Le climat du futur : modèles et scénarios, cours de Terminale

Quand tu consultes les prévisions pour le week-end, tu veux savoir s'il pleuvra samedi à midi. Quand des scientifiques parlent du climat de la fin du siècle, ils ne prétendent pas savoir quel temps il fera tel jour de 2090. Ils cherchent à décrire comment le climat va évoluer en moyenne, selon les choix que feront les sociétés humaines et selon la façon dont la planète réagira.

Cette question est au cœur de la dernière notion du thème « Science, climat et société ». Tu as déjà étudié l'atmosphère terrestre et la complexité du système climatique : dans ce cours, tu vas voir comment on transforme cette connaissance en projections pour le futur, quelles sont leurs limites, et ce qu'elles annoncent comme risques. Le programme attend aussi un savoir-faire : à l'aide d'un logiciel de simulation, tu dois montrer quelle influence a chaque paramètre sur la marche du climat.¹

Le cours suit une logique simple :

• d'abord l'outil, le modèle climatique ;
• ensuite ses données d'entrée, les scénarios ;
• puis ses résultats et leurs incertitudes ;
• enfin les conséquences possibles et la façon de lire une simulation avec esprit critique.

Tu verras que « on ne sait pas exactement » ne veut jamais dire « on ne sait rien » : une incertitude se mesure, se compare et s'explique.

On ne peut pas faire d'expérience grandeur nature sur la Terre : impossible d'ajouter des gaz à effet de serre dans l'atmosphère pendant un siècle pour voir ce qui se passe, puis de revenir en arrière. Le modèle joue le rôle de laboratoire virtuel. On y change une condition (par exemple le niveau des émissions) et on observe comment le climat simulé réagit.

Il n'existe pas un seul modèle, mais plusieurs, construits par de nombreuses institutions scientifiques.³ Cette diversité est une force : quand des modèles indépendants aboutissent à des tendances voisines, la conclusion gagne en solidité. C'est aussi la source d'une partie des différences entre les résultats, comme tu le verras plus loin.

Le climat est continu : l'air et l'eau circulent partout, à toutes les échelles. Un ordinateur, lui, ne sait calculer qu'en un nombre limité de points. Les modèles découpent donc la Terre en cellules, appelées mailles d'une grille, et calculent l'état du système pour chacune d'elles.²

Pourquoi ne pas prendre des mailles minuscules pour tout voir ? Parce que ces modèles sont si complexes que leurs calculs peuvent durer des semaines, même avec de gros moyens informatiques.² Pour garder un temps de calcul raisonnable, on découpe la Terre en mailles larges.² Les données projetées le sont sur des mailles de plus de 100 km.²

C'est un compromis : plus les mailles sont petites, plus la description est fine, mais plus il y a de calculs à faire. Réfléchis à l'effet d'un changement de taille : si tu divises le côté d'une maille par 2, une zone donnée contient 2 fois plus de mailles dans chaque direction, donc 4 fois plus de mailles en tout. Le temps de calcul augmente en conséquence. Tu vérifieras ce raisonnement dans un exercice.

Une conséquence directe : avec des mailles larges, un phénomène plus petit qu'une maille (un orage, une vallée étroite) n'est pas décrit finement. Pour des études locales, il existe des modèles régionaux de climat (MRC), qui travaillent sur une zone limitée.² Leurs sorties peuvent comporter des biais, c'est-à-dire des écarts systématiques par rapport à la réalité, que l'on cherche à corriger avant d'utiliser les données.²

Un modèle ne contient pas la réponse à la question « que feront les humains ? ». Il faut la lui fournir sous forme d'hypothèses : ce sont les scénarios. Le réchauffement futur dépend en effet de deux choses : la quantité de gaz à effet de serre émise, et la force des réactions climatiques.³

Le nombre dans le nom d'un RCP n'est pas choisi au hasard : plus il est grand, plus on va vers un scénario d'émissions élevées. Retiens l'ordre : 2,6 < 4,5 < 6,0 < 8,5, du plus strict au plus émetteur.

Il faut connaître une limite importante : les RCP ne décrivent que les quantités de gaz à effet de serre présentes dans l'air. Ils laissent donc de côté la façon dont le cycle du carbone réagit.³ Autrement dit, ils disent « voilà ce qu'il y a dans l'atmosphère », sans décrire comment le carbone circule entre l'atmosphère, l'océan et les êtres vivants.

