1) Augmentation de l’effet de serre, diminution de la couche d’ozone stratosphérique, et changements climatiques : le point sur les risques encourus.

Stratosphère : haute atmosphère de 10 à 50 km d’altitude.
En décembre 1989, le ministère chargé de l’Environnement a mis en place le Comité d’experts scientifiques ECLAT (Evolution du Climat et de l’Atmosphère) chargé d’étudier les risques liés aux changements globaux. Dans ce contexte, le comité ECLAT a soutenu des opérations de recherche menées dans le cadre de programmes nationaux associés au Programme International Géosphère-Biosphère (PIGB) et au Programme Mondial de Recherche sur le Climat (PMRC). Il a également initié des recherches spécifiques visant à mieux connaître les contributions relatives des divers gaz à l’augmentation de l’effet de serre et à évaluer les impacts potentiels du changement climatique en France au 21ème siècle. Les résultats de ces recherches, financées soit par le ministère en totalité soit cofinancées, sont présentées ci-dessous en quatre points.

1.1) Contribution de différents gaz à l’augmentation de l’effet de serre, y compris l’ozone troposphérique

Troposphère : basse atmosphère de 0 à 15 km d’altitude.
Outre le CO2 qui est le gaz à effet de serre (GES) le plus important, d’autres gaz émis dans l’atmosphère par les activités humaines sont également responsables de l’augmentation de l’effet de serre, soit directement (CH4, N20, CFCs, et substituts), soit indirectement via leur transformation photochimique en ozone troposphérique (NOx, CO, HCNMs, CH4) qui est lui-même un gaz à effet de serre puissant. Pour limiter cet effet de serre additionnel, il a été nécessaire de bien connaître les contributions respectives de ces différents gaz .
Les différentes recherches ont permis d’estimer les contributions relatives de l’ozone troposphérique (O3) et des autres gaz-trace à l’augmentation de l’effet de serre depuis le début de l’ère industrielle et de 1980 à 1990 :

contribution des différents gaz à l’augmentation de l’effet de serre (tenant compte de leur pouvoir d’échauffement respectif)

On voit que, à côté du CO2 dont la contribution au réchauffement du climat a encore augmenté ces dernières années, le rôle de l’ozone n’est pas du tout négligeable : son impact sur le climat est d’ores et déjà comparable à celui du méthane, et il pourrait même devenir nettement plus important dans les prochaines décennies si ses concentrations dans la troposphère continuent d’augmenter au rythme actuel.
En application du principe de précaution, il faut donc mettre en œuvre des mesures de réduction à long terme de l’ozone troposphérique de fond, non seulement pour éviter les pointes de pollution photochimique aux échelles locale et régionale, mais aussi pour limiter l’accroissement de l’effet de serre et le changement de climat.

 

1.2) Réchauffement du climat lié à l’augmentation de l’effet de serre

Les recherches et études menées par le CNRS, le CEA et Météo-France sur les interactions entre le cycle global du carbone (CO2 et, à un degré moindre CH4) et l’évolution du climat, ont permis :

a) de corréler les variations des teneurs en CO2 et en CH4 dans les glaces de l’Antarctique et du Groenland aux variations de température d’un cycle glaciaire/interglaciaire ;
b) de déterminer l’augmentation des concentrations de CO2 et de CH4 depuis le début de l’ère industrielle (mesurées en continu seulement depuis 1980 à la station de l’île d’Amsterdam dans Océan Indien) ;
c) d’élaborer un modèle du cycle du CO2, capable de reproduire l’évolution des teneurs atmosphériques depuis 1850 grâce à une meilleure prise en compte de l’absorption du CO2 d’origine humaine par les océans (sur laquelle subsiste un certain nombre d’incertitudes) et par la biosphère continentale (notamment les couverts forestiers) ; ce modèle permet de simuler l’augmentation des concentrations en fonction de différents scénarios d’émissions globales de CO2 au cours du siècle prochain ;
d) de mettre en place un modèle climatique couplé océan-atmosphère, basé sur les données du passé et capable de faire des projections sur le climat global du 21ème siècle en fonction des évolutions des concentrations de CO2 ; ce modèle français améliore la prise en compte de la couverture nuageuse et la représentation de la microphysique des nuages.

