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19 juin 2009 5 19 /06 /juin /2009 18:32
Comme trop souvent, ce blog a connu une petite (ok, grosse) baisse de régime ces dernières semaines... Que de laisser-aller. Pour se remettre en selle, prenons donc un article intéressant du dernier Nature: "the proportionality of global warming to cumulative carbon emissions", par D.Matthews et al.
Cet article semble s'inscrire dans l'air du temps qui, récemment, consiste à regarder la réponse du climat, non aux concentrations atmosphériques de CO2, mais directement aux émissions (humaines).
En effet, comme chacun sait (et j'en ai souvent parlé ici), la problématique émissions humaines de CO2/ concentrations atmo/changement climatique est celle d'un système couplé, comme Matthews et al. sont assez aimables de bien vouloir le rappeler clairement avec leur fig1:




Faute de pouvoir, jusqu'aux dernières années, bien modéliser le cycle du carbone au sein des modèles, l'attention des climatologues s'est traditionnellement surtout portée sur la partie "sensibilité climatique" (combien de °C en plus par ppm de CO2 atmosphérique)  et notamment sur la question de savoir quelle était la limite de CO2 atmosphérique à ne pas dépasser, et avec quelle dynamique, pour éviter un réchauffement global de plus de 2°C (considérée comme dangereux, on ne sait plus trop bien par qui et pourquoi - mais bon... ca a le mérite d'exister, comme limite). Ainsi certains ont considéré que 450 ppm était la limite - d'autres, assumant que la sensibilité climatique est en fait plus forte que ce qui est communément admis, indiquent 350 ppm (Hansen et al 2008) (rappel: pré-industriel:280ppm - actuel:385 ppm, +2 ppm par an environ).
Mais cela ne nous dit pas vraiment quel chemin suivre en terme d'émissions pour s'assurer que les concentrations restent dans telle ou telle limite. Or les émissions, c'est finalement la seule variable sur laquelle l'homme agit directement.  D'où l'intérêt d'être capable de relier directement les émissions à la température globale.
Evidemment, comme entre les deux il y a l'incertitude sur le cycle du carbone, sur la sensibilité climatique, et sur l'interaction entre les deux, on se dit que ca ne va pas être trivial... "Pas du tout" répondent Matthews et al dans Nature: la relation est... linéaire, bêtement.
Ils définissent ainsi ce qu'ils appellent le "carbon-climate response", CCR, comme étant dT/E, où dT est le changement de t° global au bout d'un temps donné, suite à des émissions cumulées E pendant cette même période.
Puis ils écrivent: dT/E = dT/dC * dC/E
où dC est l'augmentation de CO2 atmosphérique (rien de dément, on reprend le graph ci-dessus: sensibilité climatique x fraction des émissions cumulées restant dans l'atmosphère).

Le propos de Matthews et al. est de dire que, si chacun des 2 termes ci-dessus dépend de la concentration de CO2 et sa vitesse d'évolution (par exemple le dT/dC dépend de la concentration"de fond" en CO2 - ou bien la part d'émissions restant "dans l'air" dépend de la vitesse des émissions, par rapport aux capacité d'absorption des puits), en revanche le produit des 2, alias le CCR, reste constant en fonction du temps, et des émissions. Ce qu'on voit sur leur figure 2, qui reporte les résultats de 3 simulations avec leur modèle de climat incluant le cycle du carbone (UVic ESCM, de son petit nom):


Sur le plot a, pendant les 70 années les émissions de CO2 sont telles que la concentration atmosphérique augmente de 1%/an. Sur le plot b, c'est un pulse d'émissions, tel que la concentration en CO2 est instantément doublée (trait pleins) ou quadruplée (pointillés) et maintenue constante.
ON voit donc que le CCR reste ~constant, notamment entre les différentes concentrations de CO2, donc les différents scenarios d'émissions. L'idée est que, au fur et à mesure des émissions, le réchauffement par ppm de CO2 atmosphérique supplémentaire sature (saturation de l'aborption d'IR thermique par le CO2), mais davantage de CO2 reste dans l'amotsphère car les puits de CO2 saturent également: les 2 se compensent à peu près, et le réchauffement par émission reste constant.
Matthews et al. retrouvent cette propriété (linéartié émissions cumulées / réchauffement) dans l'ensemble des modèles couplés climat-carbone ayant servis à l'expérience d'intercomparaison C4MIP sur le XX et XXIè sièles. (Friedlingstein et al.2006):




avec bien entendu des valeurs différentes de CCR pour les différents modèles, quand même...
Ils rajoutent à cela une petite estimation (un peu mystique) basée sur l'historique des émissions passées et l'observation des températures, pour obtenir une estimation centrale de 1.5-1.6°C / trillion tC (10 puissance 12 tonnes).
Evidemment, l'intérêt d'une telle relation, comme je disais plus haut, saute aux yeux: si on ne veut pas dépasser 2°C de réchauffement par rapport au pré-industriel, alors nous avons droit à 1.25 tératC - sachant qu'on en a déjà émis 0.5, il nous reste en gros un quota d'environ 0.8... (l'autre intérêt, moins majeur pour l'humanité mais important à titre personnel, est de pouvoir dire que quand nous émettons, en tant que francais moyen par exemple, environ 2t de C / an, nous réchauffons l'atmosphère de .... 2 x 0.0000000000015 °C ! sans blague, c'est dans le communiqué de presse).

