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"Les modèles climatiques démontrent que les choses vont mal se passer mais il paraît difficile de saisir l’ampleur des méfaits" par Carolyn Gramling

Traduction et compléments de Jacques Hallard

lundi 3 février 2020, par Gramling Carolyn

ISIAS Climat

Les modèles climatiques démontrent que les choses vont mal se passer mais il paraît difficile de saisir l’ampleur des méfaits : les scientifiques ne savent toujours pas prédire ce à quoi va ressembler le pire scénario pour le futur climat de la Terre

L’article d’origine de Carolyn Gramling a été publié le 07 janvier 2020 par Science News sous le titre « Climate models agree things will get bad » et il est accessible sur ce site : https://www.sciencenews.org/article/why-climate-change-models-disagree-earth-worst-case-scenarios?utm_source=email&utm_medium=email&utm_campaign=latest-newsletter-v2&utm_source=Latest_Headlines&utm_medium=email&utm_campaign=Latest_Headlines

Joint Polar Satellite System-1

Les satellites, tels que le vaisseau spatial ‘Joint Polar Satellite System-1’ illustré ici, suivent les changements sur la terre, dans les océans et dans l’atmosphère. Les scientifiques utilisent ces données pour vérifier dans quelle mesure les modèles climatiques arrivent à reproduire les conditions du monde réel. Satellites NOAA

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

Entrez dans des 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. De tels modèles peuvent se pencher sur le passé et reconstruire des époques glaciaires ou des mondes caniculaires anciens à l’aide de données recueillies à partir de roches et de carottes de glace.

Mais les climatologues utilisent également ces simulations pour envisager une gamme de différents futurs possibles, en particulier en réponse aux émissions de gaz à effet de serre qui modifient le climat. Ces scénarios de type ‘Choose Your Own Adventure’ (Choisissez votre propre aventure), visent à prévoir ce qui va se produire en raison des différents niveaux d’émissions de gaz à effet de serre au cours des prochaines décennies. Cela signifie mettre des limites supérieures et inférieures sur les réponses à des questions telles que : de combien de degrés sera le réchauffement, quelle sera la hauteur de l’élévation du niveau des mers… ?

La bonne nouvelle est que les simulations climatiques s’améliorent pour recréer même les aspects les plus subtils du changement climatique, tels que la physique des nuages compliquée, 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 signifient pas toujours plus de clarté. Et cela alimente maintenant l’incertitude quant à la gravité du « pire scénario » pour le climat de la Terre.

Il y a cinq ans, les scénarios climatiques les plus défavorables probables étaient suffisamment inquiétants. Dans un scénario dit de « statu quo », dans lequel l’humanité ne prend aucune mesure pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, d’ici 2100, la planète devrait se réchauffer entre 2,6 degrés et 4,8 degrés Celsius par rapport à la température moyenne de la Terre de 1986 à 2005 (SN : 13/04/14).

Selon le rapport de 2014 du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, ou GIEC, le niveau moyen de la mer dans le monde augmenterait probablement jusqu’à un mètre dans ce même scénario.

Mais la nouvelle génération de modèles climatiques suggère que le climat de la Terre pourrait être encore plus sensible qu’on ne le pensait, aux niveaux très élevés de dioxyde de carbone atmosphérique. Et cela, à son tour, augmente les projections sur le fait de savoir à quel point il pourrait faire beaucoup plus chaud.

« Nous discutons sur ’ Croyons-nous ces modèles ? ’ », explique Andrew Gettelman, climatologue au National Center for Atmospheric Research, ou NCAR, à Boulder, Colorado aux Etats-Unis.

En effet, les simulations utilisent les mêmes équations pour examiner les conditions climatiques passées et futures. Et de nombreuses simulations ont encore du mal à recréer avec précision le climat de périodes très chaudes dans le passé, comme l’époque de l’Éocène (SN : 11/3/15). [Voir « Optimum climatique de l’Éocène » sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Optimum_climatique_de_l%27%C3%89oc%C3%A8ne ].

À mesure que le monde se réchauffe, il s’avère que les incertitudes commencent à s’intensifier. « Personne ne se demande plus si [l’augmentation de la température sera] inférieure à 2 degrés », explique Gettelman. « Nous discutons sur des niveaux supérieurs de températures ».

L’augmentation de la chaleur

Le premier soupçon que quelque chose de très étrange se passait avec les derniers modèles est venu en mars 2019, lors d’une réunion à Barcelone, avec des scientifiques et des modélistes qui travaillent sur des simulations climatiques de la nouvelle génération. De nombreuses simulations sont destinées à être incorporées 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 ‘equilibrium climate sensitivity’, ou ECS, (sensibilité climatique à l’équilibre). Cela signifie essentiellement comment le futur climat de la Terre devrait réagir à une nouvelle normalité - en particulier, une atmosphère qui contient deux fois plus de dioxyde de carbone que pendant la période préindustrielle.

