Séminaire « Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle »

Le point de vue du météorologue : prévoir le risque climatique immédiat

Jean-Claude André, directeur du Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (Cerfacs)

Le point de vue que j'ai adopté est relativement complémentaire de celui de Jean-Claude Duplessy. Je ne m'intéresse qu'à l'avenir, non au passé, et à l'instar de Jean-Claude Duplessy, je traiterai des questions relatives à l'habitabilité de la planète par l'homme, plutôt que de la Terre elle-même. J'adopterai donc un point de vue mixte, entre celui du météorologue, qui a besoin d'effectuer des prévisions à quelques jours, et celui du climatologue, soucieux de prédire les événements à plusieurs années d'échéance.

La prévision du risque

Le météorologue doit savoir prévoir le risque afin de protéger les biens et les personnes en cas de phénomène violent. Illustrant la complexité de cette prévision, les tempêtes de l'automne 1987 ont beaucoup marqué les météorologues, dans la mesure où tous pensaient qu'ils bénéficiaient du même degré de connaissance (modèles de prévision de qualités comparables, données d'observation communes). Or, en France, la prévision s'est révélée assez précise, indiquant de très forts vents en mer et sur la Bretagne, avec la diffusion de messages d'alerte. En conséquence, aucune perte de vie n'a été déplorée en mer ou sur terre. De manière concomitante, les météorologues britanniques ont réalisé des prévisions moins alarmistes, et plusieurs pertes ont été déplorées, notamment en mer. Il est intéressant de constater que deux prévisions réalisées pour un phénomène identique, à partir d'éléments semblables, peuvent différer.

L'interprétation des informations

Nous pouvons tirer plusieurs enseignements de ce type de constatations.Tout d'abord, le système météorologique est chaotique, comme l'illustre la métaphore du papillon : supposons que nous disposons aujourd'hui d'archives météorologiques parfaites. Nous remontons dans le temps et cherchons dans les archives météorologiques une situation la plus proche possible, sur toute la planète, de celle d'aujourd'hui. Si nous observions ensuite la manière dont ces deux situations identiques évoluent dans le temps, au terme d'une période de quinze jours, nous constaterions que ces deux situations sont complètement différentes. Ainsi, la moindre méconnaissance dans la connaissance initiale peut avoir des répercussions très fortes sur la prévision de l'état futur, ce qui complique énormément la prévision.

L'information de base permettant de faire la prévision est partagée ; toutefois, la façon dont cette information est traitée est différente. Traditionnellement, une prévision nécessite des observations pour caractériser l'état du système, des modèles pour prévoir l'évolution, ainsi qu'un troisième élément, relatif à l'interprétation par le météorologue lui-même. Les observations sont partagées à l'échelle de la planète dans 98 % des cas. Certains pays peuvent toutefois effectuer des observations spécifiques à l'échelle locale, non partagées. Il existe un certain nombre de modèles de prévision, fondé sur les équations décrivant le comportement de l'atmosphère, de la mécanique des fluides, et qui régissent les échanges thermiques entre les différentes parties de l'atmosphère, entre l'atmosphère et l'océan, et entre l'atmosphère et le sol. Ces équations sont ensuite traitées par un système informatique permettant de simuler les évolutions avec des tailles de maille, c'est-à-dire des résolutions spatiales, aussi fines que le permettent les calculateurs actuels. Nous effectuons actuellement des prévisions météorologiques à l'échelle de la planète avec des tailles de maille de l'ordre de 20 kilomètres. Un grand nombre des ces modèles sont actuellement en opération. Ils diffèrent par la façon dont sont traités les phénomènes qui passent à travers les mailles, et la façon plus ou moins cohérente de prendre en compte les données par rapport à la dynamique du modèle. Les sorties de ces modèles ne sont pas les prévisions, mais des cadrages de prévisions. Des prévisionnistes, à partir des grandes circulations des masses d'air prévues par le modèle, effectuent ensuite les prévisions proprement dites. Chaque météorologue dans le monde dispose de la totalité des informations résultant des modèles "tournés" dans les autres services météorologiques. C'est au niveau de l'interprétation finale que se fait la différence entre une prévision exacte et une prévision erronée. Lors des crues de l'Aude en novembre 1999, d'intenses précipitations ont été observées sur l'Aude et son bassin versant. Nous constatons que les noyaux de très fortes précipitations peuvent à présent être prévus par les modèles de prévision météorologique, avec des échelles spatiales de l'ordre de la dizaine de kilomètres.

