En préambule à ce 7ème chapitre, voici un petit schéma permettant de représenter, de façon imagée et simplifiée, les différents termes et processus dont il est question dans ce chapitre.

le terme anglais "tipping point" a été traduit par "point de bascule".

(traduction approchée de l'original)

Il y a plusieurs éléments dans le système climatique qui pourraient passer par un point de bascule au cours de ce siècle, à la suite des activités humaines, conduisant à un changement abrupt et/ou irréversible.

1 ° C de réchauffement global (au dessus de la moyenne 1980-1999) comporte des risques modérément importants de passer par des points bascule, et 3 ° C donneraient des risques importants ou graves.

Il y a des chances que nous puissions détecter l’approche d’un point de bascule, mais si nous attendons le début de la transition, il risque d’être trop tard.

Qu'est-ce qu'un point de bascule (tipping point)?

C’est un seuil critique où l'état futur d’un système peut être qualitativement altéré par un petit changement de forçage (Lenton et al. 2008; Schellnhuber 2009).

Un élément de bascule est une partie du système terrestre (au moins à l’échelle sous continentale) qui a un point de bascule (Lenton et al. 2008).

Les éléments de bascule à traiter de façon politique (qui nécessitent une action) sont ceux qui pourraient être forcés par les activités humaines au cours de ce siècle.

Le changement climatique brutal correspond à la catégorie de points de bascule dont le franchissement provoque un changement climatique plus rapide que sa cause.

 Les passages de points de bascule incluent également des transitions qui sont plus lentes que leurs causes.

Dans les deux cas, la vitesse de transition est déterminée par le système lui-même et les changements d'état peuvent être réversibles ou irréversibles.

Réversibles signifie que lorsque le forçage est inversé le système récupère son état d'origine, soit brutalement, soit progressivement.

Irréversibles lorsqu’il faut un forçage inverse (nettement) plus important pour que le système récupère
La réversibilité théorique ne signifie pas que des changements soient réversibles dans la pratique.

Un élément de bascule peut réagir avec retard à un forçage anthropique et lorsqu’il commence à être observé le changement d’état est déjà inévitable.

Y a t-il des points de bascule dans le système climatique terrestre ?

Il existe un certain nombre de points de bascule dont la connaissance est basée sur la compréhension de la dynamique non linéaire du système climatique terrestre, et révélés par les changements climatiques abrupts du passé ainsi que par les modèles (Pitman et Stouffer, 2007; Schellnhuber 2009).

Certains modèles prévoient le passage de points de bascule et des observations récentes montrent que des changements brusques sont déjà en cours en Arctique.

Un travail récent  a identifié une liste de neuf éléments de bascule potentiels "policy-relevant" (nécessitant une action  pour y pallier) qui pourraient franchir un point de bascule au cours de ce siècle et subir une transition au cours de ce millénaire dans le cadre du changement climatique prévu (Lenton et al. 2008).Ils sont indiqués avec d'autres candidats à la figure 18.

Quels sont les points de bascule les plus préoccupants et comment cela a t'il été estimé?  

Ce sont ceux qui sont les plus proches (moins évitables) et ceux qui ont les impacts les plus négatifs.

En général, plus une transition est rapide et irréversible et plus importants sont ses impacts. En outre, comme les interactions issues du basculement d'un élément peuvent provoquer le basculement d'un autre, toute rétroaction positive (dans le sens amplificatrice) globale peut renforcer notre attention.

La proximité de certains points de bascule a été évaluée par le biais d'opinions d'experts (Lenton et al. 2008; Kriegler et al. 2009).

La proximité, la vitesse et la réversibilité sont également évaluées à travers une analyse documentaire (Lenton et al. 2008), mais il y a besoin d'un examen plus détaillé des incidences.

Voyons maintenant les régions les plus concernées.

 
Arctique: L'inlandsis du Groenland (GIS) peut être proche d'un point de bascule dans les zones où est déjà engagée une réduction de la plaque de glace (Lenton et al. 2008; Kriegler et al. 2009). Une amplification impressionnante de fonte saisonnière a été observée en 2007, associée à une fonte estivale record de la banquise (Mote, 2007).
Une fois engagée, la transition vers un plus petit inlandsis aura une  réversibilité faible, même s'il est probable que cela prenne plusieurs siècles (ce n'est donc pas une transition  brusque). Les impacts, via l'élévation du niveau de la mer, finiront par être importants et globaux, mais dépendront du rythme du retrait de l'inlandsis.

Antarctique: L'inlandsis de l'Antarctique occidental (WAIS) est actuellement considéré comme plus éloigné d'un point de bascule que celui du Groenland  mais cela reste plus incertain.(Lenton et al. 2008; Kriegler et al. 2009).

La WAIS a un potentiel pour une transition plus rapide et donc pour de plus gros impacts.