Une tendance similaire est illustrée par plusieurs simulations bien connues, développées par des équipes du NCAR, du Département américain de l’énergie, du ‘Hadley Center for Climate Prediction and Research’ à Exeter en Angleterre et de l’Institut Pierre Simon Laplace, basé à Paris, ou IPSL. 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 de modèles précédentes. S’ils sont réels, cela suggère que les gaz peuvent exercer encore plus d’influence sur l’atmosphère terrestre que prévu. En fin de compte, cela pourrait signifier que les températures pourraient devenir plus chaudes que même les projections précédentes les plus élevées suggérées antérieurement.

En septembre 2019, des scientifiques de l’IPSL et du CNRS, basés également à Paris, ont rendu publiques leurs simulations. Sur la base des projections de deux modèles climatiques distincts, les équipes ont indiqué que le réchauffement climatique moyen d’ici 2100 pourrait atteindre 6 à 7 degrés C (ou environ 11 à 13 degrés Fahrenheit) par rapport à l’époque préindustrielle.

Comme avec de nombreuses simulations climatiques de la nouvelle génération, les deux modèles français offrent une résolution à plus petite échelle et de meilleures représentations des conditions réelles que les simulations antérieures. Testées par rapport aux observations climatiques actuelles, les nouvelles simulations permettent également de mieux reproduire ces observations, explique le climatologue du CNRS Olivier Boucher.

Mais l’ECS élevé reste une surprise. « Notre [modèle] est meilleur en termes de physique », dit Boucher. « Mais cela ne se traduit pas automatiquement par une confiance accrue dans les projections futures ».

Cette énigme de l’ECS, que tant de modèles montrent encore, est apparue à nouveau le 21 novembre 2019 lors d’une réunion de la ‘National Academy of Sciences atmospheric and climate science, l’Académie nationale des sciences atmosphériques et du climat à Washington, DC. La cause la plus probable de l’ECS élevé, a déclaré Gettelman lors de la réunion, était dans quelle mesure les modèles estiment que les nuages ​​amélioreront 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 du soleil dans l’espace, tandis que les nuages ​​de plus 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 2019 dans la revue scientifique ‘Geophysical Research Letters’.

« Les nuages ​​sous de hautes latitudes semblent être assez importants », explique Gettelman. La région de l’Océan Austral est particulièrement intéressante, mais des études sont en cours pour examiner les effets des nuages ​​de haute altitude dans l’Arctique, ainsi que des nuages ​​de basse altitude sous les tropiques.

Un nouveau paradigme

Se demander comment discuter des modèles à hautes valeurs de l’ECS sera probablement un casse-tête pour les auteurs du prochain rapport du GIEC. Le paysage des simulations climatiques se complique également à bien d’autres égards.

Pour le rapport 2014 du GIEC, les modélisateurs du climat 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 ‘World Climate Research Programme’, Programme mondial de recherche sur le climat, couplé au ‘Coupled Model Intercomparison Project’ ou Projet de comparaison des modèles, ou CMIP5 pour faire court.

Les projections futures du CMIP5 ont été organisées en utilisant un concept appelé “representative concentration pathways,” (RCP), ou ‘voies de concentrationreprésentatives’. Chaque voie a 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, alors qu’ils s’attardent dans l’atmosphère et captent le rayonnement du soleil. Une Terre dans laquelle les émissions de gaz à effet de serre sont considérablement et rapidement réduites était représentée par un scénario appelé RCP 2.6. Le scénario 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 chez eux, les RCP sont supprimés et un nouveau paradigme appelé “shared socioeconomic pathways, (SSP) ou « voies socio-économiques partagées », est en place [lectures sur diaporama dense].

Photo de Mumbai (akksht / Shutterstock) - La dernière génération de modèles climatiques, appelés collectivement modèles CMIP6, comprend des projections qui tiennent compte des changements socioéconomiques possibles, ainsi que de la façon dont différentes concentrations de gaz à effet de serre réchauffent l’atmosphère. Ces changements socioéconomiques comprennent les tendances de la croissance économique et du développement technologique, en particulier dans les villes à croissance rapide telles que Mumbai (illustré ci-dessus).

[Voir les articles Voici les 20 villes les plus dynamiques au monde et Les villes, qui grandissent à toute vitesse, seront une chance pour l’Afrique. A condition de… ].

