Augmentation rayonnement solaire

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la Science 2018 dont The Conversation France est partenaire. Retrouvez tous les débats et les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.

La question surgit fréquemment : le Soleil, cette prodigieuse source d’énergie, ne contribuerait-il pas au réchauffement climatique observé depuis le XXe siècle ?

Ce qui aurait pu être un débat scientifique est hélas devenu une controverse idéologique. Pour mieux répondre à cette question, nous vous proposons un petit travail d’enquête.

Notre climat est entièrement tributaire du Soleil, dont une infime variation suffirait à le bouleverser. Le Soleil fournit en effet à lui seul 99,99 % de l’énergie qui pénètre dans notre environnement terrestre. Cette énergie abondante nous parvient principalement sous forme de rayonnement constitué de lumière visible et de rayonnement infrarouge et ultraviolet. Pour le mesurer, il est indispensable de se placer hors de l’atmosphère terrestre.

Étoile plutôt placide

Les premières mesures du rayonnement par satellite (au demeurant très délicates) ont débuté 1978 ; elles indiquent une variation de l’ordre de 1 W/m2 sur 1361 W/m2, ce qui est extrêmement faible.

Le Soleil se comporte donc comme une étoile plutôt placide et ne montre aucune tendance à la hausse susceptible d’expliquer le réchauffement actuel. Au contraire, depuis une dizaine d’années, le Soleil a plutôt tendance à perdre un peu de son éclat alors que le réchauffement climatique va en s’accélérant.

On pourrait être tenté de classer ici l’affaire et d’innocenter le Soleil. Or ce serait trompeur car 40 années d’observations ne nous donnent pas assez de recul pour bien conclure. Il est indispensable de remonter plus loin dans le temps et déterminer ce que fut le niveau d’activité solaire avant l’ère spatiale.

Le défi est de taille car les observations sont rares et nous devons nous contenter de quelques indices indirects d’activité solaire.

Que nous disent les taches ?

Le plus connu de ces indices est le nombre de taches solaires, dont les premières observations systématiques remontent au XVIIe siècle.

Ce nombre nous apprend que l’activité solaire est cyclique, avec un regain d’activité tous les 10 à 12 ans. De longue date l’existence de cycles comparables dans les données climatiques a intrigué. Certains voient dans cette corrélation la preuve de l’impact climatique de l’activité solaire. Toutefois, la grande majorité des scientifiques a réfuté les conclusions tirées de ce genre de comparaisons de cycles.

La méthode consistant à tirer des conclusions générales à partir de corrélations souffre en effet d’un défaut : elle ne prouve généralement pas l’existence d’un lien de causalité et au final nous apprend peu sur les mécanismes en présence. Par ailleurs, le système climatique fluctue en permanence ; certains de ses cycles internes ont une période voisine de 10 ans ce qui les rend faciles à confondre avec le cycle solaire.

Pour progresser, la méthode la plus fiable consiste à analyser chacun des mécanismes susceptibles d’avoir un impact sur le climat.

Rayonnements et particules

Dans le rayonnement que reçoit la Terre, la lumière visible et la composante infrarouge dominent et ont pour principal effet de chauffer le sol et les océans. Leur impact climatique est ainsi relativement facile à quantifier. En revanche, le rayonnement ultraviolet est absorbé plus haut dans l’atmosphère où, par tout un enchaînement de processus, il finit par modifier légèrement le climat à l’échelle régionale. Les modèles et les observations montrent, par exemple, qu’une variation du rayonnement ultraviolet change la probabilité d’observer en Europe des périodes hivernales froides et sèches avec un vent du nord.

Une infime fraction de l’énergie solaire nous parvient sous la forme de particules subatomiques (protons, électrons) qui pénètrent par bouffées dans la haute l’atmosphère lorsque le Soleil est actif. Il est bien établi que ces particules sont la cause des aurores polaires. En revanche, leur impact climatique a été longtemps ignoré. Or nous savons aujourd’hui que ces particules finissent par affecter la circulation atmosphérique dans les régions polaires et donc le climat. Au final leur impact serait comparable à celui dû aux variations du rayonnement ultraviolet.

Des gouttelettes aux nuages

Un mécanisme fortement médiatisé est celui du rayonnement cosmique. Ce dernier est principalement constitué de protons de très haute énergie. Ces particules proviennent des confins de l’univers et leur flux est modulé par l’activité solaire. Dans une atmosphère humide, elles favorisent le développement de gouttelettes d’eau qui donnent naissance aux nuages et influencent ainsi le climat.

Une expérience portant le nom de CLOUD a récemment été montée au CERN, le grand accélérateur européen de particules dans le but de tester cette hypothèse. Si ses résultats confirment bien l’existence de ce mécanisme de formation de gouttelettes, en revanche ils montrent que l’impact climatique reste fort modeste.

Des recherches complexes

La liste des mécanismes est encore longue… Tous sont d’une grande complexité et font intervenir une variété de processus physiques et chimiques. Comme leur impact climatique est faible (si on les compare aux variations naturelles du climat), il est souvent difficile de les mettre en évidence.

Dans ce contexte, la méthode scientifique et la recherche de la compréhension fine des mécanismes prennent une grande importance. En effet, il est vital de pouvoir tester les hypothèses et les réfuter si nécessaire. De même, les données font souvent l’objet de traitements complexes dont la transparence est un gage important de leur reproductibilité.

À ce jour, aucun des mécanismes connus ne permet de reproduire l’ampleur du réchauffement climatique à partir de variations d’activité solaire. Si le Soleil a régné en maître absolu avant l’ère industrielle, de nombreux indices montrent qu’il a depuis été détrôné par les gaz à effet de serre dont nous sommes responsables.

Thierry Dudok de Wit a fait paraître, en 2015 avec Jean Lilensten et Katja Matthes, « Earth’s climate response to a changing Sun » (EDP Sciences).

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