29 notions-clefs : effet de serre et climat

L'étude du climat
Auteurs : Jean-louis Dufresnes(plus d'infos)
Résumé :
Pour étudier les changements climatiques, on utilise des modèles numériques qui représentent les phénomènes physiques régissant l’état de l’atmosphère, de l’océan, des surfaces continentales, de la glace de mer, des calottes polaires, etc.
Publication : 26 Mars 2014

Comment étudie-t-on l’évolution du climat ?

Pour étudier les changements climatiques, on utilise des modèles numériques qui représentent les phénomènes physiques régissant l’état de l’atmosphère, de l’océan, des surfaces continentales, de la glace de mer, des calottes polaires, etc. Ces modèles prennent en compte l’absorption et la réflexion du rayonnement solaire, les échanges par rayonnement infrarouge, les effets des aérosols, la formation des nuages et de la pluie, les mouvements de l’air et de l’eau, l’effet du vent sur les courants marins, la formation et la fonte de la glace de mer, etc. Ils dépendent de paramètres extérieurs que l’on peut faire varier et qui correspondent aux forçages mentionnés précédemment : concentration des gaz à effet de serre et des aérosols (que l’origine de ces changements soit naturelle ou anthropique), intensité du rayonnement solaire ou distribution géographique de la végétation.
À partir d’un état initial (c’est-à-dire d’un état à un instant donné) de l’atmosphère et de l’océan, les modèles climatiques calculent toutes les trente minutes environ un nouvel état de l’atmosphère et de l’océan, en d’autres termes calculent le temps qu’il fait sur toute la planète, et ce pendant aussi longtemps qu’on le souhaite (typiquement de quelques années à plusieurs centaines d’années). Toutes ces opérations constituent une simulation. Une première simulation, dite « de contrôle », est toujours réalisée dans laquelle aucun paramètre ne varie au cours du temps. Le climat simulé doit être stable et les variations d’une année sur l’autre représentent alors la variabilité interne du climat. On réalise ensuite un ensemble de simulations en changeant un ou plusieurs paramètres de forçage. En comparant ces nouvelles simulations à celle de contrôle, on peut identifier l’effet d’un ou de plusieurs forçages.
Avec cette approche, on a pu par exemple évaluer différentes hypothèses afin de déterminer les causes du réchauffement climatique de ces cent dernières années. Pour cela, on a réalisé une première simulation de cent ans pour laquelle l’intensité du rayonnement solaire et des aérosols volcaniques variait comme les valeurs observées ou estimées depuis cent ans. On a fait ensuite une seconde simulation pour laquelle, en plus de l’intensité du rayonnement solaire et des aérosols volcaniques, on a fait varier la concentration des gaz à effet de serre et des aérosols, ces variations étant dues aux activités humaines. On a comparé ensuite la température de la Terre de ces deux simulations aux variations observées de cette température. On a constaté que pour la seconde simulation, qui prenait en compte les effets anthropiques, les valeurs simulées de la température de surface reproduisaient bien le réchauffement observé ces cent dernières années, ce qui n’était pas le cas de la simulation qui ne prenait en compte que les perturbations naturelles (intensité solaire et éruptions volcaniques). C’est pour cette raison que l’on attribue le réchauffement climatique récent aux activités humaines.

Quels seront les changements climatiques futurs ?

Avec cette approche, on peut également calculer les changements climatiques futurs. Pour cela, une première étape consiste à faire des hypothèses sur l’évolution future des perturbations anthropiques, et notamment des gaz à effet de serre. On construit des scénarios d’émissions. Parmi les différents scénarios utilisés par le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat), nous en considérerons deux ici : nos émissions de gaz à effet de serre continuent de croître pendant tout le xxie siècle (scénario pessimiste), ou alors elles continuent de croître jusqu’en 2050 puis sont stabilisées (scénario optimisite).

