texte.

Une démonstration par la physique et la chimie

Le changement climatique est souvent présenté comme un sujet d'opinion ou de politique. Pourtant, la question fondamentale est avant tout scientifique. Sans même faire appel aux modèles climatiques, les lois de la physique, de la chimie et les observations permettent de comprendre pourquoi la communauté scientifique conclut que les émissions humaines de gaz à effet de serre contribuent au réchauffement du climat.

Cet article ne demande pas au lecteur de «croire» les scientifiques. Il l'invite simplement à examiner des lois physiques établies, des réactions chimiques élémentaires et des mesures réalisées depuis des décennies.

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1. Brûler du carbone produit inévitablement du dioxyde de carbone

Le charbon, le pétrole et le gaz naturel sont principalement constitués de carbone.

Lors de leur combustion, la réaction est simple :

C + O₂ → CO₂

Les masses atomiques permettent de calculer exactement la quantité de dioxyde de carbone produite :

• Masse atomique du carbone : 12
• Masse moléculaire du CO₂ : 44

Ainsi :

1 kg de carbone brûlé produit 3,67 kg de CO₂.

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2. Nous savons combien de CO₂ nous émettons

Les quantités de charbon, de pétrole et de gaz extraites sont connues avec une bonne précision grâce aux statistiques énergétiques nationales et internationales.

À partir de ces données, les scientifiques calculent les émissions de CO₂.

Parallèlement, la concentration atmosphérique est mesurée indépendamment dans des observatoires comme celui de Mauna Loa (Hawaï).

Les observations montrent que la concentration atmosphérique est passée d'environ 280 ppm avant la révolution industrielle à plus de 420 ppm aujourd'hui.

Toutefois, la totalité du CO₂ émis ne reste pas dans l'atmosphère. En moyenne, environ 45 % des émissions annuelles y demeurent, tandis que le reste est absorbé par les océans et la biosphère. Ce phénomène est appelé le fractionnement aérien et est documenté depuis plusieurs décennies.

Sources : IPCC AR6, Global Carbon Project.

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3. Le CO₂ supplémentaire provient bien des combustibles fossiles

Le carbone existe sous plusieurs isotopes, notamment le carbone 12 (¹²C), le carbone 13 (¹³C) et le carbone 14 (¹⁴C).

Les combustibles fossiles se sont formés il y a plusieurs dizaines de millions d'années. Leur carbone ¹⁴C a pratiquement disparu par désintégration radioactive et ils sont relativement appauvris en ¹³C.

Depuis le début de l'ère industrielle, les scientifiques observent :

• une diminution du rapport ¹³C/¹²C dans l'atmosphère ;
• une dilution du ¹⁴C.

Cette évolution correspond précisément à la signature isotopique attendue si le CO₂ supplémentaire provient principalement de la combustion du charbon, du pétrole et du gaz.

Ces observations constituent l'une des preuves les plus solides de l'origine humaine de l'augmentation du CO₂ atmosphérique.

Sources : IPCC AR6 ; Suess (1955) et travaux ultérieurs sur l'effet Suess.

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4. Pourquoi le CO₂ influence-t-il la température ?

La Terre reçoit de l'énergie du Soleil.

Pour rester en équilibre, elle doit renvoyer cette énergie vers l'espace sous forme de rayonnement infrarouge.

La puissance rayonnée par un corps est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann :

P = σT⁴

Cette loi est utilisée quotidiennement en physique, en astrophysique et en ingénierie.

Le dioxyde de carbone possède une propriété essentielle : il absorbe certaines longueurs d'onde du rayonnement infrarouge, notamment autour de 15 micromètres.

Cette propriété est mesurée expérimentalement depuis plus d'un siècle et est exploitée dans de nombreux instruments scientifiques, des détecteurs de gaz aux satellites d'observation.

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5. Le forçage radiatif

Les climatologues utilisent une relation physique reliant la concentration atmosphérique en CO₂ au supplément d'énergie retenu par le système climatique :

ΔF = 5,35 × ln(C/C₀)

où :

• C est la concentration actuelle ;
• C₀ la concentration de référence ;
• ΔF est le forçage radiatif, exprimé en watts par mètre carré.

