Bien avant l’existence des négociations climatiques, plusieurs physiciens ont éclairé le rôle de l’atmosphère dans la température terrestre. Dans les années 1820, le physicien français Joseph Fourier s’interroge sur l’équilibre thermique de la Terre et sur le rôle de son atmosphère. Il met en évidence la nécessité d’expliquer pourquoi la planète conserve une température compatible avec la vie. Ses travaux ne correspondent pas encore à la formulation contemporaine de l’effet de serre, mais ils ouvrent une interrogation centrale : comment les propriétés de l’atmosphère influencent-elles la température de surface ?
Au XIXe siècle, l’étude expérimentale des gaz atmosphériques donne à ces intuitions une base physique plus précise. La scientifique Eunice Newton Foote présente en 1856 des observations montrant la capacité du dioxyde de carbone à favoriser l’échauffement dans ses dispositifs expérimentaux. Quelques années plus tard, John Tyndall mesure l’absorption du rayonnement infrarouge par plusieurs gaz atmosphériques, notamment la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone. En 1896, le savant suédois Svante Arrhenius propose des calculs sur les effets thermiques d’une variation de la concentration de dioxyde de carbone. Ses méthodes comportent des limites importantes, mais elles établissent un lien théorique entre composition de l’atmosphère et température globale.
Ces découvertes se construisent par étapes et ne constituent pas, dès l’origine, une théorie complète du changement climatique contemporain. Fourier étudie le bilan thermique terrestre, Tyndall les propriétés d’absorption de certains gaz et Arrhenius les effets possibles des variations du dioxyde de carbone. Les mesures et les modèles développés au XXe siècle préciseront ensuite les mécanismes, les interactions et les ordres de grandeur. Leur trajectoire montre comment des recherches fondamentales, menées dans des contextes différents, deviennent les fondements d’une expertise indispensable aux décisions politiques actuelles.