Comment les gaz «avalent » les couleurs
La lumière du Soleil est composée de nombreuses couleurs, notamment celles de l’arc-en-ciel. Chaque couleur possède sa propre longueur d’onde. Lorsque la lumière du Soleil traverse l’atmosphère, une partie est absorbée, en quelque sorte « avalée » par les gaz. Chaque gaz absorbe des couleurs bien précises de la lumière, c’est-à-dire certaines longueurs d’onde.

De la lumière solaire à l’interférogramme
Le spectromètre FTIR capte la lumière solaire après son passage dans l’atmosphère, autrement dit la lumière qui n’a pas été absorbée. À l’intérieur de l’appareil, un séparateur de faisceau divise cette lumière en deux rayons. L’un est dirigé vers un miroir fixe, l’autre vers un miroir mobile. Après réflexion sur les miroirs, les deux rayons sont recombinés. Comme le miroir mobile se déplace, l’un des rayons parcourt un trajet légèrement plus long ou plus court que l’autre. Cette infime différence de trajet optique est au cœur de la mesure. Lorsque les deux rayons se superposent à nouveau, ils peuvent se renforcer ou s’atténuer mutuellement. Le faisceau recomposé devient alors plus lumineux ou moins lumineux. Le détecteur enregistre ces variations de luminosité pendant le déplacement du miroir. L’ensemble de ces mesures forme un interférogramme.

La transformation de Fourier
L’interférogramme contient un mélange de toutes les couleurs, et donc longueurs d’ondes, de la lumière. Pour séparer ce mélange, on utilise un calcul mathématique appelé transformation de Fourier.
Cette transformation permet de déterminer quelles longueurs d’onde sont présentes dans la lumière et avec quelle intensité. Le résultat obtenu est un spectre.

L’empreinte des gaz
Dans ce spectre apparaissent des « lignes d’absorption ». Ce sont les couleurs qui ont été absorbées par les gaz de l’atmosphère. Chaque gaz possède son propre motif d’absorption, comparable à une empreinte digitale. Les scientifiques peuvent ainsi identifier les différents gaz présents dans l’atmosphère et déterminer leur concentration grâce à l’intensité des lignes observées.

La station de recherche du Jungfraujoch est située en haute altitude, où les conditions sont presque idéales pour l’étude de l’atmosphère. À cette hauteur, l’air est froid, sec et particulièrement pur. Or, l’air froid peut contenir beaucoup moins de vapeur d’eau que l’air chaud. L’atmosphère y est donc nettement moins humide. Cet aspect est essentiel pour les mesures atmosphériques. En effet, la vapeur d’eau est le gaz à effet de serre le plus abondant dans l’atmosphère et elle absorbe fortement le rayonnement infrarouge. Elle perturbe ainsi les mesures effectuées. Au Jungfraujoch, la faible quantité de vapeur d’eau réduit fortement ces perturbations. Les scientifiques peuvent ainsi observer la composition de l’atmosphère avec une grande précision et détecter de manière fiable même des traces infimes d’autres gaz.

La composition de l’atmosphère n’est pas constante : la concentration de certains gaz varie au cours de l’année selon un rythme régulier. Ce phénomène est particulièrement visible pour le CO₂. La variation saisonnière de la concentration de CO2 dans l’atmosphère est principalement liée au cycle de la végétation. Au printemps et en été, les plantes absorbent davantage de CO₂ grâce à la photosynthèse, ce qui fait diminuer sa concentration dans l’atmosphère. En automne et en hiver, en revanche, de nombreuses plantes perdent leurs feuilles ou ralentissent fortement leur croissance. L’absorption de CO₂ diminue alors, et sa concentration dans l’atmosphère augment à nouveau. Ce phénomène est particulièrement marqué dans l’hémisphère nord, où les surfaces terrestres et la végétation sont beaucoup plus étendues que dans l’hémisphère sud.

Une source est tout ce qui libère un gaz dans l’atmosphère, tandis qu’un puits et tout ce qui l’absorbe ou le retire de l’atmosphère. La concentration d’un gaz dans l’atmosphère dépend donc de l’équilibre entre les sources et les puits.

On peut comparer cela à une baignoire : le robinet représente les sources, l’écoulement les puits, et le niveau de l’eau correspond à la concentration du gaz dans l’atmosphère. Si davantage d’eau entre qu’il n’en sort, le niveau de l’eau monte. C’est ce qu’il se passe avec la plupart des gaz à effet de serre.

Aujourd’hui, de nombreuses recherches visent à créer de nouveaux puits ou à renforcer ceux qui existent déjà afin de retirer davantage de gaz à effet de serre de l’atmosphère. Le reboisement ou la restauration des tourbières en sont des exemples, car les plantes absorbent le CO₂ grâce à la photosynthèse et peuvent le stocker durablement. Ces mesures peuvent contribuer à limiter les effets des activités humaines, mais elles ne remplacent pas la réduction des émissions à la source.

La Suisse est particulièrement touchée par le changement climatique et se réchauffe plus rapidement que la moyenne mondiale. L’ampleur de ce réchauffement dépend de la quantité de gaz à effet de serre émise à l’échelle mondiale.

Aujourd’hui, les scientifiques décrivent souvent les scénarios climatiques à partir de niveaux de réchauffements. Ces scénarios permettent d’imaginer à quoi pourrait ressembler la Suisse avec un réchauffement global de +2°C ou de +4°C, et de comparer différents futurs possibles. Selon l’évolution des émissions mondiales, un réchauffement d’environ +2°C (en cas de forte protection du climat) jusqu’à +4°C ou davantage pourrait être atteint d’ici le milieu du siècle.

Entre sécheresse et fortes pluies
Ce réchauffement a des conséquences bien visibles : les vagues de chaleur deviennent plus fréquentes, plus longues et plus intenses, en particulier dans les villes et les régions de basse altitude. Les étés deviennent plus secs, car les précipitations diminuent tandis que l’évaporation augmente. Cette évolution affecte l’agriculture, les forêts et les ressources en eau. Lorsque les précipitations surviennent, elles sont souvent plus intenses. Les fortes pluies augmentent ainsi les risques d’inondations et de glissements de terrain. En parallèle, la limite des chutes de neige remonte, et les hivers deviennent plus doux et moins enneigés.

Les scénarios climatiques ne décrivent pas un avenir unique et figé, mais différentes évolutions possibles. Ils montrent à quel point les décisions prises aujourd’hui influencent le climat de demain.