Cette relation, proposée par Myhre et al. (1998), est largement utilisée et a ensuite été affinée par des travaux plus récents.

En passant d'environ 280 ppm à 420 ppm, le forçage radiatif dû au CO₂ est de l'ordre de 2,2 W/m², une valeur cohérente avec les estimations du GIEC.

Il est important de distinguer ce forçage radiatif du déséquilibre énergétique actuel de la Terre, qui est plus faible car le système climatique a déjà répondu en partie à cette perturbation en se réchauffant.

Sources : Myhre et al. (1998) ; Etminan et al. (2016) ; IPCC AR6.

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6. Les observations confirment les calculs

Les modèles physiques ne sont pas les seules preuves.

Les observations montrent également :

• une diminution du rayonnement infrarouge quittant la Terre aux longueurs d'onde absorbées par le CO₂ ;
• une augmentation du rayonnement infrarouge descendant vers la surface à ces mêmes longueurs d'onde.

Ces résultats ont été observés indépendamment par des satellites et des instruments de mesure au sol.

Ils correspondent aux prédictions de la physique du transfert radiatif.

Sources : Harries et al. (2001) ; Feldman et al. (2015).

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7. Quelques objections fréquentes

« Le climat a toujours changé. »

Oui.

Le climat terrestre a varié tout au long de son histoire sous l'effet de nombreux facteurs naturels : activité solaire, volcanisme, variations orbitales, dérive des continents, etc.

Cependant, l'existence de causes naturelles de variation n'empêche pas qu'une nouvelle cause, les émissions humaines de gaz à effet de serre, puisse également influencer le climat.

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« Le CO₂ est présent en très faible quantité. »

La concentration actuelle est d'environ 0,04 % de l'atmosphère.

Mais l'influence d'une substance dépend de ses propriétés physiques et chimiques, pas uniquement de sa concentration.

Par exemple, quelques parties par million de chlore suffisent à désinfecter une piscine, et quelques milligrammes d'un médicament peuvent produire un effet physiologique important.

De même, le CO₂ absorbe efficacement certaines longueurs d'onde de l'infrarouge malgré sa faible concentration.

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« Les volcans émettent plus de CO₂ que les humains. »

Les estimations scientifiques actuelles montrent que les émissions humaines de CO₂ sont environ 60 à 100 fois supérieures aux émissions volcaniques annuelles.

Par ailleurs, la signature isotopique du carbone atmosphérique montre que l'augmentation observée provient principalement de la combustion des combustibles fossiles.

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Conclusion

Les démonstrations présentées ici reposent sur des disciplines indépendantes :

• la chimie montre que brûler du carbone produit du CO₂ ;
• les mesures atmosphériques montrent que la concentration de CO₂ augmente ;
• les isotopes démontrent que cette augmentation provient majoritairement des combustibles fossiles ;
• la physique montre que le CO₂ absorbe une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre ;
• les satellites et les instruments au sol observent directement cet effet.

Aucune de ces preuves, prise isolément, ne décrit à elle seule l'ensemble du système climatique. En revanche, leur convergence constitue un ensemble d'indices cohérents qui explique pourquoi la communauté scientifique considère aujourd'hui comme très solidement établie la contribution des émissions humaines de CO₂ au réchauffement climatique.

Les débats peuvent porter sur l'ampleur des impacts futurs, les stratégies d'adaptation ou les politiques à mettre en œuvre. En revanche, le mécanisme physique reliant l'augmentation du CO₂ d'origine humaine au renforcement de l'effet de serre repose sur des lois fondamentales de la physique et de la chimie, confirmées par de multiples observations indépendantes.

Sources :

Forçage: https://cir.nii.ac.jp/crid/1361981470408106368 , https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016gl071930
Giec: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/chapter/chapter-7
Absorption, satellites : https://www.nature.com/articles/nature14240

Ithara Gaïan
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