Sensiblement vôtre

« Quelquefois, le badinage est un délassement
des recherches sérieuses »
(Platon : Philèbe)

Par MD
1/ Introduction.
Selon la doctrine officielle, l’augmentation de la température terrestre observée depuis un siècle et demi serait majoritairement due à la présence accrue dans l’atmosphère des gaz dits « à effet de serre » (GES, GHG en anglais), dont le plus important est le dioxyde de carbone (CO2). L’activité humaine serait tenue pour principale responsable de cet accroissement, du fait des émissions de CO2 dites « anthropiques » résultant notamment de la combustion des produits fossiles.

Il existerait donc une relation de cause à effet entre la concentration de GES dans l’atmosphère et la température moyenne de la planète. On ne discutera pas ici cette théorie vulgarisée depuis trente ans par le GIEC (Intergovernemental panel on climate change, IPCC en anglais). Elle a été résumée ici même dans un article qui reste d’actualité. Dans le présent article, on s’intéresse aux relations historiques entre les températures et le CO2, en considérant que ce gaz est un indicateur correctement représentatif de l’ensemble des GES. Les lecteurs voudront bien considérer qu’il ne s’agit ici que d’un divertissement sans prétention.

2/ Les pièces à conviction.

On se contentera des données les plus synthétiques possibles, et observées pendant les périodes les plus longues possibles. On sait que la science officielle fait référence à une période dite « préindustrielle » censée avoir pris fin entre la moitié et la fin du XIXème siècle. A l’exemple de la plupart des études récentes, on retiendra comme origine de la période « industrielle » l’année 1870. Par ailleurs, les dernières données en date sont celles de l’année 2019. On dispose ainsi d’une période d’observation d’un siècle et demi, période marquée par des transformations inédites dans l’histoire humaine.

Températures. Les séries les plus longues sont établies et diffusées par le Hadley center. La plus fréquemment utilisée est la série Hadcrut4, représentative de la température globale  (terres émergées et océans). Les températures sont exprimées en valeurs relatives (dites « anomalies ») par rapport à la température moyenne de la période trentenaire 1961-1990. Bien entendu, le zéro de l’échelle des ordonnées peut être choisi différemment moyennant une simple translation. Dans le graphique ci-dessous, pour la commodité de la lecture, la température de 1870 marque le zéro de l’échelle des ordonnées. On remarque que la température a augmenté d’environ 1°C depuis 1870.

image001Concentrations en CO2. Jusqu’en 1957, les données sur le CO2 proviennent des analyses de carottes de glace récapitulées par le CDIAC. A partir de 1958, ces données sont des mesures in situ faites par la NOAA (observatoire de Mauna Loa). Ces deux séries ont été raccordées. Les concentrations sont le plus souvent exprimées en parties par million en volume (ppm), mais on peut aussi les exprimer en masse (gigatonnes de CO2), sachant que 1 ppm=7,8 GtCO2. On remarque que la masse de  CO2 a augmenté d’environ 1 000 Gt depuis 1870.image002

Emissions anthropiques de CO2. Contrairement aux précédentes, ces données résultent de calculs et non de mesures. La « comptabilité matière » des émissions est tenue annuellement par le Global Carbon Project (GCP), qui distingue les émissions dues aux énergies fossiles, celles dues à l’industrie (ciment notamment) et celles dues aux changements dans l’utilisation des terres. La somme de ces émissions constitue les émissions anthropiques ; il faut ensuite retrancher les absorptions par les océans et la végétation (les « puits ») pour en déduire l’accroissement annuel net de la masse de CO2. Il faut donc réconcilier les calculs avec les mesures. En cumulant les émissions nettes annuelles depuis 1870, on obtient le graphique ci-dessous.

