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Comprendre les changements climatiques

Le XXIe siècle apportera sans doute son lot de changements et de défis, qui nous réserveront vraisemblablement quelques surprises. Or, des changements sont déjà évidents – les changements climatiques – et y faire face représentera certainement un défi pour toute la société. Notre climat est resté relativement stable pendant des millénaires, permettant à nos espèces de prospérer et de s'épanouir.Nous affrontons aujourd'hui la réalité que les activités humaines ont modifié notre atmosphère et le système climatique naturel de la Terre. Cette section explique comment le climat de la Terre fonctionne et décrit les répercussions croissantes des activités humaines sur le climat. Le texte de cette section est extrait du document PDF(636 KB) intitulé Manipuler le thermostat de la Terre.


Notre planète habitable

Les images de la Terre vue de l'espace sont d'une beauté saisissante. L'image la plus célèbre est probablement l'image originale « Blue Marble » prise par l'équipage d'Apollo 17 en 1972. Cette image de la planète bleue, avec son abondance d'eau, a révélé la fragilité de la vie sur terre à bien des gens. Sans eau, il est certain que la vie terrestre telle que nous la connaissons n'existerait pas.

Mais ce que l'on sait moins, c'est que l'atmosphère terrestre est responsable de cette abondance d'eau et qu'elle favorise l'éclosion de la vie sur terre.La mince couche de gaz, les minuscules gouttelettes d'eau et les particules de poussière qui composent l'atmosphère de la Terre nous procurent l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer, les précipitations qui nourrissent nos écosystèmes et un écran d'ozone stratosphérique qui protège les organismes vivants des rayons ultraviolets nocifs provenant du Soleil. L'atmosphère agit également comme une couverture isolante, réduisant la déperdition de chaleur terrestre dans l'espace et conservant ainsi les températures sur la Terre plus chaudes qu'elles le seraient sinon. On a appelé ce phénomène naturel « l'effet de serre », qui est absolument essentiel pour conserver les températures en surface dans des limites assurant le maintien de la vie.


L'effet de serre naturel

Une serre crée un environnement chaud, où les plantes peuvent croître à l'abri des conditions extérieures trop froides pour leur survie. Dans une serre, l'énergie du Soleil traverse la vitre sous forme de rayons lumineux. Les plantes, le sol et d'autres objets dans la serre absorbent cette énergie. La majeure partie de celle-ci est convertie en chaleur qui réchauffe la serre. La vitre aide à maintenir la serre chaude, en empêchant l'air chaud de s'échapper.

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En créant des conditions plus chaudes qu'en l'absence de tout gaz, l'atmosphère terrestre agit presque à la façon des vitres d'une serre. Environ 31 % du rayonnement incident provenant du Soleil sont réfléchis directement dans l'espace par l'atmosphère et la surface de la Terre (en particulier par la neige et la glace), tandis que 20 % sont absorbés par l'atmosphère. Le reste du rayonnement incident est absorbé par les océans et les sols, où il est converti en chaleur, réchauffant ainsi la surface terrestre et l'air au-dessus. Une certaine quantité d'énergie thermique – le rayonnement infrarouge – retourne dans l'espace, mais une autre est retenue par notre atmosphère. Dans celle-ci, certains gaz agissent comme la vitre dans une serre – ils isolent la Terre en empêchant la chaleur de s'échapper. Ces « gaz à effet de serre » absorbent la chaleur et en diffusent une certaine quantité sur la surface de la Terre, ce qui occasionne des températures en surface plus élevées qu'elles le seraient sinon.

Sans cet effet de serre naturel, la Terre serait beaucoup plus froide (33 °C en moins) qu'elle ne l'est présentement. À +15 °C, la température moyenne de la planète est confortable, alors qu'à -18 °C, elle ne le serait plus. La chaleur de notre climat est cruciale, puisque sur la Terre et dans l'atmosphère, l'eau peut exister dans ses trois états – gelée comme la neige ou la glace, liquide comme l'eau et gazeuse comme la vapeur d'eau. Le cycle de l'eau d'un état à un autre est essentiel pour assurer le maintien de la vie; c'est lui qui, dans le système terre-océan-atmosphère, réapprovisionne la Terre en eau essentielle à la vie. Le cycle de l'eau est également un facteur important de notre météo et du système climatique en général.


