Thread by @laydgeur

On parle quasi tous les jours du changement climatique, mais qui a déjà entendu parler du forçage radiatif ?... 🤷‍♂️🙇‍♀️

C’est une notion peu médiatisée et expliquée, et c’est bien dommage car elle est absolument centrale pour comprendre le changement climatique.

#Thread ⬇️⬇️

Si ce n’est pas déjà fait je vous invite à lire mon précédent thread sur le principe général de l’effet de serre, pour avoir les idées claires avant d’attaquer les choses sérieuses ici.

https://twitter.com/laydgeur/status/1134431502815678465?s=21

Et maintenant que vous l’avez fait 😊 vous savez donc que le forçage radiatif est un déséquilibre dans le bilan énergétique de la terre.

Ce déséquilibre se fait par rapport à un état stable, donc il est calculé relatif à l’année 1750 qui est l’aube de l’ère industrielle.

Son unité est le watt par mètre carré : W/m2 (donc un débit d’énergie par surface).

Mais on va laisser de côté les valeurs pour l’instant, pour se concentrer sur les explications et on parlera des chiffres à la fin.

Alors, de quoi est composé ce forçage radiatif ?

D’abord une vue globale avec les grandes catégories :

"GESMH" ce sont les gaz à effet de serre (dont les principaux sont CO2, CH4, N2O), qui créent un forçage positif, donc tendance au réchauffement.

Et pour la barre verte "Autres forçages anthropiques", la valeur est négative ce qui est une tendance au... refroidissement !

On complète le panorama avec une composante naturelle, quasi sans implication dans le déséquilibre constaté.

Celui-ci est donc quasi entièrement dû à la somme des deux composantes anthropiques ("humaines") :
- L’une qui chauffe (beaucoup)
- Et l’autre qui refroidit (un peu)

Maintenant que le cadre est posé, voici le tableau complet avec le détail des gaz, les valeurs, intervalles et tout.

Pas de panique 😃 on va détailler les 6 blocs car c’est extrêmement intéressant.

Bloc n°1 :
Les gaz à effet de serre, dits homogènes car suffisamment mélangés et persistant dans l’atmosphère pour que leur concentration puisse se mesurer depuis un petit nombre de sites et être utilisable au niveau global, malgré des sources et des puits forcément locaux.

On y voit que :
- le CO2 est le principal GES
- certains gaz se décomposent en d’autres (ex le méthane en CO2 + vapeur d’eau stratosphérique + ozone)
- Le degré de confiance est élevé ou très élevé : on connaît très bien leurs propriétés et leurs effets

- Les hydrocarbures halogénés (HFC, CFC) détruisent l’ozone O3, ce qui a un effet négatif (car l’ozone troposphérique est un gaz à effet de serre), mais largement contre balancé par leur propre effet de serre positif.

(petit aparté pour distinguer le bon ozone, celui dans la stratosphère qui nous protège des UV, et le mauvais ozone, celui dans la troposphère qui participe à l’effet de serre et en plus est un polluant)

Bloc n°2 :
Les gaz à courte durée de vie.
Ces polluants ne sont pas eux-mêmes des gaz à effet de serre, mais ils réagissent dans l’atmosphère pour former ou détruire d’autres composés qui le sont.

Exemple avec le monoxyde de carbone (CO) émis par les feux de forêt et la combustion d’énergies fossiles.

J’ai fait une petite animation de la concentration en CO à partir des données satellites sur l’année 2018 pour voir les principales sources.

1er effet : le CO réagit avec l’oxygène pour donner du CO2 ☹️

Et 2ème effet : il réagit aussi avec d’autres composés chimiques qui auraient autrement détruit du méthane et de l’ozone, ce qui empêche la concentration de ces deux derniers de diminuer 😣

Ce double effet Kiss Cool c’est la même chose avec les COVNM (Composé Organique Volatil Non Méthanique) émis par les transports et activités industrielles, et les NOx émis par les chauffages, véhicules et centrales électriques fossiles.

