La modélisation du climat

L’analyse du système climatique, réalisée à l’aide de modèles numériques, repose sur des mesures et des calculs faisant appel à des lois physiques, chimiques, biologiques connues. Assorties d’hypothèses portant sur l’évolution de la production des gaz à effet de serre, les projections issues de ces modèles dessinent des fourchettes d’évolution du système climatique au XXIe siècle.

Les scientifiques français impliqués dans ce travail, notamment au CNRS, au CEA et à Météo-France, ont été les premiers à rendre leur copie et viennent de dévoiler les grandes lignes de leurs résultats. Leurs nouveaux modèles prévoient notamment un réchauffement plus important en 2100 que les versions précédentes.

TP : utilisation d’un modèle de simulation

Un modèle climatique n’est rien d’autre qu’un logiciel très complexe, dont le but est de reproduire aussi fidèlement que possible le comportement du climat terrestre. Il s’agit donc d’un gros programme pour ordinateur, construit de la manière suivante :

• les scientifiques compétents sélectionnent, au sein du système climatique planétaire, et chacun pour la partie qui le concerne, quelques paramètres qui sont considérés comme suffisants pour caractériser le système dans son ensemble de manière satisfaisante pour la question posée (qui est celle de l’évolution de long terme du climat), par exemple la température annuelle moyenne et sa répartition par grande zone, les précipitations saisonnières par grandes zones, la couverture végétale avec le contenu en carbone de chaque type de couverture, etc.

• on exprime les relations d’un compartiment à un autre par des lois physiques (par exemple on exprime de manière explicite les fonctions qui permettent de passer de la température de surface à l’évaporation, ou encore les équations de la physique auxquelles l’atmosphère doit obéir en permanence, comme la conservation de l’énergie),

• à ce moment intervient la modélisation informatique proprement dite, c’est à dire que l’on représente, par des lignes de code informatique, les relations de cause à effet et les lois de la physique mentionnées ci-dessus,

• comme on ne peut pas décrire ce qui se passe absolument partout (cela demanderait de traiter un nombre infini de points, et aucun ordinateur n’aime beaucoup l’infini), 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 (cela dépend des modèles et de l’époque).
• puis on fait « tourner le modèle », c’est à dire que l’ordinateur se lance et calcule, sur la base des règles qui lui ont été fournies et des valeurs initiales à intervalles de temps réguliers (en fonction de la puissance informatique dont on dispose, ce sera tous les mois ou toutes les demi-heures !).

D’après https://jancovici.com/

Vidéo : simulations climatiques changement des températures de surfaces de 1850 à 2100

L’analyse scientifique combinant observations, éléments théoriques et modélisations numériques permet aujourd’hui de conclure que l’augmentation de température moyenne depuis le début de l’ère industrielle est liée à l’activité humaine :

• CO₂ produit par la combustion d’hydrocarbures, la déforestation, la production de ciment ;

• CH₄ produit par les fuites de gaz naturel, la fermentation dans les décharges, certaines activités agricoles.

Les modèles s’accordent à prévoir, avec une forte probabilité d’occurrence, dans des fourchettes dépendant de la quantité émise de GES :

• une augmentation de 1,5 à 5°C de la température moyenne entre 2017 et la fin du XXIe siècle ;
• une élévation du niveau moyen des océans entre le début du XXIe siècle et 2100 pouvant atteindre le mètre ;
• des modifications des régimes de pluie et des événements climatiques extrêmes ;
• une acidification des océans ;
• un impact majeur sur les écosystèmes terrestres et marins.

Les affirmations suivant lesquelles un réchauffement climatique est en cours, qu’il est principalement causé par les gaz à effet de serre émis par les activités humaines, sont très largement partagées par les scientifiques. Néanmoins elles ne font pas l’unanimité. Des personnalités, généralement extérieures à la communauté des climatologues, doutent de l’impact des activités humaines sur le climat. 

Comment les scientifiques peuvent-ils prévoir le climat futur de la Terre ?

Quelles sont les limites de ces prévisions ?

Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), IPCC en anglais, a pour premier objectif d’évaluer pour le compte de la communauté internationale l’information scientifique, technique et socio-économique relative au changement climatique, ses impacts et les différentes options pour l’atténuer ou s’y adapter.

Créé en 1988 par l’Organisation météorologique mondiale (OMM) et par le Programme des Nations unies pour l’environnement (PNUE), ouvert à tous leurs membres, il regroupe 170 pays. Le Giec s’appuie sur des  travaux scientifiques dans le domaine de l’évolution du climat réalisés par des météorologues, des océanographes, des glaciologues, des biogéochimistes, des astronomes, des hydrologues, des agronomes, des économistes, des géographes, des géologues et par des spécialistes de bien d’autres disciplines.

Le travail d’évaluation du GIEC s’apparente à celui d’une gigantesque revue scientifique internationale se traduisant par la publication d’une série de rapports tous les cinq à six ans : 1990, 1995, 2001, 2007, 2013, 2018 et 2023.

Les travaux des chercheurs au sein du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec)  paru en 2007 aboutissent à un consensus sur la réalité du réchauffement climatique au cours des cent dernières années et sur le fait que sa cause est très vraisemblablement – avec une probabilité supérieure à 90 % – et essentiellement due à une augmentation des gaz à effet de serre d’origine humaine.

Un site permet de visualiser des modélisations de climats sur 540 millions d’années .

QCM Interactif

• Mettre en évidence le rôle des différents paramètres de l’évolution climatique, en exploitant un logiciel de simulation de celle-ci, ou par la lecture de graphiques.
• Exploiter les résultats d’un modèle climatique pour expliquer des corrélations par des liens de
  cause à effet.

https://www.lmd.jussieup.fr/~crlmd/simclimat/

Simulations climatiques : changement de température de l’atmosphère 1880-2100