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Comme on peut le lire sur le graphique, les puits absorbent une partie importante des émissions : il ne resterait ainsi dans l’atmosphère que moins de la moitié des émissions anthropiques (45% ces dernières années), qui constituerait la « fraction atmosphérique » (« airborne fraction ») : on retrouve évidemment les 1 000 Gt du graphique précédent.

Températures et concentrations. La confrontation entre courbe d’évolution des températures et courbe des concentrations en CO2 est illustrée par le graphique suivant, où on a choisi les échelles de façon à faire coïncider les valeurs respectives en 1870 et 2019. La courbe rouge en tiretés représente la moyenne mobile des températures sur dix ans. La relative régularité de l’accroissement de la concentration contraste avec les oscillations des températures, même agrégées en moyenne mobile. Ce n’est que depuis 1975 que l’on discerne un certain parallélisme.

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3/ La sensibilité climatique.

Dans son acception officielle la plus sommaire, la sensibilité S est définie comme l’augmentation de température T (en °C) censée résulter de la multiplication par 2 de la concentration C en CO2 (ou de sa masse ce qui revient au même). Par conséquent, cette acception postule : 1° que la température est une fonction croissante de la concentration, 2° que cette fonction est de type logarithmique puisqu’elle fait dépendre une différence (T-T0) d’un rapport (C/C0). On peut lui donner une expression simple utilisant le logarithme de base 2 (logarithme binaire) : T-T0 = S * log(2) (C/C0). En effet, si C=2C0, alors C/C0=2 et T-T0 = S*log(2) (2) = S. Puisque les variables sont connues, on peut en déduire S, qui est égale à :

S = (T-T0) / log(2) (C/C0).

Le problème serait simple si T et C augmentaient de concert. Or il n’en est rien comme on le voit sur le graphique précédent. Il est même arrivé que la température décroisse alors que la concentration continue à augmenter (1870-1910 et surtout 1945-1975) : la théorie est alors mise en défaut. Comme on l’a vu, ce n’est qu’à partir de 1975 environ que la température commence à augmenter à peu près régulièrement en tendance. La sensibilité S est donc éminemment variable selon la période que l’on considère. On conçoit la perplexité des spécialistes devant ces contradictions : des centaines d’articles scientifiques ont traité de cette question depuis cinquante ans et les cinq rapports du GIEC ont successivement fourni des fourchettes d’évaluation.

Compte tenu de la complexité du sujet, les quelques graphiques qui suivent ne sont à considérer que comme de simples exercices mathématiques. On a choisi quatre périodes d’observation se terminant en 2019 et commençant respectivement en :

1870 (début supposé de la période « industrielle »)
1945 (après la seconde guerre mondiale lorsque les émissions de CO2 ont pris leur essor)
1975 (date à partir de laquelle les températures augmentent régulièrement en tendance)
1990 (les trente dernières années, durée standard en climatologie)

Les quatre graphiques suivants présentent en abscisses le logarithme du rapport C/C0 et en ordonnées les écarts de températures par rapport à la température de l’année origine T0 (égale à zéro par construction). Les valeurs annuelles des variables sont les données brutes telles qu’elles résultent des séries Hadley et CDIAC-NOAA, sans corrections ni lissage. On a surajouté sur chaque graphique la droite de tendance et la valeur approximative de S (pente de la droite).

image005image006image007image008

A titre de vérification numérique, pour la toute dernière période, considérons les chiffres des deux dates extrêmes et non plus la tendance moyenne.
Pour 1990 : T=0°C par construction et C=354,4ppm.
Pour 2019 : T=0,44°C et C=411,4ppm.
D’où S=0,44/log(2) (411,4/354,4)=0,44/0,22=2,0°C.

4/ Conclusions.

Par conséquent, sauf erreur conceptuelle dans les raisonnements précédents, la sensibilité S, augmentation de température résultant d’un doublement de la concentration en CO2 à moyen et long terme pourrait être de l’ordre de 2°C à 2,5°C. Pour l’histoire, rappelons que le premier rapport du GIEC (1990) donnait pour S une fourchette 1,5°C-4,5°C avec une « best estimation » de 2,5°C. Cette fourchette a peu varié dans les rapports successifs.

