Les modèles climatiques jouent un rôle important dans le débat sur le changement climatique et ses causes, imputées à l’homme, ainsi que sur la question des mesures d’atténuation ou d’adaptation. Ils offrent un moyen unique d’évaluer à quoi le climat terrestre pourrait ressembler dans trente, cinquante ou cent ans. Mais quel est le degré de fiabilité des modèles climatiques? Comment les tester en effectuant des mesures?

Un modèle climatique est une description de l’atmosphère ou du système de la Terre sous la forme d’équations mathématiques qui tiennent compte des lois fondamentales de la physique. Les modèles climatiques ne se distinguent guère fondamentalement des modèles météorologiques, les deux étant assujettis à la physique. Pourquoi peut-on «voir» cinquante ou cent ans dans l’avenir avec un modèle climatique, alors qu’on ne peut prédire le temps qu’il va faire que sur quelques jours? La raison tient à ce que les modèles climatiques répondent à des questions totalement différentes de celles de la prévision météorologique. Pour cette dernière, la question centrale est la situation exacte au 7 décembre 2011. Tandis que le 2 décembre 2091 n’est pas significatif pour la simulation climatique: ici, nous voulons savoir comment la température et les précipitations en Europe auront changé en moyenne la décennie 2090-2099 au cas où la concentration de CO2 dans l’atmosphère serait alors plus élevée qu’aujourd’hui. Les facteurs déterminants sont très différents: le climat global moyen à long terme dépend principalement des flux d’énergie entrant et sortant de l’atmosphère, alors que le temps momentané local est une question de distribution de l’énergie à l’intérieur de l’atmosphère.

Pour faire une comparaison simple, prenons une casserole d’eau bouillante sur la plaque d’une cuisinière: l’ascension des bulles d’air, dont la distribution est chaotique, correspond à la météo, la température de la plaque correspond au flux d’énergie entrant. Nous n’avons aucune possibilité de prévoir la «météo», c’est-à-dire quand et où, dans l’instant qui suit, une bulle va monter et quelle sera sa taille. Mais lorsque nous tournons le bouton de la plaque vers le haut, que nous modifions donc le flux incident externe, nous pouvons prévoir avec certitude que le «climat» va changer, c’est-à-dire qu’en moyenne plus de bulles, et aussi plus de grosses bulles, vont monter. En observant le changement de la taille moyenne des bulles lorsque nous tournons le bouton, nous pouvons formuler un modèle simple qui nous permet de faire une prévision sur la taille caractéristique des bulles en fonction de la température de la plaque (le climat), sans connaître la position exacte des bulles individuelles à un moment donné (la météo).

Comment vérifier ces modèles?

Nous pourrions comparer les résultats des modèles climatiques avec la réalité mesurée, par exemple la température globale moyenne, en intégrant le passé dans les calculs. Ceci n’est cependant possible que si nous avons suffisamment de mesures fiables pour le passé. Or les mesures deviennent de moins en moins fiables et de moins en moins abondantes à mesure que nous reculons dans le temps. C’est pourquoi nous ne savons souvent pas si des changements de valeurs climatiques mesurées reflètent des processus atmosphériques réels ou sont à attribuer à des changements des techniques de mesure ou à des problèmes de méthodes de dépouillement ou d’interprétation des mesures (ou les deux). Lorsqu’on constate des différences entre les valeurs mesurées et celles des modèles climatiques, il n’est pas tout de suite clair si c’est le modèle qui est «faux» ou si c’est la mesure. Pour les températures de basse atmosphère, calculées à partir de données enregistrées par satellite, on a enregistré pendant des années une grande différence entre les mesures et les modèles climatiques, les données satellitaires indiquant un réchauffement beaucoup plus faible. Il y a quelques années, il est apparu que le programme de traitement des données satellitaires contenait une erreur. Une fois cette erreur corrigée, la différence entre données satellitaires et modélisations a pratiquement disparu. La majorité des divergences constatées ces dernières années a débouché sur une erreur de mesure, et non des modèles.

Mais il existe aussi des fluctuations naturelles à l’aide desquelles on peut vérifier la performance des modèles climatiques. L’éruption du Pinatubo en juin 1991, en jetant des particules solides dans l’atmosphère, a causé un changement de flux d’énergie entrant et a provoqué un refroidissement planétaire d’environ 0,4 °C. Or des modèles climatiques ont prévu correctement ce refroidissement peu après l’éruption.

