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Le réchauffement anthropique selon Philippe Charlez

Un livre dont je recommande la lecture. L’auteur, ingénieur des mines de la Faculté de Mons (Belgique) et docteur de l’Institut de physique du globe à Paris, est un spécialiste des questions énergétiques, enseignant du supérieur, expert auprès de l’Institut Sapiens et du parti Les Républicains, chroniqueur à Valeurs actuelles et à Atlantico. Je le considère comme crédible sur ces sujets.

Source : Philippe Charlez, L’utopie de la croissance verte. Les lois de la thermodynamique sociale, Paris, 2021, Ch. V, Le débat climatique, p. 213-262.

Citations du livre entre guillemets. Mes additions, précisions et commentaires entre crochets.

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1. Sur le réchauffement :

« Les nombreuses données aujourd’hui disponibles montrent de façon irréfutable que, sur la période 1880-2020, la température de surface a augmenté en moyenne de 1° Celsius (C), dont 0,5° C au cours des trois dernières décennies. Ce phénomène n’est en rien localisé » (p. 218).
« Toutefois, [l’] impact systématique [du réchauffement] sur les phénomènes météorologiques est loin d’être démontré » (p. 219).

2. Sur les gaz à effet de serre (GES) :

« Les résultats [des mesures effectuées depuis 60 ans] démontrent sans ambiguïté que les concentrations atmosphériques ont atteint au XXIe siècle les niveaux les plus élevés depuis 800 000 ans. Ce phénomène est surtout récent : depuis l’époque pré-industrielle, la concentration en CO2 s’est accrue de 40 %. Et, au cours du dernier demi-siècle, le taux de CO2 dans l’atmosphère est passé de 320 ppm[1] au début des années 1960 à 419 ppm en mai 2018 » (p. 220).

3. Sur les émissions anthropiques de gaz à effet de serre. Incidence sur l’atmosphère :

« Depuis la révolution industrielle, la combustion des énergies fossiles (...) a renvoyé dans l’atmosphère des quantités croissantes de dioxyde de carbone. Depuis 1956, nos activités humaines ont ainsi émis un poids cumulé de 1 200 milliards de tonnes de CO2. Sur la même période, la teneur en carbone dans l’atmosphère est passée de 321 ppm à 409 ppm, ce qui correspond à 690 milliards de tonnes supplémentaires stockées dans l’atmosphère », soit seulement 57 % des 1 200 milliards (p. 227-228).
La différence s’explique par l’absorption dans la biosphère (verdissement de la planète) d’une partie des émissions de GES (environ 12 %) et par l’absorption dans les océans (« plus l’atmosphère contient de CO2, plus sa pression partielle le pousse dans les océans ») d’une autre partie (environ 30 %).
Mais la variation de la concentration atmosphérique en GES est-elle réellement imputable aux émissions anthropiques ? Selon Philippe Charlez, trois éléments vont à l’appui de cela :
a) La corrélation presque parfaite, année après année, entre les émissions anthropiques cumulées depuis 1965 et l’accroissement cumulé de la teneur en carbone dans l’atmosphère, avec une grande constance du rapport de 57 %.
Certes, la corrélation n’implique pas qu’il y ait une relation de cause à effet entre ces émissions et la concentration atmosphérique. Il pourrait théoriquement y avoir une causalité inverse (on ne voit pas par quel mécanisme) et, surtout, une cause extérieure pourrait influencer à la fois les émissions et la concentration. Mais ...
b)... depuis 1850, le profil d’évolution, au cours du temps, de la concentration atmosphérique du CO2 est semblable à celui de la croissance économique mondiale : croissance modérée 1850-1940, stagnation/récession de la Seconde guerre mondiale, croissance plus forte de l’après-guerre, puis de la période de mondialisation (p. 229-230).
[Pas entièrement convaincant à mon avis, car la période de stagnation économique est plus longue que celle du second conflit mondial : elle s’étend plutôt de 1914 à 1945. Le parallélisme n’est que très approximatif.]
c)... et surtout, les émissions anthropiques laissent leur signature dans l‘atmosphère, car elles ne comportent pas la même répartition des formes chimiques (ou isotopes) du carbone.
Il existe trois isotopes du carbone dans la nature : le carbone douze ou 12C (près de 99 %), le carbone treize ou 13C (environ 1,1 %) et le carbone quatorze ou 14C (en proportion infime, mais utilisé pour les datations archéologiques). Or :
* la matière vivante/organique, et plus encore la matière organique fossile, base des combustibles fossiles, est appauvrie en 13C par rapport à la matière inorganique (par exemple le carbone inorganique des océans) ;
* depuis l’aube de la révolution industrielle, on constate une réduction significative de la proportion de 13C dans le carbone atmosphérique[2], et cela à un rythme accéléré depuis les années 1950 (p. 230-232).
A contrario, selon Philippe Charlez, l’hypothèse, avancée par certains climato-sceptiques, que les variations de température pourraient « expliquer un dégazage supplémentaire de l’océan, invalidant l’origine anthropique du CO2 dans l’atmosphère », ne semble pas tenir la route (p. 256).

