Il y a environ 60 ans, David Keeling a commencé à remonter le côté de Mauna Loa. À 11 135 pieds au-dessus du niveau de la mer, il s’est arrêté devant un petit bâtiment en béton gris, seul signe de vie humaine parmi des kilomètres et des kilomètres de pierre de lave, à l’exception d’une dépendance située à une cinquantaine de mètres du bâtiment. Keeling, un scientifique californien âgé de 30 ans, s'était initialement fait un nom dans la communauté scientifique en concevant une méthode unique d'échantillonnage du dioxyde de carbone, qui avait révélé certaines caractéristiques fascinantes, à savoir que la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone était relativement uniforme dans tout l'hémisphère nord, avec une moyenne d'environ 310 parties par million. Maintenant, il est venu au sommet du plus grand volcan du monde pour vérifier un nouveau projet qui, espérait-il, allait changer la façon dont la communauté scientifique a mesuré le dioxyde de carbone atmosphérique.
Keeling s'était rendu à Hawaii à la demande de Harry Wexler, directeur de la division de la recherche météorologique du bureau météorologique américain. Quelques années auparavant, Keeling s'était rendu à Washington, DC, pour rencontrer Wexler et, en quelques heures, avait convaincu le directeur de revoir en profondeur le programme de mesure du carbone du Weather Bureau. Selon Keeling, le monde avait besoin de quelques sites isolés installés dans le monde entier, qui mesuraient en permanence les fluctuations de la quantité de dioxyde de carbone entrant ou sortant de l'atmosphère.
Keeling a réalisé son souhait, même si Wexler ne l’avait pas nécessairement: au lieu de rejoindre le Weather Bureau, il a occupé un poste à la Scripps Institution of Oceanography, en passant devant un bureau sans fenêtre de l’Observatoire de la marine pour la brise océanique de San Diego. Mais Keeling et Wexler ont maintenu une relation professionnelle, permettant à Scripps et au gouvernement fédéral de participer au programme de mesure mis en place à Mauna Loa - un partenariat public-privé qui se poursuivrait pendant des décennies. En mars 1958, les premières mesures en continu du dioxyde de carbone ont commencé à l'observatoire. Quelques mois plus tard, en novembre, Keeling a visité le site pour la première fois.
Même quelques mois seulement après le début du programme, la surveillance à Mauna Loa produisait déjà des résultats révolutionnaires. En novembre, lorsque Keeling a commencé son ascension dans le volcan, les mesures ont montré que la concentration de dioxyde de carbone augmentait lentement mais régulièrement. Puis, pendant les mois d’été, l’inverse s’est produit, avec une baisse des concentrations de dioxyde de carbone. Le motif s'est répété presque exactement au cours de la deuxième année de mesure. Keeling était fasciné.
"Nous assistions pour la première fois", écrit-il dans son autobiographie, "la nature prélève du CO2 de l'air pour la croissance des plantes pendant l'été et le restitue à chaque hiver suivant." Ils avaient essentiellement capturé une image de l'hémisphère nord. aspirer et relâcher l'haleine - exhaler du dioxyde de carbone lorsque les forêts sont rasées pour l'hiver et inhaler lorsque les feuilles reviennent chaque été.
L'absorption et le rejet saisonniers de dioxyde de carbone ne seraient qu'un des phénomènes étonnants illustrés par les mesures effectuées à Mauna Loa. Les données de l'observatoire révéleraient, dans les 60 prochaines années, quelque chose de beaucoup plus sinistre dans l'atmosphère: une augmentation rapide du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, causée par la combustion de combustibles fossiles.
"Si la race humaine survit dans le XXIe siècle avec la vaste augmentation démographique qui semble maintenant inévitable", a déclaré Keeling lors d'un discours présentant ses recherches à la Société philosophique américaine en 1969, "les habitants de cette époque, ainsi que leurs autres problèmes, pourrait également faire face à la menace de changement climatique provoquée par une augmentation incontrôlée du CO2 atmosphérique provenant des combustibles fossiles. "
La structure originale de l'observatoire du Mauna Loa, appelé bâtiment Keeling. (Ted Coran) Il y a environ 400 000 ans, un volcan sous-marin a percé la surface de l'océan Pacifique. Pendant plusieurs centaines de milliers d'années, le volcan a continué de faire des jaillissements cycliques, se développant rapidement jusqu'à atteindre une altitude de 355 mètres au-dessus de la mer. La lave coulait le long des flancs de la montagne, se durcissant pour former la majorité de la grande île d'Hawaï. Pour les Hawaïens autochtones qui ont peuplé l’île pour la première fois, le volcan a été baptisé Mauna Loa, ou Long Mountain, ce qui témoigne de ses pentes douces qui couvrent environ 19 000 miles cubiques, ce qui en fait le plus grand volcan du monde. En 1951, un petit observatoire météorologique - appelé l'observatoire du sommet du Mauna Loa - a ouvert ses portes au sommet, résultat d'une alliance entre le US Weather Bureau, le Park Service, la US Navy et des travailleurs pénitentiaires, qui ont passé des années à sculpter route qui mènerait au sommet du volcan. Quatre ans plus tard, l'observatoire du Mauna Loa a été construit à quelques milliers de mètres du volcan par rapport à la structure du sommet d'origine. il reste aujourd'hui l'une des stations d'observation les plus importantes au monde.
