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Évolution climatique : un engagement scientifique, citoyen et responsable

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Évolution climatique : un engagement scientifique, citoyen et responsable

Bouleversements climatiques, effet de serre, couche d’ozone, pollution de l’air et des océans… toutes ces problématiques ont été placées sur le devant de la scène de la recherche internationale depuis la fin des années 1980. Hervé Le Treut, professeur à l’UPMC et directeur de l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL, CNRS/UPMC/UVSQ/CEA/IRD/Cnes/École Polytechnique/ENS), revient sur cette prise de conscience collective et sur les outils et services mis en œuvre.

 

L’atmosphère, les océans, les grands glaciers ou les banquises constituent des milieux complexes et fragiles en constante interaction via des processus mécaniques, physiques, chimiques ou biologiques. Depuis l’avènement de la planète Terre, les conditions climatiques ont fluctué sous l’effet de causes multiples : augmentation de la puissance du Soleil, dérive des continents, consommation partielle du dioxyde de carbone…

 

Depuis le début de l’ère industrielle cependant, les activités humaines sont venues rompre des conditions climatiques qui s’étaient équilibrées depuis 10 000 ans et la fin du dernier âge glaciaire. L'augmentation de la teneur atmosphérique en gaz à effet de serre constitue un phénomène dominant qui tient à la très longue durée de vie de ces gaz (plus d’un siècle pour le CO2, mais elle coexiste avec d’autres processus : émission de poussières ou d’aérosols (d’une durée de vie limitée à quelques semaines), modification des paysages naturels par la déforestation, irrigation ou érosion des sols…

 

Mais comment traduire le sentiment d’urgence face à l’évolution de notre environnement global ? Après avoir tiré la sonnette d’alarme, la communauté scientifique s’est appliquée sur fond de consensus général à tenir un discours rigoureux faisant la part des certitudes et des incertitudes qui affectent toute tentative de prévision quantitative des changements à venir.

 

L’accroissement de température globale calculé par le modèle de climat de l’IPSL pourrait atteindre plus de 4° sur les continents dans le cas où les émissions de CO2 ne ralentiraient pas. © IPSL

 

Et les travaux d'Hervé Le Treut et de l’IPSL vont dans ce sens. Ils portent sur la modélisation numérique et l’observation du système climatique, appliqués à la compréhension des perturbations radiatives du climat, en particulier le rôle de l'effet de serre additionnel lié aux activités humaines. Les résultats de l’étude des impacts des changements climatiques et de l’analyse des risques environnementaux associés sont désormais très largement relayés auprès du grand public ou des décideurs.

 

Modéliser le climat

Le développement de modèles est motivé par un questionnement d’ordre fondamental : les équations de la mécanique et de la physique nous permettent-elles de rendre compte des caractéristiques essentielles de notre planète, des grands régimes de vents, de précipitations, des courants océaniques, de la position des déserts, de l’extension de la banquise ?

 

Il est ainsi possible de créer des planètes numériques, des répliques informatiques de la planète Terre. L’éventail d’application très large de ces modèles (prévision météorologique, prévisions marines, diagnostic des fluctuations interannuelles du climat) constitue à la fois une preuve de leur pertinence et une démarche qui permet leur validation, complétée par l’étude de climats très différents, glaciaires par exemple.

 

La validation s’appuie aussi sur des études de processus : des satellites mesurent la couverture neigeuse et nuageuse ; les climatologues observent également le transport de chaleur par les océans... Il faut dix ans en moyenne pour fabriquer un modèle climatique. Les scientifiques peuvent aussi comparer notre planète aux autres planètes du système solaire.

 

Les climatologues utilisent ainsi une large palette de modèles qui leur permettent de formuler des hypothèses, de chercher les causes des mécanismes et les tester, d’étudier le comportement d’une atmosphère simplifiée sous certaines conditions. Ces modèles autorisent la manipulation de climats virtuels, ou encore d’explorer le passé et le futur, etc.

 

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Services et outils de prévision à l’Institut Pierre-Simon Laplace

L’étude des environnements terrestre et planétaires repose donc sur le développement d’architectures de modélisation multidisciplinaires (modèles du « Système Terre », couplant atmosphère, océans, continents et surfaces glacées), mais aussi sur le développement de systèmes de collecte, d’archivage, de traitement et de mise à disposition des résultats de modèles et des données d’observation. Les outils développés à l’Institut Pierre-Simon Laplace permettent une mutualisation du travail au service plusieurs thématiques telles que le changement climatique, le suivi des changements de la composition atmosphérique, les études d’impacts à l’échelle régionale, ou les atmosphères planétaires. Cette organisation se fait à l’échelle de l’agglomération francilienne et se fait en lien avec le travail des OSU (Observatoires des Sciences de l’Univers) tels que l’OSU « Ecce Terra » (UPMC/INSU).

