Les bienfaits du CO2

Ce billet est divisé en deux parties distinctes. Toutes deux constituent de sérieuses remises en question des "certitudes" que l'on entend répéter sans cesse ici ou là dans les médias et parfois aussi, dans certaines sphères scientifiques et gouvernementales.

1) L'effet fertilisant du CO2 :

Comme chacun le sait, le dioxyde de carbone qui est en réalité un gaz invisible, inodore, passablement inerte, totalement inoffensif (du moins aux faibles concentrations qui nous concernent) et qui est le vecteur N°1 du cycle du carbone indispensable à toute vie organique sur notre planète, a été constamment vilipendé, et même diabolisé, au cours des deux décennies précédentes, au motif qu'il serait responsable de la hausse des températures que nous avons connue durant la période 1975-1997. D'autres disciplines que la climatologie (notamment la biologie) se sont emparées du sujet, ce qui a généré une extraordinaire collection d'articles plus ou moins apocalyptiques parfois cocasses et souvent contradictoires, sur des sujets extrêmement divers. La totalité de ces articles, résultant le plus souvent de modélisations informatiques, envisagent les conséquences "dramatiques" de l'augmentation du taux de CO2 dont la concentration a pourtant connu des variations considérables (x10, ou plus) au cours de l'histoire de la vie organique sur notre planète.

Le summum de la diabolisation du CO2 a été atteint lorsque l'EPA (Environmental Protection Agency US) américaine a décidé, le 7 Déc. 2009, de qualifier officiellement le CO2 de "polluant" au prétexte que l'augmentation de la concentration de ce gaz "serait néfaste à la santé humaine" (des Américains, dit le texte officiel). Depuis lors, il n'est pas rare de lire, sous la plume de nos journalistes francophones, que "le CO2 est un polluant" ce qui, sans aucun doute, représente une extrapolation extrême de ce qu'on peut dire de ce composé qui, de fait, apparaît plutôt comme bénéfique, comme nous allons le voir.

L'utilisation de puissants moyens d'observation à bord des nombreux satellites qui orbitent autour de notre planète depuis une trentaine d'années, a permis aux scientifiques d'observer, de manière répétitive, non pas une tendance à la désertification progressive des zones sensibles, comme certains l'avaient prévu (du fait du réchauffement), mais bien au contraire, à un verdissement de la planète, mesuré par l'augmentation nette de l'indice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) qui mesure l' augmentation de la couverture foliaire de la Terre. Les dernières mesures rendues publiques (Matt Ridley dans le Wall Street Journal, Vidéo, conférence du Dr. Ranga Myneni de la Boston University), "confirment que le verdissement de la Terre se poursuit de manière continue depuis trente ans. Entre 1982 et 2011, 20.5% de la végétation de la planète a verdi tandis que seulement 3% a bruni. Le reste étant inchangé."

Comme on s'en doute, il ne suffit pas de constater le verdissement persistant de la planète pour en tirer des conclusions sur les causes de cet accroissement de la couverture foliaire. En effet, ces causes peuvent être multiples. On sait, en particulier, que l'influence de l'hygrométrie est essentielle, surtout dans les zones arides et semi-arides, de même que la présence renouvelée des nutriments indispensables à la croissance des plantes. Depuis quelques années, les chercheurs s'efforçaient de discerner parmi les diverses causes possibles de ce verdissement, sans parvenir à en séparer les contributions respectives.

Une équipe du CSIRO et d'une université australienne semble y être parvenue. Selon leurs travaux qui s'avèrent convaincants, l'augmentation du CO2 atmosphérique serait responsable d'une augmentation de la couverture foliaire de 11% des zones chauds et sèches de 1982 à 2010. Les observations sont en accord avec leurs prévisions théoriques.
Ces observations ne devraient pas surprendre les agriculteurs qui savent, par expérience, que l'on améliore notablement le rendement de la production des serres horticoles en enrichissant leur atmosphère de quelques 1000 ppm de CO2.