Les estimations qui viennent d’être présentées sont basées sur les données les plus grossières possibles. On laisse à penser tous les raffinements auquel ce sujet peut donner lieu : notion de « forçage radiatif », prise en compte des autres GES, rétroactions, corrections et ajustement des séries historiques, lissages, désagrégation par régions du monde, distinction entre « transient climate response » et « equilibrium climate sensitivity », utilisation de modèles en tout genre, etc. Un tout récent et très savant exemple a mobilisé 26 rédacteurs et comporte près de cent pages et cinq cent références.

Mais au fond, si l’on a bien compris, il s’agit de savoir approximativement de combien la température globale pourrait s’accroître dans les quelques décennies à venir si la concentration en CO2 continuait d’augmenter. Or ces variables semblent correctement mesurées, au moins depuis plus de soixante ans, ce qui fournit un échantillon particulièrement robuste. On voit mal dans ces conditions pourquoi la relation entre ces deux grandeurs se mettrait à déroger subitement à cette tendance historique. Mais ce sont là des propos de profane.

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(source : Cosinus, Album Christophe, Armand Colin)

13 réflexions au sujet de « Sensiblement vôtre »

  1. Donc, avec un crayon et du papier quadrillé, on poursuit sur 10 ans la moyenne des températures des 30 années passées, et on a une prévision sûre de la température à venir, sachant l’inertie du système et la période considérée (quelques décennies, un flash à l’échelle climatique et encore moins à l’échelle géologique, qui doit aussi jouer) ne font pas prendre un grand risque prévisionnel ?
    Je sais bien qu’il faut essayer de comprendre dans le détail le pourquoi des choses, mais tout ce cirque politique et tout cet argent pour ça ?

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  2. Je vois d’après vos courbes de température que le »hiatus » du début des années 2000 a complètement disparu ! Les climatologues du GIEC qui avaient signalé le phénomène dans l’AR5 (rapport sorti en 2014) s’étaient lamentablement plantés ! Comment faire confiance à des climatologues incapables de mesurer correctement des températures !

    Heureusement que l’homogénéisation a fait d’énormes progrès depuis. Désormais, même la survenue d’un âge glaciaire n’empêchera pas les températures de monter !

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  3. la mauvaise corrélation entre CO2 et T amène à penser à juste titre que le CO2 n’est pas le driver du climat et ce d’autant plus que la hausse de température fait dégazer les océans. ON peut donc présumer que des phénomènes naturels ont aussi contribué à la hausse de la température depuis 1870. L’histoire a montré que les températures variaient naturellement sans influence humaine Ainsi la baisse des émissions due au Covid 19 a amené des statisticiens à la conclusion que la relation T=> CO2 est largement plus probable que l’inverse (1). On rappellera à ce sujet que le flux de CO2 entre les terres et les océans d’une part et l’atmosphère d’autre part est 15 x supérieur aux émissions anthropiques. Donc le sensibilité réelle du CO2 est sans doute inférieure à 2 peut être seulement la moitié ce qui réduit notre culpabilité humaine à des proportions loin d’être catastrophiques mais serait catastrophique pour l’ONU, le GIEC et toputes les politiques climatiques de même que pour incantations de Greta T.
    (1)https://notrickszone.com/2020/10/05/new-study-finds-robust-statistical-probability-temperature-drives-co2-changes-upending-scientific-perception/

    Aimé par 2 personnes

    • Et il y a les analyses des carottes glaciaires et analyses isotopiques qui vont dans ce sens, sans compter la loi de Henry. Le décalage est bien visible.
      Sans compter qu’il a fait nettement plus chaud il y a 7000 ans. Pour le savoir, il faut sortir son nez de ses programmes informatiques drolatiques.

