Presentation on climate change aimed at a non-scientific audience. Given during a business school (HEC Monreal) course on corporate social responsability.

1. Introduction
aux fondements scientifiques du
changement climatique anthropique
Farid Ait Chaalal
Atmospheric and Oceanic Sciences
McGill University

2. Plan
 Climat et changement naturel du climat
 L’effet de serre
 Changements climatiques au cours du
dernier siècle
 Scénarios pour le climat au XXIe siècle
.

3. Qu’est ce que le climat
Climat en un lieu donné:
Valeurs statistiques des conditions
météorologiques
(températures, précipitations, ensoleillement,
etc...) sur une période de temps suffisamment
longue.
Climat:
Ensemble de ces conditions sur l’ensemble de
l’atmosphère.
Changement climatique:
Modification au cours du temps de ces valeurs
statistiques.

4. Qu’est ce que le climat
Le climat n’est pas le temps qu’il fait
Nos sens (et nos instruments) ne permettent
pas de “ressentir le climat”.
On peut être incapable de prévoir le temps
qu’il fait, mais être capable de prévoir le climat
Le climat n'est pas la “météo”, comme le
résultat d'un pile ou face n'est pas la
probabilité ½ d'avoir pile et ½ d'avoir face.

5. Le climat: une machine complexe
Soleil
Energie Atmosphère
(CLIMAT)
Océans
Biosphère Lithosphère
- Tectonique des plaques
-Volcanisme
+ Processus internes a chaque élément

6. Les boucles de rétroactions
Forçage Réponse
initial initiale du
système
climatique
Réponse du système
climatique amplifiée par
sa dynamique interne
Rétroaction positive

7. Forçage Réponse
initial initiale du
système
climatique
Réponse du système
climatique affaiblie par
sa dynamique interne.
Rétroaction négative

8. Exemple 1: rétroaction de la vapeur d'eau
Forçage
initial Réchauffement
Réchauffement
amplifié
Plus de vapeur
d'eau dans
l'atmosphère
Augmentation
de l'effet de
serre

9. Exemple 2: rétroaction de l'albedo de la glace
Forçage
initial Réchauffement
Réchauffement
warming
amplifié
Moins de neige et de
glace: baisse de
l'albedo.
Plus d‘énergie
solaire absorbée par
la surface de la Terre

10. Le Changement du climat: un phénomène
naturel
Cause des changements aux échelles géologiques:
- Activité solaire
- Changements orbitaux
- Tectonique des plaques (position des continents, activité
volcanique, météorisation chimique des roches, etc...)

11. Alternance de périodes glaciaires
(derniers 400 000 ans)
Cause
IPCC, 2001.

12. Le dernier maximum glaciaire
(18 000 ans avant aujourd'hui)
Température moyenne de la
Terre inférieure d'environ 5 C
Niveau des mers 150 m plus bas
Cause: Changements orbitaux
Cause:
induisant une baisse de la
radiation solaire lors de l'été
dans l'hémisphère nord.
En noir: extension actuelle des
L'intensité des glaciations ne
calottes glaciaires et des
peut être expliquée sans les
glaciers de montagne.
rétroactions
E
En gris: extension il y a 21 ka
(GES, glaces, etc...)
J. Ehlers & P.L. Gibbard, 2007

13. Un élément essentiel du
système climatique: l'effet
de serre

14. Le soleil:
La source d’énergie du système climatique
Été dans Si la surface de la
l'hemisphe Terre émettait
re Nord exactement la quantité
d’énergie reçue du
soleil, sa température
serait de -18 º C
Radiations Or la température moyenne
solaires
(~lumiere est de +15 º C ?!?
visible)
La présence de l'atmosphère et l'effet de serre qu'elle induit
explique cette différence

15. L’effet de serre
1. Absorption de l'énergie Terre
solaire par la Terre Atmosphère
Idée Soleil
fondamentale: Radiation
solaire
L'atmosphère est
Le soleil chauffe
transparente aux la Terre
2. Comme tout objet chaud,
rayons lumineux la terre émet des radiations La radiation infrarouge est
(infrarouge a ces absorbée par l'atmosphère
mais opaques températures).
aux infrarouges
(GES et nuages)
3. La chaleur (infrarouge) irradiée par la Terre
est absorbée par les GES et les nuages. L'atmosphère,
plus chaude, émet donc également des infrarouges
dont une partie est envoyée vers
la surface et s'ajoute à
la chaleur directe (lumière visible)
du soleil.

