Comment peut-on savoir ce qui va se passer plus tard ?

Source : Jean-Marc Jancovici, membre du Comité de Veille Ecologique de la Fondation. Site perso.

Les modèles

Les outils dont nous disposons actuellement pour tenter de savoir ce qui peut se passer à l'avenir sont des modèles climatiques.

Un modèle climatique n'est rien d'autre (les climatologues trouveront peut-être que ce n'est déjà pas si mal !) qu'un logiciel très complexe. Il s'agit donc d'un gros programme pour ordinateur, construit de la manière suivante :

on "modélise", c'est à dire que l'on représente, par des équations mathématiques, les principales lois qui régissent notre atmosphère,

on transforme ces équations en lignes de code informatique,

comme on ne peut pas décrire ce qui se passe absolument partout, on fait un maillage : on recouvre notre planète d'un filet imaginaire dont la maille (comme pour un filet de pêche, la maille est la distance qui sépare deux fils) mesure de l'ordre de quelques centaines de km de côté (dépend des modèles),

à chaque "noeud" du filet on fixe les conditions de départ en indiquant les valeurs que l'on y observe pour un certain nombre de choses (la température, les précipitations, le vent...) à un instant donné,

puis on fait "tourner le modèle", c'est à dire que l'ordinateur calcule, sur la base des équations et des valeurs intiales, comment évoluent les choses à chaque "noeud" du filet à intervalles de temps réguliers (en fonction de la puissance informatique dont on dispose, ce sera tous les mois ou toutes les demi-heures !).

L'un des avantages de ces modèles est qu'ils peuvent facilement prendre en compte une perturbation qui évolue au cours du temps, par exemple l'augmentation de la teneur en gaz à effet de serre : il suffit de rajouter une équation dans la liste.

La modélisation est une discipline qui ne date pas d'hier : les premiers modèles datent des années 60. Ce qui a permis un essor rapide de la discipline est plus l'augmentation de la puissance informatique disponible que l'amélioration de la connaissance du fonctionnement de l'atmosphère, fonctionnement qui était déjà assez bien connu il y a quelques dizaines d'années (avec comme conséquence que les premières "alertes" sur le réchauffement climatique datent de la fin des années 1960).

Par exemple, le temps de calcul pour simuler un mois d'évolution a été divisé par plus de 100 entre 1980 et nos jours !

Plus la puissance informatique augmente, et plus on peut utiliser des mailles de petite taille. Plus on travaille sur des périodes courtes, et plus on peut aussi diminuer la maille (ce qui augmente la précision des prévisions) : les météorologues, qui ne s'intéressent pas au climat qu'il y aura dans quelques siècles, mais à celui qu'il y aura demain ou dans 3 jours, travaillent sur des modèles assez voisins de ceux qu'utilisent les climatologues, mais avec des mailles de quelques kilomètres seulement.

Combien de modèles ?

Il existe actuellement une quinzaine de modèles de par le monde, sur lesquels travaillent environ 2.000 scientifiques. Bien sûr, les lois de la physique restent les mêmes partout, mais ces modèles sont quand même assez différents les uns des autres : les uns prennent en compte les effets des nuages, les autres pas, les uns prennent en compte certains phénomènes de la biosphère (la biosphère est l'ensemble des êtres vivants), les autres pas, etc.

En France, l'un des modèles a été réalisé par l'Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), rassemblant le Laboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS (LMD, unité commune à l'Ecole normale, l'Ecole Polytechnique, et l'Université de Paris VI - Jussieu) et le Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement du CNRS (unité mixte CEA - CNRS).

Que prennent-ils en compte ?

Tous les modèles ne prennent pas la même chose en compte. Voici les principaux items pris en compte. Attention ! Pris en compte ne veut pas dire que tout est connu sur le point considéré, mais simplement que "on en parle" dans le modèle :

la circulation de l'air dans l'atmosphère (tous les modèles),

la circulation océanique (tous les modèles),

les nuages (les plus récents),

les échanges de carbone entre l'atmosphère et la planète (tous les modèles, mais avec des degrés de sophistication différents),

les échanges d'énergie, en particulier sous forme de rayonnement électromagnétique, entre la Terre, l'océan, l'atmosphère et l'espace (tous les modèles).

Quelles sont leurs faiblesses ?

Les trois grandes sources d'incertitude des modèles sont les suivantes :

Tout d'abord notre système atmosphérique n'est pas entièrement prévisible. C'est bien pour cela qu'il arrive que la météo - qui travaille avec les mêmes modèles - se trompe, même si, statistiquement, elle a souvent raison (mais on entend surtout parler des fois où elle se trompe, ce qui induit un effet de déformation : il ne faut pas que l'arbre masque la forêt !),

Ensuite il y a d'inévitables simplifications lorsque l'on construit un modèle. Il est cependant légitime et courant de procéder de la sorte : le simple fait que l'on ait fait une simplification n'est pas nécessairement une source d'erreur. Par exemple, le plan de l'architecte ne reproduit pas tous les détails du futur bâtiment mais seulement les "choses les plus importantes" : pour autant, se fera-t-on une mauvaise idée de la facilité avec laquelle on circulera dans le bâtiment ?

