Forçage radiatif : ce que le climat mesure en W/m2

Pourquoi mesure-t-on l'influence humaine sur le climat en watts par mètre carré, et non directement en degrés ? La question paraît anodine, mais elle sépare deux façons de raisonner. Le grand public parle d'effet de serre, d'une planète qui se réchauffe comme sous une couverture ; les physiciens du climat, eux, comptent en watts, avant même de parler de température. Cette grandeur porte un nom précis, le forçage radiatif, et elle mesure quelque chose de plus rigoureux, et de plus honnête, que l'image de la couverture.

Chaque année, en cours, je pose la même question à mes étudiants : de combien l'activité humaine a-t-elle réchauffé la planète ? Presque tous répondent par une valeur en degrés. Peu songent à la grandeur qui, en amont, cause ce réchauffement. Or c'est elle que la science mesure en premier.

Pour bien comprendre ce mécanisme, il faut revenir au bilan énergétique de la Terre. La planète reçoit un flux d'énergie solaire et en renvoie une partie vers l'espace sous forme de rayonnement. Tant que ce qui entre égale ce qui sort, la température reste stable. Introduisez un facteur qui déséquilibre ce bilan, davantage de CO2 par exemple, et la balance penche : la Terre retient plus d'énergie qu'elle n'en évacue. Le forçage radiatif chiffre exactement ce déséquilibre, en watts par mètre carré, avant que le système ne réagisse en se réchauffant. Concrètement, cela signifie que le degré vient après ; il est la conséquence, pas la cause.

La définition retenue par le sixième rapport du GIEC (le rapport AR6) est d'une sobriété qui trompe. Le forçage radiatif effectif est la variation du flux radiatif net, c'est-à-dire le rayonnement descendant moins le rayonnement ascendant, mesurée au sommet de l'atmosphère et provoquée par un facteur externe au système climatique.

Trois éléments de cette définition méritent qu'on s'y arrête, car ils sont structurants :

1. Le point de mesure. On se place au sommet de l'atmosphère, là où l'on peut faire le bilan complet entre ce qui entre et ce qui sort de la machine climatique.
2. La nature de la grandeur. Il s'agit d'un flux net, une différence entre deux rayonnements opposés, exprimée en watts par mètre carré.
3. Le facteur externe. La perturbation vient d'un agent identifié, extérieur au fonctionnement interne du climat : le CO2, mais aussi les aérosols volcaniques ou une variation de l'activité solaire.

La nuance est importante ici. Un forçage n'est pas forcément réchauffant. Une éruption volcanique majeure, qui charge la haute atmosphère de particules réfléchissantes, produit un forçage négatif, donc refroidissant. Le signe compte autant que la valeur, et c'est précisément ce que l'image de la couverture escamote.

Voici le chiffre à retenir en priorité. Entre l'ère préindustrielle, dont la référence conventionnelle est fixée à 1750, et l'année 2019, le forçage radiatif effectif d'origine humaine s'établit à plus 2,72 W/m2, avec une fourchette allant de 1,96 à 3,48. Cet écart, loin d'être un aveu d'imprécision, traduit la difficulté réelle à cerner certains contributeurs. À noter que ce total agrège des effets qui se contrarient.

Plusieurs points sont à retenir dans le détail :

1. Les gaz à effet de serre tirent le bilan vers le haut. Un simple doublement de la concentration de CO2 imposerait à lui seul un forçage d'environ plus 3,7 W/m2 (plus précisément plus 3,71). C'est le paramètre de référence des modèles climatiques, celui à partir duquel tout se calcule.
2. Les aérosols, eux, refroidissent. Les particules d'origine humaine, sulfates issus de la combustion notamment, exercent un forçage effectif de moins 1,1 W/m2. En pratique, la pollution particulaire masque une partie du réchauffement que les gaz à effet de serre provoquent par ailleurs.
3. L'ozone ajoute sa contribution. Le forçage effectif de l'ozone d'origine humaine sur la période est estimé, avec une incertitude notable, autour de plus 0,47 W/m2.