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      • C’est qui MD ? Pourquoi l’océan ne dégaze plus alors que ça température augmente ?

        « comme on peut le lire sur le graphique, les puits absorbent une partie importante des émissions : il ne resterait ainsi dans l’atmosphère que moins de la moitié des émissions anthropiques (45% ces dernières années),

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  4. Quand on traite du problème de la corrélation entre le CO2 et la température , la moindre des choses ,c’est d’évoquer le rôle important que jouent les aérosols du fait de leur effet refroidissant, or il n’en est nullement question dans cet article. C’est un oubli fâcheux , car si la corrélation semble rétablie depuis 1975 ,c’est justement parce que la concentration en aérosols dans l’atmosphère , n’a plus été suffisante pour masquer l’effet réchauffant du gaz carbonique .

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    • Je ne sais pas si c’est à cause des aérosols, mais oui il y a eu depuis 1975 un changement très net de l’augmentation des températures, le gradient bien plus important que ce qui avait cours depuis un siècle, en particulier dans l’hémisphère Nord. Puis il y a eu un fléchissement assez marqué de 1998 à 2010 qui a fait couler beaucoup d’encre. Et ensuite la hausse a repris depuis avec une moyenne mobile à 5 ans qui n’avait jamais atteint un tel niveau depuis le début des mesures officielles.

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      • Vous vous trompez, Zimba. La tendance à l’augmentation des températures en tendance (moindres carrés) sur les 60 derniers mois est négative : -0,0068 (°C/mois). Voici, ci-dessous, la valeur de la tendance sur 5 ans depuis 1979 à maintenant. Le dernier chiffre (septembre 2015) comprend les données jusqu’en septembre 2020.

        Le dernier pic, qui correspond au dernier El Niño n’a rien de bien spécial comparé aux précédents.

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      • Le graphique précédent était basé sur la série TLT de l’université de Huntsville.
        En voici un autre qui montre les vitesses de variation des températures terrestres de la série terrestre HADCRU (Hadley Centre). Un filtre passe-bas d’un an environ rend la courbe lisible. La courbe de tendance est en vert.

        Les vitesses de variation des températures récente n’ont rien de bien différent de celles du passé (19ème et 20ème siècle).

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  5. Curieux article, qui semble considérer que la hausse des températures ne serait due qu’au CO2.
    L’article de l’université d’Alabama en juillet 2019 faisait le tri entre variations naturelles (El Nino, nina, éruptions volcaniques) et celles, inexpliquées, qui étaient imputées « par défaut » au CO2. Et selon eux, sur les 40 dernières années, S=1,1°.

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    • Pourquoi curieux ?
      C’est expliqué en introduction, sur le mode du subjonctif (donc hypothétique), et en précisant que c’est un exercice sans prétention : l’auteur se met à la place du GIEC qui considère le CO2 comme principal responsable du réchauffement constaté -et surtout à venir-, et, partant des seuls enregistrement des valeurs de CO2 et de température des décennies passées, démontre par un calcul simple la valeur de la sensibilité. Donc pas besoin d’ordinateurs sur-puissants / décennies de calculs / détournement de l’impôt des Français, de l’observation suffit pour atteindre le résultat vers lequel tend le GIEC, mais en louvoyant d’un coté et de l’autre d’une large plage (il faut bien justifier du besoin d’exister, et ne pas donner trop vite un résultat, surtout s’il n’est pas inquiétant et ne correspond pas à l’agenda politique poursuivi).

      L’auteur le dit, le calcul de cette sensibilité ne se fait qu’à partir de 2 paramètres, et ne considère pas les autres mécanismes en jeu (qui, probablement, pourraient venir réduire cette valeur de sensibilité).
      Pour ma part, je me dis que pour la décennie qui vient, et au vu de la tendance passée du couple de valeurs CO2-température, on peut s’attendre à une légère augmentation de la température. Cela tombe bien, ça me convient parfaitement, et si les événements climatiques mondiaux (incendies, sécheresses ou inondations…) restent aussi constants qu’ils le sont (sans augmentation récente), c’est bien pour les humains en général : pas de signe de catastrophe en vue de ce coté-là.

