Conférence du mercredi 13 février 2008

Climatiser la Terre

Comment pourrait-on VRAIMENT contrôler la température de la Terre ?

par Alain Bonnier, physicien

Vous pouvez consulter le texte intégral, rédigé par le conférencier.

Vidéo de la conférence à la fin de cette page.

Texte annonçant la soirée

Même si nous arrêtions complètement aujourd’hui même d’émettre des gaz à effet de serre (GES), cela n’empêcherait pas la température atmosphérique moyenne d’augmenter de 2 à 3 degrés d’ici la fin du siècle. C’est dire que l'application du protocole de Kyoto – qui propose non pas l'arrêt des émissions de GES, mais leur réduction par rapport à 1990 – ne permettra sûrement pas de stopper la hausse de température avant un siècle. Nous allons voir pourquoi lors de la conférence.

En même temps, nous tenterons de mieux comprendre le mécanisme du « réchauffement climatique ». Notre but ici n’est pas d’en rajouter par rapport au discours médiatique qui verse souvent, hélas, dans le catastrophisme concernant les conséquences de ce réchauffement ou dans l’évangélisme sur les actions à poser pour « sauver la planète ». La situation est grave, mais restons calmes et rationnels. C’est la meilleure façon de nous en sortir. En comprenant quantitativement la physique du phénomène, nous serons plus en mesure d’évaluer l’efficacité des solutions qui sont proposées, de reconnaître celles qui sont illusoires de celles qui sont réalistes.

À la fin, nous réfléchirons sur certaines pistes de recherche qui permettraient de véritablement « climatiser la Terre ».

Alain Bonnier oeuvre dans le domaine de la recherche scientifique et technique depuis 1968. Détenteur d’un doctorat en physique, il a travaillé à l’INRS-Énergie sur des projets de production d’énergie par fusion thermonucléaire. Il a ensuite travaillé chez RCA au développement de lasers de grande puissance avant de fonder sa propre entreprise spécialisée en R&D : Informatique BIT (R&D).

M. Bonnier est l’auteur de deux livres de physique et d’une trentaine d’articles scientifiques. Il a enseigné la physique pendant une quinzaine d’années, donné des dizaines de conférences et une cinquantaine d’entrevues à la télévision et à la radio. Il a écrit également plus de 200 articles de vulgarisation (sous le nom de M. BIT) pour le journal La Presse à Montréal.

En 1995, M. Bonnier a offert par l’intermédiaire des Sceptiques du Québec la somme de 500 000 $ à quiconque pourrait démontrer expérimentalement la réalité d’un phénomène paranormal. Entre 1995 et 2000, environ 125 candidats ont présenté des projets d’expérience. Une vingtaine d’expériences ont été réalisées, mais aucune n’a pu faire la démonstration d’une telle réalité. M. Bonnier a également été président des Sceptiques du Québec durant quatre mandats entre 1997 et 2002.

Annonces

François Filiatrault, animateur de la soirée, précise la mission des Sceptiques du Québec : cet organisme à but non lucratif a pour mission de développer l’esprit critique et, à l’occasion, de se prononcer sur des cas où l’esprit critique aurait fait défaut, comme, tout récemment, sur les propriétés de lavage de la Boule Magik. Revue et site Web complètent les services donnés aux membres. Comme le démontre la conférence de ce soir sur le réchauffement climatique, tout peut être remis en question.

L’animateur rappelle que l’Assemblée générale de notre organisme, à laquelle sont invités tous les membres, aura lieu le 17 février 2008. On y présentera un rapport sur les activités de 2007 et on y élira un nouveau conseil d’administration. Le dernier numéro du Québec sceptique est toujours en vente. Il est rempli d’articles fort intéressants sur tous les sujets, dont la mystification intellectuelle, les OGM, la polygamie au Canada et une nouvelle série sur l’éthique de Normand Baillargeon.

Actualités

D’abord, on apprend qu’au Bénin, berceau des rituels vaudou, la grippe aviaire n’effraie pas les prêtres de cette religion. Elle a été réinstaurée « religion officielle » en 1990, après avoir été bannie par les colonialistes français. L’immolation de volailles, dont on boit le sang, pourrait constituer un risque de contamination aviaire. Négligeant les masques de protection, les adeptes vaudou soutiennent que leur foi les protégera des infections. Le dieu vaudou ne permettrait pas qu’on achète un poulet infecté comme offrande – forcément.

Au Royaume-Uni, la religion anglicane est religion d’État sous l’autorité de la reine d’Angleterre, Elizabeth II. Récemment, une motion du parlement britannique demande que l’anglicanisme ne soit plus religion d’État. Avec stupeur, on note que le numéro de la motion est le « 666 » (Apocalypse 13,18), le nombre de la « bête » ! Étant donné la faible probabilité qu’une motion, vue antireligieuse par certains, porte ce nombre, il n’y a qu’un pas pour y voir un signe maléfique… S’agit-il de pur hasard, s’interroge ironiquement Filiatrault ?

Revue littéraire

L’animateur répond à son interrogation précédente en proposant la lecture d’un livre de Denis Lejeune intitulé : Qu’est-ce que le hasard ? Ses réflexions sur les notions qu’on en a portent sur différents domaines et sont illustrées par de nombreux exemples. Car, le hasard intervient constamment dans nos vies, souvent de façon agréable, mais également de façon désagréable. La science, en élucidant de plus en plus les chaînes causales, nous aide à réduire les hasards désagréables.