La perte de plates-formes glaciaires autour de la péninsule Antarctique, tels que Larsen B, suivie par l'accélération des glaciers, dont elles étaient le contrefort, met en évidence un mécanisme qui pourrait menacer certaines parties de la WAIS.

On pense que la principale plaque glaciaire de l'Antarctique Est (EAIS) est plus stable que la WAIS. Cependant, il existe des indices de changements ayant lieu le long de son secteur maritime, qui draine plus de glace que l'ensemble de l'Antarctique occidental.

Amazonie: La forêt amazonienne a subi une sécheresse généralisée en 2005, ce qui a fait passer la région de puits à source (0,6 à 0,8 Gt de carbone par an) de carbone (Phillips et al. 2009).

Si l'allongement de la saison sèche par forçage anthropique se  poursuit (Vecchi et al. 2006), et si les sécheresses sont plus fréquentes et graves (Cox et al. 2008), le système pourrait atteindre un point de bascule entraînant le dépérissement de 80% de la forêt tropicale (Cox et al. 2004; Scholze et al. 2006; Salazar et al. 2007; Cook et Vizy 2008), et son remplacement par la savane.

Cela pourrait prendre quelques décennies, aurait une réversibilité faible, de grandes répercussions régionales, et des effets induits loin de la zone.

Un dépérissement généralisé est attendu si l'augmentation de température dépasse 4°C (Kriegler 2009), et il pourrait être engagé à une température globale inférieure, bien avant qu'il commence à être observé (Jones et al. 2009).

Afrique de l'Ouest: Le Sahel et la mousson d' Afrique de l'Ouest (WAM) ont connu des changements rapides mais réversibles dans le passé, y compris la sécheresse dévastatrice de la fin des années soixante et pendant les années quatre-vingt.

Les prévisions d'un affaiblissement futur de la circulation thermohaline de l'Atlantique contribuant à des conditions type "Niño", et à un fort réchauffement dans le golfe de Guinée (Cook et Vizy 2006), pourraient perturber l'apparition saisonnière de la WAM (Chang et al. 2008) et son déplacement vers le nord  (Hagos 2007) dans le Sahel.

S'il y avait effondrement de la WAM, cela pourrait conduire à l'humidification de certaines parties du Sahel  par aspiration d'air humide de l'Atlantique vers l'ouest de la région (Cook et Vizy 2006; Patricola et Cook, 2008), dont le reverdissement  serait un exemple rare d'un point de bascule positif.

Inde: La mousson d'été indienne est probablement déjà en train d'être perturbée (Ramanathan et al. 2005; Meehl et al. 2008) par un nuage brun qui s'étend sur le sous-continent et, dans une moindre mesure, l'Océan Indien.

Cette brume est composée d'un mélange de suies, qui absorbent la lumière solaire, et de sulfates qui la réfléchissent.

Elle provoque un réchauffement de l'atmosphère au détriment de la surface, ce qui affaiblit l'établissement saisonnier d'un gradient de température terre-océan, qui est essentiel dans le déclenchement de la mousson (Ramanathan, 2005).

Dans certaines projections, le forçage du nuage brun  pourrait conduire à un doublement de la fréquence des sécheresses (Ramanathan, 2005), avec un impact important.

Cette transition serait cependant hautement réversible.

Plusieurs autres candidats "éléments de bascule", et plusieurs mécanismes, pourraient devenir des préoccupations majeures, par exemple, la perte de carbone des permafrosts.

Récemment, il a été suggéré qu'une région de permafrost connue sous le nom Yedoma, qui stocke environ 500 GT C (Zimov et al. 2006), pourrait subir un basculement irréversible provoqué par une production de chaleur interne issue de processus biochimiques (Khvorostyanov et al. 2008a, 2008b). Toutefois, on estime ce point de bascule relativement éloigné.

relations entre points de bascule et rétroactions climatiques

 

Les points de bascule sont souvent confondus avec le phénomène des rétroactions climatiques.

Tous les éléments de bascule doivent posséder un mécanisme rétroactif fortement amplificateur (Lenton et al. 2008) dans leur propre dynamique interne ou régionale, puisqu'ils aboutissent au franchissement d'un seuil, mais ils n'engendrent pas forcément de rétroaction au niveau global.

Dans les éléments de bascule qui pourraient constituer une rétroaction positive (amplificatrice) globale, citons la forêt amazonienne (dont le dépérissement en ferait une source de CO2, qui pourrait  libérer jusqu'à 100 Gt C), la circulation thermohaline (dont l'affaiblissement ou l'effondrement pourrait conduire au dégazage de CO2), et le pergélisol Yedoma (libération de jusqu'à 500GtC).