16. Composition de l’atmosphère
Azote (N2): 78%
Oxygène (O2): 21%
Argon (Ar): 0.9%
Et des traces de quelques autres, dont les gaz à effet de serre
(GES):
 Ozone (O3): 0.000004%
 Méthane (CH4): 0.0002%
 Dioxyde de carbone (CO2): 0.03%
 Vapeur d'eau: 0 a 4%
La vapeur d'eau est responsable pour environ 50% de l'effet
de serre, tandis que le CO2 est responsable pour environ
20%. Les nuages sont responsables pour environ 25%.

17. Augmentation de la concentration en CO2 dans
l’atmosphère
Evolution de la concentration en CO2
depuis 10000 ans
(IPCC, 2007)
Courbe de Keeling: évolution de la concentration en CO2
Entre 1959 et 2002 au sommet du Mauna Loa (Hawaï)

18. Origine anthropique de l’augmenation du CO2
atmosphérique
La respiration (plantes et animaux) est
relativement riche en (13C), l'isotope stable de
carbone le plus lourd.
Les hydrocarbures fossiles sont pauvres en
(13C).
Le ratio entre (13C) et (12C) permet
de determiner l'origine du CO2
atmospherique.

19. Ou va le CO2 émis par les activites
humaines?
Les emissions cumulées
de CO2 ont augmentées 2
fois plus vite que la
concentration
atmosphérique en CO2
Why?

20. Autres effets des activités
humaines sur le climat
 Aérosols
 Utilisation
des sols
 Traînées d'avion
 Extinction des mammouths
 Etc...
.

21. Changements climatiques
au cours du dernier siècle
.

22. 1941 2004
Muir Glacier, Alaska
.

23. Observations:
temperatures moyennes du globe
Anomalies des températures
de surface sur les continents
Anomalies des températures
de surface sur les océans
Anomalies des températures
de surface combinées

24. Comparaison avec d'autres varaiables
Température
Niveau des oceans
Couverture neigeuse
dans l’hemisphère nord
IPCC, 2007

25. Que nous disent les
modèles climatiques: ces
changements sont-ils dus
aux GES ?
.

26. Les modèles de
circulation générale
(MCG) prennent en
compte la structure
tridimensionnelle de
l'atmosphère et de
l'océan
+ modèles de glace

27. Limitation des modèles
 Ordinateurs pas assez puissants (résolution
spatiale et temporelle insuffisantes, nombreuses
paramétrisations, etc...)
 On ne comprend pas tout (Nuages, dynamique
des calottes polaires, etc...).
Analyses d’ensemble: dizaines de simulations avec des
dizaines de modèles…
Les MGCs sont validés en simulant le climat des siècles passés. Les
résultats sont très satisfaisants.

28. Comparaison des
modèles avec les
observations
En haut: Anomalies de
températures observées (noir)
et simulées (rouge, moyenne
des courbes jaunes) en
prenant en compte les
forçages anthropiques et
naturels.
En bas: Anomalies de
températures observées (noir)
et simulées (bleu, moyenne
des courbes cyan) en prenant
en compte les forçages
naturels uniquement.
.

29. Comparaison des modèles avec les
observations
Noir: Températures
observées
Rose: Anomalies de
températures simulées en
prenant en compte les
forçages anthropiques et
naturels.
Bleu: Anomalies de
températures simulées
en prenant en compte les
forçages naturels
uniquement.
IPCC, summary for policy makers, 2007. .