Si, par exemple, on avait pu mesurer la détérioration du béton du pont de la Concorde, ajoute Filiatrault, on aurait sans doute pu éviter son effondrement sur des automobilistes malchanceux. Le risque zéro est pourtant impossible à atteindre. On ne saura jamais tout. Le hasard ne découle-t-il pas de notre ignorance des causes multiples des événements ? Et qu’en est-il des coïncidences ? Notre cerveau y discerne souvent, mais sans raison, des causes magiques. Nos comportements peuvent augmenter la probabilité qu’un évènement désiré se produira, mais y penser très fort (comme dans Le Secret) ne le fera pas par cela arriver.

Lejeune examine la théorie du hasard dans les sciences mathématique, physique ou biologique (théorie de l’évolution). Il analyse comment l’ordre et le désordre s’insèrent dans la théorie du chaos, en mentionnant le battement d’ailes du papillon de Lorenz. Le modèle probabiliste s’appuierait sur le déterminisme des grands nombres. Il jouerait aussi un rôle dans l’art et la philosophie… Le hasard, consubstantiel à notre société, permet – même à travers des événements fâcheux – d’explorer des pistes profitables qui seraient sans cela restées inconnues, termine Filiatrault.

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Climatiser la Terre

Comment pourrait-on VRAIMENT contrôler la température de la Terre ?

par Alain Bonnier, physicien

Le conférencier considère que le débat sur le réchauffement climatique est plutôt mal engagé. Divers intérêts sont en jeux qui n’ont rien à voir avec la science ou la technologie et qui faussent le débat. C’est ainsi qu’il a pris ces dernières années une tournure politique, idéologique, moralisatrice, voire quasi religieuse, qui risque effectivement de nous précipiter dans le chaos qu’on cherche tant à nous éviter. La situation est grave, dit-il, mais restons calmes et rationnels, c’est la meilleure façon de nous en sortir.

C’est la raison pour laquelle il a voulu présenter aux Sceptiques du Québec le mécanisme du réchauffement climatique. En comprenant mieux la physique du phénomène, nous serons plus en mesure d’évaluer rationnellement l’efficacité des solutions proposées, de reconnaître celles qui sont illusoires de celles qui sont réalistes. Nous pourrons aussi entrevoir certaines pistes de recherche qui permettraient de véritablement « climatiser la Terre ».

Cherchons le « coupable » !

S’appuyant sur des observations bien établies maintenant, comme le réchauffement planétaire de quelques 0,7 °C au XXe siècle et le rôle important que jouent les gaz à effet de serre (GES) dans ce réchauffement, on a d’abord entrepris de trouver un « coupable ». Remarquez déjà, nous dit Bonnier, le vocable moralisateur. Ce « coupable », c’est l’Homme, bien sûr : « Coupable » d’exister, de vivre et d’habiter sa planète. Par ses émissions de GES, il est le grand responsable du réchauffement climatique. En partie du moins, parce que la présence dans l’atmosphère d’un des principaux GES ? la vapeur d’eau ? est à peu près indépendante de l’activité humaine. Et encore là, ce jugement est un peu simple. La température atmosphérique a beaucoup fluctué au cours des milliards d’années de l’histoire de la Terre. Bien avant l’arrivée de l’homo sapiens. Bien avant qu’apparaisse un « coupable ».

Kyoto : une « solution » illusoire

Le « coupable » étant démasqué, on a vite conclu ensuite qu’il suffisait que celui-ci réduise et éventuellement stoppe ses émissions de GES pour éviter un réchauffement appréhendé de 2 à 5 °C d’ici la fin du XXIe siècle. Ce qui a donné lieu à différents accords internationaux, dont celui de Kyoto visant à réduire ces émissions de GES par rapport à leur niveau de 1990.

Or, nous le verrons lors de cette causerie, nous dit Bonnier, même si on arrêtait complètement demain matin toute émission de GES partout sur Terre (ce qui est virtuellement impossible), on n’empêcherait pas la température d’augmenter d’au moins 2 °C d’ici la fin du siècle. Tout simplement parce qu’une fois rendus dans l’atmosphère, ces GES y perdurent longtemps avant de retomber au sol ou se dissoudre dans la mer. La durée de présence dans l’atmosphère du CO2, par exemple, est de l’ordre du siècle ; celle de certains halocarbures est de l’ordre du millénaire. Et tant qu’ils sont dans l’atmosphère, ces GES contribuent au réchauffement climatique.

Voici une analogie qui aidera peut-être à mieux comprendre : un arbre tombe à une centaine de mètres devant un autobus roulant à 100 km/h. Si le conducteur lève le pied de l’accélérateur pour réduire sa vitesse, c’est bien, mais ce ne sera sans doute pas suffisant pour stopper le véhicule à temps et éviter de frapper l’arbre. S’il freinait en plus, ce serait mieux, et améliorerait davantage ses chances d’éviter l’accident. Morale de conduite automobile : même si c’est le conducteur qui est « coupable » d’avoir lancé l’autobus à 100 km/h, ce n’est pas en coupant les gaz que le véhicule s’arrêtera aussitôt. Il doit faire plus : c’est-à-dire appliquer les freins. Morale de conduite climatique : même si c’est l’Homme qui est « coupable » d’avoir élevé la température terrestre, ce n’est pas en coupant ses émissions de GES, que la température se stabilisera aussitôt. On doit faire plus : c’est-à-dire réduire l’apport énergétique du Soleil. Nous verrons plus loin comment ça pourrait être possible.