Bloc n°3 :
On arrive maintenant aux aérosols.
Ce ne sont pas des gaz mais des fines particules de toutes sortes en suspension dans l’atmosphère.

Vous voyez sur ces images 3 types d’aérosols : les embruns marins, le carbone sous forme de suie (principalement issue des feux de forêts), et le sable et poussières soulevés par le vent dans les déserts.

Ces aérosols ont plusieurs effets :
- Ceux de la partie gauche négative du graphique (poussière minérale, sulfate, nitrate, carbone organique) vont réfléchir le rayonnement solaire et donc avoir une tendance à refroidir.

(émettre ce genre de particules dans l’atmosphère est d’ailleurs une piste de géo-ingénierie climatique pour réduire le rayonnement solaire atteignant la terre et ainsi limiter le réchauffement climatique.
Mais j’en parlerai dans un thread dédié 😉)

- La partie droite positive c’est du carbone suie, issue de combustions incomplètes (des imbrûlés), qui va absorber le rayonnement solaire et donc réchauffer l’atmosphère.

Il y a aussi un effet réchauffant quand cette suie se dépose sur la neige ou la glace et la noircit, diminuant la réflexion de la surface (changement d’albédo) ce qui renforce l’absorption solaire et provoque donc une accélération de la fonte.

Bloc n°4 :
Ajustement des nuages dus aux aérosols.

Car tous ces aérosols en suspension ont une multitude d’interactions avec les nuages : formation de cristaux glace, déclenchement de précipitations, condensation, changement de la durée de vie, de l’albédo, ...

La quantification et modélisation précise de ces nombreux processus de microphysique sont plus compliquées que pour les autres effets, d’où l’incertitude résultante, malgré un forçage très probablement négatif (donc tendance refroidissante).

Tant qu’on est sur les nuages il faut aussi parler des traînées de condensation de l’aviation, même si elles n’apparaissent pas sur le graphique.

Car l’aviation a de multiples impacts, en plus des émissions de CO2.

Les effets les plus notables sont les traînées de condensation résultant de l’humidité rejetée par les réacteurs, et qui peuvent former des cirrus.

Ces 2 effets augmentent l’effet de serre et créent au global un léger forçage positif, malgré leur réflexion de la lumière solaire.

Bloc n°5 :
Le changement d’utilisation des sols.
C’est principalement de la déforestation, qui a augmenté l’albédo (le pouvoir réfléchissant) des surfaces.

On voit clairement sur cette photo la différence de "clarté" entre les deux côtés.

La forêt sombre absorbe beaucoup plus de rayonnement que les prairies ou les cultures.

Ce changement de la surface réfléchissante des terres a donc induit un léger forçage négatif depuis l’ère pré-industrielle (car éclaircissement de la surface => renvoi d’une partie du rayonnement solaire => refroidissement).

Bloc n°6 :
Les causes naturelles, avec d’abord le changement de l’irradiance solaire (= énergie qui nous arrive du soleil).

Les cycles solaires sont de 11 ans et sont mesurés par satellite depuis la fin des années 80.

Dans ces cycles l’irradiance varie très peu : environ 0,07%.

Les reconstitutions depuis 1750 ont pu être faites en se basant sur la modélisation des flux magnétiques et les relations avec les taches solaires.

Selon les estimations il n’y a soit aucune augmentation du forçage radiatif, soit très faible.

Et les volcans ?
La principale contribution des volcans au climat n’est pas les cendres mais le dioxyde de soufre (SO2) qui va former des gouttelettes d’acide sulfurique, avec une durée de vie de quelques années si l’éruption est assez forte pour l’envoyer dans la stratosphère.

Ces gouttelettes sont des aérosols qui vont réfléchir le rayonnement solaire et donc induire un refroidissement de la basse atmosphère.

L’éruption du Mont Pinatubo au Philippines en 1991 est une des plus importantes éruptions du 20ème siècle, et a envoyé près de 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre jusqu’à 35 km d’altitude.