Certains modèles associent à un modèle physique simple du climat des paramètres de société. Ils représentent comment le nombre d'habitants, l'activité économique et l'énergie consommée agissent sur le climat, et comment le climat agit en retour sur eux.³ Cette approche relie directement la notion au titre du thème, « Science, climat et société » : les choix sociaux deviennent des paramètres de la simulation. C'est le sujet de la notion suivante, qui traite de l'énergie, des choix de développement et du futur climatique.

Que disent les modèles ? Le cinquième rapport d'évaluation du GIEC rassemble des projections selon lesquelles, d'ici la fin du 21e siècle, la température moyenne du globe monterait encore de 0,3 à 1,7 °C dans le scénario le plus strict (RCP2,6).³ Le résultat est donné sous forme d'un intervalle et non d'une valeur unique : c'est déjà une façon d'exprimer une incertitude.

Pour le RCP2,6, l'amplitude de cet intervalle est de $1{,}7-0{,}3=1{,}4$ °C. La valeur centrale de l'intervalle est $\dfrac{0{,}3+1{,}7}{2}=1{,}0$ °C. Attention : la valeur centrale d'un intervalle n'est pas « la prévision la plus probable » ; c'est seulement le milieu arithmétique.

D'où viennent les écarts entre résultats ? À émissions identiques, les modèles ne donnent pas la même hausse de température. Leurs auteurs divergent aussi, en partie, sur l'intensité des différentes réactions, sur la sensibilité du climat et sur l'inertie du système.³ Tu peux distinguer deux sources de dispersion :

• le scénario : on n'injecte pas les mêmes émissions ;
• le modèle : à émissions égales, des modèles construits différemment donnent des réponses différentes.³

Le programme te demande de dégager le rôle de plusieurs paramètres dans l'évolution du climat, à l'aide d'un logiciel de simulation.¹ Un tel logiciel ressemble à un modèle simplifié : tu règles des curseurs (par exemple le niveau des émissions de gaz à effet de serre), tu lances la simulation et tu lis la courbe de température obtenue.

Le raisonnement attendu est celui de toute démarche scientifique : un seul paramètre change à la fois, tout le reste est maintenu constant. C'est la seule façon d'attribuer une différence de résultat à ce paramètre.

Le réchauffement n'a pas forcément des effets proportionnels. Plus la planète se réchauffe, plus il devient probable de dépasser des points de basculement.³ Les grandes nappes de glace de l'ouest de l'Antarctique et du Groenland, si elles venaient à s'écrouler, seraient un cas typique de ce risque.³

Deux exemples tirés des sources t'aident à comprendre :

• Les glaces polaires. Si la température monte de 1,5 à 2,0 °C, les calottes pourraient se mettre à fondre ; reste que la durée de cette fonte est mal connue et dépend du réchauffement à venir.³ En 2002, la plateforme Larsen B s'est évanouie en seulement cinq semaines, après environ dix millénaires d'existence.³ Cet exemple montre qu'un système stable pendant des millénaires peut changer très vite.
• La circulation thermohaline. Certaines transformations de grande ampleur pourraient survenir en peu de temps, comme l'arrêt de la circulation thermohaline, qui bouleverserait le climat dans la région atlantique.³

Les projections servent à anticiper des conséquences. Elles ne concernent pas seulement la température.

Les zones sèches. Le réchauffement a déjà contribué à étendre les zones au climat plus sec, par exemple les déserts des régions subtropicales, mais on ne sait pas encore comment les effets opposés s'équilibreront à l'avenir.³

L'eau souterraine. Selon une étude menée en 2023 par l'Institut national des sciences de l'Univers, d'ici 2100, le niveau des nappes phréatiques pourrait changer sous l'effet du climat et concerner 31 % à 43 % des habitants de la planète.³ La même année, l'ONU mettait en garde contre des risques rarement cités, dont l'épuisement des eaux souterraines.³

L'assurance. Un expert de la Caisse centrale de réassurance estime que se couvrir contre les aléas du climat pourrait coûter deux fois plus cher au cours des trois prochaines décennies qu'au cours des trois dernières.³

Les conflits. Des experts consultés ont jugé que le changement climatique pèse peu dans les conflits armés comparé aux inégalités socio-économiques et aux ressources des États, mais que le réchauffement futur accroîtra les risques.³