F… Comme Forçage radiatif

Définitions

  • Forçage : « Traitement que l’on fait subir à certains légumes, certaines plantes à fleurs, pour les obliger à se développer, fleurir ou fructifier en dehors des périodes normales » (Larousse en ligne).
  • Forçage radiatif : « Variation du flux radiatif net, entrant moins sortant, (exprimée en Watts par m2) due à la modification d’un facteur externe du changement climatique, tel la concentration de dioxyde de carbone, la concentration de aérosols volcaniques ou le rayonnement solaire » (GIEC, 6° rapport d’évaluation, Glossaire).

En horticulture, le forçage est une technique du jardinier permettant de contrarier le rythme naturel de croissance de certaines plantes. Pour produire des endives, on exerce par exemple un forçage négatif qui freine ce rythme. A l’inverse, les cultures sous serres permettent d’accélérer le rythme de croissance naturel des plantes (forçage positif).

En climatologie, le forçage désigne l’impact d’un facteur externe sur le bilan des radiations entrantes et sortantes de l’atmosphère qui s’équilibrerait naturellement en l’absence de forçage. Comme dans le jardin, il peut être positif ou négatif. Ce forçage peut être d’origine naturelle, comme dans le cas d’une variation de l’intensité du rayonnement solaire ou d’éruptions volcaniques rejetant des cendres qui réfléchissent ce rayonnement. Il peut être d’origine anthropique comme dans le cas de la concentration des gaz à effet de serre ou de celle des aérosols rejetés par les activités humaines.

Forçages positifs : un réchauffement brut de l’ordre de 1,8°C

Les gaz à effet de serre (en bleu sur le graphique) sont les principaux agents exerçant un forçage radiatif positif qui emprisonne de la chaleur à la surface du globe. Sur la période 2010-2019, les forçages positifs ont contribué à un réchauffement brut de l’ordre de 1,8°C d’après les estimations du GIEC.

  • A lui seul, le CO2 accumulé par l’activité humaine a eu un impact de 0,8°C. Le méthane a été le second contributeur, avec 0,5°C. Le protoxyde d’azote et les gaz fluorés ont chacun contribué à hauteur de 0,1° C.
  • Il convient d’y ajouter le forçage exercé indirectement par les rejets de CO et de composés organiques volatiles qui ne sont pas à effet de serre mais en produisent une fois dans l’atmosphère (contribution de 0,2°C). Les autres forçages positifs sont exercés par les rejets de suifs (« black carbon ») pour 0,1°C et ceux, moins importants, provoqués par les mouvements des avions qui provoquent des trainées absorbant les rayons infrarouges.

Si l’activité humaine n’exerçait que des forçages positifs emprisonnant une fraction de l’énergie provenant du soleil, le réchauffement moyen sur la décennie 2010-2019 serait nettement supérieur au 1,1°C estimé par le GIEC.  Mais les humains rejettent également des substances qui refroidissent l’atmosphère.

Forçages négatifs : 0,7°C de moins !

Les rejets de particules solides appelées « aérosols » contribuent à refroidir la planète pour un peu plus de 0,5°C. Ces aérosols contribuent à réfléchir une partie du rayonnement solaire qui n’atteindra pas la surface du globe, directement ou par leur action sur le formation des nuages. Parmi ces aérosols, le SO2, un polluant redoutable, occupe une place prépondérante.

Les rejets d’oxyde d’azote (NOx), d’autres polluants locaux, exercent un forçage négatif car ils détruisent du méthane une fois dans l’atmosphère. Leur contribution au refroidissement de la planète est de l’ordre de 0,2° C (graphique).

Les changements d’usage des sols, principalement la déforestation, contribuent enfin à refroidir la planète en augmentation l’albédo de la surface terrestre (capacité à réfléchir le rayonnement).

Le réchauffement moyen de 1,1°C observé par le 6ème rapport d’évaluation du GIEC est ainsi la résultante d’un réchauffement brut de 1,8°C minoré d’un refroidissement de 0,7°C.

