C’est une évidence qui n’est plus sujette à débat aujourd’hui : notre planète se réchauffe. Mais à quel rythme se réchauffe-t-elle et quelles sont les valeurs de ce réchauffement futur à prévoir ? Si la question semble simple, elle a toujours fait l’objet d’estimations imprécises. Au cours des 40 dernières années, la réponse des climatologues était toujours la même : si l’Homme double le taux de CO2 atmosphérique, les températures augmenteront entre 1.5 °C et 4.5 °C, une fourchette allant d’un risque peu impactant à une véritable catastrophe climatique. Récemment, une équipe internationale de chercheurs a pu fournir un modèle bien plus précis donnant une fourchette réduite de valeurs. Des résultats extrêmement importants pour optimiser les politiques environnementales.

Une équipe de 25 scientifiques a considérablement réduit les limites de ce facteur critique, connu sous le nom de sensibilité climatique. L’évaluation, menée dans le cadre du Programme mondial de recherche sur le climat (WCRP) et publiée dans la revue Reviews of Geophysics, s’appuie sur trois volets de données : les tendances indiquées par le réchauffement contemporain, la dernière compréhension des effets de rétroaction qui peuvent ralentir ou accélérer le changement climatique, et les analyses paléoclimatiques.

Une estimation essentielle pour inciter les autorités à agir

Ils pointent une plage de réchauffement probable comprise entre 2.6 °C et 3.9 °C, explique Steven Sherwood, climatologue à l’Université de New South Wales. La nouvelle étude est le fruit de décennies d’avancées en science du climat, déclare James Hansen, le célèbre climatologue à la retraite de la NASA qui a contribué à l’élaboration de la première plage de sensibilité en 1979. « C’est une étude impressionnante et complète, et je ne dis pas simplement que parce que je suis d’accord avec le résultat. Celui qui a dirigé cela mérite notre gratitude ».

L’humanité a déjà émis suffisamment de CO2 pour atteindre la moitié du point de doublement de 560 parties par million, et de nombreux scénarios d’émissions prédisent que la planète atteindra ce seuil d’ici 2060. L’estimation de sensibilité du WCRP est conçue pour être utilisée par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) des Nations Unies lors de la publication de son prochain rapport majeur en 2021 ou 2022. L’estimation informera également les projections de l’élévation du niveau de la mer, des dommages économiques, etc.

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L’étude du WCRP a permis de réduire considérablement l’incertitude sur la hausse future des températures. Crédits : C. Bickel/Meehl et al./EABA 1981

Une image plus claire de ces conséquences pourrait faire beaucoup pour inciter les gouvernements locaux à réduire les émissions et à s’adapter au réchauffement, déclare Diana Reckien, spécialiste de la planification climatique à l’Université de Twente. « L’incertitude décroissante pourrait inciter davantage de juridictions à agir ».

Quarante ans de modèles climatiques imprécis

L’étude dissipe l’incertitude introduite par les derniers modèles climatiques. Des modèles ont toujours été utilisés pour estimer la sensibilité, à partir de 1979, avec la première évaluation complète au monde des changements climatiques dus au CO2. Cet été-là, lors d’une réunion à Woods Hole, Massachusetts, dirigée par Jule Charney, des scientifiques ont produit un article, connu depuis sous le nom de rapport Charney, qui prévoyait un réchauffement entre 1.5 °C et 4.5 °C pour un doublement du CO2.

Ces chiffres, basés en partie sur un modèle développé par Hansen, ont persisté bien plus longtemps que quiconque ne l’imaginait : le dernier rapport du GIEC, datant de 2013, donnait la même fourchette. Les modèles récents suggèrent que la fourchette pourrait même aller plus loin. Certains prévoyant un réchauffement de plus de 5 °C pour un doublement du CO2, apparemment à cause de la façon dont ils simulent les nuages, en particulier au-dessus de l’océan Austral.

Pourtant, ces modèles haut de gamme peinent à recréer fidèlement le climat du XXe siècle, minant ainsi leur crédibilité. De tels modèles ne jouent qu’un rôle de soutien dans la nouvelle évaluation, dit Robert Kopp, un climatologue à l’Université Rutgers. « Nous disposons désormais de suffisamment de sources de données indépendantes pour ne pas avoir à utiliser les modèles climatiques tels qu’ils sont rendus ».