Alors que les projections du RCP sont basées uniquement sur la façon dont différentes concentrations de gaz réchauffent l’atmosphère, les projections du SSP intègrent également des changements sociétaux, tels que les changements démographiques, l’urbanisation, la croissance économique et le développement technologique. En suivant comment ces changements peuvent affecter les changements climatiques futurs, les scientifiques espèrent que les SSP peuvent également aider 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).

Lecteur de données

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

« La plupart des océans ont de l’air au-dessus d’eux et [certains] océans ont de la glace au-dessus d’eux. Et la glace se déplace, la glace interagit. C’est une chose très difficile à saisir », explique Richard Alley, glaciologue au Penn State.

Les modèles climatiques en arrivent au point où ils peuvent reproduire bon nombre de ces interactions en les « couplant » en une seule simulation, dit Richard Alley. Cela est essentiel pour projeter avec précision les futurs possibles : de telles simulations couplées révèlent comment ces interactions se nourrissent les unes les autres, augmentant ainsi le potentiel de températures encore plus élevées ou de niveau des mers encore plus supérieur.

[Voir le document Simulations couplées fluide-structure et étude expérimentale d’un hydrofoil composite sous écoulement hydrodynamique - Laëtitia Pernod 1 - 1 LHEEA -Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique].

Mais de nombreuses sources d’incertitude restent possibles lorsqu’il s’agit d’anticiper ce que l’on appelle le pire des scénarios. Par exemple, la vitesse à laquelle les mers s’élèveront est liée à la rapidité avec laquelle les grandes calottes glaciaires recouvrant le Groenland et l’Antarctique perdront de la glace dans l’océan, par fonte ou par effondrement (SN : 9/25/19).

[Voir l’article La fonte des calottes glaciaires pourrait provoquer un ’chaos’ climatique ].

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. « Nous faisons des progrès », dit-il, « mais nous n’y sommes pas encore ».

L’une des plus grandes incertitudes est de savoir comment le réchauffement des océans peut interagir avec les vastes parties inférieures des glaciers qui bordent les calottes glaciaires en les érodant, dit Rignot. Pour identifier comment une telle érosion peut se produire, il faut des cartes bathymétriques détaillées, des cartes du fond marin qui peuvent révéler des canaux profonds permettant à l’eau plus chaude de l’océan de s’infiltrer dans les fjords et de ronger par la suite les glaciers (SN : 4/3/18). Lui et ses collègues ont créé certaines de ces cartes pour le Groenland.

[Selon Wikipédia, « La bathymétrie (du grec bathys, « profond » et mètre, « mesure ») est la science de la mesure des profondeurs et du relief de l’océan pour déterminer la topographie du sol de la mer.

Carte - L’une des premières cartes de bathymétrie océanique, réalisée à partir des données de sondage rapportée par l’USS Dolphin après les années 1830.

Carte - Vue en perspective du plancher océanique de l’océan Atlantique et de la mer des Caraïbes (Petites Antilles en bas à gauche, et Floride en haut à droite). La grande tranchée au centre de la vue est la Fosse de Porto Rico, au plus profond de l’océan Atlantique et la mer des Caraïbes.

Carte - Bathymétrie de l’océan Arctique.

Une convention utilisant des codes de couleur permet de cartographier les fonds marins de manière standardisée (General Bathymetric Chart of the Oceans ou GEBCO, établie sous l’égide de la Commission océanographique intergouvernementale et de l’Organisation hydrographique internationale)… - Article completici.

Suite de l’article traduit

Voir la carte indiquée  : de nouvelles cartes de la bathymétrie, ou de la profondeur des fonds marins, autour du Groenland, aident les scientifiques à voir où les eaux chaudes de l’océan peuvent accélérer la fonte des glaciers. Dans cette région de l’ouest du Groenland, les régions roses représentent les glaciers qui reculent le plus rapidement. La bathymétrie est représentée sur une échelle allant du plus profond (en bleu) au moins profond (blanc). An et al / Télédétection 2019.

Les scientifiques tentent également d’obtenir des données sur le terrain pour s’attaquer à d’autres incertitudes, telles que la façon dont le réchauffement peut modifier le comportement des calottes glaciaires elles-mêmes lorsqu’elles s’étirent, se plient 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 glacier de Thwaites de la taille de la Floride, dans la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental. Les eaux chaudes de l’océan amincissent le glacier, qui soutient la calotte glaciaire comme un contrefort, ralentissant le flux de glace vers l’océan. Thwaites est susceptible de s’effondrer, peut-être au cours des prochaines décennies.