Entre 2000 et 2100, pour le scénario pessimistes, les modèles simulent un accroissement de la température de 4 °C en moyenne et variant de 3 à 5,5 °C selon les modèles. Cette dispersion entre les modèles est essentiellement due à une représentation différente des processus de rétroaction mentionnés plus haut. Pour le scénario optimiste, l’accroissement de la température est divisé par trois environ. On voit ainsi très concrètement l’impact d’une limitation des émissions de gaz à effet de serre. La distribution géographique de l’accroissement de la température est à peu près similaire pour les différents scénarios et est très similaire d’un modèle climatique à l’autre. En gros, l’accroissement de la température est plus élevé sur les continents que sur les océans et il est particulièrement marqué aux hautes latitudes de l’hémisphère Nord.
L’ensemble des modèles climatiques prévoient – mais avec une forte dispersion – une augmentation du total des précipitations avec la température avec de fortes variations d’une région à l’autre. De façon très schématique, les précipitations augmentent presque partout, sauf dans les régions subtropicales (vers 30° N et 30° S) où elles diminuent, alors que ce sont déjà les régions les plus sèches. En Europe, les modèles climatiques simulent notamment un assèchement autour du bassin méditerranéen. Dans d’autres régions du monde, comme les régions de moussons (Afrique de l’Ouest, Inde, etc.), certains modèles simulent une diminution des précipitations tandis que d’autres simulent une augmentation. Ces changements pourraient avoir des conséquences très importantes pour ces régions, parfois très peuplées, comme en Inde, car les pluies de moussons y sont la principale source d’eau. Une modification de l’extension des moussons ou de la quantité de pluie pourrait avoir des conséquences importantes en termes de déplacement de populations. Dans beaucoup de régions, on prévoit que la dépendance vis-à-vis de l’eau sera beaucoup plus forte qu’aujourd’hui. En effet, l’élévation de la température a pour effet d’augmenter l’évaporation de l’eau par les plantes et le sol : même si les pluies augmentent, la quantité d’eau contenue dans le sol pourrait être réduite et le « stress hydrique » des plantes plus important.
 


 


Évolution de la température de surface de la Terre de 1900 à nos jours (noir), puis jusqu’en 2100 en supposant que la concentration des gaz à effet de serre varie selon différents scénarios d’émissions : fortes émissions (rouge) ou émissions stabilisées (bleu). Ces températures ont été calculées par une vingtaine de modèles climatiques. Ce graphique représente l’écart entre la température calculée et la température actuelle. Le trait gras représente la valeur moyenne et la zone plus claire la dispersion entre les modèles [source : GIEC 2013].

 


Distribution géographique de la différence de température entre la fin du xxie siècle et la fin du xxe siècle pour deux scénarios d’émissions de gaz à effet de serre : l’un où ces émissions sont rapidement stabilisées (figure du haut) ; l’autre où les émissions continuent de croître pendant tout le XXIe siècle (figure du bas). [source: GIEC 2013]

La cryosphère (glaciers, glace de mer, neige, calotte) risque d’être particulièrement affectée par le réchauffement climatique. En Arctique, la glace de mer (ou banquise) pourrait disparaître totalement d’ici une cinquantaine d’années. Sur les continents, les surfaces enneigées seraient nettement réduites. Pour les calottes polaires, les projections prévoient un accroissement de l’accumulation de neige au centre du continent Antarctique mais une diminution de la calotte au Groenland à cause d’une augmentation de la fonte estivale, notamment près des côtes. Ces prévisions sont cohérentes avec les observations de ces dernières décennies : diminution de l’extension de la banquise en été en Arctique, réduction de la surface couverte par la neige dans l’hémisphère Nord, augmentation de la fonte à la bordure des calottes du Groenland et de l’Antarctique. Un changement important pourrait également provenir des glaciers, dont le recul depuis quelques décennies est observable presque partout dans le monde. Or, en été, les fleuves qui gardent un débit d’eau important sont principalement ceux qui sont alimentés par les glaciers. En France, c’est le cas du Rhône, alimenté par les glaciers des Alpes ; en Inde du Nord et au Bangladesh, c’est le cas du Gange et du Brahmapoutre, alimentés par les glaciers de l’Himalaya. Il est actuellement difficile d’estimer de façon fiable l’avenir de cette ressource d’eau, essentielle en été.