L’évolution du modèle climatique français prendra aussi en compte la contribution des autres gaz à effet de serre les plus importants (CH4 et O3 troposphérique) et tiendra compte de l’influence des aérosols atmosphériques. Il sera alors possible de simuler le réchauffement global provoqué par l’accroissement de tous ces gaz, ce qui est indispensable si l’on veut évaluer l’efficacité de différentes stratégies de limitation globale de l’effet de serre dans le cadre de la Convention Climat.
Il faut également tenir compte des travaux qui suggèrent que le Gulf stream pourrait disparaître, ce qui aurait pour l’Europe des conséquence climatiques inverses de celles envisagées actuellement.
 

Impacts potentiels du changement climatique en France au 21ème siècle

L’objectif de ce programme, mis en œuvre de 1993 à 1996 et coordonné par Météo-France, était double :
(a) mettre au point des méthodes permettant de régionaliser à l’échelle de la France et de l’Europe de l’Ouest les variations climatiques globales simulées par les modèles de circulation générale dans le cas d’un doublement du CO2 atmosphérique ;
(b) estimer les impacts possibles de ces modifications climatiques au 21ème siècle sur les écosystèmes sensibles des régions considérées afin d’en tirer les conséquences socio-économiques et de déboucher sur des recommandations pratiques destinées aux gestionnaires.
 

L’essentiel des résultats est résumé ci-après.

(a) Les simulations numériques, validées sur le climat actuel de l’Europe de l’Ouest, indiquent que, dans le cas d’un doublement du CO2 atmosphérique vers l’an 2060, la France pourrait connaître un réchauffement de l’ordre de 2°C, plus marqué en été et sur le Sud du pays. Ce réchauffement entraînerait une augmentation des précipitations d’hiver de l’ordre de 20 % et une diminution des précipitations d’été de l’ordre de 15 % ; ces tendances seraient plus marquées au Sud qu’au Nord. Il en résulterait une augmentation des crues en hiver et au printemps, et une diminution de l’humidité du sol en été et en automne avec comme conséquence une augmentation du stress hydrique pour les cultures agricoles (maïs, tabac, tournesol, ...) et les arbres forestiers (pin maritime, hêtre, chêne pédonculé, ...) les plus sensibles à la sécheresse.

(b) La diminution des réserves en eau du sol durant la saison de végétation en été entraînerait des dépérissements importants et des pertes de productions agricoles et surtout forestières, notamment dans les régions du Sud. Par exemple, les cultures intensives du maïs et du pin maritime dans les Landes pourraient être compromises, la forêt méditerranéenne risquerait d’être fortement endommagée par des épisodes de sécheresse accrue et des feux plus fréquents ; les hêtraies de plaine et de moyenne altitude en Lorraine sont elles aussi particulièrement sensibles au stress hydrique de même que les pins sylvestres de la chaîne de l’Etoile (Alpes du Sud). Les dépérissements forestiers dûs à la sécheresse pourraient être aggravés par l’invasion d’insectes ou de champignons pathogènes .

(c) Le réchauffement provoquerait le recul du manteau neigeux dans les Alpes et les Pyrénées, ce qui aurait des conséquences socio-économiques importantes (par exemple, diminution des activités touristiques liées aux loisirs de la neige). L’accélération de la fonte des neiges (et glaciers) au printemps augmenterait le risque des avalanches en montagne et de crues intenses dans les vallées : les débits du Rhône et de la Garonne seraient modifiés.

Pour faire face à ces risques, les services ou organismes compétents devront réfléchir à la mise en place de mesures de précaution, telles que : mieux gérer les ressources en eau, limiter les cultures intensives, réduire la densité des peuplements forestiers sensibles au stress hydrique, choisir des essences forestières résistant à la sécheresse pour les nouvelles plantations dans les zones vulnérables, éviter de planter une essence forestière dans les franges extrêmes de son aire d’extension, etc., ce qui rejoint d’autres préoccupations environnementales.
 

