Le système climatique

La météorologie étudie l’état de l’atmosphère et ses changements à court terme : pluie, vent, température ou pression dans les prochains jours. La climatologie étudie les propriétés statistiques de ces conditions sur des périodes plus longues. Un climat se décrit par des moyennes, mais aussi par la variabilité, la fréquence des événements et leurs extrêmes. Une évolution de la moyenne peut s’accompagner d’une évolution de la distribution entière.

La température moyenne globale est un indicateur construit à partir de mesures de terrain et d’observations spatiales. Les observations ne sont pas également réparties ; les méthodes doivent prendre en compte la surface représentée et les incertitudes. Une anomalie de température est un écart par rapport à une période de référence annoncée. Deux anomalies ne se comparent correctement que si leurs références, leurs domaines et leurs méthodes sont compatibles.

D’autres indicateurs complètent la température : contenu thermique des océans, niveau moyen marin, étendue des glaces ou dates de certains événements biologiques. Pour le passé, les scientifiques utilisent des archives comme les pollens, les sédiments et les traces glaciaires. Un pollen identifie une végétation dont les exigences climatiques aident à reconstruire un milieu ; il ne donne pas directement une température exacte sans modèle et sans comparaison.

Le système climatique comprend l’atmosphère, l’hydrosphère, la cryosphère, la biosphère et les surfaces continentales. Ces enveloppes échangent de l’énergie et de la matière. Les temps de réponse diffèrent : l’air réagit plus rapidement que les couches océaniques profondes. Une perturbation peut donc produire des effets décalés dans le temps. Une explication solide doit préciser l’échelle spatiale, la durée et le mécanisme considéré.

La Terre reçoit du rayonnement solaire. Une partie est réfléchie vers l’espace par les nuages, l’atmosphère et les surfaces : cette fraction constitue l’albédo planétaire. Le reste est absorbé par le système. La Terre émet de l’énergie sous forme de rayonnement thermique infrarouge. Pour un bilan au sommet de l’atmosphère, on compare le rayonnement solaire absorbé au rayonnement infrarouge sortant. Il faut utiliser la même surface de référence et les mêmes unités.

À l’équilibre radiatif moyen, les entrées et les sorties se compensent. Cela n’interdit ni les échanges internes ni les variations locales. Une perturbation imposée du bilan correspond à un forçage radiatif ; le bilan net observé dépend ensuite aussi de la réponse du système. Une augmentation des gaz à effet de serre perturbe les échanges infrarouges et provoque une accumulation d’énergie, jusqu’à une nouvelle réponse du système.

Les gaz à effet de serre absorbent certaines longueurs d’onde du rayonnement infrarouge terrestre et émettent eux-mêmes du rayonnement dans toutes les directions. Pour analyser le rôle d’un gaz, on considère son spectre, son abondance et les conditions atmosphériques. Le diazote et le dioxygène, bien que majoritaires, ne jouent pas le rôle radiatif du CO₂ ou de la vapeur d’eau dans ce domaine. Dire que l’atmosphère retient toute la chaleur est faux : l’énergie continue à sortir vers l’espace.

Une rétroaction apparaît quand la conséquence d’une perturbation agit en retour sur cette perturbation. Elle est positive si elle amplifie le changement initial et négative si elle l’atténue. Ces mots ne portent aucun jugement moral. Pour vérifier le signe, écris une chaîne causale complète : perturbation, effet intermédiaire, effet en retour. Une relation isolée ne forme pas encore une boucle.

La réduction des surfaces glacées peut exposer une surface plus sombre. L’albédo diminue, l’absorption solaire augmente et le réchauffement initial est amplifié : c’est une rétroaction positive. Une atmosphère plus chaude peut aussi contenir davantage de vapeur d’eau ; comme celle-ci participe à l’effet de serre, cela amplifie le réchauffement. La vapeur d’eau joue ici principalement le rôle de réponse au réchauffement, et ne doit pas être confondue avec la source initiale d’une augmentation durable de CO₂.

Le dégel de sols durablement gelés peut favoriser la décomposition de matière organique et libérer des gaz à effet de serre. Il existe aussi des mécanismes stabilisateurs : la photosynthèse retire du CO₂ de l’atmosphère à court terme, et une Terre plus chaude émet davantage d’infrarouges vers l’espace. Ces mécanismes ne compensent pas automatiquement toute perturbation. Les puits biologiques dépendent notamment de l’eau, des nutriments, des températures et du devenir de la matière organique.

L’océan absorbe une grande part de l’énergie supplémentaire du système climatique. Sa capacité thermique et son volume amortissent la variation rapide de la température atmosphérique, mais cette accumulation ne fait pas disparaître l’énergie. Les échanges avec les profondeurs sont lents. Une perturbation peut donc laisser une empreinte durable, même après une réduction des émissions. L’océan absorbe aussi du CO₂, ce qui modifie sa chimie ; ce rôle est distinct du stockage de chaleur.

L’eau se dilate lorsqu’elle se réchauffe dans les conditions ordinaires de l’océan. Cette dilatation contribue à élever le niveau marin. La fusion de glaces continentales ajoute de l’eau à l’océan et contribue aussi à cette élévation. La banquise flotte déjà : sa fusion n’a pas le même effet direct sur le niveau que celle d’un glacier posé sur un continent. Son recul agit toutefois sur l’albédo et sur les écosystèmes.