L’observatoire du Mauna Loa a peu changé depuis la première visite de Keeling en 1968. Un deuxième bâtiment a été intégré à la structure originale en 1997. La plomberie intérieure du bâtiment en fait un bâtiment presque obsolète, du moins pour les visiteurs. D'autres projets sont maintenant en concurrence pour le temps de recherche à l'observatoire; Plus de 70 projets, menés par des institutions du monde entier, mesurent environ 250 composants de l'atmosphère, des aérosols au rayonnement solaire. Mais ce sont toujours les mesures continues du carbone de l'observatoire - les plus longues au monde - qui retiennent le plus l'attention. Aujourd'hui, le graphique basé sur ces mesures est largement connu sous un autre nom: la courbe de Keeling, que Thomas J. Barton, ancien président de l'American Chemical Society, a qualifiée de «icône de la science moderne».
Les mesures de carbone à l'observatoire sont effectuées à partir d'échantillons d'air prélevés au sommet d'une tour de 130 pieds, structure manifestement déplacée dans un environnement dépourvu de hauteur, à la hauteur d'un bâtiment à un étage. Cent mètres de haut, l'air est en grande partie libre de pollution locale qui peut parfois être emportée par une couche d'inversion qui se forme lorsque le soleil réchauffe la montagne, aspirant l'air des altitudes plus basses le jour et la nuit . De la tour, deux lignes aspirent des échantillons d'air dans une petite pièce du deuxième bâtiment de l'observatoire. Aujourd’hui, la NOAA et Scripps gèrent simultanément à Mauna Loa des programmes de mesure utilisant les mêmes échantillons d’air, mais avec des techniques légèrement différentes (la NOAA a commencé son programme de surveillance dans les années 70 et a créé des stations dans le monde entier, de Mauna Loa à Barrow, Alaska au pôle Sud).
Le dispositif original utilisé par Charles Keeling pour mesurer les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone. (Ted Coran) Keeling est décédé en 2005, mais son héritage est palpable dans tout l'observatoire, de la plaque dédiée à l'extérieur du bâtiment d'origine au dispositif de mesure du carbone original installé dans du plexiglas dans le couloir du deuxième bâtiment. Son influence est peut-être plus notable, cependant, dans le dévouement du programme pour une mesure et un étalonnage soigneux. Les échantillons horaires sont encadrés par 15 minutes d’étalonnage de chaque côté et un étalonnage d’une heure est effectué toutes les 25 heures. Les mesures résultantes sont également exécutées via un programme informatique qui signale toute donnée aberrante, toute fluctuation excessive ou une valeur plus élevée que prévu, pour approbation manuelle. Toutes les données collectées sont également comparées à 15 autres laboratoires dans le monde, et les programmes NOAA et Scripps examinent régulièrement leurs résultats. Habituellement, la différence est tellement négligeable qu'elle est pratiquement inexistante.
«Si vous regardez l’intrigue de CO2 à Mauna Loa, la différence entre le programme [Scripps] et notre programme est inférieure à l’épaisseur de la ligne sur l’intrigue», déclare Pieter Tans, responsable du Carbon Cycle Greenhouse Gases Group à la division de surveillance mondiale du laboratoire de recherche sur le système terrestre de la NOAA. "C'est une véritable assurance qualité."
Le complexe de l'observatoire du Mauna Loa. (Ted Coran) Mais l'héritage méticuleux de mesures de Keeling n'est pas la seule raison pour laquelle les chercheurs de la NOAA et de Scripps font tout ce qui est en leur pouvoir pour que leurs résultats soient irréprochables. Depuis que Keeling a présenté pour la première fois ses découvertes à la Société philosophique américaine en 1968, la conclusion selon laquelle le dioxyde de carbone atmosphérique est de plus en plus principalement dû aux actions de l'humanité est devenue l'un des sujets les plus polarisants de la politique américaine. Près du quart des Américains estiment qu’il n’existe aucune preuve solide que la Terre se soit réchauffée au cours des dernières décennies, alors que près de 30% des Américains ne considèrent pas le réchauffement climatique comme un problème grave.
Au cours de la même période, le dioxyde de carbone a pénétré dans l’atmosphère à une vitesse alarmante - plus rapidement que tout autre moment de l’histoire. Dans le même temps, la planète a connu une série de températures record, avec 10 des années les plus chaudes jamais enregistrées après 1998. Récemment, la mesure du dioxyde de carbone atmosphérique à Mauna Loa a dépassé 400 parties par million, 42 augmentation en pourcentage par rapport aux niveaux préindustriels. S'assurer que leur nombre est indéniable n'est pas seulement une bonne science, mais aussi une protection contre les vents menaçants d'un climat politique tempétueux.