30. Modification des forcages radiatifs au
cours du dernier siecle
IPCC, 2007.

31. Modification des forcages radiatifs au
cours du dernier siecle

32. La sensibilité du climat: que se passe-t-il lorsque l'on
Double la quantite de CO2 dans l'atmosphere?

33. La sensibilité du climat: que se passe-t-il lorsque l'on
double la quantité de CO2 dans l'atmosphère?

34. Le cas de l’Arctique
Les modèles
sous-estiment la fonte
Région du monde où
le réchauffement est
le plus rapide
(boucle de rétroaction
positive à cause de la
fonte)
Film

35. Scénarios du GIEC pour le
climat au XXIe siècle

36. Les scénarios du GIEC
Différents scénarios dépendants d’hypothèses sur notre avenir
économique, politique, scientifique….

37. Les scénarios du GIEC
IPCC, summary for policy makers, 2007. .

38. Réchauffement climatique non uniforme
IPCC, summary for policy makers, 2007.
http://www.metoffice.gov.uk/climatechange/science/projections/ .

39. Changement du régime des précipitations
IPCC, 2001

40. Sources d'incertitudes
Changes in the extent of the region of Greenland over
Glace de which summer melting has been observed(Russel Huff and
and Konrad Steffen, CIRES/Univ. Colorado)
mer
Effondrement des Circulation thermohaline
inlandsis
D'autres:
- El Nino/ La Nina
- Extension des tropiques
- Cycle du carbone
- Fonte du permafrost
terrestre et sous-marin
Points de basculement: - Etc...
Ex: assèchement de l'amazonie

41. Changements climatiques (et
non « réchauffement »)
 Non uniforme sur l’ensemble de la
planète (ex: tropiques vs. arctique).
Refroidissement dans certaines parties
du monde possible…
 Changement dans le régime des vents,
des précipitations, etc…
 Augmentations des phénomènes
extrêmes (vagues de chaleur, tempètes
de neige, inondations, etc...)

42. Quelques conclusions
 La surface de la Terre se réchauffe et le
climat change
 La concentration dans l’atmosphère des
gaz à effet de serre augmente à cause
des activitées humaines
 Le changement climatique est dû à
cette augmentation des gaz a effet de
serre
 Les changements vont très
probablement s’amplifier
 Le changement observé a tendance à
être plus rapide que prévu... .

43. Pour en savoir plus
- Le site du GIEC: http://www.ipcc.ch
- Le blog REALCLIMATE: http://www.realclimate.org
- Skeptical science: http://skepticalscience.com/
-Le portail sur le climat du journal Nature:
http://www.nature.com/climate/index.html
- The copenhaguen diagnosis: http://www.copenhagendiagnosis.org/
Quelques ouvrages de vulgarisation
-The Climate Crisis: An Introductary Guide to Climate Change,
D. Archer, S. Rahmstorf, Cambridge University Press, 2010
- Why We Disagree About Climate Change
Mike Hulme, Cambridge University Press, 2009
-Global Warming: Understanding the Forecast,
D. Archer, Blackwell Publishing, 2006
Merci!

44. The break up of Larsen B ice shelf

48. Past climate
Past climate
GIEC, fig. 2.22, chap. , scientific basis, 2001.

49. Rayonnement solaire (lumière visible)
Solar radiation
Reflected
by the atm
Reflected by
clouds
19% absorbed
by the atm
Reflected by 51% absorbed by the surface
the surface
.

50. Global warming
.

52. Incoming and outgoing radiation with latitude

53. L’effet de serre
100% 58% 12%
30%
19% 135%
Atmosphère,
Gaz a effet de serre
Surface 51% 96% 147%
Rayonnement visible Tous les systèmes sont à
l’équilibre (atmosphère, surface, Terre)
Rayonnement infrarouge mais la surface émet beaucoup plus
que ce qui est reçu du soleil au sommet
de l’atmosphère.

54. The albedo is not uniform on Earth
The mean albedo is today around 30%