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La Terre, une planète fragile La climatologie (I)
Ainsi
que l'illustration de David
A. Hardy présentée ci-dessous le représente bien, la
Terre est un présent qui nous est offert, mais un présent dont il faut prendre
soin en raison de sa fragilité; une action trop violente ou inconsidérée peut en effet le briser.
Telle est la situation dans laquelle se trouve aujourd'hui la Terre et ses
habitants : notre biosphère subit la plus importante transformation climatique
et environnementale qu'elle ait connue depuis un million d'années. Si nous n'y prenons gare, des événements
incontrôlables se produiront au cours de ce siècle. Ce constat n'est pas un
ultimatum mais une prise de conscience. Si ensemble, avec les hommes de décision
nous rétablissons l'équilibre du vaissseau Terre, nous aurons tiré la leçon de
cette première alarme de l'ère industrielle. A nous maintenant d'aider dame
Nature. C'est l'un des objectifs du développement
durable. Focalisons-nous sur l'un de ses acteurs dont l'impact est le plus
important, le climat.
L'étude du climat
Pour
étudier les effets du climat sur l'environnement et plus
généralement sur la biosphère, nous devons "mettre le climat en
équations". Mais comment procéder ? Pour étudier l’évolution des climats et établir
des prévisions météorologiques à longs termes, les théoriciens ont divisé l'atmosphère
terrestre (et partiellement sa surface ainsi que les océans) en
mailles plus ou moins resserrées tant en longitude qu'en altitude en
fonction de la puissance des ordinateurs. Les
phénomènes thermodynamiques qui se produisent dans chaque cellule sont ensuite
globalisés dans chaque maille. Ceci leur permet de travailler sur des modèles
opérationnels. Le
principal inconvénient de cette intégration est de simplifier les équations.
De plus, l’influence des océans est souvent négligée
car la puissance de calcul et la capacité des ordinateurs sont limitées. Ces
modèles incorporent les paramètres physiques standards (température,
pression, humidité) ainsi que les équations de Navier-Stockes qui décrivent les mouvements des fluides
visqueux. Ces valeurs obéissent bien entendu aux lois classiques de la physique
et de la chimie. La solution de ces modèles représente les prévisions météorologiques
numériques. Mais
les prévisions météos et le climat sont deux choses différentes. Les
premières visent à prévoir les conditions météos du lendemain ou à
quelques jours tandis que la climatologie étudie son évolution à
long terme pour dégager des tendances comme par exemple un changement
global de régime suite à l'augmentation de l'effet de serre. Les
prévisions météos portent leurs effets à court terme et concernent
directement les activités humaines tandis que l'étude du climat
concerne essentiellement le long terme et intéresse les scientifiques dont les découvertes peuvent
influencer certaines décisions politiques, notamment celles touchant les
questions d'écologie et d'environnement. A
consulter : The
Weather Channel (climatologie par ville) Forum
climatologie sur Météo Belgium Malgré
leur côté spectaculaire, les incendies d'hydrocarbures
sont des phénomènes locaux qui créent peu voire aucun
effet climatique comparés aux éruptions
volcaniques. A gauche, l'incendie des puits de pétrole au Koweit par
l'armée de Saddam Hussein au cours de la Guerre du Golfe en Février
1991. Il y avait par endroit tellement de fumées d'hydrocarbures, qu'en plein midi il faisait aussi sombre
qu'en pleine nuit ! La reconstruction de l'économie
Kowétienne après l'incendie des 640 puits de pétrole
coûta environ 22 milliards de dollars US, le quart du prix
de la Guerre du Golfe (sans parler du million de victimes
Irakiennes). Au centre et à droite, le plus grand
incendie qu'ait connu l'Europe en temps de paix, celui du dépôt de carburant de
Buncefield (où se trouve notamment le terminal d'Esso, BP,
Shell, Texaco, etc) situé près de Hemel Hempstead à 40 km au nord
de Londres. Les deux images ont été prises le 11 décembre 2005,
celle de droite à 13h35 locale par le satellite Terra. Sur l'image originale
la résolution est de 250 m/pixel (417m/pixel sur
l'agrandissement présenté). L'incendie enflamma 20 cuves
et dura 3 jours avec un risque latent d'explosion des autres
citernes. La détonation fut entendue environ 20 minutes
plus tard sur la côte belge. Les vents de
nord-ouest soufflèrent d'abord le nuage d'hydrocarbures vers le
continent, mais il se dissipa rapidement au-dessus de
l'Atlantique le 13 décembre. On ne rapporte aucune
intoxication ou décès mais 43 personnes furent
légèrement blessées. L'incendie de Buncefield suspendit
l'activité de près de 400 entreprises implantées dans la
zone industrielle, un coup dure à l'approche de Noël. Documents Science@NASA,
AFP et NASA Earth
Observatory. L’homme
de la rue considère souvent que les facteurs écologiques qui dominent le
climat sont les feux de forêts et les feux des puits de pétrole tels ceux qui
brûlèrent au cours de la Guerre du Golfe au Koweït en 1991. Très spectaculaires, ils dégageaient en effet
beaucoup de gaz carbonique et de cendres, au point d'obscurcir totalement
l'atmosphère de cette région, mais on constate chaque fois que ces
catastrophes n’ont de conséquences que localement. A l’inverse, les fumées
qui s’échappent de nos usines et les gaz d’échappements que nous rejetons
jour après jour dans l’atmosphère ont des effets plus sournois car ils
modifient le climat en profondeur.