Voici la bande annonce de cet article qui est disponible et actuellement sous presse aux Geophysical Research Letters. Cet article est intitulé :

"La fertilisation par le CO2 a accru la couverture foliaire maximale dans les zones chaudes et arides du globe."

1 CSIRO Land and Water, GPO Box 1666, Canberra, ACT, 2601, Australia.
2 Research School of Biology, The Australian National University, Canberra, ACT, 0200, Australia.
3 Research School of Earth Sciences, The Australian National University, Canberra, ACT, 0200, Australia.
4 Australian Research Council Centre of Excellence for Climate System Science.

Voici les résumés en anglais et en français :

Abstract Satellite observations reveal a greening of the globe over recent decades. The role in this greening of the ‘CO2 fertilization’ effect – the enhancement of photosynthesis due to rising CO2 levels – is yet to be established. The direct CO2 effect on vegetation should be most clearly expressed in warm, arid environments where water is the dominant limit to vegetation growth. Using gas exchange theory, we predict that the 14% increase in atmospheric CO2 (1982–2010) led to a 5 to 10% increase in green foliage cover in warm, arid environments. Satellite observations, analysed to remove the effect of variations in rainfall, show that cover across these environments has increased by 11%.
Our results confirm that the anticipated CO2 fertilization effect is occurring alongside ongoing anthropogenic perturbations to the carbon cycle and that the fertilisation effect is now a significant land surface process.

Voici la figure maîtresse de cet article dans laquelle les zones marquée en rouge ont subi une augmentation du feuillage vert liée, selon les auteurs de l'article, à l'augmentation du CO2. Malheureusement cette image n'est pas très bonne du point de vue des contrastes. Cela résulte sans doute du fait que la version de l'article, actuellement disponible sur le site des Geophysical Research Letters, est encore en attente d'édition pour l'impression.

"Figure 2. Etendue de l'analyse et distribution spatiale de la bordure du Fx (NdT : F est la fraction de la surface du sol couverte par le feuillage vert, Fx désigne la limite (la bordure) de l'extension du feuillage vert. C'est le paramètre essentiel).
L'étendue de l'analyse pour laquelle nous avons déterminé la fraction Fx annuelle est montrée par les cellules en grisé. Les cellules impliquant une variation comprise entre ±5% de la bordure pour au moins une des moyennes des trois années sont indiquées en rouge (NdT : Elles indiquent les zones où l'extension du feuillage vert peut être attribuée à l'augmentation du CO2 atmosphérique)".

Les lecteurs(trces) tireront sans doute bénéfice de quelques extraits du communiqué de presse de l'AGU relatifs à cet article (Les caractères engraissés sont le fait de l'auteur de PU).

1 Note : En réalité, il est bien connu que les échanges foliaires avec l'atmosphère se font au niveau des stomates qui présentent de petits orifices, appelés ostioles, situés à la surface des feuilles et dont l'ouverture variable régule aussi bien l'absorption du CO2 que les pertes hydriques. Ainsi si le taux de CO2 dans l'environnement augmente, l'ouverture des stomates est réduite d'autant ce qui limite les pertes en eau. En bref, l'augmentation du taux de CO2 améliore l'utilisation de l'eau disponible en limitant l'évapotranspiration. Si la quantité d'eau disponible reste constante, la croissance de la plante est améliorée comme cela est couramment observé dans les serres horticoles*. Ci-contre, stomate de feuille de Bégonia. A noter que la mesure de la taille des ostioles des végétaux fossilisés permet d'avoir une idée du taux de CO2 régnant à l'époque de la fossilisation. C'est un "proxy" fréquemment utilisé.
La Nature a plus d'un tour dans son sac lorsqu'il s'agit de réguler les échanges de la biomasse avec l'environnement (voir, par ex. le billet sur la pruine de choux, raisins, lotus etc.)