      Et pour après la décennie qui vient ? toujours pour ma part, je me dis qu’un facteur d’amortissement viendra infléchir la tendance au réchauffement, qui n’est déjà pas violent, et que la courbe d’évolution fera ce qu’elle a toujours fait depuis des millénaires : osciller autour d’une valeur moyenne, un coup vers le réchauffement, un coup vers le refroidissement. Que ce soit par l’épuisement des fossiles carbonés (3 ou 400 années d’utilisation des carburants-fossiles, c’est un clin d’oeil à l’échelle climatique ou géologique), ou que ce soit par le jeu des cycles naturels.

      Moyennant quoi, je ne me suis jamais inquiété du CO2 ni de la température depuis que le sujets est sur le tapis, çad au moins 30 années ; c’est très reposant, et je n’ai pas l’intention de commencer à m’inquiéter, il y a d’autres raison pour ce faire ! bon week-end à tous 😉

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      • ppm451
        Merci à ppm451 pour cette synthèse proche de la perfection. J’ajouterai pour conclure que la théorie du GIEC est illustrée par le diagramme à moustaches SPM05, où on voit bien le chef de file CO2 et son cortège de « forcings » (dont les aérosols).

        Cordialement
        M.

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  6. Au cours des années définies comme post industrielles, la teneur en CO2 augmente régulièrement, d’une manière tamponnée. On observe cependant une variation saisonnière systématique avec un maximum en début mai et une baisse très significative dans l’hémisphère nord qui se poursuit jusqu’à fin novembre. Beaucoup expliquent cette variation par l’activité photosynthétique qui commence dès le début mai et s’arrête fin septembre. Cela montre au moins une chose, c’est que la sensibilité aux variations de CO2 est grande et que l’homogénéisation est rapide. Les courbes de variations de températures sont déjà des différences par rapport à une base de référence. Elles ne sont pas l’intégrale du réchauffement. Cependant, dans les deux cas, il s’agit de séries temporelles. M.Camille Veyres, auteur de nombreux documents commentant les statistiques climatologiques a judicieusement rappelé que les économistes connaissent très bien les séries temporelles et se gardent bien de calculer des corrélations visant à mettre en évidence des relations de cause à effets entre deux mesures qui augmentent en fonction du temps. Cela conduit à des conclusions souvent ridicules ( voir Munshi, 2016).
    Il faut utiliser les données dérivées, mesurant les variations, notamment pour les CO2 puisqu’on ne connait que la courbe intégrale. Dans ces conditions, on peut montrer que les corrélations peuvent devenir positives et élevées (jusqu’à r2 = 0.554, au lieu des r2 = 0.067 !). C’est le cas des variations de CO2 (différences entre une année n et n-1, par exemple) et les températures correspondantes des eaux de surface océaniques dans les zones intertropicales (voir les calcules de Maurin sur SCE). Le fait que ces corrélations puissent être mises en évidence malgré la fluctuation saisonnière montre que les phénomènes d’échanges sont rapides et d’un ordre de grandeur supérieur aux quantités émises par les activités humaines. L’absence d’effet important des diminutions d’émissions des six à sept premiers mois de 2020, pourtant bien plus grandes que les efforts demandés renforce l’idée que les variations de CO2 sont essentiellement d’origine géophysique. D’ailleurs, la démonstration par l’absurde que vient de faire MD conduit à une estimation d’une élévation de 1 à 2°C pour 2100, selon que l’on utilise l’ajustement linéaire des ppm CO2 ou l’ajustement quadratique.
    Je dispose des figures concernant les ppm CO2 comparés entre 2019 et 2020.

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