La « solution » Kyoto est donc illusoire si on pense ainsi stopper l’augmentation de température avant un ou deux siècles. Ce qui ne veut pas dire de ne rien faire entre-temps pour réduire nos émissions de GES ; ça ne peut pas nuire à long terme, bien sûr. Mais si les effets appréhendés du réchauffement climatique dans les prochaines années sont aussi dévastateurs qu’on nous le laisse entendre, il est irresponsable de miser son va-tout sur cette seule « solution », surtout quand on sait qu’elle n’a aucune chance de succès à moyen terme. En fait, pour Bonnier, cette « solution » semble n’être là que pour donner bonne conscience à ceux qui se croient investis de la mission de « sauver la planète ». Et qui l’aurait cru ? Même dans une revue aussi respectable que le Québec sceptique, on a soutenu cette thèse illusoire de l’action immédiate et primordiale de réduction des GES pour « sauver » la Terre ! (Voir Québec sceptique no. 62, pp. 19-26)

Le climat se réchauffe-t-il vraiment ?

Jusqu’à la fin des années 1990, on pouvait en douter tant les variations de température observées se situaient à l’intérieur des marges d’incertitude comme l’indique le graphique ci-contre donnant les différences de températures probables (en °C) durant le dernier millénaire dans l’hémisphère nord par rapport à la température moyenne en 1975 qui était de 14 °C environ. (La zone grise indique la marge d’incertitude.)

On observe une légère baisse durant les années 1000 à 1900, suivie d’une remontée subite peu après 1900 jusqu’en 1930, puis une certaine stabilité jusqu’en 1975. La température s’accroît ensuite d’environ 0,7 oC jusqu’en l’an 2000. Peu de scientifiques nient ce réchauffement, mais certains doutent cependant de l’efficacité des solutions apportées pour le réduire ou le contrôler, précise Bonnier.

Le réchauffement climatique observé est-il « normal » ?

Pour savoir si le réchauffement climatique observé ces dernières années est « normal », on peut comparer avec les variations de température atmosphérique qu’a connues la Terre au cours de son histoire.

Trois facteurs déterminent presque entièrement cette température atmosphérique :

• le flux d’énergie lumineuse venant du Soleil,
• l’albédo de la Terre
• et le forçage radiatif des GES.

Ces trois facteurs ont fluctué énormément au cours des derniers millénaires.

Le flux d’énergie solaire, par exemple, qui est présentement de 480 W/m2 (les flux d’énergie se mesurent en watts par mètre carré) en juin à 65o de latitude Nord, était de 530 W/m2 il y a 11 000 ans. Au cours des 200 000 dernières années, il a fluctué entre 450 et 550 W/m2. Notons qu’une variation de quelques watts par mètre carré est suffisante pour faire varier la température terrestre de quelques degrés Celsius.

Les concentrations de GES ont aussi énormément varié. Des mesures indiquent que la concentration de CO2 était alors 20 fois plus importante il y a 500 millions d’années qu’au début de l’ère industrielle (qui était d’environ 280 parties par million). À l’époque des dinosaures, il a 100 millions d’années, cette concentration était 5 fois supérieure au niveau préindustriel. L’effet de serre était donc beaucoup plus important qu’aujourd’hui, mais l’activité solaire était moindre, il en a résulté une température à peine plus haute que présentement. Ces variations de concentration de CO2 dans le passé ne peuvent évidemment pas être attribuées à l’activité humaine, fait remarquer le conférencier.

La figure ci-bas indique des variations de l’ordre de 10 oC durant les 400000 dernières années dans l’Antarctique. Ces estimations ont été obtenues à l’aide de carottes glaciaires. Ces variations reflètent les variations de température pour l’ensemble de la planète. Bien que la Terre ait subi plusieurs hausses de températures dans le passé, dues aux variations de flux solaire et de concentrations de GES, on remarque qu’il n’y a pas eu emballement catastrophique.

Le flux d’énergie venant du Soleil

Le Soleil est un immense réacteur thermonucléaire. Il constitue notre principale source de chaleur. Les autres sources d’énergie représentent au total moins d’un millième de l’énergie lumineuse venant du Soleil. Sa puissance lumineuse se propage sphériquement dans toutes les directions et couvre l’ensemble du spectre électromagnétique (des rayons gamma aux ondes radio) avec un pic d’intensité dans la partie visible du spectre (autour du jaune-vert). La Terre, à une distance de 150 millions de km, n’intercepte qu’une petite parcelle de cette énergie. Le flux solaire à cette distance est de 1368 W/m2. À cause de la rotation de la Terre, ce flux se répartit sur toute sa surface. Ce qui donne un flux moyen de 342 W/m2 à l’entrée dans la troposphère pour l’ensemble de la Terre.

L’albédo de la Terre

Mais ce flux d’énergie ne sert pas entièrement à chauffer la Terre. Une partie retourne directement dans l’espace, réfléchie ou diffusée par les nuages, les océans et le sol. C’est l’albédo de la Terre qui représente 31,3 % du flux solaire incident : 20 à 21 % est réfléchi par les nuages et les aérosols, 6 % par les diverses couches de l'atmosphère et 4 à 5 % par la surface de la Terre (qui inclut notamment les calottes glaciaires particulièrement réfléchissantes).

Le reste du flux solaire, soit 235 W/m2, est absorbé par le sol, les océans et l’atmosphère puis sera éventuellement réémis dans l’espace sous forme de rayons infrarouges. Les dernières mesures de la NASA indiquent qu’environ 234 W/m2 retournent dans l’espace, laissant 0,8 W/m2 pour le réchauffement de la Terre.