Nous avons aujourd’hui peu de repères pour imaginer ce que représenterait un réchauffement climatique de + 3 à + 6 °C. Nous savons que lors des périodes glaciaires, la température globale de la Terre devait être de 6 à 8 °C environ plus basse que celle d’aujourd’hui. Les conditions climatiques étaient alors radicalement différentes, avec des calottes de glace de 2 à 3 km d’épaisseur en Amérique du Nord et en Scandinavie, un niveau moyen de la mer de 120 m plus bas qu’aujourd’hui et une distribution de la végétation également très différente. Plus récemment, les habitants de l’Europe de l’Ouest, et notamment de la France métropolitaine, ont été marqués par la canicule de l’été 2003. Or la température moyenne de l’été 2003 a été seulement de 4 °C supérieure à la moyenne climatique (c’est-à-dire à la moyenne sur les trente dernières années). Cet épisode nous a très concrètement montré deux choses. La première est que lorsqu’un événement inconnu surgit pour la première fois, la société dans son ensemble ne sait pas comment réagir, ce qui peut se traduire lourdement en termes de mortalité. Or, en situation de changements climatiques, des événements nouveaux, différents, vont régulièrement apparaître. La seconde est que la canicule de 2003 illustre bien le fait qu’un changement de + 4 °C correspond à un climat suffisamment différent de celui actuel pour que notre environnement naturel (végétation…) apparaisse totalement inadapté, de même que l’environnement que nous avons construit (équipements, habitations, urbanisme…). Si les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme, la température en Europe vers 2100 pourrait être d’environ 5 °C plus élevée qu’aujourd’hui et plusieurs études ont montré que la température de l’été 2003 serait celle d’un été moyen en Europe vers les années 2050-2070. Si, par contre, nos émissions de gaz à effet de serre sont stabilisées, un été de type 2003 pourrait arriver une année sur cinq ou sur dix et resterait plus chaud que la normale.Dans l’état actuel de nos connaissances scientifiques, nous ne sommes pas à même d’estimer de façon fiable toutes les conséquences concrètes d’un réchauffement climatique de plusieurs degrés Celsius. Nous savons néanmoins qu’il n’y a jamais eu de changements de l’ampleur de ceux prévus depuis que l’homme s’est sédentarisé et a développé l’agriculture et que ces changements affecteront de façon majeure tout notre environnement. Des changements aussi rapides ne se sont pas produits depuis plusieurs milliers d’années et l’on ne peut que s’inquiéter quant aux possibilités d’adaptation des espèces naturelles.

Attendre d’en savoir davantage ou agir dès maintenant ?

Si certains résultats sont bien établis, comme le fait que la Terre va continuer à se réchauffer si la concentration des gaz à effet de serre continue de croître, il reste des questions scientifiques non résolues, notamment sur l’amplitude exacte de ce réchauffement et sur certaines de ses conséquences (tempêtes, cyclones, orages…). Ces incertitudes sont parfois utilisées avec des arguments économiques comme prétexte pour ne rien faire, alors qu’au contraire, ces mêmes arguments devraient nous inciter à agir dès maintenant. En effet, beaucoup d’équipements construits actuellement serviront plusieurs dizaines d’années : il peut s’agir aussi bien de logements que de centrales électriques ou d’équipements de transport. Or les projections faites par les climatologues ne sont pas les plus extrêmes, ni dans un sens ni dans l’autre. Ainsi, il est tout à fait possible que dans une dizaine d’années, on s’aperçoive que les effets du réchauffement climatique sont plus importants ou plus dramatiques que ceux prévus aujourd’hui, et donc nécessitent des mesures plus radicales. Tous les nouveaux équipements et installations, s’ils ont été construits sans se soucier de limiter les émissions de gaz à effet de serre, devraient alors être démolis ou refaits, ce qui aurait un coût considérable. Il faudrait de plus prendre des mesures beaucoup plus drastiques qu’aujourd’hui pour rattraper le temps perdu, ce qui coûterait également cher et serait très contraignant. Au contraire, si l’on s’apercevait dans dix ans que, par chance, le réchauffement et ses effets sont moins importants que ceux prévus, il serait alors très facile de réduire les contraintes sur les émissions. Les équipements que l’on aurait construits, même s’ils auraient été plus chers à la construction, pourraient être conservés et resteraient peu chers à utiliser car ils seraient économes en énergie.
Les variations récentes du climat peuvent être attribuées principalement aux activités humaines, et celles-ci continueront à jouer dans le futur. Néanmoins, l’ampleur de ces changements sera très différente selon que l’on entreprendra ou pas des actions pour limiter les émissions de gaz à effet de serre et les autres perturbations anthropiques.

Addons