4. Sur les émissions anthropiques de gaz à effet de serre. Incidence sur les océans :

« En absolu, les émissions anthropiques ont significativement accru les quantités de CO2 absorbées par l’océan [à raison d’environ 30 % de la masse anthropique émise, cf. ci-dessus] ... En réponse à cette absorption croissante, l’océan s’est légèrement acidifié. Depuis le début des années 1980, son pH[3] s’est réduit d’environ 0,02 unités par décennie ». La nature de l’eau de mer, qui est celle d’une solution dite « tampon » ayant des propriétés stabilisatrices, « la protège fort heureusement d’une acidification massive et rapide. Elle ne pourrait intervenir qu’à des pH voisins de 7, une valeur très éloignée de la moyenne océanique actuelle de 8,2 » (p. 232).
[Au rythme actuel de baisse de 0,02 par décennie, il faudrait en effet 6 siècles pour que le pH océanique diminue jusqu’à 7. Mais attention toutefois à l’amplification logarithmique des effets !]

5. Sur la relation entre CO2 et température :

a) L’analyse des glaciations (cycles de Milanković) ne met pas en évidence un lien de cause à effet entre la concentration de l’atmosphère en CO2 et la température.
« Les informations extraites des carottes polaires ont clairement montré qu’il existait une corrélation cyclique (appelée « cycles glaciaires ») entre les concentrations en gaz carbonique et les paléotempératures. Depuis 400 000 ans, quatre cycles ont été ainsi observés, avec chaque fois un pic de CO2, bien corrélé au pic de température.
Mais la question qui émerge à ce stade de l’exposé reste entière (...) : est-ce l’augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 qui provoque une augmentation de la température, ou l’inverse ? » (p. 234-235).
[La question reste incomplète : concentration atmosphérique et température ne varient-elles pas sous l’influence d’une même cause extérieure ?]
« Et, sur ce point, la chronologie des évènements joue évidemment un rôle clé : l’accroissement de la teneur précède-t-il ou pas l’augmentation de température ? » (p. 235).
[Cet argument chronologique (post hoc, ergo propter hoc) ne doit pas être surestimé. Il confine parfois au sophisme. De surcroît, la question de l’antériorité a peu de portée si c’est une cause extérieure qui influence à la fois la teneur en CO2 et la température.]
Réponse de Philippe Charlez à cette question : « Malgré une certaine incertitude sur les mesures, l’analyse des paléotempératures plaide (...) en faveur d’une pro-action de la température sur le CO2 » (p. 236). La causalité des glaciations / déglaciations serait la suivante : variation des paramètres orbitaux de la Terre → variation de l’ensoleillement → variation de la température → variation de la concentration en CO2.

b) Toutefois, cette analyse historique des cycles glaciaires n’est pas transposable à l’évolution climatique actuelle.
Le phénomène nouveau actuel est en effet que « au cours des dernière décennies, l’accroissement de la teneur en CO2 a excédé de 37 % le maximum paléo-historique observé au cours du dernier demi-million d’années » : cette variable n’évolue plus comme attendu dans un cycle glaciaire mais, en quelque sorte, elle échappe aux prévisions. « Les cycles de Milanković représentent donc une preuve par l’absurde que l’excédent de dioxyde de carbone est bien d’origine anthropique » (p. 238).
[À tout le moins, les arguments en faveur de cette origine anthropique, déjà présentés plus haut, ne sont nullement disqualifiés par l’analyse des cycles glaciaires.]

c) L’augmentation actuelle observée de la température de surface ne saurait provenir d’une modification cyclique de l’activité solaire.
Le flux de rayonnement lié à une telle modification « ne justifierait qu’un accroissement de température de cinq centièmes de degré. Et, surtout, l’effet est cyclique et non cumulatif comme [l’est] celui du CO2 anthropique. Les variations d’irradiance dues aux cycles solaires sont donc beaucoup trop faibles pour engendrer des variations de température significatives à la surface de la Terre » (p. 257).

