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La courbe de Keeling, nommée d'après le chercheur américain Charles David Keeling, est un graphique qui représente la hausse de la concentration du dioxyde de carbone (CO₂), un gaz à effet de serre, dans l'atmosphère terrestre, au cours du temps. Elle se fonde sur des mesures effectuées de manière presque continue depuis 1958 à l'observatoire du Mauna Loa, à Hawaï, dans l'océan Pacifique.

Ce programme de mesures est lancé à l'occasion de l'Année géophysique internationale, en 1957–1959, par le géochimiste Charles Keeling, au sein de l'institut d'océanographie Scripps (San Diego, Californie), dirigé par l'océanographe Roger Revelle, et avec le soutien du météorologue Harry Wexler, de l'US Weather Bureau. À cette époque, l'effet de serre est une théorie non prouvée et il n'existe pas de mesure fiable ni continue du CO₂ présent dans l'atmosphère.

Keeling élabore une nouvelle méthode de mesure très précise, qui emploie un capteur infrarouge non dispersif et est appliquée à des échantillons d'air collectés à Hawaï et en Antarctique. En dépit d'un financement précaire — qui le demeure jusqu'à nos jours — et à l'aide de techniciens et scientifiques sur place, le programme de mesures prouve de manière inédite que la concentration du CO₂ dans l'atmosphère est croissante et que sa hausse est proportionnelle aux émissions de CO₂ anthropiques (c'est-à-dire d'origine humaine) : contrairement à ce qu'une partie de la communauté scientifique pensait jusqu'alors, seule la moitié environ du surplus de CO₂ dans l'atmosphère est absorbée par les puits de carbone et en particulier l'océan, le reste s'accumule dans l'atmosphère.

La courbe de Keeling et les mesures sous-jacentes sont une avancée significative dans l'histoire de la recherche sur le changement climatique. Charles Keeling consacre sa vie à ce travail scientifique, jusqu'à sa mort en 2005, après laquelle son fils, l'océanographe Ralph Keeling, poursuit ces recherches.

Plus longue et plus ancienne série de mesures du CO₂ — il faut attendre 1974 pour que la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) élabore un vaste programme de mesure, et 1989 pour qu'un véritable réseau mondial coordonné soit créé —, la courbe de Keeling revêt également des aspects symboliques. Parce qu'elle donne à voir avec simplicité comment la combustion des combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz) par l'humanité perturbe l'atmosphère et le cycle du carbone, la courbe est devenue un symbole du changement climatique, voire de l'anthropocène. Elle est en outre un symbole scientifique qui souligne l'importance des programmes de mesure in situ.

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