S’il n’y avait pas de GES, la température moyenne de la Terre serait de –19 oC. L’effet de serre a permis d’augmenter cette température de 34 oC au fil des millions d’années pour la porter à +15 oC aujourd’hui. Les GES, tellement décriés aujourd’hui, ont donc eu un effet bénéfique sur l’évolution de la vie sur Terre puisqu’à une température de –19 oC, l’eau étant gelée presque partout, il aurait été très difficile, peut-être même impossible de voir la vie apparaître et se développer, note Bonnier.

L’effet de serre des gaz atmosphériques

Dans le schéma ci-bas, on présente l’intensité du rayonnement venant du Soleil et de la Terre en fonction de la longueur d’onde. Pour le Soleil, le pic d’intensité se trouve dans la partie visible du spectre, centré autour d’une longueur d’onde d’un demi-micron (correspondant au jaune-vert.) Pour le rayonnement venant de la Terre, le pic d’intensité se trouve dans l’infrarouge lointain, centré autour d’une longueur d’onde de 12 microns environ. Les parties noires marquées « non absorbé » correspondent aux régions du spectre où l’atmosphère est transparente au rayonnement. Les bandes verticales grises représentent l’absorption par différents gaz.

On constate que la lumière venant du Soleil traverse l’atmosphère pratiquement sans absorption, si ce n’est de l’ultraviolet absorbé par l’ozone et de l’infrarouge partiellement absorbé par la vapeur d’eau. Au retour, par contre, le rayonnement infrarouge provenant de la Terre est en grande partie bloqué par différents gaz dont le plus important est la vapeur d’eau qui absorbe pratiquement tout l’infrarouge dans la bande supérieure à 20 microns et celle entre 5 et 7 microns. Le CO2, absorbe complètement la radiation entre 15 et 17 microns et environ 50 % de celle entre 12 et 13 microns. Si on augmente la concentration de CO2 dans l’atmosphère, c’est seulement dans cette bande de 12-13 microns que l’absorption de radiation pourra augmenter puisque la bande entre 15 et 17 microns est complètement saturée.

De même, si on augmente la concentration de méthane, on absorbera davantage de radiation dans la bande entre 8 et 9 microns, contribuant aussi à augmenter l’effet de serre. Pour l’ozone, c’est dans la bande de radiation comprise entre 9 et 12 microns que l’absorption augmentera si sa concentration augmente. Le protoxyde d’azote joue aussi un rôle, mais comme il est presque rendu à saturation dans la bande comprise entre 18 et 20 microns, augmenter sa concentration n’absorbera pas beaucoup plus de radiation et n’affectera pas la température de la Terre.

Bilan global des flux d’énergie

Le schéma ci-dessous dresse le bilan global des flux d’énergie entrant et sortant de l’atmosphère. Les chiffres représentent la moyenne annuelle, exprimée en W/m2, des flux d’énergie sur la surface entière de la planète.

Le mécanisme du chauffage atmosphérique peut se résumer ainsi :

On a d’abord le premier flux A qui représente le flux solaire incident moyen de 342 W/m2 réparti sur l’ensemble de la sphère terrestre. Ce flux constitue donc l’intrant énergétique total de la Terre. Si la Terre est en équilibre thermique (autrement dit : si sa température est constante), son intrant énergétique doit être égal à son extrant. Elle retournera donc dans l’espace ce même flux de 342 W/m2. Si la Terre se réchauffe, l’extrant énergétique sera inférieur. Les plus récentes mesures semblent indiquer que la différence entre l’intrant et l’extrant énergétique de la Terre serait de 0,85 W/m2.

De ce flux incident de 342 W/m2, 31,3 % (soit 107 W/m2) retourne dans l’espace sans être absorbé, c’est l’albédo de la Terre (le flux I dans le schéma). De ce flux de 107 W/m2, environ 77 est réfléchi ou diffusé par les nuages, l’air et les aérosols et 30 par le sol. Ce qui laisse finalement un flux total absorbé de 235 W/m2 dont 67 par l’atmosphère et les nuages et un dernier 168 W/m2 absorbés par le sol.

S’il n’y avait pas de GES, le flux absorbé de 235 W/m2 serait réémis sans entrave dans l’espace sous forme d’infrarouge et la température de la Terre avoisinerait les ?19 °C. Mais à cause de la présence de ces gaz, l’atmosphère retourne présentement vers le sol 324 W/m2 (flux D). La température au sol s’est donc élevée, au fil des millénaires, à +15 °C. Et comme conséquence de ce réchauffement, ce sol émet plutôt un flux infrarouge de 390 W/m2 (flux J) au lieu de 235. Ajouté aux 24 W/m2 en chaleur sensible (flux H) et aux 78 W/m2 en évapotranspiration (flux G), c’est donc 492 W/m2 au total qui proviennent du sol.

De ce flux infrarouge de 390 W/m2 (flux J), un flux de 40 W/m2 (flux B) passe carrément à travers l’atmosphère sans entrave et se retrouve dans l’espace. Le reste du flux J (le flux C de 350 W /m2), ajouté aux 24 et 78 W/m2 des flux H et G respectivement ainsi qu’aux 67 W/m2 issus du flux A font au total 519 W/m2 qui seront absorbés par l’atmosphère (qui comprend ici : l’air, les nuages et les GES).

L’atmosphère, chauffée par ces 519 W/m2, réémet à son tour sous forme d’infrarouge 195 W/m2 (flux F) vers l’espace et 324 W/m2 (flux D) vers le sol qui l’absorbe et se chauffe.

