8 Septembre 2015

Dossier spécial : les briques du changement climatique

L'influence humaine sur le système climatique est désormais claire : les émissions de gaz à effet de serre d'origine anthropique sont les plus élevées de l'histoire et contribuent fortement au changement climatique. Quelles sont les principales dimensions de ce phénomène et qu’apporte l’analyse satellite à leur étude ?

L’atmosphère

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C’est un des éléments majeurs du climat, en particulier parce qu’elle est le siège de l’effet de serre : elle laisse passer le rayonnement solaire mais retient une fraction du rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre.

Naturel et essentiel à la vie sur Terre, l’effet de serre est amplifié par l'émission par l'homme de certains gaz dans l’atmosphère, notamment le CO2 et le méthane, ce qui contribue à la réchauffer.

Selon le dernier rapport du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat), la hausse des températures moyennes à la surface de la planète pourrait atteindre 4,8°C à l'horizon 2100 par rapport à la période 1986-2005 si les émissions continuent à leur rythme actuel. Les autres scénarios prévoient des hausses entre 0,3 °C et 3,1 °C.

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L'étude de l'atmosphère par satellite

Les satellites participent à l’étude de l’atmosphère. Le CNES est d’ailleurs impliqué dans plusieurs missions en cours de préparation. IASI, par exemple, est un instrument conçu pour la prévision météo à moyen terme, mais également pour étudier la chimie de l'atmosphère. Son but est d'estimer et de suivre les « gaz traces » (en faible quantité) tels que l'ozone, le méthane ou le monoxyde de carbone à l'échelle mondiale. Il est en orbite à bord de Metop-A et Metop-B et sera monté sur le satellite météorologique européen METOP-C dont le lancement est prévu en octobre 2018.


La mission Microcarb se focalisera sur le CO2.  La durée de vie de ce gaz dans l’atmosphère est d’environ 100 ans. Depuis la révolution industrielle, sa concentration dans l’atmosphère est en constante augmentation. Une mesure spatiale du CO2 atmosphérique permettra de connaître le bilan carbone de régions pratiquement dépourvues de stations de mesure, comme l'Amazonie, l'Afrique ou les zones boréales. Le lancement de ce microsatellite du CNES est prévu pour 2018.

Enfin, Le CNES et Airbus Defence and Space développeront d’ici 2019 le satellite Merlin, une mission spatiale franco-allemande pour la surveillance du méthane dans l’atmosphère.

Les océans

La hausse du niveau des mers est une autre conséquence du réchauffement climatique. Contrairement à une idée reçue, elle n’est pas due à la fonte de la banquise, mais à la fonte des glaciers, de la calotte du Groenland, et à la dilatation de l’eau liée à l’augmentation de température.

Entre 29 et 82 cm d'ici la fin du siècle

Selon le dernier rapport du GIEC, les océans se sont déjà élevés de 19 cm depuis la fin du 20e siècle. Quel que soit le scénario retenu, les scientifiques prévoient une hausse située entre 29 et 82 cm d’ici la fin du 21e siècle. Or, une hausse d’un mètre toucherait directement 600 à 700 millions de personnes, essentiellement dans les petits états insulaires de l’océan Pacifique et de l’océan Indien, comme les Maldives, et dans des pays comme le Bangladesh.


Le satellite Jason-3, prochainement lancé, va effectuer un suivi altimétrique de grande précision des océans, dans la lignée de ses prédécesseurs, Jason 1 et 2.
Mais le réchauffement climatique a une autre conséquence sur les océans : leur acidification. Le CO2 excédentaire se dissout dans les eaux de surface et augmente l’acidité à un rythme inédit. Les coquillages et certains planctons, à la base de la chaîne alimentaire, pourraient ne pas s’y adapter.

La cryosphère

La cryosphère désigne toutes les parties de la surface de la Terre où l’eau est à l’état solide. On y compte les banquises, les lacs et rivières gelés, les régions recouvertes de neige, les glaciers, et les sols gelés. Quant aux calottes glaciaires, ce sont des glaciers d’eau douce étendus sur la terre ferme. Les plus étendues sont celles du Groenland et de l’Antarctique.

Le réchauffement climatique a des conséquences à la fois sur la superficie et sur l’épaisseur de la cryosphère.


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Ainsi la superficie de la banquise arctique se réduit de 8% tous les 10 ans (selon le National snow and ice data center), et la fonte des calottes glaciaires s’accélère ces dernières années. Or les grandes étendues gelées réfléchissent beaucoup la lumière solaire. Cette capacité diminue lorsqu’elles fondent, et donc la chaleur reçue par la surface de la Terre augmente.

Des missions comme Cryostat-2, lancée en 2010 sous l’égide de l’Agence spatiale européenne (ESA), mesurent minutieusement son évolution.

La biomasse

En écologie, le terme de biomasse désigne la masse de l’ensemble des organismes vivants dans un milieu donné. La biomasse des forêts  joue en particulier un rôle dans le changement climatique. D’un côté, les forêts sont des « puits de carbone », capables d’absorber du CO2 de l'atmosphère. Mais de l’autre, la déforestation participe fortement aux émissions de gaz à effet de serre, notamment lorsque la biomasse est brûlée.

Ainsi, 17% des émissions mondiales de dioxyde de carbone résultent de la déforestation et des changements apportés à l'occupation des sols. Les trois grandes zones de déforestation active sont : l'Amazonie, l'Afrique équatoriale et l'Indonésie/Malaisie.

 

Des capteurs à haute résolution

Seuls les satellites d’observation de la Terre peuvent scruter l’évolution de la couverture forestière et de sa biomasse. Les images de Spot, des systèmes radar tels que Sentinel-1, ou des systèmes optiques comme Sentinel-2 cartographient les forêts et suivent l’avancée de la déforestation. En outre, détecter la dégradation des forêts requiert des capteurs à haute résolution spatiale tels que Pléiades.


À partir de 2020, la mission Biomass de l’ESA à laquelle participe le CNES va cartographier la biomasse des forêts afin d'estimer les quantités de carbone stockées et suivre leur variation. Un objectif capital pour comprendre le rôle des forêts dans le cycle du carbone, leur interaction avec le climat, et aussi leur impact socio-économique à l’échelle mondiale.

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