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Quelles sont les évolutions récentes du CO2 atmosphérique (2ème partie) ?

Référence de l'article : DC7117
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écrit par J-C MAURIN,Agrégé de physique,(13 Octobre 2018)
(Dans deux précédents articles, nous avions fait :
  • d'abord un grand zoom arrière, en relatant les variations de la teneur de l'atmosphère en CO2 au cours des âges: à la hausse, jusqu' à 7 000 ppm à certaines périodes du Cambrien, et, à la baisse, jusqu'à 180 ppm à certaines périodes du Quaternaire, contre 388 ppm actuellement [*].
  • ensuite, nous avions proposé un grand zoom en avant..., à savoir sur les 30 dernières années écoulées, pendant lesquelles nous sommes passés de 338 ppm en 1980 à 388 ppm en 2010 [**].
  • aujourd'hui, nous proposons de poursuivre l'étude du CO2 atmosphérique sous un autre angle: celui de la relation entre CO2 atmosphérique et température, et, en cas de démonstration d'une éventuelle corrélation : corrélation, oui, mais dans quel sens ? (NDLR).
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Partie B : Corrélations CO2  versus «  température  »

Pour tenter de comprendre les évolutions récentes du CO2 on va s’intéresser aux corrélations existantes. Lorsque deux grandeurs A et B sont corrélées, on peut envisager une relation de cause à effet: soit A est la cause de B, soit B est la cause de A (suivant l’antériorité entre A et B). Toutefois, il reste aussi possible qu’une autre grandeur C soit la cause à la fois de A et de B.  Pour le CO2, il existe 3 corrélations, deux sont fondées sur les mesures récentes, la troisième utilise des indicateurs indirects = proxies.

B.1   Corrélations récentes à partir de mesures directes

Elles sont établies à partir de mesures  issues des observatoires pour la variation annuelle du CO2 ou du δ13C, des satellites ou des stations météorologiques pour la « température »  (la « température » est en réalité un indicateur de température, donnant un écart avec une référence proche de +15°C ou 288K). Cet indicateur de température ou anomalie n’est pas une température au sens de la température thermodynamique.

B.1.1. Variation annuelle du taux de CO2  versus «  température  »

Il existe une similitude entre « température » (Fig 1a) et variation annuelle du CO(Fig 1b), bien visible lors des années El niño 1998 et 2016.





Le site Wood for tree.org (1) permet de comparer facilement la forme de 2 grandeurs climatiques issues de différentes institutions (Fig 2a et 2b). Pour la variation annuelle du taux de CO2 (eslr-CO2), on doit effectuer une différence sur 12 mois pour le taux et centrer sur le sixième mois.  Pour  l’indicateur de température, on peut choisir global, surface des océans (SST) ou tropical.






Afin de faciliter la comparaison, on reporte les valeurs mesurées sur une feuille de calcul (8). On peut alors graduer les 2 axes verticaux : variation annuelle du taux en ppm/an et température océan tropical en °C (HadSST tropics).


B.1.2.  Variation annuelle du  δ13C versus « température »

Les observatoires (5) mesurent aussi le rapport isotopique  δ13C. Ce rapport présente une variation saisonnière. On constate que la variation saisonnière de δ13C est en phase avec celle du taux de CO2 (Fig 3).



Il n’est donc pas surprenant de trouver aussi une corrélation « température » versus δ13C.


Pour s’affranchir des oscillations saisonnières, on utilise encore la variation annuelle =  différence entre le δ13C mesuré l’année N et celui mesuré l’année N-1. Cette variation est donc directement déduite des mesures de δ13C (Fig 4).




Les phénomènes responsables des variations récentes du taux de CO2  gouvernent aussi la variation du rapport isotopique. Les 2 variations, taux et δ13C sont corrélées avec la « température.

B.2.  Corrélation des derniers millénaires fondée sur des proxies archives glaciaire.