L'influence
des volcans Tous
les rejets de fumées dans l'atmosphère ne produisent pas nécessairement
d'effets climatiques. Ainsi, les incendie de forêts, des puits de
pétrole ou des dépôts de carburant ne produisent aucun effet sur le
climat.
En revanche, les
éruptions volcaniques et les volcans gris en particulier, tel le Vésuve,
le Saint Helens ou le Pinatubo peuvent ravager des millions d’hectares
en quelques minutes voire quelques heures et influencer durablement le
climat. Malheureusement nous ne disposons d'aucun moyen pour
interrompre leur activité et ne pouvons que subir leurs effets.
Panache
de fumée émis par le volcan Eyjafjallajoekull en Islande le 28
mai 2010. Cette fumée cloua au sol durant plusieurs jours tous
les avions au départ et à destination de l'Europe (Cf.le blog).
Document ESA. Une éruption volcanique comme celle du Pinatubo
de 1991 projeta des cendres et
des poussières jusqu'à 40 km d'altitude et tua 847 personnes. D'autres
éruptions telles celles qui se manifestent dans la Cordillère des
Andes (Cordillère Blanche) peuvent tuer jusqu'à 30000 personnes
et les lahars peuvent dévaler les pentes des volcans enneigés à
800 km/h en transportant des blocs de granit pesant plus de 100
tonnes ! Rien ne peut y échapper.
Ces catastrophes écologiques
restent en grande partie imprévisibles et les volcans gris influencent le climat durant
des années car ils déversent dans l'atmosphère des milliards de mégatonnes de cendres
et des poussières très légères qui mettent des années à retomber. Quant aux sols, ces volcans gris produisent des
dépôts de cendres et de boues tellement épais (plusieurs dizaines de mètres) et compacts
que toute la région concernée est pour ainsi dire bétonnée; il est pratiquement impossible de
la réaménager par la suite. Si la population n'est pas évacuée elle périra, noyée sous les
layars, étouffée et pétrifiée sous les cendres ou encore carbonisée au passage des
nuées ardentes. Pour
notre propre sécurité, arrêtons-nous un instant sur ce type de catastrophe qui comptent parmi les plus
dangereuses avec les tsunamis et dont nous connaissons trop bien les effets. Si les lahars ont la réputation d'être dangereux car les
victimes meurent broyées ou noyées dans une boue épaisse mêlée de
roche et de débris, les cendres volcaniques constituées de
ponce sont tout aussi dangereuses malgré leur légèreté et leur côté
inoffencif.