d) Il existe des mécanismes physiques permettant de lier l’évolution actuelle des températures à celle de la concentration atmosphérique du CO2. Toutefois, l’ampleur de cette liaison reste assez incertaine, notamment lorsqu’on essaie de prendre en compte les rétroactions climatiques.
On atteint ici un fort niveau de complexité. Même présentée avec le talent pédagogique de Philippe Charlez, l’explication des mécanismes liant températures et concentration du CO2 nécessite plus de 15 pages (p. 238-254) agrémentées de formules qui approchent les limites de compréhension de l’« honnête homme ».
Très schématiquement, les mécanismes en question se rattachent aux propriétés physiques du rayonnement lumineux et de son interaction avec la matière. Un photon entrant en collision avec une surface matérielle peut être transmis (réfracté, comme à travers le verre), réfléchi (comme sur un miroir), diffusé (renvoyé dans toutes les directions), ou enfin absorbé (capté par les électrons des atomes de la surface matérielle).
Cette absorption détruit le photon et transfère sa quantité d’énergie E = hν[4] aux électrons. L’énergie se transforme alors en chaleur et accroît la température de la matière. Ce transfert se fait, ou ne se fait pas, entre les photons et les atomes, selon des lois physiques bien précises. Ces lois dépendent, d’une part, des caractéristiques (fréquences de vibration/longueurs d’onde) des photons, d’autre part, des caractéristiques des atomes. Le mécanisme inverse, dit émission, consiste pour la matière à envoyer vers l’extérieur un rayonnement sous la forme d’un flux de photons, d’autant plus énergétique que la température est élevée.
L’effet de serre se produit lorsque l’atmosphère fonctionne comme une vitre opaque renvoyant vers la Terre une partie du flux de photons (flux radiatif) qu’elle émet. Ce mécanisme de flux retourné, dit « forçage radiatif », permet à la Terre de maintenir à sa surface une température moyenne de l’ordre de 16° (à défaut, cette température serait de -18°), ce qui permet à l’eau de rester liquide et à la vie d’émerger et de se maintenir.
Cet effet de serre ne se manifeste que pour une partie de la matière de l’atmosphère et pour certaines gammes de longueur d’onde de rayonnements absorbés ou émis (spectre d’absorption). La matière ici concernée est constituée par les gaz dits « à effet de serre », principalement la vapeur d’eau et le CO2.
Le CO2 a une concentration dans l’atmosphère plus faible que celle de la vapeur d’eau et un spectre d’absorption bien plus limité que celui de la vapeur d’eau. A priori, cela lui donnerait un rôle négligeable dans le forçage radiatif lié à l’effet de serre. Toutefois, ce gaz a une durée de vie beaucoup plus longue dans l’atmosphère : environ 100 ans contre quelques jours à quelques semaines pour une molécule de vapeur d’eau. De ce fait, « le CO2 contribue pour 21 % au forçage radiatif, contre 68 % pour la vapeur d’eau et 11 % pour l’ozone, le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (N2O) » (p. 248).
Une variation importante de la concentration du CO2 dans l’atmosphère se traduit donc par une variation, pas absolument négligeable, du forçage radiatif. Philippe Charlez évalue, comme le GIEC, à 2 watts par m2 l’augmentation de ce forçage depuis la révolution industrielle [soit environ 2/150 = 1,33 % du forçage total].
Cela semble peu, mais « la question cruciale est celle de l’impact de cet accroissement a priori assez faible sur la température du globe » (p. 249). Et là, il faut distinguer deux effets :
* Le forçage radiatif direct : cet effet se matérialise, selon Philippe Charlez, par la relation :
Variation de la température de surface = 1,605 * logarithme népérien de (C(t)/280), où C(t) est la valeur (en ppm) de la concentration de CO2 dans l’atmosphère à l’instant t.
« Selon cette relation, l’accroissement de température depuis l’ère préindustrielle serait de 0,61° C (410 ppm) ; une valeur bien inférieure au 1° C estimé aujourd’hui » (p. 249).
* Le forçage lié aux rétroactions climatiques :
« Lorsque la température de surface se modifie [sous l’effet du forçage direct], toutes les variables climatiques (vent, humidité, nuages, pluie, couvertures neigeuse et glacière) sont modifiées. Ces variations vont alors perturber le bilan énergétique qui, à son tour, va modifier la température de la surface » (p. 250). Les boucles de rétroaction qui sont ainsi à l’œuvre peuvent être soit positives, soit négatives. Selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC, 4e rapport), cité par Philippe Charlez, avec un doublement de la concentration de CO2 (560 ppm), on aurait les variations de température suivantes :
Effet direct : + 1,1° C.
Effets des rétroactions : + 2,7° dont : réduction de l’albédo[5] par la fonte accélérée de la neige et de la glace + 0,3° ; nuages + 0,7° ; augmentation du contenu en vapeur d’eau dans l’atmosphère + 1,7°.
Dans son rapport d’août 2021, plus récent, le GIEC a fourni des estimations moins précises : le doublement des émissions entraînerait une augmentation des températures de 1,8° à 5,6°.

L’analyse des rétroactions est un exercice particulièrement complexe et périlleux. Elle nécessite de recourir à des modèles de simulation comportant de multiples hypothèses sous-jacentes. Force est de constater, avec Philippe Charlez, que « L’évaluation des coefficients de rétroaction est l’une des clés, mais aussi l’une des principales difficultés quant au calcul du réchauffement climatique » et que « Malgré la sophistication des modèles climatiques utilisés, l’incertitude reste donc très importante, ce que reconnaissent les climatologues du GIEC eux-mêmes » (p. 252).

Cette analyse a fait l’objets de débats internes, notamment celle d’Alain Mathieu

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