Quelle est l’emprise de l’homme sur la planète ?

J.C. Maurin, Professeur agrégé de physique

Les Alarmistes malades de la Presse

Comme toute espèce vivante, l’homme influence son environnement. Hélas, ce constat évident est souvent dénaturé pour être transformé en une conviction alarmiste : l’humanité aurait désormais une emprise excessive sur la planète, provoquant ainsi diverses catastrophes. Grâce à l’appui actif de la presse, cette conviction est devenue le fondement de l’alarmisme contemporain. Les médias favorisent en effet l’orthodoxie à cette conviction en rendant sa contestation risquée (selon que vous serez doxa ou hérésie, leur jugement du jour vous rendront blanc ou noir).
L’article rassemble quelques ordres de grandeurs qui tempèrent quelque peu cette conviction alarmiste. En réalité, l’homme (ce pelé, ce galeux d’où venait tout le mal), apparaît parfois trop faible pour être blâmé. Version pdf de l’article ici.

 Illustration par Granville d’une fable de La Fontaine

Les ordres de grandeurs proposés dans cet article sont parfois mal connus (§2, §3, § 5.2).
En ce qui concerne l’humanité, on retient les 8 milliards d’humains de l’année 2023. Une emprise, c’est une surface de terrain (voir §1) mais c’est aussi une influence (voir §2, §3, §4).

1.   L’homme à la surface de la Terre

  • La planète Terre présente une surface de 510 millions de km² = 510 x 106 km² ou 5,1 x 1014 m². Une telle surface est vraiment très grande : pour comparaison, la superficie de la France n’est que ≈ 0,5 million de km² soit 0,1 % du globe, celle de l’Union Européenne est seulement ≈ 4,2 millions de km² soit 0,8 % du globe (ici).
  • ‌La majorité de la population est urbaine: les villes concentrent 57 % des humains (ici) sur une surface de 1,9 x 106 km² soit 0,37 % du globe (ici). La surface des constructions seules (urbain + rural) est 0,83 x 106 km² soit 0,16 % du globe (ici).
    L’aire totale d’habitation (urbain + rural) est plus vaste que l’aire des constructions et dépend de la définition retenue (ici).
    Cette aire d’habitation serait de l’ordre de 4 x 106 km², ce qui correspond à 4 / 510 = 0,78 % de la surface du globe.
  • L’aire d’habitation de 4 x 106 km² correspond à la surface qu’occuperaient 8 milliards d’humains disposant chacun d’un carré de 22 m de côté ou d’un disque de 25 m de diamètre. Cette surface habitée (0,78 % du globe) est proche de l’aire de l’Union Européenne = 4,2 x 1012 m² soit 0,8 %du globe.
  • Les terres à usage agricole (ici) occupent ≈ 51 x 106 km², soit  51/510 = 10 % de la surface du globe.
    Toutefois, hors pâturages, les cultures agricoles correspondent seulement 14 x 106 km² soit 2,7 % du globe.

Figure 1 : Emprise des surfaces (1 million de km² = 1012 m²), l’homme est présent (en permanence) sur 1 % à 4 % du globe.

  • Ces ordres de grandeurs montrent que l’influence directe de l’homme sur la planète s’exerce principalement sur quelques pourcents du globe. La quasi-totalité de la surface de la Terre est libre de présence humaine permanente.
  • A noter que la plupart des observations thermométriques sont situées dans cette aire d’habitation et concernent les 300 dernières années de l’Holocène = interglaciaire relativement stable depuis 10 000 ans (ici). Les mesures thermométriques disponibles concernent donc principalement 0,8 % de la planète alors de 3 % de l’Holocène: la tendance humaine de forger son jugement à partir de son environnement immédiat est un biais à la fois redoutable et intemporel.

