Aller au contenu Aller au menu Aller à la recherche

Changements climatiques, de l'échelle géologique aux temps présents

accès rapides, services personnalisés

Rechercher

Recherche détaillée

Changements climatiques, de l'échelle géologique aux temps présents

Simuler les climats d’hier et d’aujourd’hui pour appréhender ceux de demain

 

Quel temps faisait-il en l’an 1008 sur les rives du lac de Paladru ? Ce haut lieu d'archéologie subaquatique a connu une soudaine notoriété avec le film d’Alain Resnais, « On connaît la chanson », pour de mauvaises raisons sans doute. En revanche, il pourrait être un cas d’école pour les paléoclimatologues. Pourquoi s’intéresse-t-on donc tant à la « couleur du ciel » du dernier millénaire ? Rencontre avec Myriam Khodri, chargée de recherche IRD au laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN, UPMC/CNRS).

 

Quelles sont les caractéristiques fondamentales du système climatique terrestre ?

Myriam Khodri. Le climat à la surface de la Terre est traditionnellement défini par les cycles saisonniers de la température, des précipitations, de la pression atmosphérique et des vents. Ces variables dépendent aussi d’autres facteurs comme le type de surface (glace, océan, désert) ou la circulation atmosphérique (transport d’air plus ou moins chaud et/ou humide). Le système climatique terrestre reçoit son énergie du soleil, de l’énergie interne (géothermie) et d’autres sources négligeables (dissipation des marées, vent solaire).

 

Qu’appelle-t-on le bilan radiatif ?

M. K. C’est l’élément commun de détermination de la température de tous les modèles climatiques. Il correspond à la différence entre l’énergie solaire incidente, et l’énergie réfléchie par le système Terre. L’océan a un pouvoir réfléchissant assez faible. L’eau a tendance à absorber, les glaces, au contraire, réfléchissent. L’albédo est la part du rayonnement solaire incident réfléchie vers l’espace. La Terre renvoie environ 30% de l’énergie solaire incidente. Dans les 70% absorbés, une partie est utilisée pour augmenter la température des différentes composantes des systèmes climatiques (atmosphère, océan, vapeur d’eau dans l’atmosphère, nuages, calottes de glace sur le continent, glace de mer, végétation). Tous les corps perdent de l’énergie par rayonnement infra-rouge.

 

Les media parlent beaucoup de l’effet de serre. Qu’en est-il vraiment ?

M. K. Si l’expression est d’ailleurs passée dans le langage courant, en réalité, le phénomène est difficile à décrypter. La valeur moyenne actuelle du globe de l’albédo est 0.3, ce qui correspond à une température en surface de 255 °K (soit -18°C). Or, la température de surface est d’environ 15°C en moyenne. Cette différence est liée à l’effet de serre, ou la capacité de l’enveloppe fluide atmosphérique (composée de gaz) à piéger une partie des rayonnements infrarouges émis par la surface terrestre. Une partie de l’énergie est réabsorbée, l’autre est réémise vers l’atmosphère. Le principal gaz à effet de serre est la vapeur d’eau !

 

La vapeur d’eau ? Ne pointe-t-on pas d’habitude plutôt du doigt le méthane ou le gaz carbonique ?

M. K. Si on augmente la teneur en CO2, on déclenche ce que l’on appelle une boucle de rétroaction positive : la température augmente, accélère l’évaporation de l’eau des océans et l’effet de serre s’amplifie. Dans un même temps, la glace de mer aux pôles fond davantage ce qui tend à diminuer l’albédo et l’énergie réfléchie vers l’espace. Et la température augmente à nouveau. C’est une deuxième boucle de rétroaction positive.

 

On parle de prévisions, de prévisibilité, de projections. Ce vocabulaire semble proche et pourtant les objectifs sont différents.

M. K. Les enjeux scientifiques et sociétaux varient évidemment selon le questionnement : les étés à venir seront-ils caniculaires ou maussades ? Le climat va-t-il beaucoup évoluer au dans les prochaines décennies ? Nous utilisons des méthodes et outils différents selon l’échelle de temps considérer pour prévoir le climat qu’il va faire demain, dans un mois, dans dix ans, dans cent ans. Les projections climatiques sont les tendances à long terme alors que les prévisions climatiques courent sur des échelles de temps mensuelles à décennales. Les prévisions météorologiques vont de l’échelle horaire à l’échelle hebdomadaire au plus.

 

Comment reconstruit-on les climats anciens ? Quels enseignements pouvez-vous en tirer ?