Les gaz à effet de serre

La vapeur d'eau (H2O) est le gaz à effet de serre le plus répandu et est responsable des deux tiers de l'effet de serre naturel. La quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère augmente à mesure que la température de la surface de la Terre augmente, parce que les températures élevées accroissent l'évaporation et la capacité de l'air à retenir la vapeur d'eau. Par conséquent, on considère les changements dans la vapeur d'eau atmosphérique comme une rétroaction dans le système climatique; l'activité humaine n'a pas d'influence directe ni importante.

Les fonctions naturelles des plantes et des animaux, la décomposition, et la combustion de combustibles fossiles et d'autres matières rejettent du dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère. Le CO2 est retiré de l'atmosphère par la photosynthèse des plantes ou est absorbé par les océans.

Le méthane (CH4) de l'atmosphère n'a pas un volume aussi important que celui du H2O ou du CO2, mais il retient très efficacement la chaleur, ce qui en fait un gaz à effet de serre redoutable. Les sources principales de méthane sont les marécages, les rizières, les processus de digestion des animaux, l'extraction des combustibles fossiles et la décomposition des ordures.

L'oxyde nitreux (N2O) provient principalement des sols et des océans. Une certaine quantité est rejetée par la combustion de combustibles fossiles et de matières organiques. La culture du sol et l'utilisation d'engrais augmentent la quantité de N2O dans l'atmosphère.

L'ozone (O3) est naturellement présent dans la haute atmosphère, d'où il protège efficacement la Terre contre les rayons ultraviolets nocifs émis par le Soleil.Toutefois, seulement des traces infimes d'ozone se trouvent naturellement dans la basse atmosphère. En fait, la majeure partie de l'ozone qu'on y trouve maintenant résulte des réactions chimiques mettant en jeu des polluants produits par les activités humaines.

Les hydrocarbures halogénés sont un groupe de produits chimiques anthropiques contenant un halogène (le brome, le chlore ou le fluor) et du carbone. Leur concentration dans l'atmosphère est minime, mais ce sont de puissants gaz à effet de serre qui restent dans l'atmosphère durant des dizaines ou des centaines d'années.


Le système climatique

La température moyenne de la Terre n'est qu'une des caractéristiques du climat. D'une façon simple, on peut considérer ce dernier comme un gigantesque moteur thermique, alimenté par l'énergie arrivant du Soleil. Le rôle du système climatique de la Terre consiste à redistribuer la chaleur autour du globe. En raison de la façon dont la Terre est exposée au Soleil, celui-ci ne réchauffe pas la Terre de façon uniforme. Le réchauffement au niveau de l'équateur est plus important qu'à celui des pôles; ainsi, les régions équatoriales sont chaudes, et les régions polaires, froides. Cette différence de température favorise la formation des systèmes météorologiques. À mesure que l'énergie solaire entre dans le système climatique, elle réchauffe la Terre et l'air qui l'entoure, mettant en mouvement les courants atmosphériques et océaniques et régissant les processus d'évaporation et de précipitations du cycle hydrologique. Ces mouvements et processus redistribuent la chaleur autour du globe et donnent naissance aux conditions météorologiques que nous connaissons.

En fait, le système climatique est composé de l'atmosphère, de l'hydrosphère (l'eau à la surface de la Terre), de la biosphère (les organismes vivants), de la lithosphère (la croûte terrestre et la partie supérieure du manteau) et de la cryosphère (les surfaces gelées), qui sont toutes reliées par les transferts d'énergie, d'eau et de substances chimiques qui s'effectuent d'une à l'autre.

Tout comme plusieurs éléments du monde naturel, le climat de la Terre est un système complexe, subtilement tenu en équilibre par l'interaction de facteurs produisant les systèmes météorologiques et les climats régionaux.

Les principaux éléments du système climatique de la Terre

Le Soleil est le moteur du système climatique. Il émet un rayonnement qui réchauffe la Terre et actionne ainsi une circulation atmosphérique et océanique à grande échelle, qui influence le développement de systèmes météorologiques. La quantité de radiation solaire que reçoit la Terre dépend du rayonnement du Soleil et de l'inclinaison de la Terre en un point de son orbite autour du Soleil.

L'atmosphère est une couche protectrice qui retient la chaleur sur terre et filtre la majeure partie des rayons ultraviolets nocifs en provenance du Soleil. Faite de couches distinctes, l'atmosphère accumule différents gaz et particules. La composition de l'atmosphère et la circulation atmosphérique à grande échelle ont une grande influence sur le climat et les systèmes météorologiques.