 
2.   L’homme, le carbone et la vie

  • La vie sur Terre est basée sur le carbone : pour les êtres vivants (illustration Biosphère), on estime à ≈ 550 Gt-C la masse de carbone correspondante (1 Gt = 1012 kg), dont plantes ≈ 450 Gt-C (ici). Il existe aussi du carbone organique correspondant à des organismes morts (nécro masse), situé surtout dans les sols et difficile à estimer : 2000 Gt-C ?
    Mais la majeure partie du carbone sur Terre se trouve dans la lithosphère, sous forme de kérogène (107Gt ?) et surtout de roches carbonatées (108 Gt ?).
  • A l’échelle de quelques siècles, le carbone est échangé principalement entre 3 compartiments : Océan – Atmosphère – Biosphère / Sols (nécro masse). Ce carbone ‘circulant’ (susceptible d’être échangé en quelques siècles) est grossièrement estimé à ≈ 42 500 Gt-C ou 42 500 1012 kg de carbone ‘circulant’.

 
Figure 2a : Masses de carbone ‘circulant’ sur Terre (ici) Les pourcentages des 3 colonnes sont calculés relativement à : carbone circulant, carbone Biosphère, carbone Animal.

  • La masse des animaux correspond à 0,006 % du carbone ‘circulant’ soit aussi 0,47 % du carbone Biosphère. L’homme et les animaux qu’il exploite directement par l’élevage correspondent à 0,03 % du carbone Biosphère ou 6,16 % du carbone Animal. Néanmoins, il peut arriver que l’influence de l’homme soit notable : la majorité des mammifères (bovins, ovins, porcins) comme des oiseaux (poulets) relèvent désormais de l’élevage (fig.2a rubrique Bétail). La biomasse cultivée par l’homme correspondrait à ≈ 15 Gt-C soit ≈ 3 % des plantes ≈ 450 Gt-C.

Figure 2b : Biosphère et masses de carbone en Gt (ici). A droite →biosphère ≈550 Gt ≈550 1012 kg ; à gauche →animaux ≈ 2,6 Gt ≈ 2,6 1012 kg

  •  En complément, le lecteur peut consulter l’article SCE_2018 qui montre que les incertitudes sont très grandes notamment pour les bactéries ≈ 70 Gt ?

3.  L’homme modifie la planète → puissance anthropique

  • En physique, la possibilité d’agir se mesure en watt, que ce soit pour déplacer des matériaux, édifier des ouvrages, chauffer des logements ou tout autre action humaine. La puissance (énergie en joule divisée par la durée en seconde) chiffre la possibilité d’agir physiquement sur un système.
  • Quelle est l’énergie mobilisée par l’humanité chaque année ? 
    Lors d’une année (3,16 107 secondes), l’humanité mobilise ≈ 600 x 1018 joules (≈165000 TWh ≈ 14 Gtep) d’énergie primaire (ici). Cette énergie est issue à 87 % des combustibles fossiles et correspond à une puissance ‘anthropique’ ≈ 0,02 PW (600 x 1018/3,16 x 107 = 1,9 x 1013 W = 0,019 PW avec 1PW = 1 pétawatt = 1015 W).
    Toutefois, une telle puissance est surévaluée car celle réellement disponible est ≈ 0,012 PW du fait du passage d’une énergie primaire (≈ 600 x 1018 joules) vers une énergie finale (≈ 400 x 1018 joules).
    Chacun des 8 milliards d’humains dispose donc en moyenne d’une puissance utile de 1500 W = 1,2 1013 / 8 109.
  • A la surface de la Terre (altitude 0), le Soleil délivrerait une puissance ≈ 92 PW (moyenne annuelle) soit 4800 fois la puissance ‘anthropique’ ≈ 0,02 PW. La figure 3a permet au lecteur de comparer cette puissance ‘anthropique’ totale (0,02 PW) avec les diverses puissances naturelles en jeu dans le système Terre/Atmosphère.

Figure 3a :  Puissances naturelles en jeu dans le système Terre / Atmosphère (ici) ; 1 PW = 1 Pétawatt = 1015 W. Non représentée ici, la puissance géothermique issue de l’intérieur de la Terre serait inférieure à 0,05 PW (ici).

