L'équilibre climatique, une histoire de rétroactions négatives

Tout d'abord, voici les deux définitions des boucles de rétroaction

Boucle de rétroaction positive > Une cause entraine une conséquence. Cette conséquence a le même effet que la cause, ce qui entretient un "cercle vicieux" d'augmentation (d'où le "positive")

Exemple: On déclenche un feu de bois avec un apport de chaleur. La chaleur produite par le feu met le feu au reste du bois. Rétroaction positive.

Boucle de rétroaction négative> Une cause entraîne une conséquence. Cette conséquence a pour effet d'atténuer ou de supprimer la cause, ce qui empêche la survenue d'un cercle vicieux.

Exemple:  La chaleur augmente le taux d'humidité dans l'air et favorise la formation de nuages. La formation de nuages réduit la température ce qui limite à son tour la formation de nouveaux nuages. La cause (chaleur) a pour conséquence de diminuer la température par albédo. La conséquence limite donc la cause. >>

A son état préindustriel, la Terre était auto régulée par plusieurs boucles de rétroaction négatives bien équilibrées par des milliards d'années d'existence, permise notamment par le vivant et les océans

Le volcanisme ou l'altération des roches carbonatées libèrent du CO2 dans l'atmosphère. Ce CO2 est capté par les organismes vivants (algues, coquillages...) avant d'être sédimentés à leur mort. Cette sédimentation intègre le carbone capté dans les couches géologiques, ce qui piège le carbone. Rétroaction négative (la présence de carbone dans l'atmosphère permet au vivant de se nourrir, le vivant l'assimile et fait diminuer la concentration de carbone dans l'atmosphère).

Etretat est un bon exemple de la capacité du vivant à capter le carbone. Les falaises sont constituées de craie, fossile d'innombrables micro-organismes à enveloppe calcaire. Ces colossales masses de roches correspondent à autant de carbone piégé de l'atmosphère vers un stockage géologique.

Induction de boucles de rétroactions positives par l'Homme

La responsabilité de l'Homme dans la quasi-totalité du Réchauffement Climatique n'est plus à démontrer et fait consensus dans la communauté scientifique. Ses effets les plus spectaculaires actuellement sont la fonte de la banquise au Pôle Nord et l'augmentation rapide des températures conjointement à la teneur en CO2 de l'atmosphère. Au-delà d'un certain seuil, cette augmentation entraînera des boucles de réactions positives dans l'environnement susceptibles d'entraîner un emballement climatique.

Schéma de la PNAS dans son étude "Trajectories of the Earth System in the Anthropocene" illustrant le phénomène d'emballement climatique.

La fonte de la banquise d'été >

Cette banquise d'été agis comme un grand réflecteur naturel (fort albédo) dans l'hémisphère nord. Sa fonte entraîne une diminution de l'albédo (l'océan est sombre) et donc une augmentation de la captation de chaleur. C'est une des boucles de rétroaction positive les plus menaçantes car son arrivée est d'ores-et-déjà inéluctable.

Cette boucle sera sans doute la première à produire un décrochement de la corrélation Température-CO2. L'augmentation liée à la diminution de l'albédo s'additionnera à celle du CO2 anthropique, la courbe de température montera plus vite que celle du carbone.

Augmentation de la température et incendies >

Cette boucle de rétroaction positive pourrait intervenir à moyen terme. L'augmentation des températures rend les forêts plus sensibles aux départs de feu par assèchement de l'air et de la végétation. De incendies brûlant des dizaines de milliers d'hectares de forêt se déclenchent dans des zones isolées et difficiles d'accès rendant toute tentative de contrôle inefficace. Tout le carbone contenu dans cette végétation est largué dans l'atmosphère, ce qui entraîne un réchauffement au carbone non anthropique mais corrélé à la courbe du CO2 atmosphérique qui s'envole, elle aussi.

De vastes incendies brûlent la forêt boréale durant cet été 2019. Cette image montre l'ampleur des dégagements de fumée et fait prendre conscience de ce qu'il se produirait avec une multiplication de ces phénomènes et une augmentation de leur sévérité.