Les océans couvrent environ 70 % de la surface de la Terre. Les océans se réchauffent et se refroidissent plus lentement que l'air et tempèrent ainsi le climat côtier. Les courants océaniques aident à répartir la chaleur autour du globe en déplaçant les eaux tropicales chaudes vers les pôles et en retournant ensuite, en profondeur, l'eau refroidie vers l'équateur.

L'eau, sous toutes ses formes, joue un rôle important et complexe dans les processus climatiques. La quantité moyenne de précipitations qu'une zone reçoit (comme la pluie ou la neige) constitue un élément important de son climat. L'eau favorise le refroidissement de la surface (en s'évaporant), réfléchit l'énergie du Soleil vers l'espace (eau des nuages, neige ou glace) et retient la chaleur de la Terre (eau des nuages et vapeur d'eau).

La terre et ses caractéristiques, dont les forêts, les déserts, les glaciers, les montagnes, etc., influencent de diverses façons le climat de la planète et celui des régions. Le sol se réchauffe et se refroidit plus rapidement que l'eau, ce qui influence le flux des courants atmosphériques et la formation des systèmes météorologiques. Le type de terre émergée modifie la quantité d'énergie solaire que la Terre réfléchit ou absorbe. Les surfaces claires, comme celles couvertes de neige ou de glace, réfléchissent fortement le rayonnement solaire; tandis que les forêts, plus foncées, absorbent celui-ci. La végétation et les sols jouent aussi un rôle important dans le cycle hydrologique et dans le flux des gaz à effet de serre qui entrent ou sortent de l'atmosphère.


Temps et climat

Les conditions météorologiques se rapportent au « temps qu'il fait » à un moment et dans un endroit précis : une tempête affectant une ville, par exemple; tandis que le climat est la moyenne, sur une longue période de temps, des conditions météorologiques qui touchent une région. Selon une expression répandue, « le climat, c'est ce à quoi on s'attend, et le temps, c'est ce qu'on observe au moment présent ».

Sur la Terre, différentes régions présentent différentes caractéristiques climatiques. On décrit le climat du Canada comme tempéré, ce qui signifie que la majeure partie du pays connaît quatre saisons. Notre géographie influence le climat d'une région à l'autre. Par exemple, l'océan Pacifique, les vents d'ouest et la chaîne côtière interagissent pour produire un climat tempéré et très pluvieux sur la côte ouest canadienne.

Les climatologues étudient les caractéristiques du climat de la Terre pour mieux comprendre le fonctionnement et l'évolution temporelle de celui-ci et pour en prévoir la progression. À mesure que les scientifiques en apprennent davantage, les prévisionnistes en bénéficient, car ils disposent de nouveaux outils et de nouveaux renseignements qui les aident à améliorer leur travail de prévision du temps et du climat.


Comment les êtres humains perturbent le climat

Nous nous pensons impuissants à changer le temps qu'il fait, mais il est évident que les activités humaines ont une incidence sur le climat de la Terre et, par conséquent, sur les conditions météorologiques. La population humaine croissante a changé la face de la Terre au fil du temps : soit en convertissant les milieux sauvages en terres agricoles, en construisant de grands milieux urbains et en coupant ou brûlant des jungles et des forêts. Changer la nature de la surface terrestre affecte ses interactions avec les autres éléments du système climatique.

L'activité humaine a aussi changé la composition de l'atmosphère. Les gens brûlent, depuis longtemps, la biomasse (le bois et les produits et sous-produits agricoles combustibles) pour se chauffer et s'alimenter. Toutefois, au cours des 150 dernières années, c'est-à-dire durant l'« ère industrielle », la combustion de carburants fossiles (le pétrole, le gaz naturel et le charbon) s'est révélée essentielle à maintes activités économiques. L'augmentation des gaz à effet de serre qui en découle a perturbé le système climatique. La combustion de biomasse et de combustibles fossiles rejette du dioxyde de carbone dans l'air et augmente la concentration atmosphérique de gaz à effet de serre.Ces activités humaines et d'autres causent également l'augmentation des concentrations d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère, tels le méthane et l'oxyde nitreux. Par conséquent, nous avons amplifié les propriétés isolantes de l'atmosphère. En fait, nous avons ajouté un double vitrage à la serre.