Comme je disais plus haut, tout cela semble être pas mal dans l'air du temps: il y a quelques semaines, dans Nature toujours, sortaient deux papiers du même acabit, à propos de la relation entre émissions et réchauffement (Meinshausen et al., Allen et al.): tous deux indiquent aussi que, davantage que la trajectoire de concentrations atmosphériques de CO2 (rester sous les 400, les 450ppm, avec quelle dynamique, etc...), c'est le total d'émissions accumulées qui compte (voir notamment la discussion de Realclimate). Ces deux études livraient certes des résultats quantitativement différents de celle de Matthews (un "quota restant d'émissions de CO2 pour rester sous les 2°C" plus faible, notamment), mais qualtitativement  tous ces papiers convergent vers le même type de relaltion.
Evidemment, ce type de résultat à un intéret pratique certain, notamment d'un point de vue de politique climatique. Avec de telles relations, un peu plus affinées, on peut par exemple assez bien imaginer (ou pas ?) des négociations internationales sur la base d'un quota global de C émettable... 
D'un autre côté, on reste quand même un poil incrédule sur le fait que toutes les incertitudes qui apparaissent quand on regarde les choses d'un peu près, disparaissent ainsi de la sorte quand on prend un "énaurme" recul et qu'on ne regarde plus que la relation aggrégée input/ouput - et on peut être finalement quelque peu mal à l'aise face à cette vision assez carbo-centriste, et simplifiée à l'extrême, du sytème climatique.




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commentaires

oglala 01/10/2009 16:16


Mieux vaut tard que jamais et cela m'ennuierait de laisser une inexactitude source de mauvaises interprétations. Après petite enquête, il s'avère que la valeur d'émission globale annuelle de CO2 à
laquelle je me suis référé il y a 3 mois(6,5 GT) datait singulièrement. Aujourd'hui nous en serions à presque deux fois le double comme dirait Johnny (autour de 12 GT).


PAk 11/07/2009 00:09

On a toujours du bol dans ce type de relation :
dT/dC et dC/E se compensent exactement, c'est encore une sacré coïncidence, qui fait très jolie sur le papier ... on dirait que saturation de l'IR et saturation des puits étaient faites pour se rencontrer !

Juste une demande de précision : à chaque fois que l'on parle d'un "temperature change", c'est à un horizon donné (genre +2°C en 2100) ?
si j'ai bien compris, dans le cas de la CCR, il s'agit de l'équivalent d'une vitesse (dérivée première), ce que j'appréhende moins est son caractère instantané ou non. Je m'explique : si l'on arrêtait soudainement d'émettre, est-ce que la CCR tomberait à zéro ou bien se maintien au niveau actuel ? avec dans les deux cas, quel effet sur la température en 2100 ?

ICE 12/07/2009 19:35


salut pak
ben, je partage un peu ton étonnement sur le caractère bien agréable de ces résultats... mais bon...
l'histoire des 2°C, il me semble qu'à la base ca fait référence à l'objectif "officiel" de la Commission Européenne de limiter le réchauffement à +2°C (par rapport au pré-industriel, donc en gros
1.3°C par rapport à l'actuel)... limite fixée un peu à la louche (je serai bien en peine de citer une étude fondant rationnellement cet objectif, en termes d'impacts...), mais qui a le mérite de
proposer un objectif... donc qui s'est imposé par défaut - faute de mieux... voir le récent G8 (quels losers)... note bien que 1.96°C ca peut déjà être assez dommageable...donc les 2°C c'est
un peu dans l'absolu, à l'horizon de qq décennies, quoi...
pour ta question, je suis pas sur de bien comprendre... je pense que dans ce que tu dis le CCR est plus une "dérivée"  moyenne obtenue a posteriori, pas une "vitesse" instantanée...L'idée
de l'article de matthews c'est justement de dire que ce qui compte c'est le cumul d'émission, et que le réchauffement obtenu "au final" est proportionnel à ce cumul, peu importe la dynamique de ces
émissions... si on arrétait soudainement d'émettre, les concentrations se stabiliseraient (puis décroisseraient), il y a aurait un réchauffement additionnel dues aux émissions passées (celui
qui est "dans le pipeline") - et le dT/dE final aurait probalement la même valeur...
sur ces histoire là tu peux aussi lire:
http://www.grida.no/publications/other/ipcc%5Ftar/?src=/climate/ipcc_tar/vol4/french/047.htm
http://www.manicore.com/documentation/serre/arreter.html
    


Oglala 09/07/2009 17:20

"Découverte" très intéressante effectivement si elle se confirme, ne serait-ce que pour fixer plus facilement les idées auprès des décideurs et du grand public. Mais quelque chose m'intrigue : si nous disposons d'un quota de 0.75 Tt soit 750 Gtonnes de Co2 pour être dans la limite théorique de 2°C, au rythme actuel de 6,5 Gt rejetés annuellement, cela nous donne 115 ans pour atteindre le quota en question. N'est-ce pas contradictoire avec l'affirmation qu'il faudrait diviser nos émissions par 4 environ d'ici 2100 pour aboutir à cette hausse limitée (mais déjà très dommageable) de 2° environ ?
Merci d'éclairer ma lanterne et bravo pour votre blog que je consulte régulièrement.

ICE 10/07/2009 20:15


Bonjour,
merci pour le commentaire - je suis pas sûr de pouvoir vraiment répondre... 2 choses: les émissions annuelles sont plus proches de 8-9 GtC maintenant, je crois; et la division par 4 correspond
plutôt à un objectif à l'horizon 2050, quand il est affiché "officiellement", il me semble (ex. le "facteur 4" en France). Mais je n'ai pas de chiffre "officiel" en tête, à l'échelle globale, de
trajectoire de réduction des émissions compatible avec une limite à +2°C...
N'oublions pas non plus que bien que séduisants les résuttats de Matthews ont de bonne barrettes d'incertitude: 0.8TtC, mais entre 0.4 et 1.5.