M. K. Les données météorologiques et océanographiques obtenues par mesure directe (température, taux d'humidité) ou indirecte (satellites) ne couvrent que les 100 à 200 dernières années. Pour accéder au climat européen du dernier millénaire, nous avons recours à des documents historiques et à des archives de toute sorte et de toute nature : sédiments marins ou lacustres, carottes de glaces (compositions isotopiques de l'oxygène, de l'hydrogène et du carbone), faune et flore (pollens, feuilles, cernes d’arbres, insectes, coraux), reliques géologiques (moraines, plages fossiles)… Tous ces traceurs « fossilisés » sont autant de témoins des variations du climat tout au long de l'histoire de la Terre.

 

Tous ces indicateurs réunis ont pu, par exemple, mettre en évidence un optimum climatique au cours du Moyen Âge en Europe. Cette période relativement chaude a ensuite laissé place au XVIe siècle à une période baptisée « Petit Âge de Glace » en raison des conditions particulièrement rudes et froides qui ont régnée en Europe pendant au moins deux siècles.

 

Pour comprendre les relations entre l’évolution de la température et les facteurs naturels influençant le climat (soleil, volcanisme), les climatologues ont également recours à des expériences complexes de modélisation numérique du climat. Cette approche permet d’évaluer l’influence des forçages naturels et de reconstituer certaines périodes paléoclimatiques de réchauffement ou de refroidissement de climats différents de l’actuel (Petit Âge Glaciaire, Optimum Médiéval…).

 

Simulations et forçages :

(1) Simulation (SGI) de 1000 (an 1000-2000) ans avec le modèle couplé IPSLCM4v2 : TSI avec amplitude séculaire de 0,25% (valeurs typique de l’IPCC AR4), le CO2, et l’insolation. Cette simulation a été réalisée dans le cadre de la thèse de J. Servonnat co-encadré par P. Yiou (LSCE) et M. Khodri;

(2) Simulation (LM2SVI) de 1150 ans (an 850-2000) avec le modèle couplé IPSLCM4v2 : TSI avec amplitude séculaire de 0,1% + cycles de 11 ans sur toute la période (Wang et al.), le CO2 et les volcans (Gao et al., 2008).

(3) Simulation (LMCMP5) de 1000 ans (an 850-1850) avec le modèle couplé IPSLCM5-LR : TSI avec variation séculaire de 0,1% + cycles de 11 ans plus fort avant 1600 (Wang et al+ Krivova, et al.), CO2 et les volcans (Gao et al., 2008).

 

Les connaissances actuelles permettent-elles d’expliquer ces périodes chaudes et froides qui se sont succédé au cours des derniers 1000 ans ?

M. K. Avant le XIXe siècle, l’activité solaire et même le volcanisme sont prépondérants par rapport aux autres paramètres pouvant influencer le climat comme l’augmentation récente la teneur en CO2 atmosphérique. Comme pour les mesures de températures, il n’existe cependant pas de mesure directe des variations de l’activité solaire et volcanique pour les siècles passés. Les observations actuelles indiquent principalement une modulation d’environ 0,1% de la quantité irradiance solaire totale (dite TSI) reçue par la Terre cours de cycle de 11 ans.

 

À l’échelle séculaire, les estimations basées en partie sur l’analyse des variations en isotopes cosmogéniques (Berelium-10/Carbone-14) mesurées dans les carottes de glace et les cernes d’arbre, indiquent que les variations en TSI n’ont sans doute pas dépassé cette amplitude. Néanmoins, une grande source d’incertitude concerne l’amplitude de la tendance séculaire de l’irradiance solaire totale depuis la fin du dernier minimum d’activité solaire, dit « de Maunder », à la fin du XVIIe siècle.

 

Les éruptions volcaniques jouent-elles un rôle sur le climat ?

M. K. Le forçage radiatif le plus fort reste le volcanisme quand l’éruption est suffisamment intense pour injecter des aérosols en altitude au niveau de la stratosphère, mais son action est limitée dans le temps. La quantification de l’impact climatique du volcanisme sur des échelles de temps longues est dif­ficile car on ne dispose d’observa­tions directes et complètes que pour l’éruption stratosphérique du mont Pinatubo de 1991. Pour estimer l’intensité des éruptions passées, on doit fonder notre analyse sur des indices qui tentent de refléter la charge en aérosol volcanique injectée dans la stratosphère. Ces aérosols, une fois dans la stratosphère, vont avoir un effet parasol sur les rayonnements solaires incident et conduire à un refroidissement des températures en surface pendant plusieurs années après le début de l’éruption.

 

La reconstruction de l’intensité des éruptions passées peut nous permettre de comprendre com­ment l’activité volcanique influence les climats présents et passés. Mais l’intensité des éruptions à elle seule ne permet pas de prédire les chan­gements de température de l’atmos­phère et de l’océan. La localisation de l’éruption, son intensité, la com­position gazeuse émise, la chimie stratosphérique et la microphysique de l’aérosol doivent aussi être pris en compte.

 

Pour en savoir plus :

 

Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN, UPMC/CNRS)Nouvelle fenêtre



16/09/13