Causes du changement climatique

L'effet de serre naturel et ses perturbations par les activités humaines
Flux d'énergie actuels en W/m2

Note : la Terre reçoit en permanence de l'énergie du soleil. La partie de cette énergie qui n'est pas réfléchie par l'atmosphère, notamment les nuages ou la surface terrestre (océans et continents), est absorbée par la surface terrestre qui se réchauffe en l'absorbant. En contrepartie, les surfaces et l'atmosphère émettent du rayonnement infrarouge, d'autant plus intense que les surfaces sont chaudes. Une partie de ce rayonnement est absorbée par certains gaz et par les nuages puis réémise vers la surface, ce qui contribue à la réchauffer. Ce phénomène est appelé l'effet de serre.
Sources : d'après Météo-France ; Giec, 1er groupe de travail, 2021

L'augmentation de la concentration atmosphérique de GES par les émissions anthropiques (voir glossaire) accroît l'émission d'énergie vers le sol, entraînant un déséquilibre du bilan énergétique de la Terre et une élévation de sa température en surface. La modification par rapport à une année de référence de la radiation induite par un élément est appelée forçage radiatif. Un forçage radiatif positif indique une contribution positive au réchauffement climatique. L'ensemble du forçage radiatif d'origine anthropique s'élève à + 3,8 W/m2 pour les GES et à - 1,1 W/m2 pour les aérosols en 2019 par rapport à 1750, soit un total net de + 2,7 W/m2.

Gaz à effet de serre (GES)

Hors vapeur d'eau, les GES occupent moins de 0,1 % du volume atmosphérique. La vapeur d'eau, qui fluctue entre 0,4 et 4 %, est le principal gaz à effet de serre. Les activités humaines ont très peu d'impacts directs sur les fluctuations de sa concentration, mais ont un impact fort sur les concentrations des autres GES.

	CO2 Dioxyde de carbone	CH4 Méthane	N2O Protoxyde d'azote	HFC Hydrofluoro­carbures	PFC Perfluoro­carbures	SF6 Hexafluorure de soufre	NF3 Trifluorure d'azote
Concentration atmosphérique 2021 (en 2005 entre parenthèses)	415 ppm (379 ppm)	1 896 ppb (1 774 ppb)	334 ppb (319 ppb)	25 ppt (> 49 ppt)	92,8 ppt (> 4,1 ppt)	10,6 ppt (5,6 ppt)	2,5 ppt (0 ppt)
Pouvoir de réchauffement global (cumulé sur 100 ans)	1	27-30	273	[1,5 ;14 590] selon les gaz	[7 380 ; 12 400] selon les gaz	25 184	17 423
Origine des émissions anthropiques	Combustion d'énergie fossile, procédés industriels et déforestation tropicale	Décharges, agriculture, élevage et procédés industriels	Agriculture, procédés industriels, utilisation d'engrais	Sprays, réfrigération, procédés industriels			Fabrication de composants électroniques
Modification du forçage radiatif en 2021* depuis 1750 par les émissions anthropiques (W/m2) (en 2005 entre parenthèses)	+ 2,14 (+ 1,66)	+ 0,53 (+ 0,48)	+ 0,21 (+ 0,16)	+ 0,05 (+ 0,02)

* En 2019 pour les gaz HFC, PFC, SF6, NF3.
Note : ppm = partie par million ; ppb = partie par milliard ; ppt = partie par millier de milliards.
Sources : Giec, 1er groupe de travail, 2013, 2021 ; Agage, 2021 ; NOAA, 2022

Le pouvoir de réchauffement global (PRG, voir glossaire) est le rapport entre l'énergie renvoyée vers le sol en 100 ans par 1 kg de gaz et celle que renverrait 1 kg de CO2. Il dépend des propriétés radiatives et des durées de vie des gaz dans l'atmosphère. Par exemple, 1 kg de méthane (CH4) réchauffera autant l'atmosphère que 27 à 30 kg de CO2 au cours du siècle qui suit leur émission. Si le CO2 est le gaz qui a le plus petit pouvoir de réchauffement global, il est celui qui a contribué le plus au réchauffement climatique depuis 1750, du fait des importantes quantités émises.