Ce flux F de 195 W/m2 s’ajoute au flux B de 40 W/m2 pour former le flux émis de 235 W/m2. Ce flux constitue l’émission infrarouge de la Terre vers l’espace.

Finalement, ce flux émis, ajouté au flux I de 107 W/m2, forme l’extrant énergétique total de 342 W/m2 égal à l’intrant énergétique total de 342 W/m2 du flux A. La boucle est ainsi bouclée, conclut le conférencier.

Le forçage radiatif des GES

Les GES empêchent le rayonnement infrarouge émis à la surface de la Terre d’être totalement diffusé dans l’espace, ce qui contribue à son réchauffement. Il en résulte un forçage radiatif, défini comme la différence entre le flux de rayonnement infrarouge de 390 W/m2 émis par la Terre au niveau du sol et le flux de rayonnement infrarouge de 235 W/m2 émis vers l’espace à la surface de la tropopause. (La tropopause est la surface limite entre la troposphère et la stratosphère, à une altitude moyenne de 11 km.) Ce qui donne un forçage radiatif, présentement de 155 W/m2. Elle permet de maintenir la température moyenne à +15 oC, au lieu des –19 oC qu’on aurait sans effet de serre.

La courbe du graphique ci-contre indique le fait remarquable que le facteur radiatif varie comme le logarithme de la concentration de CO2. La fonction logarithmique est une fonction qui varie très lentement. La concentration de CO2 augmente présentement d’environ 2 ppmv par an. Comme elle était de 378 ppmv en 2004, elle est probablement rendue aux environs de 386 ppmv en 2008. En supposant un taux composé annuel de 0,5%, elle aura augmenté de 62% en 2100 par rapport à 2004 et atteindrait 610 ppmv. Mais pendant ce temps, le forçage radiatif qui était de 155 W/m2 en 2004 sera rendu à ... 157,5 W/m2. Soit une augmentation d’à peine 1,6% !

Cette augmentation de flux de 2,5 W/m2 correspond à une augmentation de température de 0.5 oC d’ici la fin du siècle. Les modèles climatiques du GIEC, qui tiennent compte des autres GES et des effets de boucle, arrivent à une augmentation de 1,5 oC en 2100. L’augmentation effective du forçage radiatif d’ici 2100 serait donc de 7,5 W/m2.

La réduction des émissions de GES empêchera-t-elle le réchauffement planétaire ?

Non, répond clairement le conférencier. La durée de présence des GES dans l’atmosphère est très longue, notamment pour le principal d'entre eux, le gaz carbonique (CO2), qui a une durée de présence dans l'atmosphère de l'ordre du siècle. Le graphique ci-contre montre le forçage radiatif résiduel au cours du temps, provenant d'une tonne de gaz émise à l'instant 0. On voit qu'il faut attendre de l'ordre du siècle avant que le CO2 ne commence à être évacué de l'atmosphère, de l'ordre de 10 ans pour le méthane, mais que certains halocarbures (comme le CF4, en haut du diagramme) n'ont toujours pas commencé à s'épurer significativement de l'atmosphère au bout de 1000 ans.

Si nous arrêtions totalement les émissions demain matin (y compris la respiration !), cela aurait pour seul effet de stabiliser la teneur en GES de l'atmosphère à son niveau actuel, puis de la faire lentement décroître. Or ces gaz continuent à jouer le rôle de couverture (ou de vitre de serre) tant qu'ils sont présents. Selon Bonnier, quoi que nous fassions aujourd'hui, le réchauffement issu des gaz que l'homme a mis dans l'atmosphère se poursuivra donc encore pour quelques siècles.

L’accord de Kyoto demande aux différents pays de ramener leurs émissions de GES au niveau de 1990. Les émissions de CO2 qui étaient de 3,87 milliards de tonnes en 1990 sont passées à 7,91 milliards de tonnes en 2004, soit plus du double de 1990 ! Mais même si nous réussissions à ramener nos émissions au niveau de 1990, la concentration de CO2 dans l’atmosphère continuerait de croître. Cette concentration était de 280 parties par million en volume (ppmv) en 1880. Elle est aujourd’hui de 380 ppmv 125 ans plus tard, soit une augmentation de 36 %. Depuis l’an 2000, cette concentration augmente d’environ 2 ppmv par année.

Que faire alors pour « climatiser » la Terre ?

On a vu que la température de la Terre dépendait en premier lieu du flux solaire incident. Une partie de ce flux, qu’on a appelé l’albédo, retourne directement dans l’espace sans chauffer la Terre. L’autre partie pénètre dans l’atmosphère et chauffe la Terre. La Terre irradie à son tour dans l’espace sous forme de rayonnement infrarouge l’énergie reçue. Une partie de ce rayonnement infrarouge est capté par les GES présents dans l’atmosphère puis réémis vers le sol, contribuant ainsi à le chauffer davantage. C’est l’effet de serre. Voilà donc les trois paramètres sur lesquels on peut jouer pour contrôler la température de la Terre :

• Le flux solaire incident
• L’albédo
• La concentration des GES dans l’atmosphère

Selon Bonnier, même en réduisant nos émissions de GES d’ici la fin du siècle, nous ne pourrons empêcher une augmentation relative du forçage radiatif d’au moins 1,9 % et empêcher ainsi que la température augmente d’au moins 2 °C. Il ne nous reste plus qu’à regarder si nous pouvons agir sur les deux autres paramètres que sont l’albédo et le flux solaire. Deux pistes de solution s’offrent à nous :

A. Opération Albédo : Augmenter l’albédo de la Terre en réfléchissant davantage de flux solaire vers l’espace.

B. Opération Parasol : Bloquer une partie du flux solaire incident avant qu’il n’atteigne la Terre à l’aide de satellites-parasols.

