MODÉLISATION DU CLIMAT

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Des modèles utilisés pour simuler le changement climatique

Le mécanisme de l’effet de serre a été étudié par des savants tels que Joseph Fourier (1768-1830), John Tyndall (1820-1893) et Svante Arrhenius (1859-1927). Lié à la capacité de certains constituants atmosphériques (principalement H20 et CO2) à limiter l’émission de rayonnement infrarouge vers l’espace, donc le refroidissement de la Terre et de son atmosphère, l’effet de serre se traduit par une élévation de la température à la surface de la Terre de plusieurs dizaines de degrés, contribuant à établir les conditions propices à la vie. À la fin des années 1950, des scientifiques ont montré que les émissions de CO2 liées aux activités humaines pouvaient provoquer un réchauffement de la planète en amplifiant l’effet de serre naturel. Les modèles de climat ont simulé ce changement climatique global dès les années 1970 (le rapport de Charney de 1979 marquant une étape importante dans cette alerte) avant que des observations des climats passés et présents en confirment la réalité. Depuis les années 1990, les rapports du GIEC sont alimentés par des projections de climats futurs orchestrées à l’échelle mondiale. Ces simulations confèrent aux modèles un rôle central dans le problème du changement climatique. Les débats autour de la confiance dans les modèles, de leur amélioration et de leurs forces et limites sont donc importants dans la perspective d’une réponse socialement partagée au défi climatique.

Les projections du changement climatique

Les modèles numériques couplant atmosphère, océan et surfaces continentales sont les seuls outils permettant d’anticiper les changements climatiques. Pour réaliser ces projections de climat futur, on fait démarrer les simulations avant l’ère industrielle (classiquement en 1850). Comme les observations de cette époque sont très insuffisantes pour définir l’état initial, on réalise des simulations sur plusieurs milliers d’années sans modifier la concentration de CO2 supposée rester à sa valeur préindustrielle, pour laisser le temps notamment à l’océan profond de s’équilibrer. Une fois que le modèle a atteint un « état de régime », on démarre des reconstructions historiques en modifiant la concentration du CO2 et des autres constituants ou en imposant les émissions et en simulant leur concentration. La capacité des modèles à reproduire l’évolution des températures du xxe siècle à partir de la seule spécification du changement de composition en CO2 et autres composants est un des éléments majeurs de confiance dans les projections.

Utilisation de modèles climatiques pour l’étude du réchauffement global

Dessin : Utilisation de modèles climatiques pour l’étude du réchauffement global

À partir d'un modèle climatique couplé (ici le modèle IPSL-CM du CNRS), une première simulation de plusieurs milliers d'années, dite de contrôle (courbe mauve sur la figure du haut), est réalisée en imposant les concentrations des gaz à effet de serre et aérosols à leur valeur... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les projections de climat futur sont des prolongations de ces reconstructions historiques, dans lesquelles les évolutions possibles des émissions de gaz à effet de serre – appelées « scénarios » – sont issues de calculs réalisés par un autre type de modèles, dits socio-économiques ou intégrés. Pour produire des scénarios d’émission de gaz à effet de serre, ces modèles intègrent des représentations globales et simplifiées de l’évolution économique, sociale, démographique et technologique de la planète, et comportent une part de rétroaction avec le système climatique. Les projections de climat futur réalisées par tous les modèles de climat dans le monde en partant de ces scénarios sont au cœur des rapports du GIEC.

L’intercomparaison de modèles climatiques

La nature approchée des paramétrisations et la variété des choix physiques et numériques possibles (dont la taille de la maille) constituent des sources importantes d’incertitudes pour les simulations climatiques. Pour pouvoir documenter la part d’incertitude associée à ces choix, la communauté des sciences du climat a très tôt organisé des exercices de comparaisons de modèles visant à harmoniser le protocole des simulations : mêmes conditions aux limites, mêmes évolutions des gaz à effet de serre, même période simulée. Ne subsistent alors que les différences liées aux choix de modélisation. Un premier projet baptisé AMIP (Atmospheric Model Intercomparison Project), projet d’intercomparaison de modèles pour l’atmosphère, a été lancé par des scientifiques américains en 1990, réunissant presque tous les modèles de circulation générale d’alors. Il n’a pas permis de déterminer les meilleurs modèles ou les meilleures paramétrisations et il est clair désormais qu’il n’existe pas une seule bonne façon de représenter les processus [...]

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Modèles climatiques : cœur dynamique et paramétrisations physiques

Modèles climatiques : cœur dynamique et paramétrisations physiques
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Les paramétrisations des modèles de climat

Les paramétrisations des modèles de climat
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Les cinq mondes de la modélisation numérique

Les cinq mondes de la modélisation numérique
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Météorologie et climat

Météorologie et climat
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Écrit par :

  • : chercheuse CNRS, Centre Alexandre Koyré (EHESS, CNRS et MNHN), Aubervilliers
  • : directeur de recherche CNRS, Laboratoire de météorologie dynamique, Institut Pierre-Simon Laplace, Sorbonne université, Paris

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Pour citer l’article

Hélène GUILLEMOT, Frédéric HOURDIN, « MODÉLISATION DU CLIMAT », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/modelisation-du-climat/