  • Ce constat (la puissance ‘anthropique’ est insignifiante relativement aux puissances naturelles) permet d’apprécier un aspect de l’influence anthropique. Cet aspect absolument majeur est souvent oublié par les politiques ou les médias.
  • Un autre aspect lié à cette puissance ‘anthropique’ est la quantité de CO2 émise pour pouvoir en disposer. Selon le GIEC (AR6 SYR § A.1.3), le cumul des émissions anthropiques depuis la révolution industrielle est 2400 Gt-CO2 → 655 Gt-C.
  • L’homme, en utilisant les combustibles fossiles, a-t-il fortement perturbé le cycle du carbone ‘circulant’ ?
    En comparant avec la masse de carbone ‘circulant’ ≈ 42500 Gt-C (fig. 2a), cette injection anthropique de carbone supplémentaire correspond à ≈ 655 / 42500 = +1,5 % → une perturbation effectuée par l’homme en ≈ 2,5 siècles.

 
Figure 3b : Stocks et Flux de carbone échangé entre 3 compartiments (à gauche), Stocks de carbone ‘circulant’ en quelques siècles (à droite). La perturbation anthropique (en rouge) est déjà comptabilisée dans les 3 compartiments (6 % + 2,1 % + 91,9 % = 100 %).

  •  En quelques siècles, il semble plausible que la perturbation anthropique se répartisse en fonction de la taille des 3 compartiments: la perturbation terminerait majoritairement dans Hydrosphère, suivie de Biosphère/Sols, enfin Atmosphère.

4.  Eau et nourriture pour l’homme

4.1 Eau douce

  • L’eau sur Terre correspond à un volume ≈ 1,39 x 1018 m³, essentiellement dans les océans (USGS).
    Le stock d’eau douce correspond à ≈ 3,48 x 1016 m³ dont une infime partie se trouve dans l’atmosphère (≈ 1,3 x 1013 m³ soit 0,04 % de l’eau douce). Cette eau atmosphérique va donner des précipitations de 1,1 m /an, soit 1,5 x 1012 m3 / jour (moyenne sur le globe entier).

Figure 4 : L’eau sur la Terre (ici)

  • Relativement aux océans, la pluviométrie est plus faible sur les continents ≈ 0,81 m /an. Ce qui correspond également à  3,3 x 1011  m³ / jour sur l’ensemble des continents → une eau utilisable par les humains. Ainsi, au moins en théorie, les 8 milliards d’humains disposeraient jusqu’à 3,3 x 1011 / 8 x 109 = 41,25 m3, soit ≈ 41 000 litres par personne et par jour.
  • Toutefois, selon la FAO, en déduisant l’évapotranspiration, l’eau réellement disponible sur les continents serait ≈ 16 000 litres par personne et par jour (à comparer avec la moyenne française du besoin en eau ≈ 150 litres/personne/jour).
  • Il faudrait 80 000 ans pour épuiser la totalité de l’eau douce = 3,48 x 1016 m³ (8 milliards d’humains consommant chacun  150 litres/jour). Mais, d’une part l’eau douce consommée ne disparaît pas (seulement provisoirement détournée du cycle naturel) et d’autre part l’eau douce est presque inépuisable (car provenant de l’évaporation de l’océan = 1,35 1018 m³).

4.2  Nourriture

  • L’alimentation humaine provient principalement des céréales, des fruits et des légumes. Les protéines sont issues de l’élevage (bétail, volailles) ou de la pêche/aquaculture.
  • Les cultures agricoles utilisent ≈14 millions de km² = 1,4 x 1013 m². En moyenne, chacun des 8 milliards d’hommes dispose donc de 0,175 ha (1,4 x 1013 / 8 x 109 = 1750 m²). Une telle surface agricole, si elle produisait du blé avec un rendement de 6 tonnes/ha fournirait à chaque homme 1050 kg de blé soit presque 3 kg par jour et par récolte.
  • Selon la FAO, la quantité disponible pour la consommation en fin de la chaîne d’approvisionnement serait de ≈ 2900 kcal par personne et par jour (la quantité effectivement consommée est inférieure). Pour l’humanité, le total annuel disponible est ≈ 2900 x 8 x 109 x 365 = 8,5 x 1015 kcal soit 3,5 x 1019 joules (à l’altitude 0, le soleil délivre annuellement 3 x 1024 joules).
  • ‌Selon l’UNEP, 132 kg de nourriture sont perdus (par an et par humain), ce qui correspond à 19% du total consommé ≈ 700 kg. Pour les 8 milliards d’humains, on perd donc ≈ 1 Gt de nourriture sur les quelques ≈ 5 Gt disponibles annuellement (1 Gt = 1012 kg). En moyenne, 1kg de nourriture correspondrait donc à 8,5 x 1015 / 5 x 1012= 1700 kcal.
  • À partir des données de la FAO, le tableau ci-dessous propose quelques ordres de grandeurs (en masse) pour la production agricole et pour la consommation humaine (différente de la production). Une partie importante de la production agricole est perdue, ou bien utilisée pour nourrir les animaux (Soja, Maïs, etc.).