Ces aérosols se sont propagés sur la quasi totalité de la planète en quelques mois, et ont provoqués une baisse d’environ 0,5°C de la température moyenne planétaire pendant 2 ans.

Regardez ces clichés pris depuis la navette spatiale.
A gauche une photo quelques années avant l’éruption.
Et à droite une autre deux mois après l’éruption : on voit clairement les couches des aérosols rejetés par le volcan (traits noirs épais au dessus des nuages).

Un refroidissement généralisé et durable causé par des aérosols libérés par des éruptions volcaniques considérables est d’ailleurs une des causes probables de l’extinction des dinosaures il y a 65 millions d’années.

Donc on récapitule, on a vu :
1. Les gaz à effet de serre
2. Les polluants à courte durée de vie
3. Les aérosols
4. Et leurs interactions avec les nuages
5. Le changement d’albédo
6. Les variations solaires et les éruptions volcaniques

Et quand on met tout ça ensemble, voilà l’évolution des composantes du forçage radiatif depuis l’ère pré-industrielle jusqu’à 2011 :

Du côté négatif de l’axe :
- Les pics sont les éruptions volcaniques : puissant effet refroidissant mais très court et n’influe pas sur la tendance.
- Le changement d’albédo et les aérosols sont plus constants, avec une légère stabilisation sur la fin.

Du côté positif de l’axe :
- Les gaz à effet de serre se taillent la part du lion.
- Le carbone suie (BC) et les traînées de condensation des avions ont un léger effet, tout comme les variations solaires.

La résultante (courbe noire) est largement positive, et la valeur correspond donc à celle de la barre rouge de ce schéma qu’on a vu tout au début : 2,3 W/m2.

2,3 W/m2.

C’est tout ? 😯

Dit comme ça, ça ne semble pas énorme et ça n’impressionne personne.

Et pourtant... regardez les ordres de grandeurs qui suivent.

Sur un carré de 25m x 25m (soit 650m2) ça fait 1500 W de forçage.

1500 W c’est la puissance de ce genre d’appareil qu’on utilise (de manière absurde d’ailleurs) pour chauffer les terrasses l’hiver.

Donc ce petit 2,3 W/m2, en fait ça revient à poser ce chauffage tous les 25m, sur toute la surface du globe, et de le faire fonctionner 7j/7, 24h/24, 365j/an.

1,2 millions de milliards de Watts en tout.

En énergie c’est encore plus fou.

Sur une année ce supplément d’effet de serre renvoie vers la surface 37 mille milliards de milliards de joules.

C’est absolument colossal, et complètement impossible à se représenter avec nos sens.

Vous voyez ce GIF ?
C’est un essai nucléaire soviétique fait en 1955.

Et bien l’énergie du forçage radiatif sur terre, c’est cette explosion 80 fois par seconde, en permanence.

Soit une en France toutes les 10 secondes : la durée du GIF...

Pour continuer sur cette lancée, depuis 1945 il y a eu dans le monde environ 2500 essais nucléaires, pour une énergie libérée totale de 540 millions de tonnes de TNT.

Et ben toute cette énergie correspond juste à 32 minutes de forçage radiatif.

Les armes nucléaires vous inquiètent ?

C’est légitime.

Que dire alors de ce forçage radiatif qui engendre le changement climatique actuel ?

Pour conclure il y a 3 grandes questions qui viennent à l’esprit et qui vont servir de sujet pour de prochains threads :
- Quels sont les scénarios d’évolutions du forçage radiatif ?
- Où va toute cette énergie ?
- Quels impacts ça va avoir ?

#Fin

J’en profite pour remercier @fmbreon pour la validation "ligne par ligne" 😉 du thread.
(et des prochains, même s’il ne le sait pas encore 😁😇)

Et pour faire de la pub pour cet excellent site pédagogique fait par des scientifiques français :
climat-en-questions.fr

#VraieFin