Compléments :

Ci-contre, une analyse détaillée accompagnée d'une liste de références sur les effets bénéfiques du CO2 sur la croissance des plantes ligneuses (en anglais).
Une vidéo remarquable du Dr. Matt Ridley (Vicomte, membre de la chambre des Lords UK) au sujet du verdissement observé de la planète (en anglais).
Une vidéo réalisée par C. et S. Idso (CO2 Science) qui montre les effets de la fertilisation par le CO2 d'une plante durant sa croissance.
Une base de donnée détaillée montrant les effets de la fertilisation par le CO2 mesurés par le bilan des échanges en CO2 pour toute une collection de plantes.
*Une analyse détaillée des effets de l'enrichissement de l'atmosphère en CO2 (typiquement 1000ppm) des serres destinées à la culture. Document édité par le Ministère Canadien de l'agriculture et de la nourriture.

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2) Comparaison entre les prédictions des modèles climatiques et les observations pour l'atmosphère tropicale.
"The science is (not) settled"

Comme le savent les (nombreux) lecteurs attentifs de ce site, l'atmosphère tropicale devrait être particulièrement révélatrice de l'effet de serre tel qu'il est prévu et modélisé dans les études prises en compte par le GIEC. Ceci tient essentiellement à la concentration élevée en vapeur d'eau qui règne dans cette zone de l'atmosphère qui, comme chacun sait, bénéficie d'un climat particulièrement chaud et humide. Ceci explique que cette zone de l'atmosphère ait fait l'objet d'un grand nombre de travaux dont ceux du Professeur Richard Lindzen du MIT, fréquemment mentionné dans ce site.
C'est dans la partie haute de la troposphère tropicale que l'on aurait dû observer le fameux "hotspot" (toujours absent) auquel j'avais consacré plusieurs billets dans cette page (par exemple ici et là).
De fait, la troposphère tropicale constitue la zone test idéale pour valider ou remettre en question la pertinence des modèles informatiques mis en oeuvre par un grand nombre de laboratoires de climatologie de la planète qui contribuent aux rapports du GIEC. Ces modèles couramment nommés GCM (Global Circulation (ou Climate) Models) ont été raffinés au cours des années. Ils ont donné lieu à une série d'améliorations et de sophistications. La dernière version en cours s'appelle les CMIP-5 et ce sont les résultats de ces modèles les plus récents, utilisés dans le prochain rapport du GIEC (Sept. 2013, l'AR5), qui sont confrontés aux observations dans la suite de cette section.

Comme on le sait, John Christy et Roy Spencer, tous deux oeuvrant pour la NASA, ont obtenu un prix d'honneur pour les remarquables services rendus par la mise au point des mesures satellitaires des températures atmosphériques à différentes altitudes. Ces deux chercheurs sont fréquemment auditionnés par les comités d'audit du Sénat et de la Chambre des Représentants US.

C'est Roy Spencer qui a publié à plusieurs reprises les graphes préparés par son collègue John Christy qui, comme on s'en doute, et en tant que responsable des mesures des températures de l'atmosphère par ballons sondes et sondes satellitaires, dispose de toutes les données nécessaires pour effectuer des comparaisons entre les mesures de températures effectives et les projections des modèles informatiques tels les CMIP-5 pour les mêmes altitudes qui sont rendues disponibles sur les sites professionnels tels que le KNMI Climate explorer.

Voici le graphique tracé par John Christy. Il compare les résultats des observations effectuées par les millions de ballons-sondes et les satellites avec les résultats des modèles CMIP-5, pour la zone moyenne de la troposphère située au dessus des tropiques (20S-20N), le tout présenté avec une moyenne glissante sur 5 ans. Cliquez sur le graphique pour obtenir une image agrandie.

Le graphique est présenté par Spencer avec ce commentaire

"Comparaison entre 73 modèles (archivés au site KNMI Climate Explorer) et les observations pour la température de la majeure partie de la troposphère tropicale (dite “MT”) depuis 1979."

Ce graphique est facile à lire. Les résultats des 73 modèles sont indiqués par des courbes dont les couleurs font référence à la liste des modèles, tandis que les cercles sont les résultats des mesures par ballons sondes et les carrés ceux des satellites.