Réservoirs et flux de GES : exemple du CO2 au cours des années 1750-2019 et 2011-2020

Note : ce graphique présente : (i) entre crochets, la taille des réservoirs aux temps préindustriels en milliards de tonnes de CO2 en noir et leur variation cumulée sur la période 1750-2019 en rouge ; (ii) sous forme de flèches, les flux de carbone entre les réservoirs en milliards de tonnes de CO2 par an (voir glossaire). Les flux préindustriels sont en noir. Ceux qui sont liés aux activités anthropiques entre 2011 et 2020 sont en rouge.
Sources : d'après Giec, 1er groupe de travail, 2021 ; Friedlingstein et al., Global Carbon Budget 2021, 2022

Quatre grands réservoirs permettent de stocker le carbone sous différentes formes :

• atmosphère : CO2 gazeux ;
• biosphère terrestre : sols et végétation des écosystèmes forestiers, agricoles, des tourbières…
• océan : calcaire, CO2 dissous ; faune et flore marines (plancton) ;
• sous-sol : roches, sédiments, combustibles fossiles.

Les flux de carbone entre ces réservoirs proviennent du cycle naturel du carbone auquel s'ajoutent les dérèglements liés aux émissions anthropiques de CO2 (combustion des réserves de carbone organique fossile notamment) qui modifient les flux échangés ou en créent de nouveaux.

Déséquilibre entre les émissions et la capacité de stockage du CO2
Flux annuels nets de CO2 d'origine anthropique en moyenne sur la période 2011-2020 (émissions vers l'atmosphère et absorption par les réservoirs terrestres et océaniques)

Note : l'incertitude pour l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 est très faible (± 0,02 Gt CO2/an) et n'a pas été représentée sur le graphique.
Source : Friedlingstein et al., Global Carbon Budget 2021, 2022

Au cours des dix dernières années (2011-2020), sur les 39 Gt CO2 générées en moyenne par an par les activités humaines, l'atmosphère en a absorbé 19, les réservoirs terrestres (végétation et sols) 11 et les océans 10. L'atmosphère est le réservoir le plus affecté par les activités anthropiques : il a absorbé près de 50 % de la quantité de carbone émise au cours des soixante dernières années.

Rôle du cycle de la forêt à l'échelle mondiale

À l'échelle mondiale, les terres forestières sont un puits de carbone. Le puits brut attribué à la biosphère terrestre – c'est-à-dire essentiellement aux forêts – compense 29 % des émissions anthropiques annuelles de carbone, soit environ 11 Gt CO2 (Friedlingstein et al., 2022). Les forêts qui restent des forêts sont donc bien des puits de carbone. En intégrant la déforestation (terres forestières converties en d'autres usages), le secteur forestier devient à l'inverse une source de carbone. En effet, la déforestation entraîne des émissions liées à la perte des stocks de carbone forestier via la combustion et la décomposition des matières organiques. Ces émissions nettes (des terres boisées notamment) représentent environ 14 % des émissions anthropiques annuelles de carbone dans le monde (Giec, 2022).

En France, la séquestration nette de carbone dans la biomasse des forêts est estimée à environ 30,4 Mt CO2 éq pour l'année 2020, tandis que le puits dans les produits bois est de 0,8 Mt CO2 éq. Au total, forêts et produits bois ont séquestré 8 % des émissions nationales de GES (hors utilisation des terres, changement d'affectation des terres et foresterie, UTCATF, voir glossaire) - (Citepa, 2022).

Concentration de CO2 atmosphérique

Source : CMDGS, sous l'égide de l'OMM, 2020

Depuis le développement des activités industrielles, les réservoirs terrestres et océaniques ont absorbé plus de la moitié des émissions anthropiques. Les émissions restantes persistent dans l'atmosphère, entraînant l'accroissement des concentrations de GES.