Appauvrissement de la couche d’ozone stratosphérique

Les chercheurs français ont joué un rôle majeur dans la réalisation des campagnes européennes d’étude de l’ozone stratosphérique arctique et dans l’interprétation des données recueillies. Ils ont pu confirmer une diminution importante (de l’ordre de 20 %) de l’ozone en hiver et au printemps aux hautes latitudes de l’hémisphère Nord, favorisée par les réactions chimiques se produisant à la surface des cristaux de glace des nuages stratosphériques polaires (mécanisme de destruction de O3 par Cl et Br similaire).

Une diminution significative est également observée aux latitudes moyennes, notamment à l’Observatoire de Haute-Provence (OHP) qui fait partie d’un réseau mondial de sept stations particulièrement bien équipées pour suivre les tendances à long terme de l’ozone stratosphérique. Entre 1985 et 1995, la couche d’ozone a diminué de 6 %, ce qui devrait théoriquement entraîner une augmentation de 12 % du rayonnement solaire UV-B au sol (nuisible pour la santé et mesuré à partir de cette année à l’OHP).
C’est seulement à partir de 2000 - 2005 (si le protocole de Montréal est respecté) que l’on devrait voir dans la stratosphère une diminution des produits responsables de la destruction de l’ozone. La diminution de la couche d’ozone devrait donc se poursuivre encore quelques années : d’après les modèles, le déficit d’ozone sous nos latitudes serait alors de 10 % environ et ne pourrait pas être comblé avant une cinquantaine d’années. Cette restauration de la couche d’ozone pourrait être retardée ou menacée si quelques pays, notamment les grands pays en développement (Chine, Inde, Brésil...), ne respectaient pas totalement les accords internationaux de limitation des produits chimiques incriminés.
Il faut donc poursuivre ces recherches pour affiner les scénarios d’évolution climatique envisageables en France au cours du siècle prochain, améliorer l’évaluation des conséquences biophysiques et socio-économiques qui en découleraient et préciser les mesures à prendre dès maintenant dans les zones les plus vulnérables.

 

2) Histoire, évolution et dynamique des limites supraforestières en relation avec les changements climatiques et l'activité de l'homme dans les Alpes

Cette recherche initiée en 1993 par le Comité EGPN (Ecologie et gestion du patrimoine nature), établi auprès du Ministère, a étudié l'impact des changements climatiques sur les écosystèmes sensibles au cours des derniers millénaires. Dans les zones d'interfaces entre les étages de végétation et les lisières d'altitude, l'objectif était de préciser les parts respectives de la diversité écologique et géobotanique, des changements climatiques et des perturbations anthropiques dans la dynamique et l'évolution des systèmes écologiques forestiers et non-forestiers à leur interface supérieure. Le programme de recherche a donc associé des démarches biologiques et historiques, afin d'analyser les variations qui affectent les écosystèmes d'altitude et leur environnement physique aux échelles spatiales et temporelles.

L'analyse des lichens et des mousses a mis en évidence des indicateurs de potentiels forestiers et de milieu non forestiers ; ainsi la limite forestière supérieure devrait se situer à 2400 m, alors qu’elle ne se situe actuellement qu’à 2000 m, notamment en raison des activités humaines..
Les études cartographiques dans le temps ont permis de reconstituer l'évolution du couvert forestier de 1778 à nos jours. Les données de terrain actuelles, combinées aux données cartographiques permettent d'estimer l'efficacité des reboisements effectués à la fin du siècle dernier. L'exploitation des séquences de cernes annuels sur différentes essences forestières a permis de reconstituer les variations climatiques des 5 derniers siècles. L'impact combiné du climat et de l'action anthropique sur les tendances de croissance a été mis en évidence.

Les variations des limites supraforestières au cours de l'Holocène ont été estimées à partir des séquences polliniques de tourbières et celles de charbons de bois du sol. La dynamique des principales essences forestières à la limite supérieure des forêts, les variations de ces limites au cours de l'holocène et le rôle de l'homme dans l'évolution de ces limites ont ainsi été étudiés. L'impact majeur des activités agro-sylvo-pastorales sur les rythmes de croissance des arbres comme sur l'évolution des structures paysagères est démontré. Ces informations sont fondamentales pour la gestion des opérations sylvicoles susceptibles d'être réalisées sur des territoires progressivement abandonnés par le pastoralisme.

3) Changement climatique et fonte des calottes glaciaires : élévation du niveau des mers et fonctionnement des écosystèmes côtiers.

