Comment tout comprendre sur le climat ? On n’arrête pas de nous dire qu’il faut faire attention à la planète. Que la Terre surchauffe. Que les gaz à effet de serre font augmenter la température du globe…mais comment le sait-on ? Comment sommes-nous capables de prédire le climat qu’il fera sur Terre dans 100 ans ou 1000 ans, alors que les prévisions météorologiques pour la semaine prochaine sont loin d’être fiables ?

Je te propose de partir à la découverte de la climatologie !

Cet article est écrit par Claire, du blog Sciences ludiques qui, comme son nom l’indique, est destiné à faire découvrir et aimer les sciences aux enfants ! Elle y parle de biologie, de chimie, de physique d’astronomie, bref de science au sens large ! Des découvertes, des expériences et la compréhension de sujets parfois complexes, c’est ce que vous propose Claire et ce qui fait que j’apprécie beaucoup ce qu’elle créé !

Qu’est-ce qui définit un climat ?

Pour commencer, je voudrais préciser un point : la météorologie est la science qui permet de prédire le temps qu’il fera dans les jours à venir (tu peux d’ailleurs lire cet article si tu veux comprendre comment on peut faire ces prévisions). La paléoclimatologie est la science qui permet de déterminer le temps qu’il a fait dans le passé. C’est grâce à elle que l’on sait que les dinosaures vivaient sous un climat qui ressemblait à notre climat tropical aujourd’hui et qu’il y a eu différentes périodes glaciaires. Et enfin, la climatologie est la science qui permet de prédire le temps qu’il fera dans les siècles, les millénaires à venir.

Je te propose donc de nous intéresser à la climatologie. Car c’est elle qui permet aux experts de tout comprendre sur le climat à venir et de tirer la sonnette d’alarme concernant notre impact sur la Terre.

Quels sont les acteurs qui nous permettent de tout comprendre sur le climat ?

Les climatologues ne lisent pas l’avenir du climat dans une boule de cristal ! Non ! Ils comprennent comment fonctionne le climat aujourd’hui, pour prédire ce qu’il sera dans plusieurs décennies ou siècles. On dit qu’ils font une simulation du climat.

Il faut savoir que le climat est un mécanisme très complexe ! Des personnes passent toute leur vie à l’étudier… sans tout comprendre parfaitement à la fin ! Commençons par le début : il y a 5 acteurs majeurs sur la scène du climat :

  • l’atmosphère (c’est-à-dire l’air qui entoure la Terre),
  • l’hydrosphère (il s’agit des océans, des mers, des lacs…bref, de l’eau liquide présente sur Terre),
  • la cryosphère (là, on parle des calottes polaires, des banquises, des neiges éternelles…),
  • la biosphère (les plantes et les animaux marins et terrestres)
  • et pour finir la lithosphère (la surface externe de la Terre, soit 100-200km de roches).

Ces 5 éléments jouent un rôle dans le climat, mais ils ont un mode de fonctionnement très différent les uns des autres et des caractéristiques toutes aussi variées !

Biosphère et climatologie
L’air, l’eau liquide et l’eau solide, les plantes et les animaux, et même la roche jouent un rôle dans le climat.

Quel rôle jouent ces acteurs dans une simulation de climat ?

Regardons par exemple ce qui se passe lors d’une augmentation de la quantité de gaz carbonique (le fameux CO2) dans notre environnement.

Le CO2 est naturellement présent dans chacun des acteurs du climat. Avant l’ère industrielle, les échanges entre ces différents réservoirs de gaz carbonique s’équilibraient. Mais depuis 1850 environ, l’Homme rejette énormément de CO2 dans l’atmosphère. Celui-ci provient de la lithosphère (avec la combustion du pétrole par exemple) ou de la biosphère (déforestation massive).

Coraux et acidification des océans
Les coraux ne survivent pas à l’acidification des océans[1].

L’eau va absorber une partie de ce gaz, diminuant d’autant sa concentration dans l’atmosphère. Mais celui-ci va rendre l’eau plus acide et de nombreux végétaux et animaux marins ne le supportent pas et meurent.

En parallèle, la lithosphère absorbe le CO2 très lentement. Il faut plusieurs dizaines de millions d’années pour fabriquer le pétrole qui renferme du gaz carbonique.