Spencer/Christy précisent que "Dans le cas présent, les modèles et les observations ont été reportés de telle manière que leurs tendances respectives se recoupent en 1979 (NdT : le début des mesures satellites) parce que nous pensons que c'est la manière la plus significative de représenter sur un même graphique les résultats des modèles et leurs comparaisons avec les observations."

Comme on peut en juger directement sur le graphique, la moyenne des modèles surestime actuellement le réchauffement de la troposphère tropicale d'un bon facteur 3 à 4. A noter également que le pic négatif représenté par les modèles après 1992, tient à l'estimation "modélisée" du refroidissement résultant de l'explosion du Pinatubo. Dans la réalité, celui-ci est assez peu visible dans les observations effectives, du moins dans cette zone de l'atmosphère.

Le titre du billet de Roy Spencer qui présente le graphique de John Christy est explicite :
"ENCORE uneéchec de dimension épique : Comparaison de 73 modèles climatiques avec les observations, avec une moyenne glissante de 5 ans."

A noter que Spencer a publié un article dans le même sens dans le Financial Post. Celui-ci est intitulé : "Echec épique (NdT : homérique, retentissant) des modèles climatiques." Spencer pense que l'introduction systématique d'une forte rétroaction positive de la vapeur d'eau dans les modèles est responsable de cette divergence modèles/observations. D'autre part, on se souvient que c'est cette rétroaction supposée positive de la vapeur d'eau qui est responsable de l'essentiel du réchauffement climatique prévu par les modèles. De fait, l'effet direct (sans rétroactions) du CO2 ne serait que d'environ +1°C pour un doublement de la concentration dans l'atmosphère, donc très faible, voire négligeable, par rapport aux prédictions/scénarios informatiques qui pointent vers +2 à +5 ou 6°C. Les lecteurs de PU se souviennent sans doute que Richard Lindzen penche pour une rétroaction négative de la vapeur d'eau ce qui le conduit à prédire un réchauffement d'environ +0,6°C pour un doublement du CO2. A noter également que les observations de Christy/Spencer (et les suivantes au sujet du hostpot) sont cohérentes avec le modèle de Miskolczi.

Rappels : De même, dans la partie haute de cette même zone tropicale, le "hotspot" manque toujours à l'appel :

Syukuro Manabe est l'un des pères fondateurs des modèles de l'effet de serre. C'est lui (avec Richard Wetherald) qui montra que, dans le contexte de cette modélisation, l'altitude à laquelle le rayonnement IR s'échappant vers l'espace doit augmenter si le taux de CO2 s'élève. Syukuro Manabe est directement intéressé à la confirmation des fondements de ses modèles et donc, notamment, à la détection du Hotspot (le point chaud) que l'on devrait observer dans la moyenne-haute troposphère tropicale… et que l'on ne voit toujours pas.. Comme je vous l'avais relaté, Manabe et al ont, en 2011, écrit un article qui pointait, à partir des observations, sur le désaccord (croissant) avec les modèles pour la moyenne troposphère tropicale remis en évidence récemment par Christy/Spencer. La fin du résumé et conclusions de l'article de Manabe et al. en disait long sur l'enjeu crucial que représente l'élucidation de ces désaccords. Voici comment ils concluaient leur article publié en 2011 :

On comprend l'inquiétude de Manabe et al.
Ils ne sont visiblement pas les seuls à s'inquiéter de ces divergences croissantes entre les modèles – y compris les plus modernes – utilisés par le GIEC et les observations. C'est ainsi qu'un article, accepté par le peer-review, actuellement sous presse au Geophysical Review Letters, tente de rechercher les raisons profondes de ces divergences qui, sans aucun doute, pointent vers un défaut majeur inhérent aux modèles du climat.

Le voici, présenté sur le site des GRL. il est intitulé "Raisons plausibles pour les incohérences entre les températures modélisées et observées dans la troposphère tropicale. "Ce travail résulte d'une collaboration entre des chercheurs grecs et écossais (Cracknell).