Le comité EGPN (Ecologie et gestion du patrimoine naturel), a réuni en 1997 un groupe d’experts sous la responsabilité de J.C. LEFEUVRE sur ce sujet. Il apparaît que, sur la base des données de différentes provenances, la tendance générale à l’augmentation du niveau de la mer reste stable depuis le début du siècle, sans accélération au cours des dernières décennies et se situe autour de 0,9 mm/an. Les premières estimations de l’élévation, publiées aux Etats-Unis par l’EPA (Environnmental Protection Agency), étaient fantaisistes : elles prévoyaient par exemple une élévation totale comprise entre 0,5 m et 3,5 m. Actuellement toutes les estimations tablent sur 0,5 m d’élévation d’ici la fin du siècle prochain, ce qui correspond à une montée du niveau marin à la vitesse moyenne de 5 mm/an, c’est à dire 5 fois la vitesse actuelle. Les conséquences que l’on peut craindre sont les suivantes :
- aggravation de submersions sur les côtes basses en particuliers les espaces deltaïques, les littoraux à lagunes, les marais maritimes, les récifs coralliens ;
- accélération des érosions sur les falaises et les plages,
- renforcement de la salinisation des estuaires,
- réduction du volume des nappes phréatiques d’eau douce.

Ces phénomènes pourraient être majorés par des surcotes (surélévation anormale et temporaire du niveau de la mer) plus fréquentes, liées à la conjonction de fortes tempêtes avec des grandes marées. De tels phénomènes peuvent :
- remettre en cause certaines zones poldérisées par destruction de digues,
- transformer des prairies humides baignées par des eaux douces en vasières, ce qui est en cours actuellement pour la digue de la Maréchale située dans l’estuaire de la Loire.

Des risques de modifications profondes existent pour certains milieux ayant déjà pâti d’aménagements. C’est le cas de la Camargue dont l’enfoncement progressif n’est plus compensée par les apports d’alluvions provenant du Rhône. Ce sera également vrai pour beaucoup d’estuaires, le déplacement du bouchon vaseux vers l’amont pouvant se traduire par son extension longitudinale avec des conséquences multiples, aussi bien sur le fonctionnement des populations de poissons migrateurs que sur celui globalement des vasières qui constituent l’une des richesses de ces estuaires, ... lorsqu’elles n’accumulent pas trop d’éléments polluants.

Le groupe a considéré que globalement il était difficile de dissocier, en termes de fonctionnement, les conséquences de l’élévation du niveau des mers de celui, important, de l’élévation de température ; en effet, des peuplements estuariens ont déjà été profondément modifiés par l’arrivée d’espèces de poissons d’origine plus méridionale au cours des dernières décennies.

4) La socio-économie du changement climatique (1991-1997)

Le Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement a développé depuis 1991 des actions de recherche sur la socio-économie du changement climatique. Ils ont été engagés au départ dans le cadre du programme ECLAT. La signature de la convention sur le changement climatique lors de la conférence de Rio, en 1992, entraîne une importance croissante des aspects socio-économiques du dossier.

L'importance des engagements internationaux, et dans ce cadre de ceux de la France, combiné à une faible structuration du milieu de la recherche en socio-économie de l'effet de serre ont conduit à la création du GDR (groupement de recherche) OIKIA, piloté par J.C. Hourcade, en relation étroite avec le Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement, l'ADEME et la MIES (mission interministérielle de l’effet de serre) et avec leur soutien financier. Ce programme de recherche a été évalué en 1996-1997.

Le Groupe 3 du Groupe Intergouvernemental sur l’Evolution des Climats (GIEC-IPCC), consacré aux aspects économiques, a conforté l’investissement des économistes par la mise en place d’une structure internationale ad hoc de synthèse de l’expertise mondiale qui est sans précédent. En particulier, le processus GIEC, en interaction avec les évaluations et discussions opérées sur les scènes nationales ou régionales (Union Européenne), a accentué la mobilisation des meilleurs spécialistes de la modélisation macro-économique du secteur énergétique. La richesse et la complexité du problème a permis que de nombreuses approches et disciplines des sciences économiques trouvent leur place dans ce débat, tout en étant impliquées dans un brassage disciplinaire beaucoup plus large.