Une partie du CO2 est également réabsorbée par les végétaux pour produire l’énergie nécessaire à leur croissance (procédé appelé photosynthèse)[2].

Et pour finir, l’augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère elle-même va augmenter directement la température à la surface de la Terre.

Pour résumer, l’augmentation des rejets de CO2 va être balancée par l’absorption de ce gaz par les plantes et l’eau. Mais va provoquer une acidification des océans, une augmentation de la température et une augmentation de la photosynthèse des végétaux (pour aller plus loin sur la thématique des différentes problématiques environnementales, vous pouvez aussi lire cet article).

Comme tu peux le constater, une seule modification a des impacts assez différents selon les acteurs du climat auxquels on s’intéresse. De plus, les adaptations à une modification n’arrivent pas en même temps. Par exemple, l’hydrosphère va plutôt réagir rapidement à une modification de l’environnement (quelques décennies), quand il faudra plusieurs millénaires à la lithosphère pour voir son cours tranquille modifié.

Ceci ne nous permet pas de tout comprendre sur le climat, mais nous donne déjà de bonnes pistes !

Les modèles de simulation, essentiels pour tout comprendre sur le climat

Le climat est bien trop complexe pour qu’on puisse le comprendre et le prédire simplement en regardant ces différents acteurs. Les climatologues utilisent donc des lois physiques, des équations mathématiques pour simuler ce qui se passe. L’ensemble de ces formules permet de créer ce qu’on appelle « un modèle » qui est un peu comme une maquette, en version numérique, réduite et simplifiée de ce qui se passe dans la vraie vie !

Comment sont mis au point ces modèles ?

Les modèles sont vraiment la base du travail des climatologues. Simuler le climat consiste à donner au modèle des informations sur une situation (quantité de gaz carbonique dans l’atmosphère, taille de la population, relief…). Puis un ordinateur va résoudre les équations avec ces informations. Il donnera à la fin des informations pour mieux, voire out comprendre sur le climat à venir.

Simulation climatique
Les simulations climatiques se font grâce à des modèles numériques.

Les lois physiques sont connues, les équations aussi, mais comment les agencer entre elles afin de tout comprendre sur le climat ? Comment être sûr qu’il n’y a pas une équation, ou une loi, inconnue jusque-là, qui viendrait bouleverser notre simulation ? Et bien tout simplement en testant ces modèles ! Depuis déjà de nombreuses années, des relevés météorologiques sont faits par les hommes. Si notre modèle de simulation de climat est correct, alors on peut rentrer ces données météorologiques relevées il y a 150 ans et notre modèle sera capable de ressortir le climat actuel. Si tel n’est pas le cas, alors il faut revoir notre modèle !

En France, plusieurs organismes travaillent sur les simulations du climat dans le prochain siècle : le CNRS, le CEA, et bien sûr Météo France.

En résumé, pour simuler le climat qu’il fera dans 100 ans, tu as besoin d’équations qui traduisent les différents mécanismes en jeu dans le climat ainsi qu’un énorme ordinateur pour arriver à calculer tout ça !

Les différents modèles climatiques pour tout comprendre sur le climat

Il existe différents modèles pour prédire le climat. En effet, prédire le temps qu’il fera sur toute la planète aussi bien que dans un petit village perché en montagne, dans 5 ans aussi bien que dans 500 ans nécessiterait une puissance de calcul phénoménale que nos ordinateurs d’aujourd’hui, aussi gros soient-ils, ne peuvent pas offrir.

Il y a donc des modèles différents selon ce que l’on cherche à comprendre. Ainsi, on va « oublier » certains critères dans certains modèles.

Tout comprendre sur le climat avec des simulations
On ne différentie pas l’été et l’hiver pour les simulations climatiques à long terme.

Par exemple, pour prévoir le temps qu’il fera dans 100 ans, on ne prend pas en considération les événements qui ont un impact sur le climat pour quelques mois, telles que les saisons. On ne va pas s’embêter à estimer la température qu’il fera durant l’été 2123 et l’hiver 2123. Non ! On va simplement dire qu’en 2123, il fera sans doute 3/4°C de plus qu’en 2023 (en France).

