L’avenir climatique de la Terre est incertain, mais le monde doit se préparer au changement.

Entrez dans les simulations climatiques, qui recréent les interactions physiques entre la terre, la mer et le ciel en utilisant des lois et des équations physiques bien connues. Ces modèles peuvent se pencher sur le passé et reconstituer d’anciennes périodes glaciaires ou des mondes de serre chaude à l’aide de données glanées dans des roches et des carottes de glace.

Mais les climatologues utilisent également ces simulations pour envisager une gamme de différents futurs possibles,notamment en réponse aux émissions de gaz à effet de serre qui modifient le climat. Ces scénarios de type “ChooseYour Own Adventure” visent à prédire ce qui résultera de différents niveaux d’émissions au cours des prochaines décennies. Cela signifie qu’il faut fixer des limites supérieures et inférieures aux réponses à des questions telles que : Quelle chaleur fera-t-il ? Quelle sera la hauteur de la mer ?

La bonne nouvelle est que les simulations climatiques s’améliorent pour recréer même les aspects les plus subtils du changement climatique, comme la physique compliquée des nuages, l’impact des aérosols et la capacité de l’océan à absorber la chaleur de l’atmosphère.

Mais il y a aussi de mauvaises nouvelles : Plus d’informations ne signifie pas toujours plus de clarté. Et cela alimente aujourd’hui l’incertitude quant à la gravité du “pire scénario” pour le climat de la Terre.

Il y a cinq ans, les pires scénarios climatiques probables étaient suffisamment inquiétants. Dans le cadre d’un scénario dit “business-as-usual”, dans lequel l’humanité ne prend aucune mesure pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, la planète devrait se réchauffer d’ici 2100 de 2,6 à 4,8 degrés Celsius par rapport à la température moyenne de la Terre entre 1986 et 2005 (SN:13/04/14). Le niveau moyen mondial des mers était considéré comme susceptible d’augmenter d’un mètre dans ce même scénario, selon le rapport 2014 du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, ou GIEC.

Mais la dernière génération de modèles climatiques suggère que le climat de la Terre pourrait être encore plus sensible à des niveaux très élevés de dioxyde de carbone atmosphérique qu’on ne le pensait auparavant. Et cela, à son tour, augmente les projections de la chaleur qu’il pourrait faire.

“Nous avons des discussions sur “Devons-nous croire ces modèles ?”” dit Andrew Gettelman, un climatologue du National Center for Atmospheric Research, ou NCAR, à Boulder, Colo.

C’est parce que les simulations utilisent les mêmes équations pour examiner les conditions climatiques passées et futures. Et de nombreuses simulations peinent encore à recréer avec précision le climat des périodes très chaudes du passé, comme l’époque de l’Éocène (SN : 11/3/15). Il s’avère qu’à mesure que le monde se réchauffe, les incertitudes commencent à augmenter. “Personne ne se dispute pour savoir si moins de 2 degrés”, dit Gettelman. “Nous discutons de l’extrémité supérieure”.

Mettre le feu aux poudres

Le premier soupçon que quelque chose de très étrange se passait avec les derniers modèles est apparu en mars, lors d’une réunion à Barcelone de scientifiques et de modélisateurs travaillant sur les simulations climatiques de nouvelle génération. Nombre de ces simulations sont destinées à être intégrées dans le prochain rapport d’évaluation du GIEC, dont la première partie devrait être publiée en avril 2021.

Toutes les simulations incluent des estimations de quelque chose appelé sensibilité climatique d’équilibre, ou ECS. Cela signifie essentiellement comment le futur climat de la Terre devrait répondre à une nouvelle normale – plus précisément, une atmosphère qui contient deux fois plus de dioxyde de carbone qu’à l’époque préindustrielle.

Une tendance similaire est montrée par plusieurs simulations bien connues, développées par des équipes du NCAR, du département américain de l’énergie, du centre Hadley d’Angleterre pour la prévision et la recherche climatique à Exeter et de l’Institut PierreSimon Laplace, ou IPSL, basé à Paris. Dans ces modèles, l’ECS était plus élevé, ce qui signifie que la Terre était plus sensible au dioxyde de carbone, que dans les générations précédentes de modèles. Si cela est vrai, cela suggère que les gaz peuvent exercer une influence encore plus grande sur l’atmosphère de la Terre que ce que l’on pensait. En fin de compte, cela pourrait signifier que les températures pourraient devenir plus chaudes que ce que les projections précédentes, même les plus élevées, suggéraient.

En septembre, des scientifiques de l’IPSL et du Centre national français de la recherche scientifique, ou CNRS, également à Paris, ont rendu publiques leurs simulations. En se basant sur les projections de deux modèles climatiques distincts, les équipes ont rapporté que le réchauffement global moyen d’ici 2100 pourrait grimper jusqu’à 6 à 7 degrés C (ou environ 11 à 13 degrés Fahrenheit) par rapport à l’époque préindustrielle.