A. Opération Albédo

La Terre réfléchit 31,3 % de la lumière reçue du Soleil. Cela constitue son albédo. On pourrait renvoyer un peu plus de rayonnement vers l’espace en augmentant le pouvoir réfléchissant de la Terre. Étant donné que l’atmosphère est en grande partie transparente à la lumière visible, le rayonnement solaire réfléchi dans l’espace ne contribuerait pas à son réchauffement. Pour contrer un forçage radiatif de 1,9 % dû aux GES, il faudrait, selon Bonnier, augmenter l’albédo de la Terre de 1,3 % (de 31,3 % à 32,6 %). Voici quelques idées qu’il propose et qu’il faudra bien sûr explorer, analyser et expérimenter à petites échelles pour s’assurer de leur faisabilité et évaluer leur coût :

• Répandre une substance blanche ou miroitante sur environ 4 % de la surface terrestre (flocons de polystyrène, silice vitrifiée, etc.)
• Développer par des OGM des mousses, lichens ou plantes blanches (sur 4 % de la surface terrestre ou 12 % de l’océan Pacifique).
• Dégager dans l’atmosphère des aérosols opaques dans le visible, mais transparents dans l’infrarouge (pollution possible).
• Augmenter l’ennuagement de 6 % (solution douteuse : les nuages sont déjà responsables des deux tiers de l’albédo terrestre, mais aussi d’une bonne partie de l’absorption des infrarouges provenant du sol…).

B. Opération Parasol

Une autre idée encore plus intéressante, selon Bonnier, serait de bloquer une partie du rayonnement solaire incident. C’est ce qu’on fait quand on se protège avec un parasol d’un Soleil trop ardent. Si on bloque une partie du flux solaire avant qu’il ne parvienne à l’atmosphère, on réduira d’autant la chaleur absorbée. Pour contrer l’augmentation prévue de 1,9 % du forçage radiatif dû aux GES durant le prochain siècle, il faudrait bloquer 1,9 % du flux solaire incident. Comment ? Voici au moins deux concepts qui pourraient être examinés :

Placer des satellites-parasols en orbite autour de la Terre dans le plan de l’écliptique. Une couche de mylar très mince (de l’ordre d’un micron) stopperait suffisamment de lumière. À cette épaisseur, un mètre cube de mylar (ayant une masse d’environ une tonne) couvrirait un kilomètre carré. Pour atténuer le flux solaire de 1,9 %, il faudrait mettre en orbite 5 millions de tonnes, donnant un écran effectif de 2,5 millions de km2 puisque la moitié serait du côté diurne pendant que l’autre moitié serait dans la partie nocturne.

Le coût d’une telle opération serait de l’ordre de mille milliards de dollars, selon Bonnier. Répartis sur 50 ans, cela représenterait à peine quelque 20 milliards $ par an. Quand on compare aux coûts du réchauffement climatique que l’économiste Nicolas Stern estimait récemment à 7 000 milliards de dollars pour les prochaines décennies et aux centaines de milliards qu’on s’apprête à dépenser chaque année pour réduire les émissions de GES sans même espérer empêcher d’aucune façon la température d’augmenter de 2 à 4 °C d’ici la fin du siècle, alors dépenser mille milliards de dollars pour vraiment climatiser la Terre serait encore une bonne affaire, estime le conférencier !

Une variante de l’opération Parasol consisterait à placer un anneau de poussière en orbite autour de la Terre dans le plan de l’écliptique à quelque 200 km d’altitude, comme pour les satellites parasols. La nature de cette poussière reste à déterminer en fonction de son coût et de sa capacité à bloquer la lumière solaire.

Il en faudrait au moins une dizaine de millions de tonnes à un coût probablement inférieur au coût des satellites parasols. Par contre, advenant le cas où nous voudrions recevoir un flux de lumière supérieur, cette méthode ne permettrait pas de moduler l’entrée de la lumière comme on pourrait le faire avec des satellites-parasols orientables. Il faudrait alors passer le satellite-aspirateur pour nettoyer tout ça, conclut Bonnier en riant.

   

   

   

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Période de questions

Question : Pourquoi le GIEC n’aborde-t-il pas les solutions proposées d’augmenter l’albédo de la Terre ou de bloquer le flux solaire incident ?

Parce qu’il considère que ce n’est pas dans son mandat, répond Alain Bonnier. Le GIEC (Groupe international d’experts sur le climat) a été formé par l’ONU en 1988 pour étudier l’évolution du climat, d’en prévoir les conséquences et de formuler éventuellement des recommandations pour en atténuer les impacts. Il est composé d’experts de différents pays qui jouent un rôle autant scientifique que politique. Il n’a ni le mandat ni les moyens financiers de commander des études pour trouver des solutions technologiques qui impliqueraient des investissements massifs en R&D (comme étudier la faisabilité de placer des millions de satellites-parasols pour atténuer le flux solaire). Seules la NASA ou l’ESA auraient les moyens scientifiques, techniques et financiers pour envisager de telles études.

D’où le malentendu qu’entretiennent les médias à l’effet que les recommandations du GIEC sont les seules « solutions » au réchauffement climatique. Il est plus facile d’ailleurs pour les médias ou les groupes écologistes de faire appel aux sentiments de peur ou de culpabilité en tenant un discours catastrophiste ou moralisateur pour exhorter la population à arrêter de consommer ou d’émettre des GES que de faire appel à son intelligence en présentant froidement des solutions technologiques. Cela dit, les études du GIEC ont quand même une certaine valeur scientifique, mais les conclusions et les recommandations qu’on en tire sont largement influencées par les intérêts politiques.