Comme à l'accoutumée pour les GRL, voici les points clefs signalés par les auteurs (une sorte de résumé du résumé pour faciliter la lecture rapide) :

Cet article est un peu trop technique pour être exposé ici. Quelques mots et une illustration tirée de l'article suffiront à en donner une idée.
Les auteurs analysent les fluctuations des signaux observés et des signaux modélisés. On touche ainsi au coeur des processus mis en jeu aussi bien dans la réalité que dans les modèles. Le fait de trouver que les fluctuations de température obéissent à deux lois totalement différentes confirme un désaccord profond entre les modèles et les observations. Cela relève du même esprit que les travaux de N. Scafetta qui avait montré que les analyses harmoniques des variations de température selon les modèles et selon les observations conduisaient à des résultats totalement différents.

Voici un des diagrammes de l'article de Varotsos et al., comparant les densités spectrales mesurées et modélisées mois après mois, dans la zone tropicale de l'atmosphère, pour les observations (à gauche) et pour les modèles (à droite).
Comme on peut le voir cette comparaison donne des résultats complètement différents : On observe une variation erratique (Bruit blanc) à gauche et une croissante nette en loi de puissances, à droite. Les abscisses sont logarithmiques.

A la différence de ce qui se passe dans la réalité, les modèles ont donc tendance à exagérer grandement les évolutions à basse fréquence, autrement dit, à long terme, autrement dit encore, à superposer au signal réel une augmentation artificielle qui provoque une divergence croissante à mesure que le temps s'écoule comme on l'a constaté dans les graphiques de Christy/Spencer.

C'est probablement ce que les auteurs ont voulu exprimer en concluant leur résumé de la manière suivante :

A noter que les auteurs ne précisent pas la nature du "signal persistant qu'il faudrait éliminer"… Leur analyse ne permet pas de la déterminer mais leurs résultats mettent sérieusement en doute le coeur même des modélisations du climat.

3) Conclusions :

L'effet fertilisant du CO2, au moins dans les zones chaudes et sèches étudiées par l'article de Donohue et al, même s'il n'était pas inattendu, constitue une très bonne nouvelle. Dans cet esprit, il n'est donc pas certain que la limitation de la croissance du taux de CO2 généré par la combustion des fluides fossiles soit une bonne chose, notamment pour les zones défavorisées.

L'augmentation du taux de CO2 optimise l'utilisation de l'eau, relativement rare dans ces régions, disponible pour les plantes et accroît la biomasse et donc les possibilités de nourrir les habitants de ces régions climatiquement déshéritées. Il serait utile que nos dirigeants en prennent conscience avant de forcer, à grands frais, une réduction de "notre empreinte carbone" dont on peut être certain qu'elle provoquerait, à terme, une augmentation de la désertification de certaines zones arides et semi-arides de la planète.

C'est, en substance, ce qu'ont exprimé William Happer, Professeur à Princeton et l'ancien appolonaute (17) Harrison Schmitt, Professeur à l'Université du Wisconsin, dans un article publié dans le Wall Stret Journal, intitulé : " En défense du dioxyde de carbone", qu'ils concluent ainsi :

D'autre part, les divergences flagrantes entre les modèles et les observations pour ce qui concerne la troposphère tropicale qui constitue une zone test des modèles climatiques actuels, viennent compléter celles que l'on a déjà constaté pour les températures mesurées à la surface de la planète et qui faisaient l'objet du billet précédent (ci-dessous).
A l'évidence, le temps passant, ces incohérences deviennent de plus en plus apparentes. Elles devraient attirer l'attention de nos décideurs et les inviter à se poser quelques questions quand à la fameuse maxime "The science is settled" ("La science est comprise") énoncée et répétée ad infinitum par certains dans le but manifeste de clore un débat scientifique qui est pourtant bien vivant comme vous pouvez le constater.
De fait, non seulement, la science du climat n'est pas comprise, mais elle est sérieusement et fondamentalement remise en question par les observations objectives et des publications scientifiques qui, malheureusement et pour la plupart, restent inconnues du grand public et, probablement aussi, des décideurs.

Comme disent les Anglais : Wait and see !

Stay Tuned !