En effet, la pierre ponce est très poreuse, présentant une structure alvéolaire jusqu'à l'échelle microscopique. Elle offre la propriété d'absorber l'humidité et dans ces conditions elle se transforme en une pâte qui ressemble à du ciment et qui sèche au contact de l'air. Très petite et très légère, la cendre envahit tout et durant une éruption volcanique comme celle du Vésuve elle peut s'accumuler à raison de 2 cm d'épaisseur par minute ! En l'an 79, Pompéi fut recouverte de 30 mètres de cendres suite à l'éruption du Vésuve ! Vous pouvez imaginer que la personne qui avale ou respire des cendres va mourir dans d'atroces souffrances. Au cours de son agonie, ses poumons seront lacérés par la ponce, la victime crachera tout son sang, avant de suffoquer lorsque la cendre devenue pâteuse se solidifiera. Parfois cette cendre est associée à des nuées ardentes, des nuages de ponce et de poussière très légères portés à plus de 550°C qui s'abattent sur les populations à plusieurs centaines de km/h. Les conséquences sont horribles pour la population qui n'aurait pas eu le temps de fuir. Sous l'effet du souffle thermique, les victimes mourront instantanément; les liquides corporels s'évaporant, les organes fondant, le squelette explosant ou se carbonisant sans qu'il y ait eu de feu ou de flamme. Sous l'effet des nuées ardentes et de l'augmentation soudaine de la température, tous les objets contenant de la cellulose (cordage ou bois) se carboniseront instantanément, noirciront et s'effriteront au moindre choc, les poteries et les céramiques éclateront. Même les os (fémur, boîte cranière, etc) et l'ivoire des dents réputés très résistants peuvent se casser net et l'émail peut s'effriter, preuve de l'augmentation brutale de la température, c'est ce qu'on appelle le choc thermique. A
consulter : Le site officiel de
Pompéi
C'est exactement ce type de catastrophe qui se produisit à Pompéi, la population ayant été décimée car elle sous-estima la violence de l'éruption, acceptant la fatalité qui s'abattit sur elle. Herculanum située à quelques encamblures de là connut le même funeste destin quelques jours plus tard mais elle fut également recouverte d'une coulée pyroclastique (mélange de gaz volcaniques, de vapeur d'eau et de cendre s'écoulant à grande vitesse au niveau du sol). En l'espace de 10 minutes toute la population périt carbonisée. La cendre incandescente fit le reste, figeant les corps pour l'éternité dans un linceul de pierre, tel qu'on peut le voir aujourd'hui. L'éruption du Vésuve dura 3 jours et fit plus de 2000 victimes. Loin d'être un récit mythologique, au vu de ces événements il faut se rendre à l'évidence : parfois dame Nature nous jette un regard mortel plus pétrifiant que celui de la Méduse ! Le territoire dévasté par les laves volcaniques, les cendres ou les lahars est généralement abandonné pour des décennies et ce n'est qu'au terme de quelques centaines d'années que la végétation reprend le dessus et que la région renaît littéralement de ses cendres, rehaussée de quelques mètres par rapport à la situation antérieure à l'éruption. Il faut toutefois souligner que sous des aspects très violents, sous certaines conditions on peut considérer que les volcans ont des "vertus" économiques très intéressantes, raison pour laquelle tous les volcans actifs situés près de lieux peuplés voient fleurir une population qui certains jugent "irresponsable". Car si un volcan peut effectivement faire couler les larmes et le sang il peut aussi faire couler l'or et fertiliser les sols. En effet, à côté de la manne touristique et financière que peut apporter un volcan, ses cendres mêlées à la terre constituent un engrais très enrichissant. Ailleurs elles facilitent le lavage des jeans ou sont incorporées dans des pâtes dentifrices. Dans les stations hydrothermales les bains de boue ont des vertus curatives et l'eau chaude permet d'alimenter les habitations ou les piscines publiques gratuitement. Mais ces vertus ne peuvent être exploitées que dans les sites géothermiques stables et sous contrôle. Car lorsqu'un volcan de type Hawaien déverse sa lave brûlante ou ses nuées ardentes sur une ville ou lorsqu'un volcan gris explose c'est souvent tout un écosystème et toute une industrie locale qui sont sacrifiés. Nous avons récemment assisté à de telles démonstrations de force avec l'éruption du Saint Helens ou du Merapi dans les années 1980, l'Etna en 2001 et celle du Nyiragongo près de Boma en 2002 qui ont détruit toutes les infrastructures touristiques et les villages érigés près du volcan. Impact des volcans sur le climat