On a pu voir d’ailleurs le lien politique l’an dernier avec l’attribution du prix Nobel de la Paix au GIEC et à Al Gore. Le Nobel de la Paix est avant tout un prix politique. Rien à voir avec le Nobel de Physique. L’attribution de ce prix à Al Gore semblait davantage motivé par le désir d’envoyer une petite flèche à George Bush pour son refus de ratifier le protocole de Kyoto que pour souligner un apport exceptionnel à la Paix ou à la Science. Ce faisant, on discréditait du même coup ceux qui jetaient un regard critique sur les solutions proposées par le GIEC qui se voyaient dès lors élevées au rang de dogmes, ouvrant ainsi la voie à un débat manichéen entre les bons pro-Kyoto et les méchants anti-Kyoto. Tout ça est très décevant sur le plan scientifique. Mais c’est décevant surtout pour l’avenir de la Planète. Quand dans 50 ou 100 ans, on constatera l’échec de ces « solutions », nos descendants nous trouveront bien stupides de ne pas avoir pensé à un plan B.

Question : Comment réagir aux effets directs du réchauffement climatique ?

Si le réchauffement climatique est inévitable, il faudrait en priorité, comme le soutient le géophysicien Claude Allègre, trouver des solutions aux conséquences les plus dommageables. Ces conséquences sont mentionnées d’ailleurs dans certaines études du GIEC : sécheresses ou pluies trop abondantes, fonte des glaciers et augmentation du niveau de la mer, etc. Le réchauffement ajoute de l’énergie au système climatique, augmentant de ce fait la fréquence et l’intensité de certains phénomènes. Mais tout n’est pas noir. Il peut y avoir également des effets bénéfiques comme l’ouverture du passage du Nord-Ouest, des récoltes plus abondantes, des pousses d’arbres plus rapides, etc.

Question : Que pensez-vous du protocole de Kyoto ?

On a vu que la réduction des émissions de GES préconisée par le protocole de Kyoto n’empêchera pas la température d’augmenter d’au moins 2 °C d’ici la fin du siècle. Mais en plus, il y a une certaine hypocrisie autour de ce protocole. Par exemple, on critique vertement les États-Unis de ne pas l’avoir entériné. Par contre, ils ont un meilleur dossier au chapitre de la réduction des GES que le Canada qui l’a pourtant signé. Précisons aussi que les pays en émergence (telles la Chine et l’Inde) ne sont pas liés par cette entente, même s’ils émettent près de la moitié des GES de la planète. C’est un autre aspect qui me fait douter de sa réussite, poursuit le conférencier.

Les efforts pour tenter de réduire les émissions de GES sont parfois contre-productifs. Par exemple, pourquoi produire un moteur à combustion plus performant, donc générant moins de GES ? L’accroissement de la population et l’augmentation du niveau de vie du tiers monde annuleront rapidement les bénéfices escomptés. Selon certaines études en Europe, plus les voitures sont économes, plus les gens roulent ! En fin de compte, on émet probablement autant de GES qu’avec des voitures plus voraces.

Si on était vraiment sérieux avec la réduction des émissions de GES, on interdirait carrément l’extraction du pétrole, du moins jusqu’à ce qu’on ait développé des techniques efficaces de captage du carbone. Puisqu’une fois sorti de terre, tout ce pétrole n’est-il pas destiné à se retrouver dans l’atmosphère sous forme de GES ?

Question : Certains cycles astronomiques, en partie liés à l’activité solaire, pourraient-ils influer sur la température présente ? (Il y a quinze mille ans, le Québec n’était-il pas couvert d’un glacier de 2 km d’épaisseur ?)

Le flux solaire incident a effectivement beaucoup fluctué tout au long de l’histoire de la Terre. Depuis cent ans, il a légèrement augmenté. On parle d’une augmentation de moins d’un watt par mètres carrés seulement comparée à la valeur actuelle de 1368 W/m2. Une partie des 0,7 °C d’augmentation de température observée depuis un siècle pourrait effectivement lui être attribuable.

Question : L’hydroélectricité qui réchauffe nos maisons l’hiver contribue-t-elle au réchauffement planétaire ?

Oui, sans doute, mais très peu. Elle est incluse dans la chaleur sensible de 24 W/m2 provenant de différentes sources (feu, chaufferette, combustion, décomposition, etc.) qui s’ajoute aux quelque 390 W/m2 du rayonnement infrarouge provenant de la Terre. Mais c’est vraiment l’apport énergétique du flux solaire qui est le principal facteur.

Question : Peut-on ensemencer les nuages pour augmenter l’albédo de la Terre, et quel serait l’effet net sur le réchauffement ?

Les nuages jouent un double rôle : ils reflètent une partie la lumière incidente et contribuent ainsi à l’albédo de la Terre ; ils absorbent aussi une grande partie des rayons infrarouges émis par la Terre. Il faut tenir compte de ces deux effets opposés. Par contre, quand on ensemence des nuages, on ne fait que condenser la vapeur d’eau déjà présente dans l’atmosphère. On augmente ainsi l’albédo de la Terre sans augmenter l’absorption dans l’infrarouge. Mais l’effet net n’est pas facile à mesurer. Présentement, on ne le connaît pas précisément.

