Simulation IPP - Impact sur la végétation voir l'animation flash © CEA

Les climatologues spécialisés en modélisation créent des planètes imaginaires. «Nous partons de données simples», souligne Hervé Le Treut, chercheur au Laboratoire de météorologie dynamique à l’université Paris-6, rattaché à l’Institut Pierre-Simon-Laplace. « L’ensoleillement que reçoit chaque région, la forme des continents, le relief au fond des océans, la rotation de la Terre , qui joue un rôle important dans le régime des vents, sont autant de facteurs pris en compte. À partir de ces variables imposées, le modèle doit retrouver tout seul les données météorologiques, tels la température, les précipitations ou encore les courants océaniques. » Celui-ci calcule également la composition chimique de l’atmosphère d’après les connaissances actuelles du cycle du carbone.


Une reconstitution précise des environnements

Ainsi, une simulation démarre avec une Terre autour de laquelle règne une même température. Les différences d’ensoleillement, les courants marins et atmosphériques qui se créent, reconstruisent le climat réel. Les modèles sont même capables de reconstituer les climats de Mars ou de Titan ! À terme, le modélisateur doit confronter sa créature virtuelle au monde réel. Si le modèle ne correspond pas à la réalité, il faut savoir pourquoi : un phénomène important a-t-il été négligé ? Un événement a-t-il été sous-estimé ? Lorsque le modèle reproduit assez fidèlement la réalité actuelle, il peut être utilisé pour prédire le climat futur en fonction des contraintes que l’Homme impose à la planète, telle qu’une augmentation de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
« Ces modèles fonctionnent grâce aux équations fondamentales de la mécanique des fluides (gaz ou liquide), explique Hervé Le Treut. Néanmoins, si les phénomènes à la base du climat sont connus, les modèles sont encore imparfaits, et nous sommes limités par la puissance de calcul des ordinateurs. »
Aujourd’hui encore, les calculs en chaque point de la Terre sont impossibles. Les chercheurs simplifient donc le problème en quadrillant la Terre en carrés de 300 kilomètres de côté dans atmosphère et 200 kilomètres dans l’océan. Verticalement, l’atmosphère est divisée en 0 niveaux, et l’océan en 40. Le modélisateur constitue ainsi des volumes. Pour chacun d’eux, sont définies des caractéristiques de température, d’humidité, de courants, de salinité, de pression, d’évolution du vent. Les modèles font communiquer les volumes entre eux, construisant ainsi des climats simplifiés, qui traduisent pourtant la complexité du réel. Grâce à l’amélioration constante des moyens de calcul, les modèles ont cependant beaucoup progressé. Les premiers ne prenaient en compte que l’atmosphère. Ils intègrent maintenant les océans, qui jouent un rôle prépondérant dans les phénomènes climatiques, tel El Niño.


Un véritable travail d'équipe

Les modèles les plus récents intègrent progressivement les échanges avec la biosphère. En effet, végétation et phytoplancton sont fortement impliqués dans les cycles du carbone ou de l’eau.
Bien sûr, ce ne sont pas de petits ordinateurs de bureau qui réalisent de tels calculs : les moyens informatiques sont considérables. « Sans compter qu’un modèle nécessite une trentaine de personnes qui travaillent ensemble pendant dix ans, raconte Hervé Le Treut. Avec la prise en compte des phénomènes biologiques, il faudra une équipe de 60 chercheurs ! Aucun d’eux ne crée un modèle de bout en bout, mais chacun y apporte sa contribution. » La simulation permet de retrouver les grands traits d’évolution du climat actuel. En effet, le modèle acquiert rapidement sa vie propre et indépendante. Comme un frère jumeau : identique, mais menant une vie différente.
Les scientifiques sont beaucoup plus unanimes qu’on ne le pense habituellement. Tous les modèles s’accordent sur trois points : le réchauffement général de la planète est très probable, et se traduira par une augmentation de température plus importante aux hautes latitudes qu’à l’équateur. D’autre part, les climats secs seront encore plus secs, et les climats humides s’intensifieront, avec des précipitations plus violentes. Enfin, le relèvement du niveau des mers est presque certain, non seulement à cause de la fonte des glaces, mais également par un phénomène de dilatation de l’eau plus chaude. Au-delà de ces quasi-certitudes, les différents modèles divergent quant aux prévisions régionales.

	2000 - 2100 : hausse des températures de 1,4°C à 1,8°C voir l'animation flash © CEA

Ainsi, s’ils établissent que l’Europe du Sud sera sujette à un changement, sa nature et son intensité diffèrent selon les modèles. « Régionalement, la modélisation montre surtout quelles sont les zones les plus vulnérables aux changements climatiques », précise Hervé Le Treut.


Un scénario encore incertain

« Une grande part de l’incertitude sur les prévisions climatiques correspond en fait à une incertitude économique, note Sylvie Joussaume, climatologue au laboratoire des sciences du climat et de l’environnement.

© Photodisc

En effet, selon l’augmentation de la population et les mesures politiques de réduction des émissions du dioxyde de carbone, celui-ci peut atteindre une teneur de 500 ppm ou plus de 1 000 ppm en 2100, alors que la valeur actuelle est de 367 ppm, et qu’elle était de 280 ppm avant l’ère industrielle. » En combinant les diverses modélisations aux différents scénarios d’augmentation de gaz à effet de serre les experts du GIEC concluent dans leur dernier rapport sur une augmentation de température moyenne du globe de 1,4°C à 5,8°C en 2100. Cette fourchette de réchauffement prend en compte les incertitudes des modèles, liées notamment à la mauvaise compréhension du rôle des nuages. Elle intègre, de plus, les incertitudes des scénarios, en particulie celles qui sont relatives à la réduction des émissions d’aérosols.
Ces petites particules, émises entre autres par les volcans et les industries, refroidissent le climat. Leur diminution dans l’atmosphère expliquerait les dernières prévisions du GIEC revues à la hausse par rapport à celles de 1995, où la température augmentait au plus de 3,5°C. De nombreuses améliorations restent à faire sur les modèles actuels, même sur la compréhension du passé. « Nous comprenons mal les petites variations, qui ont lieu sur quelques dizaines ou centaines d’années, remarque Sylvie Joussaume. Nous devons, par exemple, mieux simuler le “petit âge glaciaire” , une époque particulièrement rigoureuse du XVIIe au XIXe siècle. Il nous faut aussi mieux prévoir les événements extrêmes, tempêtes, inondations et sécheresses. » Si les tendances générales sont bien connues, les variations locales restent à préciser. Enfin, si les climatologues comprennent bien le réchauffement, ils ont plus de mal à prédire les changements de précipitations. Les ordinateurs ne sont pas prêts de tourner au ralenti !