S’agissant d’un problème de coordination pour la gestion d’un bien collectif (le climat de la planète), sans qu’une autorité supérieure ne puisse imposer des règles, un optimum collectif ne peut être imposé et une action unilatérale d’un pays ou d’un groupe de pays, aurait des difficultés à trouver un fondement économique rationnel.

Les travaux initiés par le Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement en coopération avec le CNRS, la MIES et l'ADEME ont porté sur :
la modélisation des trajectoires de développement économique et des émissions résultantes de gaz à effet de serre, ainsi que les analyses visant à évaluer le coût économique de différentes stratégies d’action (prévention, adaptation),
les impacts potentiels du changement climatique à l'échelle des régions de la planète et de pays comme la France,
la maîtrise de la consommation énergétique avec une attention particulière aux indicateurs de suivi des politiques et aux potentiels d'économie d'énergie,
les mécanismes d’amorce et d’élargissement des coalitions et les conditions de stabilité de ces dernières,
les mécanismes permettant de diminuer les incitations à la défection d'Etats : établissement de liens entre plusieurs scènes de négociations et soumission de l’accès à certains biens privatifs (technologie) à l’adhésion à une coalition ayant pour objet la protection du bien collectif,
le choix de la meilleure stratégie entre l’approche bilatérale ou multilatérale,
l’analyse des variables de coordination les plus susceptibles de faciliter un accord : objectifs, normes techniques, instruments d’action concertés (taxes, permis négociables) et le rôle à donner au concept de stratégies "sans regrets".

Les chercheurs français, mobilisés par le programme de recherche sur la socio-économie du changement climatique, ont fourni l'ossature de l'expertise requise par les services du Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement (DGAD/S'AI, DPPR/SEI) et la MIES tant pour les groupes de travail du GIEC que pour l'aide à la décision lors de la conférence de Kyoto.

Les décisions et les orientations définies lors de la conférence de Kyoto impliquent des inflexions nouvelles du programme et son renforcement. Le nécessaire élargissement du vivier d'experts à mobiliser par les thèmes des conférences de 1998, à Buenos Aires, et de 2001, demande pour être nourri une structuration plus volontariste encore du milieu de la recherche. Ce sont les objectifs qui guident l'appel à propositions de recherche en cours.

5) Rappel chronologique
 

6) Bibliographie

Rapports de recherches financées par le service de la recherche et des affaires économiques du ministère et ayant permis de présenter les résultats aux paragraphes 1, 2 et 3:

"Soutien aux recherches du Programme International Géosphère Biosphère (PIGB) français sur l’appauvrissement de la couche d’ozone stratosphérique et l’accroissement des gaz à effet de serre avec ses conséquences climatiques"
Responsable scientifique : J.C. Duplessy (CNRS/CFR Gif sur Yvette) ; subventions n° 93 - 211 et n° 94 - 240.

"Forçages radiatifs comparés des divers gaz à effet de serre y compris l’ozone et ses précurseurs"
Responsable scientifique : D. Martin (CNRS/CFR Gif sur Yvette) ; subventions n° 93 - 174 et n° 94 - 131.

"Régionalisation des effets climatiques : modélisation et impacts sur les écosystèmes sensibles"
Responsable scientifique : G.Sommeria (programme ECLAT, Météo France/CNRM) ; subventions n° 93 - 328 et n° 94 - 188.

"Histoire, évolution et dynamique des limites supraforestières en relation avec les changements climatiques et l’activité des hommes dans les Alpes".
Responsable scientifique : L.Tessier ; subvention n° 93 - 019.

"Conséquences de l’élévation du niveau des mers sur le fonctionnement des écosystèmes côtiers en Europe"
Responsable scientifique : J.C. Lefeuvre (MNHN) ; subvention n° 93 - 140

Face aux changements climatiques. Regards interdisciplinaires sur l’environnement. Aménagement et nature septembre 1997, n° 126.

Dossier effet de serre. Responsabilité et Environnement. Annales des Mines, octobre 1997, n° 8, p 25-56.

Impacts potentiels du changement climatique en France au XXIème siècle
Edité par le ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’environnement et la Mission Interministérielle de l’effet de serre. Parution prévue pour le premier trimestre 1998.