Le climat est l’ensemble des phénomènes météorologiques qui ont lieu dans l’atmosphère, mais les déterminants du climat ne se réduisent pas aux éléments présents dans l’atmosphère. Le soleil, les océans, la biosphère etc. jouent eux aussi un rôle.
Ni l’atmosphère ni la biosphère ne sont des systèmes inertes et stables. Ces éléments sont au contraire composés de régulations cycliques et évolutives. Le système climatique peut être décrit en première approximation comme un système thermodynamique non-linéaire.
Prenons l’exemple de l’eau s’écoulant par l’orifice d’un robinet. Lorsque le robinet est peu ouvert, le fluide s’écoule d’une manière régulière : c’est le régime laminaire. Quand on ouvre le robinet en grand, alors l’eau s’écoule d’une manière désordonnée : c’est le régime turbulent. Aussi lentement que l’on ferme le robinet, le passage d’un régime à l’autre est toujours brutal.
Le système est dit non-linéaire parce que quelle que soit la vitesse d’évolution de la commande (le robinet), la réponse est toujours brutale : le changement de régime n’est pas ralenti parce que la commande est ralentie. Ce qui importe alors est le seuil au-delà duquel il y a basculement dans un régime ou un autre, chaque état étant stable à sa manière.
De la même façon, l’atmosphère et les courants océaniques sont maintenus en mouvement par des déséquilibres successifs. Ainsi, la rencontre entre un front d’air chaud et un front d’air froid provoque une brutale condensation de la vapeur d’eau, qui est ainsi précipitée au sol sous forme de pluie. De même, le fameux anticyclone des Açores n’est pas un anticyclone, mais un flux d’anticyclones en provenance du pôle Nord , tous les 3 ou 4 jours.
Figure 2 : La circulation océanique globale (Source : UNEP/GRID, 2000).
La plupart des déterminants du système climatique sont régis par des processus dont la loi n’est pas linéaire. La vie par exemple est un facteur essentiel au maintien de la composition chimique de l’atmosphère, et donc au maintien de ses propriétés. Ce sont les cycles biogéochimiques qui maintiennent l’équilibre de la composition de l’atmosphère terrestre en pompant les éléments d’un compartiment de la biosphère à l’autre.
La vie participe donc à la transformation de l’environnement, et ce à des échelles colossales, très supérieures à celles auxquelles le pouvoir humain a actuellement accès. J. Lovelock montre par exemple que la couche d’ozone stratosphérique , qui forme une pellicule empêchant le rayonnement solaire ultraviolet nocif pour la vie d’atteindre le sol, a été créée par l’activité continue des bactéries océaniques lors du premier milliard d’années d’existence de la vie. L’eau les protégeait du rayonnement, et les organismes n’ont pu coloniser les terres émergées que lorsque ces terres ont été protégées par la couche d’ozone.
Les échanges physico-chimiques entre les différents compartiments de la biosphère sont continus et massifs. Tout en étant sans cesse en mouvement, les gaz à effet de serre peuvent être considérés comme répartis de manière régulière dans l’atmosphère tout autour de la planète. Si hétérogénéité il y a, elle est soit très temporaire (éruption volcanique par exemple), soit radiale (selon l’altitude).
Les processus naturels impliquent que le lieu de production des GES importe peu en termes de conséquences sur le climat. Ceci a une conséquence politique importante, car seule la quantité globale (agrégée) d’émissions importe pour prévenir le risque de changement climatique. Il existe donc une interdépendance écologique entre les Etats : ce que l’un fait sur son territoire ne reste pas sans conséquences sur ce qui se produit sur le territoire d’un autre. La question de la responsabilité dans la production des émissions sera donc au cœur des négociations sur le changement climatique.
Figure 3 : Le cycle de l’eau (Source : UNEP/ La voie verte 2000 ).
La biosphère est traversée et animée de cycles interdépendants.
En regard du climat, trois cycles importent tout particulièrement :
Il existe un grand nombre d’autres cycles moins importants en termes de rôle direct sur le climat : cycles de l’oxygène, du phosphore, du soufre et du potassium.
Tous les milieux et tous les vivants sont en permanence traversés par ces cycles, et à leur tour ils les influencent : le corps humain a besoin d’oxygène (respiration), de carbone (molécules de construction), de phosphore (élément indispensable à la réplication de l’ADN) et bien sûr d’eau. Lorsque nous buvons et nous mangeons, nous maintenons un cycle qui nous permet de rester en vie et en bonne santé. La variabilité culturelle des modes d’alimentation cache donc une certaine régularité dans les processus naturels, de manière à ce que la vie perdure.
Le carbone suit principalement trois types de chemins dans la biosphère, avec des échelles de temps très différentes :
On estime que la biosphère peut recycler 3 GtC par an , essentiellement grâce à l’activité de pompage de la biosphère terrestre et de la vie océanique (phytoplancton).
Le CO2 n’est donc pas un gaz à éliminer. Il ne devient un problème que lorsque les activités humaines en injectent plus que ce que la biosphère ne peut recycler, et que l’excédent commence à s’accumuler dans l’atmosphère.
On voit alors apparaître un autre aspect du problème qui sera très important dans les négociations : diminuer ou augmenter cette capacité de recyclage. Par exemple, diminuer ou augmenter la couverture végétale terrestre (déforestation ou plantations) est un moyen d’agir sur le cycle du carbone pour accroître ou réduire le pompage du carbone dans l’atmosphère.
Le climat et son évolution mettent donc en jeu des échelles de temps et d’espace très différentes. La NASA par exemple distingue 5 échelles de temps :
Du côté des échelles d’espace, on peut distinguer 3 échelles :
On pourrait aussi ajouter ce qu’on appelle les microclimats, qui sont des conditions climatiques particulières sur des zones de l’ordre de quelques décamètres carrés.
Figure 4 : Le cycle du carbone (Source : UNEP/ La voie verte 2000).