Amplifier l'effet de serre

C'est l'« effet de serre amplifié » qui cause le réchauffement graduel de la Terre. Tant que la quantité d'énergie qui entre dans le système climatique et en sort reste la même, la température de la Terre demeurera relativement constante. Cependant, en amplifiant l'effet de serre naturel, nous réduisons la quantité d'énergie capable de quitter le système climatique; ainsi, la température planétaire augmentera jusqu'à ce que le système atteigne un nouvel équilibre.

Cette tendance à la hausse des températures est parfois nommée « réchauffement planétaire ». Cependant, les quantités croissantes de gaz à effet de serre auront d'autres impacts sur le climat de la Terre en plus du changement de température. Nous avons appris qu'un changement se produisant dans un seul élément du système climatique peut occasionner une série de réactions susceptibles de perturber les régimes climatiques normaux partout dans le monde. Le terme « changement du climat mondial » décrit plus justement la situation à laquelle le monde fait face.


Le climat change constamment

Il est vrai que le climat de la Terre change constamment. En réalité, l'expression « la seule constante à propos du climat, c'est qu'il change constamment » reflète la vérité. Cependant, les différents facteurs qui peuvent causer un changement climatique agissent sur des échelles de temps très différentes. La dérive des continents – le mouvement des plaques tectoniques terrestres – a changé la position des masses terrestres sur des échelles de temps s'étalant sur des centaines de millions d'années, influençant la circulation océanique et la formation des principales nappes glaciaires. Les changements dans l'orbite de la Terre autour du Soleil se produisent sur des échelles de temps s'étalant sur des dizaines et des centaines de milliers d'années, influençant la quantité et le cycle saisonnier du rayonnement solaire que reçoit la Terre. De tels facteurs ont contribué à créer les climats passés de la Terre, comme les grandes époques glaciaires ou la longue période chaude qui caractérisait le climat terrestre lorsque les dinosaures parcouraient le monde. Toutefois, l'amplification de l'effet de serre naturel causée par l'activité humaine perturbe actuellement le climat, puis continuera son action au cours des prochains siècles et entraînera vraisemblablement des changements plus rapides que ceux déjà subis par l'humanité. En raison de cette réalité, le changement du climat mondial représente une source de préoccupation pour les citoyens du monde d'aujourd'hui et de demain.


Ce que nous savons sur les changements climatiques

Nous comprenons bien la physique qui sous-tend l'amplification de l'effet de serre et connaissons les réponses fondamentales en ce qui a trait à ses conséquences.Nous savons maintenant que :

  1. Les activités humaines sont responsables de l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
  2. La Terre continuera de se réchauffer en réaction aux émissions passées et futures de gaz à effet de serre.
  3. L'augmentation des températures occasionnera des changements dans d'autres aspects du climat terrestre, susceptibles de perturber les régimes climatiques partout dans le monde.

Or, il reste de nombreuses questions à résoudre. Les scientifiques au Canada et dans le monde entier travaillent fort pour comprendre davantage les mécanismes et les conséquences des changements climatiques. Les particuliers, les gouvernements, les entreprises et les dirigeants des communautés devront décider que faire avec ce savoir.Puisque les changements climatiques sont un problème mondial, tout le monde doit participer à la recherche de solutions. Il est possible de suivre deux approches complémentaires : atténuer ou réduire les émissions de gaz à effet de serre pour ralentir les changements climatiques, et s'adapter ou faire face aux effets des changements climatiques. Les deux stratégies sont nécessaires.


Le Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat

Décider des mesures à prendre au sujet des changements climatiques dépend de nombreux facteurs.Toutefois, un élément essentiel du processus décisionnel est de s'assurer que les mesures prises concernant les changements climatiques sont fondées sur les connaissances scientifiques les plus à jour. En 1988, l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) ont fondé le Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC) en lui donnant le mandat de fournir des conseils qui font autorité aux gouvernements au sujet des changements climatiques. Depuis lors, le GIEC a publié quatre grands rapports, dans lesquels il résume les connaissances de la communauté scientifique sur les changements climatiques à divers moments donnés. Le quatrième rapport d'évaluation du GIEC était publié en 2007. Bon nombre de scientifiques canadiens ont participé à sa préparation. Leurs travaux en cours et ceux d'autres scientifiques du monde entier sont fondamentaux pour nous aider à composer avec les changements climatiques.