Malgré tout le conflit politique qui entoure le changement climatique anthropique, les chercheurs en charge de la collecte des données à Mauna Loa sont presque froidement apolitiques. Tans et Ralph Keeling - le fils de David Keeling, qui a repris la partie du programme Scripps après le décès de son père - ne voient pas leur rôle d'influencer les politiques, mais la collecte de données importantes.
«Je me suis lancé dans ce domaine non pas pour changer de politique, mais pour découvrir des choses sur la Terre, et je continue de voir cela comme ma principale motivation», a déclaré Ralph Keeling. «Je pense que pour déterminer ce que la société devrait faire et comment apporter des changements, il faut encore des personnes comme moi qui ne font que rassembler des faits.» Le reste, disent-il, et Tans, revient aux décideurs politiques du monde.
Si le jeune Keeling croit peut-être qu’il est de garder la politique hors de la science, cela n’empêche pas la science d’être influencée par la politique. Au moins la moitié du financement du partenariat - la partie NOAA - provient du gouvernement fédéral, qui s'est ouvert à plusieurs reprises au cours des dernières années pour réduire le financement de la recherche NOAA non liée au climat. Ces aléas politiques, entre autres, sont ce qui rend le partenariat avec Scripps si précieux pour la continuité du programme, explique Tans.
«Il est possible qu'un futur président ou un congrès décide que le changement climatique est un canular, et nous allons réduire le programme de la NOAA», a-t-il déclaré. «C’est donc aussi une garantie contre de tels aléas. Nous ne voudrions pas que l'enregistrement de Mauna Loa soit interrompu, il est donc important que ce ne soit pas un laboratoire, mais différents laboratoires dans différents pays qui le font. ”
Vue du Mauna Kea depuis le sommet de l'observatoire du Mauna Loa. (Ted Coran) Assurer un financement constant pour la partie Scripps du programme comporte également des pièges. Les études d'observation à long terme, explique Keeling, relèvent souvent des agences fédérales, qui disposent souvent d'un flux de financement plus prévisible pour les projets dans un délai prolongé. Pour les agences privées, l'accent est souvent mis sur les nouvelles découvertes et non sur la surveillance continue d'un phénomène connu.
«Le défi est qu’il existe une attente, en tant que concept de ce que l’entreprise scientifique est supposée être, que vous devriez aller d’un endroit à un autre et faire une découverte, puis vous devez vous rendre dans un autre endroit et faire une autre découverte», dit Keeling. . «C’était un problème auquel mon père était confronté et, d’une manière générale, la communauté engagée dans ce processus doit continuer à répondre. La réponse est que nous n'étudions pas la même chose encore et encore: nous examinons la Terre à une époque de changements extraordinaires, et il serait très irresponsable et étrange de simplement désactiver le flux d'informations. "
Au mieux, la surveillance constante du dioxyde de carbone atmosphérique à Mauna Loa aurait pu entrer dans une nouvelle phase importante: la surveillance des efforts mondiaux visant à réduire la pollution par les gaz à effet de serre. En décembre, près de 200 pays se sont réunis à Paris et ont convenu d'adopter des efforts visant à maintenir le monde bien au-dessous de 2 degrés Celsius de réchauffement - la limite consensuelle pour laquelle les conséquences du changement climatique deviendraient vraiment, vraiment. Les écologistes et les climatologues ont généralement applaudi à l'accord, mais l'un des principaux sujets de préoccupation était de savoir comment le monde pourrait-il savoir si les pays respectaient leurs promesses? Comment pouvons-nous être sûrs que l'accord fonctionne réellement?
C'est à ce moment-là que la TAN de la NOAA pense que le programme de mesure du carbone peut être utile et qu'il voit le programme se poursuivre, du moins en partie, à l'avenir.
«Il doit y avoir un moyen de vérifier objectivement dans quelle mesure ces politiques sont réellement efficaces. Nous réfléchissons depuis longtemps à la façon dont nous pouvons faire cela, comment faire des mesures de telle sorte que si un objectif politique est de réduire de 20% les émissions en 10 ans, pouvons-nous réellement mesurer cela à partir de l'atmosphère? " dit.
Les chercheurs de la NOAA ont pratiqué la mesure de sources connues de méthane à travers les États-Unis pour tenter de mesurer et de quantifier les réductions d'émissions de gaz à effet de serre. Ils se tournent maintenant vers le dioxyde de carbone dans les villes et tentent de mettre au point une méthode permettant de capter les changements d'émissions de carbone au niveau des villes et même de déterminer si ce carbone provient d'une source naturelle ou de la combustion de combustibles fossiles. .
Pour un projet qui a passé plus de la moitié du siècle dernier à comprendre l'influence dangereuse de l'humanité sur le climat, c'est une perspective prometteuse. "Si l'accord de Paris porte ses fruits et conduit à une réduction des émissions, nous commencerons à le voir apparaître dans le disque de Mauna Loa, et ce sera une nouvelle découverte: nous verrons que les humains courbent le virage", Ralph Keeling dit. "Je suis impatient de continuer à montrer qu'il existe un bouton de commande que nous pouvons exercer."