 Figure 5 : Production et consommation humaine de nourriture dans le monde (ici)

  • La consommation journalière de 1,4 kg de nourriture par chacun des 8 milliards d’humains correspond à une masse annuelle ≈ 4 x 1012 kg soit 4 Gt / an, une valeur compatible avec les diverses estimations ci-dessus.
  • La biosphère (550 Gt-C), dont végétaux (450 Gt-C) fournirait une production annuelle de carbone → NPP* ≈ 70 Gt-C /an.
    * NPP = productivité primaire nette ≈ 50 % de la GPP ≈ 140 Gt-C (ici) = productivité primaire brute (ici ou ici).
    Ce carbone ≈ 70 Gt-C /an est extrait de l’atmosphère (voir flux 3 à la fig.3b). Celle-ci se renouvelle principalement par le dégazage océanique et la décomposition végétale (voir flux 1 et 4 à la fig.3b).
  • Cette production naturelle (NPP ≈ 70 Gt-C / an) est largement supérieure à l’alimentation humaine (≈ 5 Gt / an). En estimant que 1 kg de nourriture contient moins de 50 % de carbone on obtient 2 Gt-C /an soit 2/70 ≈ 3 % de la NPP.

 
5.  De l’utilité des ordres de grandeurs face à l’alarmisme

 5.1 Un premier exemple

  • Selon les médias qui se basent sur le GIEC/ONU, il serait établi que le volume total des glaces diminue depuis plusieurs décennies. Afin d’attester une perte de masse, on montre souvent des photographies (avant/après) de glaciers alpins. On met aussi en exergue la diminution de la surface de la banquise Nord. Ces arguments sont factuels, mais rarement associés aux ordres de grandeurs des volumes et superficies de la cryosphère (ensemble des glaces).

Figure 6 : Graphes en secteurs des composantes de la cryosphère selon Table 4.1 de l’AR5.
A gauche, volumes ou masses: la masse totale de la cryosphère serait ≈ 26,2 1018 kg , son volume ≈ 28,6 x 1015 m3. A droite, surfaces englacées : la surface totale serait ≈ 37,5 x 1012 m², soit 7,3 % de la surface terrestre.

  • Aucune figure similaire à cette figure 6 n’est présente dans l’AR6 WG1, un oubli malencontreux ou une négligence coupable dans un rapport du GIEC/ONU qui comporte pourtant 459 figures. Glaciers alpins et banquise Nord, souvent mis en avant dans les rapports, correspondent ensemble à 0,05 % des glaces alors que le seul Antarctique Est correspond à 77 % de la cryosphère (ici).
  • On propose au lecteur une comparaison permettant de saisir l’utilité des ordres de grandeurs : un hypothétique gain de 0,03 % en Antarctique Est (marge d’erreur→ §4 ici) l’emporte sur une perte médiatisée de 35 % (ici et ) pour la somme banquise Nord plus glaciers alpins :  →0,03 % x 77 % x 28,6 x 1015 = 6,6 x 1012 m3  >  5 x 1012 m3 = 35 % x 0,05 % x 28,6 x 1015.
    Un tel gain hypothétique (+0,03%) en Antarctique Est peut passer inaperçu à cause d’une précision médiocre des mesures in situ en Antarctique Est (sous-échantillonnage dans le temps et l’espace).