Comme beaucoup de simulations climatiques de nouvelle génération, les deux modèles français présentent une résolution à plus fine échelle et de meilleures représentations des conditions réelles que les simulations antérieures. Lorsqu’elles sont testées par rapport aux observations climatiques actuelles, les nouvelles simulations reproduisent également mieux ces observations, selon le climatologue du CNRS Olivier Boucher.

Mais le niveau élevé de l’ECS reste une surprise : “Le nôtre est meilleur” en termes de physique, dit Boucher. “Mais cela ne se traduit pas automatiquement par une plus grande confiance pour les projections futures”.

Cette énigme de l’ECS, que plusieurs modèles montrent encore, est revenue sur le tapis le 21 novembre lors d’une réunion du NationalAcademy of Sciences atmospheric and climate science board à Washington, D.C. La cause la plus probable de l’ECS élevé, a déclaré Gettelman lors de la réunion, était dans la mesure où les modèles estiment que les nuages renforceront le réchauffement (SN : 3/22/14). Entre autres facteurs, la hauteur des nuages dans l’atmosphère est importante : Les nuages de basse altitude peuvent renvoyer la lumière dans l’espace, tandis que les nuages de haute altitude peuvent piéger la chaleur. Gettelman et ses collègues ont également discuté de l’importance des nuages dans la modélisation de l’ECS en juillet dans Geophysical Research Letters.

“Les nuages à haute latitude semblent être assez importants”, dit Gettelman. La région au-dessus de l’océan Austral présente un intérêt particulier, mais des études sont actuellement en cours pour examiner les effets des nuages de haute altitude dans l’Arctique ainsi que des nuages de plus basse altitude dans les tropiques.

Un nouveau paradigme

Le fait de se demander comment discuter des modèles à haute résolution sera probablement un casse-tête pour les auteurs du prochain rapport du GIEC. Le paysage des simulations climatiques se complique également d’autres façons.

Pour le rapport 2014 du GIEC,les modélisateurs climatiques ont également participé à la cinquième itération d’un projet visant à établir des normes et des scénarios pour les projections climatiques. Ce projet s’appelle le projet d’intercomparaison des modèles couplés du Programme mondial de recherche sur le climat, ou CMIP5 pour faire court.

Les projections futures de CMIP5 ont été organisées à l’aide d’un concept appelé “voies de concentration représentatives”, ou RCP. Chaque trajectoire décrit un avenir climatique possible basé sur les effets physiques des gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone et le méthane, qui persistent dans l’atmosphère et retiennent le rayonnement solaire. Une Terre dans laquelle les émissions de gaz à effet de serre sont réduites de façon spectaculaire et rapide était représentée par un scénario appelé RCP 2.6. Le scénario de maintien du statu quo était connu sous le nom de RCP 8.5.

Le prochain sixième rapport d’évaluation du GIEC s’appuiera sur les projections du CMIP6, les nouveaux modèles plus sensibles. Et dans ceux-ci, les RCP sont out, et un nouveau paradigme appelé “sharedsocioeconomic pathways”, ou SSP, est in.

Alors que les projections RCP sont basées uniquement sur la façon dont les différentes concentrations de gaz réchauffent l’atmosphère, les projections SSP intègrent également les changements sociétaux, tels que les changements démographiques, l’urbanisation, la croissance économique et le développement technologique. En suivant la façon dont ces changements peuvent affecter le changement climatique futur, les scientifiques espèrent que le canal SSP aidera également les nations à mieux évaluer comment atteindre leur propre objectif d’émissions promis dans le cadre de l’Accord de Paris(SN : 12/12/15).

Data drive

Le comportement humain n’est pas la seule source d’incertitude lorsqu’il s’agit d’envisager les pires scénarios. Les scientifiques s’efforcent également de simuler les interactions physiques complexes entre la glace et l’océan et l’atmosphère, en particulier lorsque les températures continuent à augmenter.

“La plupart des océans ont de l’air au-dessus d’eux, et les océans ont de la glace au-dessus d’eux. Et la glace bouge, la glace interagit. C’est une chose très difficile”, explique Richard Alley, aglaciologue à Penn State.

Les modèles climatiques arrivent tout juste au point où ils peuvent reproduire un grand nombre de ces interactions en les “couplant” dans une seule simulation, dit Alley. C’est la clé d’une projection précise des futurs possibles : De telles simulations couplées révèlent comment ces interactions s’alimentent les unes les autres, ce qui augmente le potentiel de températures encore plus élevées ou de mers encore plus hautes.