Des éléments de bascule qui pourraient constituer une rétroaction négative (compensatrice) globale incluent la forêt boréale (dont le dépérissement des forêts dégagerait du CO2, mais dont le bilan net serait le refroidissement du à l'augmentation de l'albédo des surfaces couvertes de neige sans arbres Betts 2000  ) et le Sahel / Sahara (leur reverdissement constituerait un puits de CO2 et augmenterait probablement la couverture nuageuse au dessus de la zone)

Pourrions nous être touchés par des rétroactions globales?

Les rétroactions positives des différents éléments de bascule sont pour la plupart d'assez faible portée globale. Toutefois, d'autres rétroactions (non liées à des éléments de bascule), incluant le passage de l'ensemble de la biosphère terrestre de puits à source de carbone, risquent d'amplifier la hausse du CO2 atmosphérique et la température globale à l'échelle du siècle (Friedlingstein et al. 2006).

Le système climatique terrestre subit déjà une forte rétroaction positive à la suite de réponses physiques relativement rapides (Bony et al. 2006) (vapeur d'eau).

Dans n'importe quel système soumis à de fortes rétroactions positives, une relativement faible rétroaction supplémentaire peut avoir un impact disproportionné à l'échelle globale (dans ce cas, la température), en raison interactions non linéaires entre rétroactions.

Y a t-il un point de bascule global?



Un point de bascule global  peut se produire si une rétroaction positive devient assez puissante pour produire un seuil à partir duquel le système global est engagé dans un changement d'état, porté par sa propre dynamique interne.

En dépit de nombreux discours dans les médias populaires un tel effet "runaway" (galopant) ne semble pas prêt de se produire.

La notion d'amplification du changement climatique est une description bien meilleure de ce que nous observons actuellement et de ce qui peut être projeté dans l'avenir.

Quels sont les forçages anthropiques dangereux?

Le total des émissions cumulées de CO2 (et d'autres gaz à effet de serre à vie longue) détermine les changements à long terme du climat et donc le sort des éléments de bascule sensibles aux changements de température moyenne globale, mais à réponse lente et/ou à seuils éloignés.

Les principaux exemples sont les grands inlandsis (GIS et WAIS).

Des forçages par aérosols de sulfates (Rotstatyn et Lohmann, 2002) et de suies (Ramanathan 2005; Ramanathan et Carmichael, 2008) sont dangereux pour les moussons.

Les dépôts de suie sur la neige et la glace (Ramanathan et Carmichael, 2008; Flanner et al. 2007) sont un facteur de risque pour les éléments de bascule arctiques en favorisant la fusion de la glace et de la neige (Flanner et al. 2007).

L'augmentation des aérosols de suie, la baisse des aérosols sulfatés (Shindell et Faluvegi 2009), et l'augmentation des teneurs des GES à courte durée de vie (Hansen et al. 2007) (le méthane et l'ozone troposphérique) ont également contribué au réchauffement rapide de l'Arctique et, ensemble, dépassent de loin la contribution du CO2.

L'atténuation actuelle des émissions de SO2 et, partant, d'aérosols sulfatés, constitue un bienfait mitigé pour les éléments de bascule climatiques.

Elle peut par exemple profiter à la région du Sahel (Rotstayn et Lohmann, 2002), mais mettre en danger l'Amazonie (Cox et al. 2008) et la banquise arctique (Shindell et Faluvegi 2009).

Les changements de surface des sols peuvent aussi conduire de grandes régions continentales d'un état relativement résistant aux changements climatiques à un état de vulnérabilité.

Est-il envisageable de prévoir suffisamment tôt l'approche d'un point bascule?

 

Des progrès récents ont été accomplis dans l'identification et les tests d'indicateurs d'alerte précoce de l'approche  d'un basculement (Lenton et al. 2008; Livina et Lenton 2007; Dakos et al. 2008; Lenton et al. 2009; Scheffer et al. 2009).

Le ralentissement, en réponse à une perturbation est une propriété quasi universelle de systèmes approchant différents types de point de bascule (Dakos et al. 2008; Scheffer et al. 2009).

Ceci a été testé avec succès en étudiant les approches de différentes transitions des climats du passé (Livina Lenton et 2007; Dakos et al. 2008), et dans les expérimentations  de modèles (Livina et Lenton 2007; Dakos et al. 2008; Lenton et al. 2009).

Des oscillations entre différents états peuvent également se produire avant une transition plus permanente (Bakke et al. 2009).

D'autres indicateurs d'alerte sont à l'étude pour les points de bascule écologiques (Biggs et al. 2009), incluant l'augmentation de la variance (Biggs et al. 2009), les réponses biaisées (ou obliques?) (Biggs et al. 2009; Guttal et Jayaprakash 2008) et leurs équivalents spatiaux (Guttal et Jayaprakash 2009). Ceux-ci pourraient éventuellement être appliquées à l'anticipation de points de bascule climatiques.