Bien que cet article s’intéresse aux évolutions des dernières décennies, nous examinons néanmoins une corrélation à l’échelle des millénaires : elle est établie à partir de proxies issus des archives glaciaires. La découverte de cette corrélation et son interprétation dans les années 80 faciliteront la création du GIEC en 1988. La figure 5 présente le taux de CO2 et la « température » des derniers 400 000 ans.

Ces 2 courbes sont déduites, à partir de certaines hypothèses, d’un carottage à Vostok en Antarctique (3). D’autres carottages au Groenland montrent une corrélation similaire entre taux de CO2 atmosphérique et « température » (Fig 5).

B.2.1.  Obtention de la courbe « température » (courbe bleue Fig 5).

Pour la « température », on mesure en réalité un rapport isotopique (Oxygène ou Deutérium). Les différents âges sont estimés en utilisant la profondeur (ice depth) et quelques hypothèses complémentaires (Fig 6).



Dans la mesure où cet article s’intéresse aux variations du CO2, on ne discutera pas de la conversion entre rapports isotopiques et « température ».

B.2.2.  Obtention de la courbe  CO2   (courbe rouge Fig 5).

Le taux de CO2 est obtenu à partir de l’air qui subsiste dans les microbulles piégées dans la glace. Les différents âges sont estimés en utilisant la profondeur (ice depth) et quelques hypothèses complémentaires (Figs 7-8).



B.2.3.  Remarques sur les   valeurs numériques  du taux  de   CO2   subsistant    dans les microbulles

  • Le CO2 contenu dans la microbulle au moment de sa formation, en Antarctique ou au Groënland, est-il représentatif de l’ensemble de l’atmosphère terrestre ?
  • Dans une carotte, 2 échantillons sont séparés de quelques siècles, il y a donc un effet de sous-échantillonnage : on ne capture pas les variations entre 2 échantillons  →  effet de passe bas illustré en Fig 9.

  • Une microbulle ne se ferme pas rapidement : c’est le poids de neige au-dessus qui permet sa fermeture (en moyenne à la profondeur ≈ 100 m, soit quelques décennies). Le taux enregistré sera donc une moyenne sur quelques décennies, gommant ainsi les valeurs max et min.
  • Le CO2 sera-t-il parfaitement conservé sans aucune fuite pendant des millénaires? Le CO passe très facilement dans l’eau très froide …
  • Il existe un désaccord entre archives glaciaires et d’autres méthodes pour les taux avant 1958. Les figures 10 et 11 illustrent ce désaccord.





Les conséquences possibles de ces remarques sont illustrées par les Figures 12a, 12b, 12c et 12d à partir d’une courbe de démonstration:










 
 

 

 Figure 13. Schéma du CO2 dans l’atmosphère et des corrélations observées.

  • Flèches jaunes verticales : la température est corrélée avec la variation annnuelle et le δ13C.
  • Flèches jaunes horizontales: la variation annuelle c’est aussi la différence (entrées – sorties).
  • Flèche jaune pointillée: à l’échelle des millénaires, la température est corrélée avec le taux (proxies glaciaires)

Au moins 2 entrées sont sensibles à la température : la décomposition végétale (voir ici) et le dégazage océanique du CO2 qui dépend (loi de Henry) de la température de surface des océans tropicaux. Divers auteurs ont remarqué la corrélation avec la « température » (Bacastow, Salby, Humlum, Veyres).

Certains donnent une relation entre d[CO2]/dt (variation du taux de COen ppm/an) et SST (anomalie de température océanique en °C) →  d[CO2] /dt = a (SST) + b.

A l’aide de la Fig 2c, nous avons trouvé  d[CO2] /dt = 2.5 (SST) + 1  → Pour une température SST < – 0.4°C , et si la corrélation reste valable, alors d[CO2] /dt  < 0, et le taux de CO2 dans l’atmosphère baisserait.