Mais de nombreuses sources d’incertitude possibles subsistent lorsqu’il s’agit d’anticiper ce que l’on appelle le scénario du pire. Par exemple, la vitesse à laquelle les mers monteront est liée à la vitesse à laquelle les grandes couches de glace qui recouvrent le Groenland et l’Antarctique perdront de la glace dans l’océan, par fonte ou effondrement (SN : 9/25/19).

Les simulations climatiques ne reproduisent toujours pas bien cette fonte, même dans le rapport spécial du GIEC sur les impacts du changement climatique sur la glace et les océans publié en octobre 2019. C’est en partie parce que les scientifiques ne comprennent pas complètement comment la glace réagit au changement climatique, explique le glaciologue Eric Rignot de l’Université de Californie à Irvine. “L’une des plus grandes incertitudes est la façon dont le réchauffement des océans peut interagir avec le vaste ventre des glaciers qui bordent les calottes glaciaires et les éroder, explique M. Rignot. Pour identifier comment une telle érosion pourrait se produire, il faut des cartes bathymétriques détaillées, des cartes de ces fonds qui peuvent révéler des canaux profonds permettant aux eaux océaniques plus chaudes de se faufiler dans les fjords et de ronger les glaciers (SN : 4/3/18).Lui et ses collègues ont créé certaines de ces cartes pour le Groenland.

Les scientifiques essaient également d’obtenir des données de bottes sur le terrain pour s’attaquer à d’autres incertitudes, comme la façon dont le réchauffement peut modifier le comportement des couches de glace elles-mêmes lorsqu’elles s’étirent, se courbent et glissent sur le sol. En 2018, une collaboration internationale de scientifiques a lancé un projet de cinq ans pour étudier en temps réel la rupture du glacierThwaites, de la taille de la Floride, dans l’inlandsis de l’Antarctique occidental. Les eaux chaudes de l’océan amincissent le glacier, qui soutient l’inlandsis comme un contrefort,ralentissant le flux de glace vers l’océan. Thwaites est susceptible de s’effondrer, probablement dans les prochaines décennies.

Et il y a d’autres processus qui ne sont pas encore inclus dans les modèles CMIP qui pourraient envoyer la glace dégringoler rapidement dans la mer : L’eau de fonte s’infiltre par des fissures et des crevasses jusqu’à la base de la couche de glace, lubrifiant son glissement de la terre à l’océan. L’eau de fonte peut également geler en plaques solides et imperméables qui peuvent accélérer l’écoulement de l’eau de fonte plus récente dans l’océan (SN : 9/18/19). Peut-être le plus effrayant, certains chercheurs ont suggéré que le réchauffement futur pourrait faire en sorte que les falaises de glace géantes et abruptes de l’Antarctique perdent soudainement de gros morceaux de glace dans l’océan, ce qui augmenterait rapidement le niveau des mers (SN : 2/6/19).

Il y a une bonne raison pour laquelle les modèles climatiques actuels n’incluent pas l’hypothèse des falaises de glace, dit Alley. “Les meilleurs modèles, ceux dont on peut être sûr qu’ils reconstruisent ce qui s’est passé récemment, ne font généralement pas beaucoup d’efforts pour casser les choses”, dit-il. Le problème n’est pas de simuler la physique des morceaux de glace qui se détachent, mais de simuler exactement quelles plates-formes de glace se détacheront – et à quel moment. Cela rend l’erreur potentielle de simulation de ces processus très importante.

“C’est une grande partie de la tension dans la communauté en ce moment”, ajoute Alley. “La façon de gérer cela est encore très difficile à déterminer”.

Le rapport spécial 2019 du GIEC a noté l’hypothèse de la falaise de glace, mais l’a considérée comme extrêmement improbable. Mais cela ne signifie pas que c’est impossible, dit Alley – ou que cela ne s’est pas produit dans le passé. Des preuves provenant de sédiments océaniques révèlent que des icebergs géants se sont détachés de falaises continentales et ont fondu en mer par le passé. Si le glacier Thwaites se retire jusqu’à l’intérieur de l’Antarctique, le vêlage continu pourrait créer des falaises massives deux fois plus hautes et dix fois plus larges que celles observées au Groenland, a-t-il noté en décembre lors de la réunion annuelle de l’American Geophysical Union à San Francisco.

Le GIEC “suppose que nous aurons de la chance et que cela ne se produira pas”, a déclaré Alley. Mais les données sur les sédiments océaniques soulèvent “des questions vraiment sérieuses sur cette hypothèse”.

Gettelman, quant à lui, prévient que l’incertitude persistante dans les projections futures ne signifie pas que le monde devrait attendre pour voir ce qui se passe ou que les scientifiques le découvrent. “Cela signifie plutôt que nous devons agir rapidement”, dit-il. Que les projections de température élevée ou d’élévation du niveau de la mer s’avèrent réelles ou non, “c’est quand même assez mauvais”.