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La prise en compte du réchauffement contemporain et des paléoclimats

L’étude du WCRP est née d’un atelier de 2015 au Schloss Ringberg, un château des Alpes bavaroises. De nombreux participants n’étaient pas satisfaits du processus du GIEC et souhaitaient examiner comment les mécanismes physiques pourraient définir les limites de la plage de sensibilité. « Travaillez sur les extrémités plutôt que sur le milieu », explique Bjorn Stevens, spécialiste des nuages ​​à l’Institut Max Planck de météorologie.

La première preuve qu’ils ont considérée était le réchauffement des temps modernes. Depuis le début de la tenue de registres dans les années 1800, les températures moyennes de surface ont augmenté de 1.1  C. Poursuivre cette tendance à l’avenir entraînerait un réchauffement dans la partie inférieure de la fourchette. Mais des observations récentes ont montré que la planète ne se réchauffe pas uniformément ; en particulier, le réchauffement a à peine touché certaines parties de l’océan Pacifique oriental et de l’océan Austral, où les eaux froides et profondes s’élèvent et absorbent la chaleur.

Finalement, les modèles et les enregistrements paléoclimatiques suggèrent que ces eaux se réchaufferont ; non seulement en éliminant un dissipateur de chaleur, mais en stimulant également la formation de nuages ​​au-dessus d’elles qui emprisonneront plus de chaleur. Ajuster les projections de température pour ce fait exclut les estimations à faible sensibilité, explique Kate Marvel, climatologue à l’Institut Goddard d’études spatiales de la NASA.

Le rôle des effets de rétroaction des nuages dans le réchauffement

Deuxièmement, l’équipe a sondé les rétroactions climatiques individuelles. Certains de ces effets, comme l’effet de réchauffement de la vapeur d’eau, sont bien connus. Mais les nuages, qui peuvent refroidir ou réchauffer la planète en fonction de la façon dont ils réfléchissent la lumière du Soleil et piègent la chaleur, ont longtemps été un joker. En particulier, les climatologues veulent comprendre les ponts des nuages ​​stratocumulus qui se forment au large des côtes. S’ils se développent en réponse au réchauffement, comme certains le soupçonnent, ils pourraient avoir un effet de refroidissement.

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Il y a plusieurs années, une suite de modèles de nuages ​​haute résolution a identifié deux rétroactions qui auraient l’effet inverse, éclaircir les nuages ​​et aggraver le réchauffement. Dans les modèles, des températures plus élevées permettaient à plus d’air sec de pénétrer les nuages ​​minces par le haut, les empêchant de s’épaissir. Dans le même temps, des niveaux de CO2 plus élevés ont piégé la chaleur près du sommet des nuages, atténuant les turbulences qui entraînent la formation de plus de nuages.

Depuis, les satellites ont observé cette dynamique dans des parties de l’atmosphère plus chaudes que la moyenne. « Il y a un consensus croissant sur le fait que la rétroaction des nuages est positive, mais pas très importante », déclare Thorsten Mauritsen, climatologue à l’Université de Stockholm.

Une analyse complète sur un ensemble de données corrélées

Enfin, l’équipe a examiné les enregistrements de deux climats passés — il y a 20’000 ans, au sommet de la dernière période glaciaire, et une période chaude il y a 3 millions d’années, la dernière fois que les niveaux de CO2 atmosphérique étaient similaires à ceux d’aujourd’hui. Des travaux récents suggèrent que la sensibilité climatique n’est pas une propriété fixe de la planète, mais qu’elle change avec le temps. Pendant les périodes chaudes, par exemple, l’absence de calottes glaciaires a probablement augmenté la sensibilité.

Les enregistrements des températures anciennes et des niveaux de CO2 ont permis à l’équipe de déterminer des sensibilités de 2.5 °C et 3.2 °C respectivement pour les périodes froides et chaudes. Rassembler les trois éléments de preuve était une tâche énorme. Mais les connecter ensemble pour une prédiction unifiée était encore plus difficile. L’équipe a utilisé des statistiques bayésiennes pour parcourir ses données assemblées, ce qui a permis aux chercheurs de tester comment leurs hypothèses influencent les résultats.

Le véritable avantage  des statistiques bayésiennes, selon Tierney, est de savoir comment elles permettent aux incertitudes à chaque étape d’alimenter un résultat final. La plage finale représente un intervalle de confiance de 66%, correspondant à l’intervalle « probable » traditionnel du GIEC. L’équipe du WCRP a également calculé un intervalle de confiance de 90%, qui va de 2.3 °C à 4.7 °C, laissant une légère probabilité d’un réchauffement au-dessus de 5 °C. Quoi qu’il en soit, le rapport a une chose à retenir, dit Sherwood : un doublement du CO2 garantit pratiquement un réchauffement de plus de 2 °C.

Sources : Rapport WCRP

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