5.2 Un deuxième exemple

  • On a nommé et décrit scientifiquement environ 2,1 millions d’espèces, mais on estime qu’il en existe bien davantage : le total des espèces serait de l’ordre de 10 millions, peut-être davantage. Les médias sont surtout sensibles au sort des mammifères (6500 espèces soit 0,3 % des espèces décrites) ou plus généralement des vertébrés dont nous faisons partie. Les vertébrés constituent pourtant une minorité des espèces décrites (≈ 50 000 espèces soit 2,5 %) et une infime minorité (0,5 %) des espèces totales. Leur masse (carbone) n’est que de l’ordre de 0,2% de la masse de la biosphère. Il n’est donc pas certain que les vertébrés soient représentatifs de la biodiversité globale. On peut encore plus douter que la biodiversité en Europe soit représentative de la biodiversité globale.
  • Quel est le taux actuel de disparition des espèces ? Il serait compris entre 0,01% et 0,5% chaque année (ici ou ).
    Sur le sujet une étude récente est disponible ici, dont les tableaux récapitulatifs sont consultables .
  • Mais ce taux de disparition actuel semble mal connu et peut difficilement être comparé au taux de disparition du passé géologique qui est encore moins connu. Par ailleurs la notion d’espèce biologique reste discutable, particulièrement pour les fossiles.
  • Il semble donc que l’alarmisme sur la biodiversité globale ne soit fondé sur aucune base chiffrée solide.
    L’organisation des Nations Unies promeut néanmoins l’IPBES, censée faire une synthèse sur la biodiversité à l’instar du GIEC pour le climat (les princes étant de ces gens-là, qui sur ces disciplines se font un chimérique empire).

5.3 Un dernier exemple

  • Le GIEC/ONU assure que ses rapports refléteraient un ‘consensus scientifique’ existant sur les évolutions récentes du climat. Dans le dernier rapport scientifique (AR6 WG1), les rédacteurs se plaisent à mettre en avant le nombre d’auteurs = 234 auteurs (+ 800 contributeurs) mais surtout le nombre d’articles utilisés ≈ 14 000.
    Ces nombres peuvent impressionner un lecteur influencé par les médias et doivent être mis en perspective.
  • Selon l’Unesco il existerait dans le monde ≈ 9 millions de chercheurs scientifiques, qui publieraient annuellement plus de 2 millions d’articles scientifiques. En se restreignant aux sciences ‘dures’ qui sont utiles à l’étude du climat  (physique, mathématique, géologie, etc.), on aurait au moins 3 millions de scientifiques ‘durs’ publiant annuellement 1 million d’articles. En se restreignant aux publications comportant le terme ‘climate change’, on obtient ≈ 100 000 publications annuelles. Mais un cycle d’évaluation du GIEC dure ≈ 6 ans : lors d’un tel cycle, on aurait donc environ 6 millions d’articles en sciences « dures » dont 600 000 avec le terme ‘climate change’.
  • Ainsi informé, notre lecteur réalise que ≈ 40 membres du bureau du GIEC ont sélectionné pour l’AR6 WG1 environ 0,03 % des scientifiques ‘durs’ (234+800 / 3 000 0000). Les 234 auteurs (0,01 %) ont sélectionné 14 000 articles soit 0,2 % des publications de sciences ‘dures’ liées au climat (14 000 / 6 000 000). Ces 14 000 articles représentent aussi 2 % des articles scientifiques (14 000 / 600 000) comportant le terme ‘climate change’ (valeurs très approximatives).
  • Désormais éclairé, il est possible que ce lecteur perçoive mieux l’intérêt des ordres de grandeurs. Peut-être même jugera-t-il utile de consulter des points de vue opposés aux 0,03 % de scientifiques sélectionnés par ≈ 40 membres du bureau du GIEC. Il trouvera de tels points de vue ici même : les auteurs SCE sont parmi les 99,97 % de scientifiques ‘durs’ peu écoutés par les organisations intergouvernementales.
  • Notre lecteur éclairé devrait même se hâter de consulter ces opinions schismatiques : pour l’instant, de pareilles lectures ne tombent pas encore sous le coup de la loi (car on doit souhaiter selon toute justice que le plus coupable périsse).

6.  Conclusions

  • Les hommes occupent pour leur habitat moins de 1 % de la surface du globe et utilisent moins de 3 % du globe pour les cultures agricoles. Environ 95 % de la surface de la planète n’est pas occupée (en permanence) par les hommes.