[D’après Wikipédia, « Le glacier Thwaites est un glacier faisant partie de l’inlandsis Ouest-Antarctique en Antarctique. Il a été ainsi nommé par l’ACAN1 en hommage à Fredrik T. Thwaites, géologue spécialiste des zones froides, géomorphologiste et professeur émérite à l’Université du Wisconsin à Madison2. Il est suivi avec attention depuis plus de 25 ans, car tous les glaciers qui se déversent en mer d’Amundsen dans la même zone de l’Antarctique occidental semblent subir une accélération3, et perdre de la masse4, tout particulièrement celui-ci, puisqu’à lui seul il représentait vers 2012 environ le tiers de la perte de masse de la vaste Baie s’ouvrant sur la mer d’Amundsen4.
Or la fonte de cette zone contribuerait (et contribue déjà) à une accélération significative de la montée de la mer5,6,7… » - Article complet ici. ]

[Voir également cet article : Antarctique : le glacier géant de Thwaites va-t-il fondre ? -29 juil. 2019 - Grand comme un tiers de la France, le glacier de Thwaites, en Antarctique, est menacé par le réchauffement climatique… ].

Et il y a d’autres processus non encore inclus dans les modèles CMIP qui pourraient envoyer de la glace dégringoler rapidement dans la mer : l’eau de fonte s’infiltre à travers les fissures et les crevasses à la base de la calotte glaciaire, lubrifiant son glissement de la terre vers l’océan. L’eau de fonte peut également recongeler en dalles solides et imperméables qui peuvent accélérer l’écoulement des nouvelles eaux de fonte dans l’océan (SN : 9/18/19).

Peut-être le plus effrayant est que 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, augmentant rapidement le niveau de la mer (SN : 2/6/19).

Il y a une bonne raison pour laquelle les modèles climatiques actuels n’incluent pas l’hypothèse de la falaise de glace, dit Alley. « Les meilleurs modèles, ceux dans lesquels vous pouvez avoir le plus de confiance en reconstruisant ce qui s’est passé récemment, ne dépensent généralement pas beaucoup d’efforts pour rompre les choses », dit-il. Le problème n’est pas de simuler la physique des morceaux de glace qui se cassent, c’est de simuler exactement quelles plates-formes de glace vont se casser - et quand. Cela rend l’erreur potentielle de simulation de ces processus très importante.

« Cela créée beaucoup de tensions dans la communauté scientifique en ce moment », ajoute Alley. « Il reste très difficile de gérer cela ».

Le rapport spécial 2019 du GIEC a noté l’hypothèse de la falaise de glace, mais l’a jugée extrêmement improbable. Mais cela ne signifie pas que c’est impossible, dit Alley - ou que cela ne s’est pas produit dans le passé. Les preuves des sédiments océaniques révèlent que des icebergs géants se sont détachés des falaises continentales et ont fondu en mer par le passé. Si le glacier Thwaites se retire jusqu’à l’intérieur de l’Antarctique, le mouvement en cours pourrait créer des falaises massives deux fois plus hautes et 10 fois plus larges que celles observées au Groenland, a-t-il noté en décembre 2019 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 n’arrivera pas », a déclaré Alley. Mais les données sur les sédiments océaniques soulèvent « de très sérieuses questions sur cette hypothèse ».

Gettelman, quant à lui, prévient que l’incertitude persistante dans les projections futures ne signifie pas que le monde devrait attendre de voir ce qui se passe ou que les scientifiques le découvrent. « Cela signifie vraiment que nous devons faire quelque chose rapidement », dit-il. Que les prévisions de hausse des températures ou de l’élévation du niveau de la mer se révèlent réelles ou non, « c’est encore suffisamment mauvais ».

Citations

R. Alley et al. “Then new problems came, from above and below…” : Heinrich Events and the future of West Antarctic ice. American Geophysical Union annual meeting, San Francisco, December 13, 2019.

Intergovernmental Panel on Climate Change. Special report on the ocean and cryosphere in a changing climate, summary for policymakers. 51st Session of the IPCC, Monaco, published online September 25, 2019.

The French National Centre for Scientific Research. Two French climate models consistently predict a pronounced global warming. September 17, 2019.

A. Gettelman et al. High climate sensitivity in the community Earth System Model Version 2 (CESM2). Geophysical Research Letters. Vol 46, p. 8329, July 16, 2019.

About Carolyn Gramling (photo) E-mailTwitter- Carolyn Gramling is the earth & climate writer. She has bachelor’s degrees in geology and European history and a Ph.D. in marine geochemistry from MIT and the Woods Hole Oceanographic Institution.

A propos de Carolyn Gramling est l’auteure de la terre et du climat. Elle détient un baccalauréat en géologie et histoire européenne et un doctorat. en géochimie marine du MIT et de la Woods Hole Oceanographic Institution.

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Diffusion avec traduction, ajout de compléments et intégration de liens hypertextes : Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant 01/02/2020

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