B.3.  Conclusions

  • Pour les derniers millénaires, les proxies archives glaciaires montrent une corrélation entre rapport isotopique (« température ») et taux de CO subsistant dans les microbulles. Toutefois, les valeurs numériques de taux de CO2 doivent être prises avec précaution: l’enregistrement comporte à minima un biais « passe bas » qui efface les extremums. Si la corrélation est bien réelle, en revanche des affirmations telles que « Les taux de CO2 des derniers millénaires sont toujours inférieurs aux taux après 1958 », ou bien « Une variation de 1°C entraîne une variation de 12 ppm » ne sont pas démontrées.
  • Le CO2 ne précède jamais l’augmentation de la température, et cela depuis au moins le Pléistocène (240 000 ans) où la démonstration a bien été établie (cf. Fig. 8). Le COn’est donc pas le ‘bouton’ contrôlant l’évolution de la température.
  • Les concentrations anciennes de COatmosphérique sont sous-estimées et les données de Vostok, non seulement donnent un ‘ background’ plus faible que les données fournies par l’analyse des stomates (Fig.10,) mais ne voient pas les pics de concentrations plus élevés de CO2. Ainsi, affirmer que les teneurs actuelles en CO2n’ont jamais été aussi élevées, même à une échelle géologique très restreinte (telle que le Quaternaire) est trompeur.
  • Pour les dernières décennies, les mesures contemporaines montrent une corrélation entre température de surface des océans sous les tropiques et variation annuelle du taux de CO2. La variation annuelle, c’est aussi la différence entre entrées et sorties. Les mesures contemporaines montrent également une corrélation entre température des océans sous les tropiques et variation annuelle du δ13C. Ces 2 corrélations sont nettes lors des forts épisodes El Niño de 1998 et 2016.
  • Nous exploiterons ces corrélations dans la troisième partie qui montrera que le modèle anthropique du GIEC n’est pas en accord  avec les mesures du δ13C  et ne peut rendre compte des évolutions récentes du CO2.

 
 
_______ Références  _________


(1) Tracés et traitements des données climatiques issues de diverses institutions   http://woodfortrees.org/

(2) Hadley Centre SST data set  https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadsst3/data/HadSST.3.1.1.0/diagnostics/HadSST.3.1.1.0_monthly_tropics_ts.txt

(3) Archives glaciaires Vostok   ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/paleo/icecore/antarctica/vostok/deutnat.txt

(4) Taux de CO2  ftp://aftp.cmdl.noaa.gov/products/trends/co2/co2_mm_gl.txt
 ou bien  ESRL NOAA  Earth System Research Laboratory

(5) Rapport isotopique  Scripps CO2 program     http://scrippsco2.ucsd.edu/
ou bien  CDIAC   http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/ftp/trends/co2/iso-sio/SIO_Mauna_Loa_13CO2.txt

(6) Rapid atmospheric CO2 changes associated with the 8,200-years-B.P. cooling event   https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC129389/

(7)  Compilation par Beck http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.650.6712&rep=rep1&type=pdf


(8) La feuille de calcul « CO2 Corrélations » met en forme ces données d’observations : cliquez sur CO2 corrélations, le lien est actif.

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Texte reproduit avec l'autorisation du Comité éditorial de S.C.E. :
http://www.science-climat-energie.be/2018/10/04/evolutions-recentes-du-co2-atmospherique-2-3/

[*] : http://www.lasyntheseonline.fr/developpt_durable/changements_climatiques/les_changements_climatiques_une_banalite_dans_lhistoire_de_la_planete,31,7070.html

[**] : http://www.lasyntheseonline.fr/developpt_durable/changements_climatiques/quelles_sont_les_evolutions_recentes_du_co2_atmospherique_1ere_partie,31,7086.html

(Mis en ligne le 13 Octobre 2018 à 08h50, et un petit chapeau introductif (NDLR) ajouté à 13h07)

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