A l’inverse, les météorologues ne prennent pas en considération le réchauffement climatique pour prévoir le temps qu’il fera la semaine prochaine.

Le fait d’utiliser des éléments dont le temps d’adaptation a le même ordre de grandeur que notre prédiction, permet de simplifier la problématique !

D’autre part, l’échelle de la simulation a aussi son importance : on ne prendra pas en compte la présence du relief pour une simulation à l’échelle planétaire mais on s’y attardera pour une prévision sur une échelle plus locale. 

Une fois que les climatologues ont identifié les acteurs clés qui entrent en jeu dans leurs prédictions, ils vont pouvoir utiliser un modèle qui est adapté à ce qu’ils veulent et qui correspond à la puissance de calcul de leur ordinateur.

Les incertitudes qui nous empêchent de tout comprendre sur le climat

Graphique température gaz carbonique
Selon la quantité de gaz carbonique rejeté, l’augmentation de la température peut aller de 1,5°C à près de 5°C (graphique issu du rapport du GIEC 2022).

Tous ces calculs ont abouti à une conclusion : la température va s’élever de 1,5 à 5°C d’ici la fin du XXIème siècle, ce qui provoquera une augmentation du niveau des océans, des événements climatiques extrêmes qui seront plus fréquents, la migration de population…[3]

Entre 1,5 et 5°C d’augmentation… ça fait une sacrée marge d’erreur pour ceux qui prétendent tout comprendre sur le climat !

Quelle est la principale source d’erreur ?

Une équipe de chercheurs a souhaité comprendre d’où provenaient ces incertitudes[4]. Bien sûr, les modèles ne sont pas parfaits, mais ils ne sont pas la principale source d’incertitude. Non ! L’origine de cette incertitude est, de manière assez ironique je trouve, non pas la réaction de notre bonne vieille Terre, mais la quantité de gaz à effet de serre qui se retrouvera effectivement dans l’atmosphère dans les décennies à venir. Autrement dit, la principale incertitude est le seul point sur lequel nous avons un pouvoir d’action !

De manière plus générale, on ne peut pas parler de changement climatique sans parler de politique (au sens large du terme). En effet, de nombreuses décisions peuvent avoir des impacts sur le changement climatique : le pouvoir d’achat, le réseau de transport en commun, les budgets de recherches…

Les climatologues ne s’intéressent donc pas uniquement aux lois physiques mais aussi à la politique, à l’économie et tout ce qui peut être touché de près ou de loin par ces changements parce qu’ils entrent tous en jeux dans les modèles qu’ils construisent !

La difficulté avec la politique c’est que, en plus d’être complètement incertaine, elle agit sur le long terme. Autrement dit, les gaz à effet de serre qui sont émis aujourd’hui, vont rester dans l’atmosphère pendant des décennies, quelles que soit les politiques mises en place à ce moment-là. Cela veut dire que l’incertitude liée à la politique est importante pour le long terme (disons, dans 50 ans environ) mais pas pour les prédictions du climat qu’il fera dans 10 ans. Encore une fois, on voit que, selon ce que l’on veut simuler, on ne va pas entrer les mêmes données.

Tout comprendre sur le climat et incertitudes
La principale source d’incertitude pour tout comprendre sur le climat futur est la quantité de gaz carbonique qui se trouvera dans l’atmosphère.

L’effet papillon, ou comment une petite erreur change tout

Une autre problématique est due au fait qu’une toute petite variation dans les données initiales peut provoquer une sacrée différence à la fin de la modélisation !

Effet papillon et météo
L’effet papillon provoque une marge d’erreur mais ce n’est pas la principale source d’incertitude.

C’est ce qu’on appelle l’effet papillon ! C’est le nom que l’on donne quand une petite action a une grande conséquence. (Un battement d’aile de papillon pourrait provoquer un cyclone à l’autre bout de la Terre, ou un petit changement dans ta routine peut provoquer un changement de vie…)

Pour contourner ce biais, les climatologues font tourner plusieurs fois leurs modèles avec des données initiales légèrement différentes à chaque fois pour voir dans quelle mesure il y a une incertitude liée aux données initiales.