Un autre problème réside dans le fait que le climat de la Terre présente, à part les influences extérieures, de nombreuses fluctuations fortuites, et ce pas seulement durant des jours, mais des années, voire des décennies. S’il existait de nombreuses Terres identiques, dont les atmosphères ne présenteraient au départ que des différences infimes, il s’ensuivrait – dans une fourchette définie par les influences extérieures – autant d’évolutions climatiques différentes. L’évolution observée du climat sur notre planète est donc une variante bien définie parmi de nombreuses autres possibles. On ne peut donc pas admettre qu’un modèle climatique tombe exactement sur cette variante: il suit seulement l’une des nombreuses évolutions possibles. C’est pourquoi on fait tourner si possible le même modèle de nombreuses fois et on calcule ensuite la moyenne des résultats. Ainsi une comparaison n’a de sens que si les valeurs utilisées, tirées des modèles, constituent des moyennes sur une longue période, de vingt à trente ans, et non pas sur une année ou une décennie isolée. Il s’avère aussi que non seulement la moyenne des résultats d’un seul modèle mais aussi la moyenne de différents modèles est souvent plus proche de la réalité que chacun des modèles pris isolément.

Quelles informations nous fournissent ces modèles?

Les modèles climatiques reproduisent relativement bien les changements climatiques à long terme et à grande échelle dans le passé, du moins dans les grandes lignes connues. Mais ils sont encore loin d’être parfaits. De nombreux processus ne sont pris en compte que de façon encore très rudimentaire et ils ne reproduisent pas encore correctement plusieurs phénomènes, comme par exemple El Niño, et les changements des circulations atmosphériques, qui déterminent en grande partie les effets régionaux du réchauffement climatique global. En outre, la simulation de la formation des nuages est l’un des plus grands problèmes de la modélisation et reste encore largement irrésolue.

Les modèles climatiques peuvent donc fournir des indications importantes et utiles pour certains aspects, mais pas pour d’autres. Ou comme l’expriment parfois des climatologues: «Les modèles climatiques sont faux, mais ils sont quand même utiles.» Ce qui signifie que les modèles climatiques – comme d’ailleurs tous les modèles et théories scientifiques – ne reproduiront jamais la réalité au complet. Les résultats d’une modélisation climatique sont donc toujours «faux», mais ils fournissent quand même des résultats importants et aident à comprendre et simuler certains aspects et processus. Un modèle de prévision météorologique est aussi «faux» en ce sens, car il néglige de nombreux processus, mais il est assez «juste» pour prévoir le temps des trois prochains jours.

Donc malgré les défauts des modèles actuels, quelques résultats sont dignes de confiance: il est manifeste, et aussi plausible du point de vue de la physique, que les précipitations se concentreront à l’avenir de façon accrue là où il pleut déjà beaucoup aujourd’hui. En d’autres termes, il pleuvra encore davantage et plus fort dans les régions qui sont aujourd’hui déjà très pluvieuses, et il fera encore plus sec là où le climat est déjà sec aujourd’hui. Il semble également clair que la zone subtropicale s’agrandira vers le nord. C’est ainsi que des régions telles que l’espace méditerranéen, situées aujourd’hui côté pôle au bord de la zone subtropicale, doivent s’attendre à une intensification du climat subtropical et à une forte augmentation du temps sec en été et en automne.

Les modèles climatiques couvrent les processus réels à grande échelle dans l’atmosphère et l’océan et fournissent des évaluations quantitatives des changements à venir du climat si la composition de l’atmosphère, surtout sa teneur en gaz à effet de serre et en particules solides, est modifiée. Bien que des tendances importantes puissent être évaluées aussi à l’échelon régional, des incertitudes considérables subsistent. Même s’il existe encore de nombreuses possibilités d’amélioration des modèles, nous ne pourrons jamais prévoir exactement les conditions futures à l’échelon local. Il existe, comme dans toutes les questions qui touchent à l’avenir, une incertitude, et c’est dans ce contexte que des décisions doivent être prises. Grâce à la connaissance des lois physiques et de nombreux processus du système climatique, des modèles sont à disposition comme soutien objectif à la prise de décision. C’est au monde politique et à la société de prendre les décisions en relation avec les évolutions possibles que les modélisations mettent en évidence.

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