Destruction de la biosphère>

Malheureusement, l'Homme ne se contente pas de larguer du carbone géologique (ou "fossile") dans l'atmosphère mais impacte également de façon profonde les écosystèmes mettant en péril une quantité innombrable d'espèces. L'acidification des océans, la destruction des forêts ou d'espaces naturels limitent de plus en plus la capacité de la biosphère à transformer le carbone atmosphérique en carbone géologique. Cette rétroaction qui finira par arriver d'ici quelques décennies au rythme actuel est sans doute la plus grave de toutes.

En cas de destruction extrême de la biosphère, une boucle de rétroaction positive aux effets encore incalculables pourrait amener le carbone anthropique, le carbone naturel et le carbone lié à la destruction de ces mêmes écosystèmes à s'accumuler ensembles dans l'atmosphère ramenant les niveaux de CO2 à des niveaux similaires au temps où la biosphère n'avait pas encore eu le temps d'enfouir du carbone de façon efficace.

Nous risquons de perdre au jeu des temps géologiques

Comme vu sur la dernière boucle de rétroaction présentée, nous sommes en passe d'hypothéquer le futur de notre planète en injectant dans l'atmosphère 3 sources de carbone considérables. Nous libérons en effet une part non négligeable de ce que la biosphère a mis des centaines de millions à milliards d'années à stocker dans les couches géologiques.

Notre étoile est un astre qui évolue au même rythme que les temps géologiques, très lentement, sur des milliards d'années. Doucement, avec la consommation de son hydrogène, elle chauffe et augmente en luminosité, ce qui augmente le rayonnement reçu par la Terre. A concentration de carbone atmosphérique égale à celle de la jeunesse de la Terre, nous recevrions aujourd'hui un rayonnement 25% plus élevé qu'à l'époque, nous pourrions donc tout simplement rencontrer des conditions jamais connues sur notre planète depuis sa formation.

Notre plus proche voisine, un exemple parfait d'emballement climatique

Vénus est souvent décrite comme étant la jumelle de la Terre. Pourtant située dans l'intérieur de la "zone habitable" de notre étoile, sa température de surface de +462°C suffirait à faire fondre du plomb. En cause, la non captation géologique du carbone.

En l'absence de vie sur Vénus, le carbone émis naturellement par le volcanisme puis par la dégradation des roches s'est accumulé dans l'atmosphère. Une atmosphère similaire sur Terre serait capable de faire disparaître tous les océans par ébullition de l'eau... Cela donne à réfléchir sur nos actes.

Lier la sagesse à nos actes est un espoir pour éviter un tel emballement

S'il est maintenant impossible d'éviter le Réchauffement Climatique, il reste possible de le limiter. Pour éviter une catastrophe planétaire aussi radicale que sur la dernière boucle de rétroaction positive, il est même possible d'agir efficacement avec peu de moyens.

Cela se traduirait concrètement par la conservation du patrimoine vivant et l'élévation au rang de bien commun de l'humanité à de vastes espaces naturels pour éviter leur destruction, tout en permettant la réhabilitation d'autres espaces. En rendant à la biosphère sa capacité à enfouir le carbone dans les couches géologiques, nous pouvons éviter un tel emballement climatique. Ceci agirait comme une boucle de rétroaction négative intégrant nos émissions de carbone.

Produire des rejets de carbone massifs tout en supprimant les puits de carbone n'est pas viable. Créer ou maintenir des puits de carbone peut limiter l'accumulation de carbone dans l'atmosphère à grande échelle via la création d'une rétroaction négative similaire à la période pré-industrielle.

Une théorie encore peu répandue mais sérieusement étudiée par la communauté scientifique

Annuellement, le GIEC publie un "résumé à l'intention des décideurs politiques". Sur l'édition de 2018, y figurait la théorie de l'emballement climatique. Cette session de 2018 est commentée ici sur un article du magazine Sciences-et-Avenir >>

Selon cette infographie du GIEC, une hausse de seulement 2°C de la température mondiale mettrait en route deux des trois rétroactions positives explorées dans cet article, à savoir la fonte totale de la banquise en Arctique et la destruction totale des écosystèmes.