C'est ici que réside toute la valeur du forçage radiatif face à l'image populaire. Réduire le climat au seul effet de serre revient à ne lire qu'une colonne d'un bilan comptable, celle des réchauffants, en ignorant celle des refroidissants. Le forçage, lui, additionne les deux, et c'est de cette somme algébrique que sort le fameux plus 2,72. Pour saisir en détail le mécanisme sous-jacent que ce chiffre quantifie, l'article sur l'effet de serre reste le point d'entrée, à condition de garder en tête qu'il ne raconte qu'une partie de l'histoire.

Un forçage n'est pas une température. Il indique de combien on pousse le système, pas jusqu'où celui-ci ira. Le passage de l'un à l'autre fait intervenir un second concept, la sensibilité climatique, et c'est là que l'affaire se complique.

En première approche, plus 3,7 W/m2 de forçage, soit l'équivalent d'un doublement du CO2, réchaufferait la surface d'environ un degré si la Terre se contentait de rétablir mécaniquement son bilan. Mais le système ne se contente jamais de cela. Il enclenche des rétroactions : la vapeur d'eau, elle-même gaz à effet de serre, augmente ; la fonte des glaces réduit la réflexion du sol. Avec ces boucles, le même forçage conduit à un réchauffement estimé de l'ordre de trois degrés, une valeur avancée dès la fin des années 1970 (le rapport de 1979 de l'académie américaine des sciences parlait déjà d'environ trois degrés, à un degré et demi près). Ces amplifications sont détaillées dans notre article sur les boucles de rétroaction climatique, et la fourchette elle-même fait l'objet d'un traitement dédié dans celui sur la sensibilité climatique.

Je dois reconnaître qu'au moment de choisir entre ces deux valeurs, un degré ou trois, j'ai longtemps buté avant de saisir qu'elles ne se contredisent pas : la première décrit une planète sans réaction, la seconde une planète réelle. La différence entre les deux, ce sont les rétroactions, et c'est tout l'enjeu de la prévision.

Un dernier point, souvent source de confusion. Le chiffre du forçage anthropique total a changé d'un rapport du GIEC à l'autre, et il faut savoir lequel on cite.

Le cinquième rapport (AR5) avançait un forçage de plus 2,3 W/m2 sur la période 1750-2011. Le sixième rapport (AR6) l'a révisé à plus 2,72 W/m2 pour 1750-2019. La valeur courante, celle qu'il convient d'utiliser aujourd'hui, est donc plus 2,72 ; l'ancienne ne se mentionne que lorsqu'on raconte l'évolution de la connaissance entre les deux rapports. Confondre les deux, c'est mélanger deux périodes et deux méthodes, l'erreur classique quand on cite de mémoire.

À noter, pour rester honnête sur les limites de l'exercice : la décomposition fine de ce total, gaz par gaz, reste un terrain mouvant où les synthèses ne s'accordent pas toujours au dixième de watt. Le chiffre global est robuste ; le détail l'est moins.

Reste une question que le forçage radiatif, malgré toute sa rigueur, ne tranchera jamais seul. Un bilan énergétique dit combien d'énergie s'accumule ; il ne dit rien de qui vit sous cette énergie, ni de la vitesse à laquelle un littoral ou une agriculture peut s'y adapter. C'est peut-être la leçon la plus utile de cette grandeur : elle offre une mesure d'une propreté rare, à condition de se rappeler qu'une mesure propre n'a jamais épuisé un problème. Le déséquilibre énergétique qu'elle chiffre se lit aussi, plus concrètement, dans le déséquilibre énergétique terrestre que les satellites observent aujourd'hui en temps quasi réel.

• GIEC, Sixth Assessment Report, Working Group I, Summary for Policymakers, 2021, https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/chapter/summary-for-policymakers/
• Wikipédia, Forçage radiatif, https://fr.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7age_radiatif
• Science, Climat, Énergie, Forçage radiatif, sensibilité climatique et rétroactions positives, 2018, https://www.science-climat-energie.be/2018/04/10/forcage-radiatif-sensibilite-climatique-et-retroactions-positives/
• Bon Pote, Le forçage radiatif, à la base du changement climatique, https://bonpote.com/forcage-radiatif-a-la-base-du-changement-climatique/