Implications pour l’action climatique

Dans la majorité de cas, les polluants locaux sont rejetés en même temps que le CO2 lors de la combustion d’énergie fossile. Par exemple, une centrale électrique à charbon ou un moteur diesel rejettent du CO2, mais aussi du SO2, des NOx et d’autres microparticules qui sont des polluants locaux.

Contrairement au CO2, ces polluants ne séjournent que quelques jours ou semaines dans l’atmosphère. Agir sur les émissions de CO2 en réduisant la combustion d’énergie fossile apporte dès lors un co-bénéfice environnemental immédiat via leur élimination. On est dans une logique gagnant-gagnant. Simplement, le gain futur sur le réchauffement est affaibli par le moindre refroidissement lorsqu’il s’agit de NOx, de SO2 ou d’autres aérosols (à l’exception du « black carbon ») qui refroidissent la planète.

Les décideurs politiques cherchent les résultats immédiats (et visibles). C’est pourquoi de nombreuses régulations ont été introduites pour réduire les polluants locaux associés à l’usage des énergies fossiles. Dans ces cas, on lutte bien contre les pollutions locales, mais on contribue à réchauffer la planète par moindre effet de refroidissement des aérosols ou des NOx. Si on continue sur cette voie, notamment en Asie où est désormais concentrée la majorité des rejets d’aérosols, ou pour la navigation maritime, on risque d’accélérer le réchauffement en réduisant le forçage négatif exercé par les aérosols et les NOx sans s’attaquer au forçage positif exercé par le CO2.

La combustion de la biomasse rejette aussi des polluants locaux exerçant un forçage négatif. Son utilisation à grande échelle dans les systèmes de cuissons traditionnels rejetant des fumées toxiques est la première cause de mortalité par pollution de l’air. Sous l’angle climatique, cette combustion est neutre si la biomasse utilisée est renouvelé car le CO2 rejeté est stocké dans la plante (cycle court du carbone). L’accès à des systèmes modernes de cuisson s’opère le plus souvent via le basculement vers le gaz d’origine fossile, ce qui réduit le fléau de la mortalité provoquée par la pollution atmosphérique mais contribue au réchauffement. L’alignement de l’action climatique et de la lutte contre les pollutions locales n’est donc pas automatique.

Utilisation pour les projections climatiques

Pour projeter l’état du climat, on utilise des modèles numériques qui estiment les différents forçages radiatifs positifs ou négatifs exercés par l’activité humaine. Les calculs du réchauffement en résultant, doivent tenir compte des multiples interactions entre composantes du système climatique qui amplifient (« rétroactions positives ») ou amortissent (« rétroactions négatives ») le choc initial de ces forçages.

  • Les rétroactions positives les plus importantes concernent la hausse de la vapeur d’eau (évaporation et transpiration des plantes accrues) et la diminution de l’albédo du sol (moindres surfaces neigeuses et glacées) à la suite du réchauffement initial ;
  • La principale rétroaction négative concerne l’activité photosynthétique des plantes qui peuvent absorber d’avantage de CO2 qui sera retiré de l’atmosphère ; 
  • Les rétroactions concernant la  formation des nuages sont particulièrement délicates à modéliser. Les nuages exercent en effet à la fois un forçage négatif en réfléchissant le rayonnement solaire entrant et un forçage positif car la vapeur d’eau qu’ils contiennent est à effet de serre.

Au total, l’impact des rétroactions positives l’emporte sur les rétroactions négatives. Cela ressort du calcul de la sensibilité climatique qui estime le réchauffement moyen qui résulterait d’un doublement de la concentration de CO2 dans l’atmosphère. En l’absence de rétroaction, un tel doublement provoquerait un réchauffement moyen de l’ordre de 1,2°C. En intégrant les rétroactions, le 6° rapport d’évaluation du GIEC estime cette sensibilité à 3°C.  

Pour aller plus loin :

CITEPA, bilans annuels, https://www.citepa.org/wp-content/uploads/1.1-GES_2020.pdf ADEME, site dédié aux gaz à effet de serre : https://www.bilans-ges.ademe.fr/

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