On l’a vu, il y a pas mal de sources d’incertitudes dans les calculs des climatologues. Pour contrer cela et pour avoir plus de puissance auprès des politiciens, deux organisations mondiales ont créé le GIEC (Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat). C’était en 1988. Il regroupe actuellement des scientifiques au profil très variés (météorologues, économistes, astronomes, géographes…) de 170 pays. Leur travail consiste à analyser toutes les études publiées sur le changement climatique et d’en sortir une tendance, des observations que l’on ne peut réfuter puisque faites de manières indépendantes par plusieurs équipes de chercheurs, des orientations pour contrer ce changement climatique…

Pourquoi faire une simulation de climat ?

Tout comprendre sur le climat en écologie
« Nous n’héritons pas de la terre de nos ancêtres, nous l’empruntons à nos enfants. »

A quoi servent les simulations climatiques ? C’est vrai ça, pourquoi essayer de tout comprendre sur le climat et s’inquiéter de ce qu’il sera lorsque nous-même ne serons plus là. Antoine de Saint-Exupéry disait « Nous n’héritons pas de la terre de nos ancêtres, nous l’empruntons à nos enfants ».

S’il est important de comprendre le fonctionnement du climat c’est pour pouvoir protéger au mieux nos enfants, et les enfants de nos enfants…

En 2007, le rapport du GIEC confirmait qu’il y avait bien un réchauffement climatique depuis le début de l’ère industrielle dont l’origine est très vraisemblablement l’activité humaine. Celui-ci est dû au CO2, qui provient de la combustion d’hydrocarbure lors de la fabrication de plastique ou l’utilisation d’essence par exemple, de la déforestation ou encore la production de ciment ; et au CH4, c’est-à-dire le méthane qui provient des fuites de gaz naturel, des décharges ou de certaines activités agricoles.

Certains diront qu’il y a toujours eu des cycles de réchauffement sur Terre, et de manière indépendante de l’activité humaine. Et c’est vrai ! Des variations astronomiques provoquent des fluctuations naturelles qui se déroulent sur des centaines voire des milliers d’années.

La problématique soulevée par le changement climatique actuel est qu’il se fait de manière bien plus rapide que les précédents changements. La plupart des espèces vivantes n’auront probablement pas le temps de s’adapter !

C’est donc grâce aux modèles climatiques que nous savons désormais que la Terre se réchauffe à cause de nous. Et que nous sommes les seuls à pouvoir changer le cours des choses pour sauver les générations futures.

J’espère que tu as compris l’importance de la climatologie, son mode de fonctionnement et comment tout comprendre sur le climat (ou presque !) ? Si tu as des questions, n’hésite pas à les poser en commentaire !

Bibliographie

[1] S. Comeau, C. E. Cornwall, T. M. DeCarlo, S. S. Doo, R. C. Carpenter, et M. T. McCulloch, « Resistance to ocean acidification in coral reef taxa is not gained by acclimatization », Nat. Clim. Change, vol. 9, no 6, Art. no 6, juin 2019, doi: 10.1038/s41558-019-0486-9.

[2] L. A. Cernusak, V. Haverd, O. Brendel, D. Le Thiec, J.-M. Guehl, et M. Cuntz, « Robust Response of Terrestrial Plants to Rising CO2 », Trends Plant Sci., vol. 24, no 7, p. 578‑586, juill. 2019, doi: 10.1016/j.tplants.2019.04.003.

[3] H.-O. Pörtner et al., Éd., « Summary for policymakers », in Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, 2022.

[4] « Comment prévoir avec certitude les changements climatiques? », 13 décembre 2017. https://public.wmo.int/fr/ressources/bulletin/comment-pr%C3%A9voir-avec-certitude-les-changements-climatiques (consulté le 18 janvier 2023).

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4 commentaires

  1. Merci à toutes les deux pour ce superbe article qui explique de façon détaillée et avec une approche très scientifiques la thématique du climat. Ce n’est pas un sujet facile mais vous avez réussi à le rendre accessible même à nos enfants! Bravo!

    1. Merci beaucoup Sophie, c’est un superbe compliment ! Tout le mérite en revient à Claire, qui a su vulgariser et rendre accessible ce sujet très scientifique et complexe !

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