Les nuages de gaz libérés par les volcans sont constitués de millions de tonnes de particules composées de dioxyde de soufre. Au cours de leur progression dans la haute atmosphère elles se mêlent à la vapeur d'eau pour former des goutellettes d'acide sulfurique (comme les fumées de combustion du charbon). Ajoutés aux cendres, ces aérosols réfléchissent l'énergie du Soleil qui ne parvient plus à réchauffer la surface de la Terre comme l'explique le schéma présenté à droite. Prenons l'exemple de l'éruption du volcan gris du Pinatubo qui se produisit en 1991. Les climatologues considèrent qu’il fallut environ 5 ans pour que les cendres volcaniques retombent sur le sol. Pendant ce temps la température moyenne du globe chutant de 0.5°C. Aux latitudes élevées la chute de température atteignit 1.5°C[1]. Il est certain que dans le passé la Terre connut périodiquement ce type de catastrophes et des bien plus graves encore, telle l'éruption du Santorin ou du Yellowstone. Heureusement semble-t-il, elle sut retrouver son équilibre mais non sans subir la perte de millions d’espèces vivantes et en remodelant sa surface. Influences astronomiques et thermodynamiques sur le climat Les périodes de glaciations ont également lourdement affecté l'évolution du climat et des créatures qui peuplaient la Terre. Peu après la première guerre mondiale (1920-1941), l'astronome serbe Milutin Milankovitch démontra que le cycle des glaciations trouve son origine dans des variations de l'excentricité de l'orbite terrestre (liée à l'influence gravitationnelle des planètes géantes), de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre (la nutation) et de sa précession (la rotation de cet axe) dont les périodes sont respectivement de 100000, 40000 et 20000 ans. Sur ces variations à relatives courtes périodes se superpose un cycle qui s'étend sur des millions d'années. Depuis 1978, grâce aux travaux du professeur belge André Berger[2], astronome et physicien de l'Université Catholique de Louvain-La-Neuve, nous connaissons aujourd'hui parfaitement l'évolution du climat de la Terre depuis 1.5 millions d'années. En convertissant les valeurs d'excentricité, de précession et d'inclinaison de l'axe de la Terre en termes d'insolation, puis en comparant ces résultats aux données géologiques, l'équipe de Berger est par exemple parvenue à démontrer que les fréquences des courbes d'insolation sont stables depuis 10 millions d'années. En revanche, aucune corrélation n'a put être établie avec le cycle de 11 ans de l'activité solaire ou avec le cycle réduit de 900 ans de l'excentricité orbitale.
En réalité, ainsi que nous l'avons dit implicitement, la Terre n'est pas seulement sensible aux contraintes astronomiques mais également à quantité de facteurs thermodynamiques. Ainsi pour le paléoclimatologue, la position d'une plaque continentale à une certaine époque peut empêcher une glaciation; en fonction de la latitude la circulation océanique ou atmosphérique peut créer des changements de température et de la quantité de précipitations (uniformisation ou différenciation), phénomène que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de phénomène El Niño ou El Niñas; la biosphère peut modifier la composition chimique de l'atmosphère (effet de serre); enfin l'albédo peut influencer l'énergie servant à la "fabrication" du climat.
Toutes ces considérations permettent par exemple aux chercheurs d'affirmer qu'il y a 900000 ans[3], époque à laquelle vécu l'Homo erectus, il y eut une baisse globale de température de 3°C et une baisse de 100 mètres du niveau des océans. Inversement, à l'époque de l'Homo sapiens il y a 125000 ans, l'insolation de juillet était 12% supérieure à celle d'aujourd'hui. Cent sept mille ans plus tard, il y a 18000 ans, à l'époque de l'homme de Cro-Magnon, il y eut une baisse moyenne de 4°C dans l'Atlantique nord. Ce fut la dernière période glaciaire. Tout indique cependant qu'il y en aura d'autres à l'avenir, mais rassurez-vous elles se produiront dans quelques dizaines de milliers d'années seulement. D'autres témoins viennent confirmer ces événements. Tout le monde connaît la dendrologie, l'étude des cernes de croissance des arbres. Les immenses séquoia de Californie par exemple (Sequoiadendron giganteum) qui peuvent s'élever jusqu'à 88 m de hauteur pour une largeur de 8 m à la base couvrent 8500 ans d'histoire, la cellulose s'imprégnant de l'amplitude des précipitations et de l'activité solaire année après année. Il y a également les grands stalactites dont les strates semi-circulaires renferment des données sur l’état climatique de la grotte et de sa région parfois durant plusieurs dizaines de millions d’années; les glaces polaires qui, par carottage, nous renseignent sur la température et la composition de l'atmosphère des 150000 dernières années; les coraux qui nous informent sur les variations de température et le niveau des mers tropicales depuis 100000 ans; les pollens des tourbières qui témoignent de la couverture végétale des 300000 dernières années; enfin les fonds océaniques et les roches sédimentaires avec leurs lots de fossiles dont les durées se chiffrent en millions d'années.
Si les reconstitutions climatiques d'André Berger coïncident assez bien avec le passé, nous sommes tout naturellement tenté d'envisager les conséquences à longs termes des modifications que nous introduisons dans le climat. Ce sera l'objet des prochains chapitres. Prochain chapitre
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