La Recherche - Veolia Environnement

MODÉLISATION CLIMAT
Météo incertaine
pour 2050
Sylvie
Joussaume,
Sandrine
Bony, Pascale
Braconnot,
Jean-Louis
Dufresne
et Pierre
Friedlingstein
sont chercheurs à
l’Institut Pierre-Simon-
Laplace (IPSL), à Paris.
Serge Planton
est chercheur au Centre
national de recherches
météorologiques
de Météo-France,
à Toulouse.
Laurent Terray
est chercheur au Centre
européen de recherche
et de formation avancée
en calcul scientifique
(Cerfacs), à Toulouse.
Pour prévoir l’évolution du climat, il faut d’abord comprendre le rôle
des nuages, le cycle du carbone, la fonte des glaces… En attendant, il y a
de fortes chances que les émissions de gaz à effet de serre réchauffent
la planète.
Depuis le début de l’ère industrielle, la
demande croissante en énergie et l’explosion
de la démographie ont conduit à
une augmentation de la concentration de
plusieurs gaz dans l’atmosphère : dioxyde
de carbone (CO 2 ), méthane, oxyde nitreux, chlorofluorocarbures
(CFC). Tous ces gaz renforcent l’effet
de serre naturel : ils absorbent une partie du rayonnement
infrarouge émis par la Terre et réémettent
un rayonnement vers sa surface, ce qui contribue à
la réchauffer. Parallèlement, on assiste à une hausse
de la température moyenne à la surface du globe, de
0,75° C depuis cent ans.
Ce réchauffement est deux fois plus important en
Arctique, où les glaces fondent de façon spectaculaire.
Si l’on se base sur le minimum saisonnier de la banquise,
au mois de septembre, les données satellites
disponibles depuis 1978 indiquent que son extension
diminue de 7 % par décennie. Ces dernières
décennies ont aussi été marquées par une augmentation
des fortes pluies et des vagues de chaleur sur
la majeure partie des continents. Mais à quel point
ces changements climatiques sont-ils dus aux activités
humaines ? Pour répondre à cette question, il
faut faire appel aux modèles de climat.
Développés depuis les années 1960, ces modèles sont
des maquettes numériques représentant la circulation
de l’atmosphère et des océans. L’ensemble est
découpé en un grand nombre de boîtes, les « mailles »
du modèle, d’environ 200 à 300 kilomètres de côté
pour l’atmosphère et de 100 à 200 kilomètres pour
les océans (fig 1). Pour chacune de ces boîtes élémentaires,
on calcule les variables de base du système
– température, pression, vent, humidité – à partir
des lois de conservation de la physique, comme la
conservation de la masse, de la quantité de mouvement,
de l’énergie. L’étape suivante consiste à modéliser
les phénomènes survenant à une échelle inférieure
à celle des mailles, comme la turbulence ou
la formation des nuages. Comme il est impossible de
FIG. 1
Puzzle en 3D
Humidité, température et vitesse des vents
sont calculées dans les mailles (volumes élémentaires)
de l’atmosphère ; salinité, température et vitesse
des courants dans celles de l’océan.
SOURCE : L. FAIRHEAD, CNRS, IPSL/LMD
représenter toute la complexité de ces phénomènes,
des paramètres simples comme la taille moyenne
des gouttelettes des nuages sont introduits. Cette
étape importante, appelée « paramétrisation », est à
l’origine des principales différences entre modèles.
En effet, la valeur des différents paramètres n’est
pas déterminée de façon univoque, mais calculée à
partir des principes de base de la physique, de façon
à représenter au mieux la réalité.
Forcer les modèles
Dans un second temps, les modèles sont évalués sur
un grand nombre de cas tests, en comparant leurs
résultats avec les observations réelles. Sans être parfaits,
les modèles, dont on dispose aujourd’hui, représentent
malgré tout assez bien les grandes caractéristiques
du climat et leur variabilité. On observe
cependant quelques biais, comme la difficulté à
représenter le phénomène El Niño, un courant
chaud qui apparaît régulièrement dans le Pacifique
suite aux interactions entre l’atmosphère et l’océan
et qui perturbe le climat des régions tropicales. Reste
qu’évaluer ces modèles sur le climat actuel ne suffit
pas à prouver leur capacité à simuler un climat différent.
Aussi sont-ils également testés sur des climats
passés, comme lors de la dernière glaciation, il y a
vingt mille ans, ou pendant le moyen Holocène, il
y a six mille ans, quand le Sahara était plus humide.
L’évaluation des différents modèles climatiques au
niveau international montre alors qu’il n’existe pas
de « meilleur » modèle, idéal, et qu’il est nécessaire
d’en considérer plusieurs, leur moyenne étant
souvent plus réaliste.
Une fois ces modèles établis, on a pu les utiliser pour
déterminer la part respective des causes naturelles et
de l’action humaine dans le réchauffement observé
au cours du xxe siècle. L’opération consiste à simuler
le climat du siècle passé, soit en tenant compte
uniquement des perturbations d’origine naturelle
susceptibles d’agir sur le climat (comme l’activité
solaire ou les émissions volcaniques), soit en ajoutant
dans le modèle les facteurs d’origine humaine, en
l’occurrence les rejets de gaz à effet de serre. Dans
le jargon des modélisateurs, on dit qu’on « force »
le modèle. En regardant ensuite quelle simulation
se rapproche le plus de la réalité, on en déduit l’impact
éventuel de l’action humaine sur le climat. La
comparaison détaillée entre les observations et les
simulations montre ainsi que le réchauffement de la
seconde moitié du xxe siècle est très probablement
dû à l’augmentation des gaz à effet de serre.
Qu’en sera-t-il de l’évolution future du climat ? Pour
le savoir, différents scénarios socio-économiques
ont été envisagés par le Groupe intergouvernemental
d’experts sur l’évolution du climat (GIEC)
(lire « Peut-on lire dans le futur ? », p. 26).
MODÉLISATION CLIMAT
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k
LA FONTE DES
CALOTTES GLACIÈRES
ARCTIQUES COMMENCE
À ÊTRE INTÉGRÉE
DANS LES MODÈLES, MAIS
LES RÉPERCUSSIONS
SONT TRÈS MAL CERNÉES.
© CNRS PHOTOTHÈQUE/MERCIER DENIS