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Des modèles pour comprendre le climat et son évolution

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Des modèles pour comprendre le climat et son évolution

Vingt ans déjà que le Sommet de la Terre à Rio de Janeiro (Brésil) a fait ses recommandations et posé les bases de la protection de l’environnement et du développement durable dans le monde. Jean-Louis Dufresne, directeur de recherche du CNRS au laboratoire de météorologie dynamiqueNouvelle fenêtre (LMD, CNRS/ENS/UPMC/École Polytechnique) est responsable du pôle de modélisation du climat de l'Institut Pierre-Simon LaplaceNouvelle fenêtre (IPSL). Il travaille notamment sur le calcul des échanges radiatifs, en particulier l’effet de serre.

 

Des siècles durant, le climat de la planète Terre a été considéré comme invariant. Des forages dans les calottes de glaces ou des prélèvements de sédiments marins vieux de 800 000 ans ont prouvé le contraire. Sur les longues périodes de temps, le climat varie, et ces variations sont principalement pilotées par les variations de la position relative de la Terre et du Soleil. Sur des périodes de temps plus courtes, la température de la Terre fluctue naturellement, mais faiblement, de par le comportement chaotique du système climatique. En plus de ces variations aléatoires, on observe et on calcule que la température de la Terre a augmenté en moyenne de 0,7°C en un siècle. Depuis quelques dizaines d'années, on dispose de mesures à l'échelle du globe de nombreuses variables, notamment grâce aux observations satellitaires.

 

À quoi sert un modèle climatique ?

Un modèle climatique sert à comprendre le fonctionnement du climat et à simuler son évolution. C'est une représentation simplifiée, aussi complète que possible, de l'ensemble des phénomènes qui influencent le climat. Il repose sur une analyse physique préalable et sur une formulation mathématique adaptée. Dans les années 1970, l'augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs a permis le développement d’une modélisation numérique du climat ne tenant compte que de l'atmosphère et des surfaces continentales. Depuis les années 1990, le couplage à des modèles océaniques a donné naissance à des modèles climatiques complets.

 

  • Grilles utilisées pour modéliser l'atmosphère, l'océan et les surfaces continentales (de manière imparfaite car il manque en particulier la grille en profondeur pour l'océan). © IPSL et CEA

 

Ces modèles peuvent simuler une variabilité climatique naturelle comparable aux observations pour différentes échelles de temps : quelques jours, quelques années (ex. El Niño), ou quelques dizaines voire plusieurs centaines d'années. Les modèles numériques de climats ont permis de montrer que le réchauffement observé de la température de la Terre depuis 100 ans était principalement dû aux activités humaines (gaz à effet de serre et aérosols), avec une contribution moindre des perturbations naturelles (éruptions volcaniques, activité solaire).

 

Des prévisions pour le futur ?

Les modèles permettent également d'estimer l'évolution future du climat moyennant des hypothèses sur l'évolution future des perturbations humaines et naturelles. Pour les perturbations dues aux activités humaines, on utilise différents scénarios d'émission de gaz à effet de serre et d'autres composés chimiques. La réalisation de ces simulations est coordonnée au niveau international par le programme mondial de recherche sur le climat dont les résultats sont mis à la disposition de la communauté scientifique et constituent un apport majeur aux rapports successifs (voir Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climatNouvelle fenêtre, GIEC).

  

Pour en savoir plus :

      • L’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL)
      • Le laboratoire de météorologie dynamique (LMD)
      • Changement climatique : les nouvelles simulations françaises pour le prochain rapport du GIEC. Communiqué de presse CNRSNouvelle fenêtre du 9 février 2012.
      • Le climat à découvert. Outils et méthodes en recherche climatique. CNRS Éditions, 2011.
      • Le projet CHEDAR (Climate, Health and Environment: Data Rescue and modeling ou Sauvegarde des données historiques et modélisation pour le climat, environnement et santé) a pour objectif d’évaluer la capacité des modèles numériques à simuler les séquences météorologiques emblématiques (vagues de chaleur ou de froid, épisodes post-éruption volcanique…) des XVIIIe et XIXe siècles, avant la mise en place des grands réseaux de stations météorologiques.

À voir :

http://www.ipsl.fr/fr/Pour-tous/Les-animations-et-films/La-modelisation-du-climatNouvelle fenêtre

 

Photo vignette : Différences de température à la surface de la Terre entre la température moyenne de la période 2071-2100 et celle de la période 1971-2000, calculées par le modèle de l’IPSL pour un scénario optimiste (faible consommation d'énergies fossiles) en haut et pessimiste en bas. © IPSL



21/05/12