Ils ne représentent toujours qu'une partie du système (mais les scientifiques pensent que c'est la principale). Parmi les éléments qui doivent être mieux pris en compte, on peut citer :

• puits et sources du carbone océanique et continental,
• l'évaporation continentale,
• la circulation océanique profonde (qu'il est difficile de mesurer),
• le cycle du méthane (le gaz du "pourrissement"),
• la prise en compte de l'augmentation de l'ozone troposphérique (celui qui est près du sol),
• le rôle des aérosols organiques ou minéraux (les poussières).

Mais il ne faudrait pas déduire du fait qu'il reste des zones d'ombres que l'on peut ignorer les résultats, ce qui serait jeter le bébé avec l'eau du bain !

Premières conclusions des modèles

Un point essentiel est que, même si ils sont construits de manière différente, même si les résultats chiffrés auxquels ils parviennent ne sont pas rigoureusement identiques, tous ces modèles aboutissent à des conclusions de même nature : l'homme modifie le climat dans le sens d'un réchauffement global de la planète. En outre ces modèles indiquent aussi que l'influence humaine sera de plus en plus forte si les émissions de gaz à effet de serre continuent comme maintenant.

La température moyenne de la planète va augmenter (cf. ci-dessous). La fourchette des évaluations va de 1 à 5 °C à l'horizon d'un siècle.

Sur le graphique ci-dessus on a représenté, à raison d'une courbe par modèle, l'augmentation de température moyenne de l'air au niveau du sol (ce que l'on appelle "la température moyenne de la Terre") en fonction des années (le 0 correspond à aujourd'hui). L'axe vertical est gradué en degrés. Tous les modèles ont été alimentés avec la même hypothèse : une concentration en CO2 qui augmente de 1% par an. Source IPSL

 

Les échanges d'eau entre la Terre et l'atmosphère vont augmenter (cf. schéma ci-dessous), Cela signifiera qu'il va pleuvoir plus souvent, ou....plus fort (avec une augmentation du risque d'innondations dans ce dernier cas)

Les courbes ci-dessus (une courbe par modèle) donnent l'évolution des précipitations moyennes annuelles par rapport à la situation actuelle (0 des ordonnées). Tous les modèles partent de la même hypothèse d'une concentration en CO2 qui augmente de 1% par an. L'axe vertical est gradué en millimètres d'eau par jour. Lorsqu'une courbe franchit la valeur 0,05, par exemple, cela signifie qu'à ce moment là les précipitations moyennes à la surface du globe augmentent de 0,05 mm d'eau par jour, soit un peu plus de 18 mm d'eau par an, soit encore 3,5% des précipitations actuelles (520 mm d'eau par an en moyenne). Toutefois ce surplus de précipitations ne serait pas réparti de manière égale partout : les modèles prévoient de grandes disparités en fonction de la lattitude. Les courbes ci-dessus (une courbe par modèle) donnent la répartition du surplus (ou du déficit) de précipitations en fonction de la lattitude au moment ou la concentration de CO2 dans l'atmosphère aura doublé (dans 60 à 80 ans si "rien ne change"). On voit par exemple que à la lattitude 60° Nord (Nord de l'Ecosse, Sud de la Norvège, où il pleut déjà pas mal, il pleuvra encore plus (70 mm d'eau par an en plus en moyenne) alors que vers 30°N (Californie, Sahara, Mongolie, bref des endroits peu arrosés) il pleuvra plutôt encore moins. Source IPSL

 

Enfin il y aura un réchauffement plus prononcé :

• la nuit (par opposition au jour),
• l'hiver (par opposition à l'été, ce qui n'est pas sans conséquence pour la végétation, voir plus loin),
• aux pôles (par opposition aux moyennes latitudes),

Les courbes ci-dessus (une courbe par modèle) donnent l'augmentation de température en fonction de la lattitude au moment ou la concentration de CO2 dans l'atmosphère aura doublé (dans 60 à 80 ans si "rien ne change"). On voit que les glaces du Pôle Nord (90° de lattitude Nord, à gauche sur la figure) sont les premières concernées : à ce moment là, l'augmentation moyenne de température au Pôle Nord pourrait aller jusqu'à 8° C ! - Source IPSL

• sur les continents (par opposition aux océans). Dans ce dernier cas, un facteur 2 à 3 entre l'augmentation globale et celle au-dessus des terres est parfaitement possible. Cela signifie que pour 3 °C d'augmentation de la température moyenne, qui est la prévisions médiane ("du milieu") pour 2100, nous pourrions avoir 6 à 9° C d'augmentation moyenne au-dessus des continents. Et que dire quand on sait que la température moyenne pourrait monter de 7 °C d'ici à 2 siècles ! Ce sont des variations majeures au regard de ce que l'on sait du climat du passé (voir plus loin).