CLIMAT / Comment a-t-on compris l’impact de l’homme sur le CO₂ atmosphérique ?

L’histoire de la découverte du lien entre CO₂ et réchauffement climatique est une aventure scientifique qui s’étend sur près de deux siècles, marquée par des intuitions géniales, des expériences ingénieuses et des mesures méticuleuses. Voici comment les chercheurs ont progressivement établi que les activités humaines modifient la composition de l’atmosphère et, par conséquent, le climat.

1. Joseph Fourier (1824) : l’intuition de l’effet de serre

Le mathématicien et physicien français Joseph Fourier est le premier à poser, en 1824, les bases théoriques de ce qui deviendra la théorie de l’effet de serre. Dans son ouvrage "Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires", il s’interroge : pourquoi la Terre est-elle plus chaude qu’elle ne le devrait si elle ne recevait que le rayonnement solaire ? Il émet l’hypothèse qu’une partie de la chaleur est piégée par l’atmosphère, comme le ferait une serre en verre (d’où le nom "effet de serre", bien que la comparaison ne soit pas parfaitement exacte).

Fourier ne connaît pas encore les gaz responsables de ce phénomène, mais il pressent que la composition de l’atmosphère joue un rôle clé dans la régulation thermique de la planète. Ses travaux ouvrent la voie à une nouvelle discipline : la climatologie.

2. John Tyndall (1860) : l’identification des gaz à effet de serre

C’est le physicien irlandais John Tyndall qui, en 1860, fait une découverte majeure : tous les gaz n’ont pas la même capacité à absorber la chaleur. Grâce à des expériences en laboratoire, il montre que la vapeur d’eau et le CO₂ sont particulièrement efficaces pour bloquer le rayonnement infrarouge (la chaleur émise par la Terre), alors que des gaz comme l’oxygène ou l’azote (qui composent 99 % de l’atmosphère) n’ont presque aucun effet.

Tyndall écrit : "La vapeur d’eau et le dioxyde de carbone forment une couverture plus ou moins épaisse autour de la Terre, retenant la chaleur qui, autrement, s’échapperait dans l’espace." Il comprend ainsi que même de petites variations de CO₂ pourraient avoir un impact significatif sur le climat. Ses travaux jettent les bases de la spectroscopie infrarouge, une méthode toujours utilisée aujourd’hui pour étudier les GES.

3. Svante Arrhenius (1896) : le premier modèle du réchauffement climatique

Le chimiste suédois Svante Arrhenius, futur prix Nobel, pousse plus loin les recherches de Tyndall. En 1896, il publie un article révolutionnaire intitulé On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground (Sur l’influence de l’acide carbonique – ancienne dénomination du CO₂ – dans l’air sur la température du sol). Pour la première fois, un scientifique quantifie le lien entre CO₂ et réchauffement.

Arrhenius calcule que doubler la concentration de CO₂ dans l’atmosphère pourrait augmenter la température moyenne de la Terre de 5 à 6 °C (une estimation surprenamment proche des modèles actuels, qui prévoient +1,5 à 4,5 °C pour un doublement). Il pressent aussi que la combustion du charbon et du pétrole (alors en plein essor avec la révolution industrielle) pourrait, à long terme, modifier le climat. Cependant, il pense – à tort – que ce processus prendrait des milliers d’années pour avoir un impact significatif.

Son travail est le premier modèle climatique simplifié, même s’il néglige certains facteurs (comme les rétroactions des nuages). Il ouvre la voie à la modélisation numérique du climat, aujourd’hui indispensable pour prévoir les changements futurs.

4. Charles Keeling (1958) : la preuve irréfutable de l’influence humaine

Si les théories de Fourier, Tyndall et Arrhenius posent les bases scientifiques, c’est le géochimiste américain Charles Keeling qui fournit, à partir de 1958, la preuve observationnelle de l’impact humain sur le CO₂ atmosphérique. Installé à l’observatoire du Mauna Loa à Hawaï (un lieu isolé, loin des sources de pollution locales), il commence à mesurer en continu la concentration de CO₂ dans l’air. Ses relevés révèlent deux phénomènes majeurs à savoir 1°) une augmentation régulière et inexorable : En 1958, la concentration est de 315 ppm (parties par million). Aujourd’hui, elle dépasse 420 ppm – un niveau inédit depuis au moins 800 000 ans, comme le confirment les carottes de glace ; 2°) un cycle saisonnier : Le CO₂ baisse légèrement en été (quand la végétation de l’hémisphère Nord absorbe du carbone) et remonte en hiver (quand les plantes se reposent et que la respiration des sols libère du CO₂). Ce cycle prouve que la biosphère joue un rôle actif dans la régulation du carbone.

La courbe de Keeling (du nom du graphique représentant ses mesures) devient l’icône du changement climatique. Elle montre sans ambiguïté que l’augmentation du CO₂ est liée aux activités humaines, notamment à la combustion des énergies fossiles. Depuis, des réseaux de mesure comme NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) et ICOS (Integrated Carbon Observation System) ont confirmé ses observations à l’échelle mondiale.

5. Les preuves complémentaires : isotopes, carottes de glace et modèles

Pour établir définitivement le lien entre CO₂ et réchauffement, les scientifiques ont croisé plusieurs approches :

• l’analyse isotopique, car le carbone issu des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) a une signature isotopique particulière (un rapport spécifique entre carbone 12 et carbone 13). En étudiant l’atmosphère, on a pu montrer que l’augmentation récente du CO₂ provient bien de la combustion d’énergies fossiles, et non de sources naturelles comme les volcans.
• les carottes de glace, en forant dans les calottes polaires (Groenland, Antarctique), les climatologues ont reconstitué les concentrations de CO₂ sur 800 000 ans. Ces données montrent que jamais, dans cette période, le CO₂ n’a dépassé 300 ppm – jusqu’à l’ère industrielle. Elles révèlent aussi une corrélation étroite entre CO₂ et température : quand l’un augmente, l’autre suit.
• les modèles climatiques, car en effet, depuis les années 1970, les informaticiens et climatologues (comme Syukuro Manabe ou James Hansen) ont développé des modèles numériques capables de simuler l’évolution du climat. Ces modèles, validés par les observations, confirment que sans l’augmentation des GES d’origine humaine, le réchauffement observé depuis 1950 serait inexplicable.

Une certitude scientifique et un défi civilisationnel

Aujourd’hui, le consensus scientifique est écrasant, plus de 97 % des climatologues s’accordent sur le fait que le réchauffement climatique actuel est principalement dû aux activités humaines, via l’augmentation des gaz à effet de serre. Les travaux de Fourier, Tyndall, Arrhenius et Keeling, parmi d’autres, ont permis de comprendre comment ces gaz agissent sur le climat, et pourquoi leur accumulation actuelle est sans précédent dans l’histoire récente de la Terre.

Pourtant, malgré cette certitude, l’inaction persiste. Les émissions mondiales de CO₂ continuent d’augmenter (avec un record de 36,8 milliards de tonnes en 2022), et les engagements des États (comme ceux de l’Accord de Paris) restent insuffisants pour limiter le réchauffement à +1,5 °C. La science a fait son travail : elle a alerté, expliqué et prédit. Désormais, c’est à la société – citoyens, entreprises, gouvernements – de agir, avant que les rétroactions climatiques ne rendent la situation ingérable.

Comme le disait Svante Arrhenius (sans imaginer à quel point ses craintes se réaliseraient) : "Nous vivons peut-être à une époque où l’influence de l’homme sur le climat commence à se faire sentir." Cette époque, c’est la nôtre. Et ses conséquences se mesureront en siècles, voire en millénaires.