  • Les mesures thermométriques, qui existent depuis ≈ 300 ans (3 % de l’Holocène), ont été majoritairement réalisées dans les zones d’habitat (1 % du globe), des lieux qui sont fortement influencés par la présence humaine.

  • L’humanité et tous les animaux qu’elle utilise correspondent ensemble à ≈ 0,16 Gt-C, soit 6 % des animaux (≈ 2,6 Gt-C).
    La biomasse cultivée par l’homme ≈ 15 Gt-C correspond à ≈ 3 % des plantes ≈ 450 Gt-C (1Gt-C = 1012 kg de carbone).

  • La puissance totale dont dispose l’humanité est inférieure à 0,02 PW (1PW = 1 pétawatt = 1015 W) . Elle provient essentiellement des combustibles fossiles. Cette puissance totale ‘anthropique’ est insignifiante par rapport aux puissances naturelles : ≈ 174 PW provenant du soleil (au-dessus de l’atmosphère), ≈ 90 PW qui subsistent à l’altitude 0 dont ≈ 50 PW sont utilisés pour le cycle de l’eau.

  • La quantité totale cumulée de carbone, issue des combustibles fossiles brûlés depuis la révolution industrielle, correspond à un apport ≈ 1,5 % pour le carbone circulant entre les 3 compartiments Hydrosphère – Atmosphère – Biosphère/Sols.

  • La biosphère, en puisant le carbone de l’atmosphère, fixerait annuellement ≈ 70 Gt de carbone  (1Gt = 1012 kg). La nourriture consommée annuellement par l’humanité correspondrait à une masse ≈ 5 Gt comportant ≈ 2 Gt de carbone soit ≈ 3 % du carbone fixé par la biosphère.

  • Pour les 8 milliards d’humains, les précipitations sur les terres continentales correspondent à une moyenne ≈ 41 000 litres par personne et par jour. Mais, selon la FAO, seulement 16 000 litres / personne / jours seraient potentiellement disponibles, soit plus de 100 fois le besoin moyen ≈ 150 litres / personne / jour. L’existence de pénuries d’eau dans certaines zones ne peut pas justifier le fantasme irrationnel d’un manque d’eau global.

  • La méconnaissance des ordres de grandeurs conduit à largement exagérer l’influence (réelle mais limitée) de l’humanité sur la planète. De cette surestimation naît un mal qui répand la terreur : l’alarmisme (puisqu’il faut l’appeler par son nom).

  • En quelques décennies, cette peste a contaminé les médias mais aussi les organismes intergouvernementaux : ils ne mouraient pas tous, mais tous étaient frappés.

 
Références

1  Surfaces
http://ourworldindata.org/grapher/land-use
https://ourworldindata.org/grapher/urban-land-area
https://ourworldindata.org/urbanization
Superficie des zones urbaines
Superficie des terres agricoles
Usage des sols
Global forest ressources assesment

2  Carbone
La-biomasse-globale-de-larges-incertitudes-egalement-sur-le-cycle-du-carbone
The Biomass Distribution on Earth   https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1711842115 
Biodiversité, faut-il vraiment paniquer ?

3  Énergie
https://www.energyinst.org/__data/assets/pdf_file/0004/1055542/EI_Stat_Review_PDF_single_3.pdf
https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/chaleur-Terre-geothermie.xml
https://www.science-climat-energie.be/2021/09/14/puissances-en-jeu-dans-le-systeme-terre-atmosphere-3-3/

4  Nourriture et Eau
USGS : How Much Water is There on Earth?
https://www.fao.org/4/I9253FR/i9253fr.pdf
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1711842115
https://ourworldindata.org/agricultural-production
https://wedocs.unep.org/handle/20.500.11822/45230
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/gcb.14950

5  Téléchargements
L’article au format pdf

6  Consensus scientifique versus conviction dogmatique
Réflexions concernant la Déclaration sur l’intégrité de l’information en matière de changement climatique
Optimisme du modélisateur, scepticisme de l’observateur
The Rational Climate eBook (§1.3.pages 21-31)
La beauté est dans l’œil de celui qui regarde

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