MODÉLISATION DU CLIMAT

À l’origine des modèles de climat

La modélisation par ordinateur – ou modélisation numérique – du climat est née au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, presque en même temps que les premiers ordinateurs et que la prévision numérique du temps. Mais elle se fonde sur des connaissances scientifiques bien plus anciennes sur la circulation de l’atmosphère et les phénomènes météorologiques.

Les débuts de la météorologie et de la climatologie modernes

Une météorologie descriptive se développe dès le xvii^e siècle notamment grâce à l’invention de nombreux instruments (thermomètre, baromètre, anémomètre…). Ferdinand II de Médicis (1610-1670), grand-duc de Toscane, met en place le premier réseau d’observatoires, avec des stations instrumentées dans onze villes dont Pise, Florence, Paris et Varsovie. À bord des navires de commerce sillonnant les mers, on recense les vents et les courants marins, et l’astronome Edmond Halley (1656-1742) publie des cartes du monde où figurent les alizés de l’Atlantique comme les vents de mousson du Pacifique. Halley imagine l’organisation de la circulation atmosphérique en cellules intertropicales (l’air chaud monte près de l’équateur et redescend dans chaque hémisphère) et George Hadley (1685-1768) montre le rôle de la rotation de la Terre dans la déviation vers l’ouest des alizés – sans doute un des premiers « modèles » explicatifs de la circulation globale de l’atmosphère.

C’est au xix^e siècle que progressent rapidement, quoique indépendamment, les trois « branches » de la météorologie : la branche empirique, qui est fondée sur le recueil et le traitement de données d’observation ; la branche théorique, qui cherche les explications des mouvements de l’atmosphère dans les lois de la physique ; la branche pratique, qui vise à prédire le temps. Sur le front des observations, l’invention, en 1817, des lignes isothermes par Alexander von Humboldt (1769-1859) a un impact majeur sur les représentations graphiques en météorologie. Mesures et représentations cartographiques sont standardisées sous l’impulsion de l’Organisation météorologique internationale (OMI) initiée en 1873, tandis que de nouvelles méthodes statistiques permettent de traiter l’afflux de données. À la fin du xix^e siècle, presque tous les pays développés disposent d’un service dévolu à la collecte des données climatiques et au calcul de moyennes ; la climatologie a acquis le statut de science statistique et empirique proche de la géographie, enseignée à l’université. Sur le front de la théorie, physiciens et mathématiciens cherchent à interpréter les principaux phénomènes météorologiques à partir des lois de la physique et appliquent la théorie des fluides en mouvement à la Terre en rotation pour expliquer les vents et les courants : c’est la « météorologie dynamique ». Le troisième front, celui de la prévision, n’utilise ni les explications de la météorologie dynamique ni l’accumulation de données climatiques, mais il bénéficie de l’invention du télégraphe électrique (1837). Après qu’une violente tempête eut détruit le 14 novembre 1854 la flotte française en mer Noire au cours de la guerre de Crimée, l’astronome Urbain Le Verrier (1811-1877), mandaté par Napoléon III, met en place un réseau européen de stations météorologiques reliées par le télégraphe pour la transmission des observations. En France, à partir de 1863, le service météorologique produit quotidiennement des cartes figurant les pressions, températures et directions des vents, et permettant, par extrapolation, de prévoir l’évolution des perturbations et des tempêtes – une prévision cependant jugée peu scientifique.

Le calcul du temps avant l’ordinateur

Au tournant du xx^e siècle, des savants cherchent à fonder la prévision du temps sur les lois régissant la circulation atmosphérique. Selon le Norvégien Wilhelm Bjerknes (1862-1951), on doit pouvoir prédire un état de l’atmosphère à partir de son état précédent en le calculant grâce aux lois de la dynamique. Inspiré par cet objectif, l’ingénieur anglais Lewis F. Richardson (1881-1953) formule les équations gouvernant les mouvements de l’air et tente – par de fastidieux calculs réalisés à la main – une prévision pionnière au-dessus de l’Europe à partir d’un « état initial » fourni par des observations. D’autres avancées t [...]

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Modèles climatiques : cœur dynamique et paramétrisations physiques
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Les paramétrisations des modèles de climat
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Les cinq mondes de la modélisation numérique
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Météorologie et climat
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