Question : Ne peut-on craindre un effet d’emballement du réchauffement à un seuil critique prochain de 400 ppmv de concentration de CO2 dans l’atmosphère ? La température des océans serait alors suffisante (augmentation de 5 oC) pour sublimer le méthane (un puissant GES) qui se trouve au fond des océans (et du pergélisol) directement dans l’atmosphère. Cela ferait monter la température de l’atmosphère rapidement d’un autre 5 oC. La plus grande extinction qu’a connue la Terre il y a 250 millions d’années serait due à ce phénomène.

Le conférencier a un doute concernant ce seuil critique de 400 ppmv en concentration de CO2. Aujourd’hui, cette concentration est de 386 ppmv et elle augmente de 2 ppmv par année. La catastrophe appréhendée serait donc dans 7 ans ! Ça semble bien vite ! En 7 ans, la température des océans n’aura sûrement pas augmenté de 5 oC. Même dans les scénarios les plus pessimistes, on ne s’attend pas à ce que la température atmosphérique augmente de 5 oC avant au moins 100 ans. De plus, comme les océans ont une grande capacité thermique, il faudra bien plus longtemps encore avant que leur température suive celle de l’atmosphère. Bref, les chiffres ne tiennent pas. Mais si c’était le cas, raison de plus pour ne pas perdre de temps avec la réduction des GES pour contrôler la température terrestre. Il faudrait dès maintenant considérer d’autres approches plus prometteuses et surtout plus rapides !

Question : Économiquement, les solutions qui auront les meilleurs coûts/bénéfices s’imposeront d’elles-mêmes. Selon le rapport Stern, note un auditeur, deux solutions seraient viables : 1) si on ne fait rien, dans cent ans nos descendants seront quatre fois plus riches que nous ; 2) si on réduit nos GES, ces mêmes descendants seront cinq fois plus riches que nous. Étant donné que nous sommes les plus pauvres, on ne devrait pas dépenser autant d’argent maintenant pour rendre nos descendants plus riches. De la même manière, nous sommes aujourd’hui dix fois plus riches que nos ancêtres d’il y a deux cents ans. Les mesures d’adaptation seront-elles moins difficiles pour nos descendants que celles qui nous demandent de réduire notre croissance d’un demi-pour cent par année ? Cette décroissance est cumulative et se solderait par une diminution nette de 65 % du PIB dans un siècle par rapport à aujourd’hui. Avez-vous des commentaires sur l’adaptation progressive aux conditions climatiques du futur ?

Il faut se méfier des projections économiques, prévient Bonnier, surtout celles qui s’étalent sur un siècle ou deux. Il y a tellement d’impondérables qui faussent des projections même sur une plus courte période, tels les taux d’intérêt, les famines, les crises économiques, les guerres, etc., alors sur une période beaucoup plus longue… Il ne semble pas prudent de s’appuyer sur ce genre de projections pour prendre des décisions importantes sur l’avenir de l’humanité. Les projections climatiques du GIEC s’appuient sur des modèles physiques un peu plus fiables, mais eux aussi dépendent de différents scénarios hypothétiques touchant la consommation ou la pollution.

Question : Même si une réduction des émissions de gaz à effet de serre ne résolvait pas le problème présent d’une hausse de température durant le prochain siècle, ne devrait-on pas profiter du mot d’ordre lancé pour tenter de réduire la pollution atmosphérique et protéger l’environnement ? Il faut au moins l’apparence d’une urgence pour convaincre la population de consacrer beaucoup d’argent à quoi que ce soit (pensons aux mille milliards $ pour les satellites-parasols).

Pourtant, si les solutions proposées ne sont pas crédibles, on risque de produire l’effet contraire et développer une aversion au discours écologique. C’est peut-être déjà commencé d’ailleurs. Mieux vaut, selon le conférencier, convaincre la population et les décideurs en comparant les avantages d’investir aux inconvénients de ne pas investir. L’économiste Stern estime que l’augmentation de quelques degrés de la température coûterait à l’humanité environ 7 000 milles milliards $ pour les pays industrialisés dans les prochains 20 ans. Si c’est avéré, il devrait être plus facile de convaincre les gouvernements d’investir 1 $ si on évite d’en perdre 7. 

D’autre part, il faut être précis et ne pas confondre les solutions visant à contrôler la température terrestre avec celles pour contrer la pollution ou la protection de l’environnement. Ces questions ne sont pas de même nature et ne font pas nécessairement appel aux mêmes solutions. L’exposé du conférencier portait sur le contrôle de la température terrestre. L’idée qu’il voulait faire ressortir dans ce cas était justement qu’on arrête de duper la population avec de fausses solutions et qu’on commence à envisager sérieusement d’autres avenues plus prometteuses. « On peut duper les gens, disait Richard Feynman, mais on ne peut duper la Nature. »

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Sources bibliographiques

• GIEC, Climate Change, the Scientific Basis, 2001.
• GIEC, Introduction aux modèles climatiques simples employés dans le deuxième rapport d’évaluation du GIEC, février 1997.
• Goddard Institute for Space Studies / NASA, Report, avril 2005.
• Myhre G. & al., New Estimate of radiative forcing due to well mixed greenhouse gases, Geophysical Research Letters, Vol. 25, No. 14, pp. 2715-2718, juillet 1998.
• Jancovici J.-M., L'avenir climatique, Éd. du Seuil, mars 2002, site : www.manicore.com.
• Petit M. & al., Nature, juin 1999.
• Sadourny R., Le climat de la Terre, Éd. Flammarion.
• Allègre Claude, Express, jeudi 5 octobre 2006.

Compte-rendu rédigé par Louis Dubé, révisé et augmenté par le conférencier.

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