 

Les satellites de la constellation de l’A-Train voyagent les uns derrière les autres le long de la même orbite. En combinant les données quasi-simultanées de tous ces satellites, les scientifiques peuvent étudier les paramètres importants qui influencent le climat ? L’IPSL est particulièrement impliqué dans le satellite CALIPSO sur lequel un lidar est embarqué pour l’étude des nuages. © CNES

 

Les modèles scientifiques

Les modèles numériques constituent l’une des grandes forces de l’IPSL, qui a su construire un ensemble cohérent de modules (un total de l’ordre du million de lignes d’instruction) assemblables sous des configurations et sur des ordinateurs différents. Tous ces codes ont vocation à servir une communauté large – et certains modules ont été labellisés par l’INSU en soutien à ce rôle. C’est par exemple le cas de l’océan (modèle NEMO, LOCEAN/IPSL), ou du modèle de pollution atmosphérique (CHIMERE, LMD/IPSL) : ces codes sont accessibles à de nombreux utilisateurs français et étrangers et une assistance à ces utilisateurs est proposée ainsi que l’intégration des améliorations ou nouvelles options. Ils sont aussi impliqués dans des opérations à caractère opérationnel.

 

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 les modèles du CNRM-CERFACS et de l’IPSL pour des scénarios optimiste (RCP 2.6) et sévère (RCP 8.5). À l’échelle des grandes régions et pour un scénario donné, le modèle de l’IPSL prévoit un réchauffement plus important que celui du CNRM-CERFACS pour une perturbation radiative (énergétique) donnée. © IPSL

 

 

La même chose que précédemment, mais avec uniquement le modèle de l’IPSL. © IPSL

 

Services d'observationNouvelle fenêtre et plateformes expérimentales

Chacun des OSU de la région parisienne développe des plateformes expérimentales et des systèmes d’observations labellisés par l’INSU, qui permettent le suivi à long terme de paramètres climatiques et l’étude de processus clef du système climatiques. L’IPSL a une responsabilité particulière vis-à-vis de systèmes qui sont communs à plusieurs laboratoires et plusieurs OSU, tels que le SIRTA ou QUALAIR pour les mesures atmosphériques.

 

Le SIRTA est situé à Palaiseau, à 20 km au sud de Paris dans un environnement semi-urbain. L’observatoire exploite un ensemble très performant d’instruments actifs et passifs de télédétection pour documenter et surveiller les processus radiatifs et dynamiques de l’atmosphère. © SIRTA

 

Bases de donnéesNouvelle fenêtre

La gestion des données climatiques est elle-même organisée au travers de Pôles Thématiques nationaux. L’IPSL a sa part dans la gestion de ces outils, et doit aussi promouvoir pour les scientifiques des ses laboratoires (et au-delà) la capacité de mettre en regard des données de simulation (des différents modèles de la communauté internationale), des données d’observation (au sol ou in situ) et les analyses des grands centres météorologiques : c’est le projet ESPRI.

 

Plateformes d'analyse de laboratoireNouvelle fenêtre

Des analyses réalisés de manières récurrentes nécessitent de développer des plateformes expérimentales adaptées et validées. Ces infrastructures concernent par exemple, l’analyse du CO2 d’échantillon d’eau de mer provenant de flacons prélevés sur le terrain (SNAP-CO2) ou des chambres d’analyse des aérosols organiques terrestres (CESAM) ou planétaires (PAMPRE).

 

La plateforme d’observations QUALAIR assure des mesures, intégrées sur la couche limite atmosphérique urbaine parisienne, de paramètres météorologiques et de concentrations d’espèces chimiques (O3, NOx, CO, CO2, CH4, hydrocarbures, aérosols…) à l’aide notamment de spectromètres (UV, visible, TF) et de lidars. D. R.

 

Outils mathématiquesNouvelle fenêtre

L'analyse des données d’environnement est complexe et requiert des outils mathématiques puissants. À l'IPSL, l’analyse des résultats de modèles numériques et des observations s’appuie sur des études statistiques, des méthodes d'assimilation de données dans les modèles, des méthodes de type « réseaux de neurones »... Le groupe SAMA favorise le développement et les échanges de tels outils.

 

L’IPSL fonctionne donc comme un lieu de synthèse et de mutualisation, fondé sur un principe de subsidiarité : l’IPSL n’intervient pas quand une UMR ou un OSU peut prendre seul en charge un projet. Mais l’expérience à montré que, si les disciplines de l’environnement ont a la fois besoin d’outils nationaux, tels que les super-ordinateurs du consortium GENSI (CNRS/CEA/Universités), d’infrastructures « locales » (telles que celles qui sont offertes par l’UPMC), elles ont aussi besoin de l’organisation interne à la région francilienne que permet l’IPSL pour peser au niveau international dans un grand nombre de contextes.

 

Pour en savoir plus :

Institut Pierre-Simon LaplaceNouvelle fenêtre

 

À voir :

Les conférences Sciences à cœur, saison 1 (2009)

Rencontre autour de l'évolution du climatNouvelle fenêtre

Par Hervé Le Treut, professeur à l’UPMC et directeur de l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL, CNRS/UPMC/UVSQ/CEA/IRD/Cnes/École Polytechnique/ENS).



18/09/12