Le réchauffement climatique

Le climat, qui a évolué dans les temps anciens, se réchauffe. Les prédictions de températures au cours du siècle prochain sont basées sur des faits. Jean-Claude Duplessy vous a décrit les phénomènes ayant eu lieu au cours des dernières centaines de milliers d'années ; il ne vous a toutefois pas entretenus des marges à l'intérieur desquelles fluctue la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Pendant les périodes glaciaires, l'atmosphère contient entre 180 et 200 unités par millions de gaz carbonique. Pendant les périodes inter-glaciaires, plus chaudes, la quantité de gaz carbonique s'élève à environ 280 parties par million. Au cours des dernières centaines de milliers d'années, la température et la composition chimique de l'atmosphère ont évolué de manière concomitante avec des quantités en gaz carbonique variant entre 180 et 280 parties par million. Du fait des déstockages massifs de combustibles fossiles depuis l'ère industrielle, la quantité de gaz carbonique s'élève aujourd'hui à 365 de ces unités, et devrait atteindre 700 voire 1000 parties par million dans un avenir proche, à l'horizon de la fin du siècle. Ce taux dépendra de la sagesse de l'humanité et de sa capacité à mettre en œuvre le protocole de Kyoto et les protocoles applicables après 2012.

Par l'injection d'une grande quantité de gaz carbonique dans l'atmosphère, l'homme modifie actuellement la composition chimique de l'atmosphère, en l'enrichissant en gaz carbonique, et le tire hors de la position d'équilibre qu'il avait atteint au cours de la dernière centaine de milliers d'années. Ceci a pour conséquence d'augmenter la capacité du gaz carbonique à capter la chaleur émise par la Terre, et donc d'en augmenter la température. Ainsi, un modèle climatique correspond à un modèle météorologique décrivant le comportement de l'atmosphère, couplé à un modèle de nature assez semblable pour l'océan et la glace de mer. À partir de l'hypothèse de croissance de la quantité de gaz carbonique dans l'atmosphère, le modèle permet de déduire la croissance de la température globale de l'atmosphère et l'évolution des autres variables climatiques.

Si cette croissance de la température fait encore quantitativement l'objet de discussions, il n'existe aucun doute d'un point de vue qualitatif. Différents scénarios de croissance des températures entre 1992 et 2100 peuvent être faits. Les scénarios sont les hypothèses sur la façon dont la concentration de gaz carbonique est susceptible de croître au cours du temps, notamment en fonction des scénarios de développement économique. L'analyse de tous les scénarios possibles d'émission à partir d'un modèle climatique particulier révèle que la fourchette d'évolution de la température globale se situe entre 2 et 4, 5° C en 2100. L'incertitude sur le mode de réchauffement du climat de la planète est due aux incertitudes inhérentes aux schémas de développement économique, et au fait que le système est approché par des modèles perfectibles. Il convient en outre de préciser que les évolutions de la température globale de la planète sont du même ordre que celles qui permettent de distinguer, pour la température de la Terre, les périodes glaciaires et inter-glaciaires.

Il est possible de décliner le réchauffement de la planète à l'échelle de chaque pays : par exemple, à l'horizon 2070, les températures augmenteraient fortement dans les latitudes nordiques. Au printemps, la situation serait assez proche. En été, les réchauffements les plus importants se situeraient en Europe du sud. En automne enfin, les réchauffements seraient concentrés dans l'est et le nord de l'Europe.

Les événements extrêmes

Outre les températures, les précipitations ont également leur importance. À l'horizon 2070, le sud-ouest de l'Europe connaîtrait des précipitations hivernales plus importantes. Au printemps, les précipitations diminueraient, de même qu'en été et en automne.

Les évolutions du climat de la planète sont extrêmement brutales à l'échelle des temps géologiques, mais encore relativement douces à l'échelle de nos sociétés. En effet, ces changements climatiques se produisent sur des périodes s'étalant de dix à cinquante ans, ce qui permet une adaptation. Ce changement climatique progressif, qui prendra place au cours des prochains siècles, sera accompagné d'événements plus paroxystiques et délicats. Considérons une courbe de distribution d'un paramètre quelconque de l'atmosphère, tel que la température : en cas de réchauffement du climat, la "queue" de distribution est translatée vers le chaud. De plus, la distribution même des événements extrêmes peut également être modifiée par le changement climatique. En cas de changement entraînant un élargissement de la courbe, l'aire sous la courbe définissant l'événement difficile à supporter pour les sociétés sera multiplié dans des proportions énormes. Le problème actuel majeur des météo-climatologues est de savoir comment les événements extrêmes évolueront au cours des prochaines décennies.

La prévision une saison à l'avance : interrogation scientifique et demande sociétale

Nous nous trouvons actuellement "embarqués" dans un futur climatique qui a tendance à privilégier les précipitations hivernales intenses, telles que les a récemment connues l'Europe. En outre, les vagues de chaleur estivales seront de plus en plus nombreuses. Nous constatons donc une conjonction d'interrogations scientifiques et une forte demande sociétale : il s'agit de déterminer si les hivers à inondations et les étés à canicule se répèteront avec des périodicités beaucoup plus réduites que par la passé. Ainsi, la vague de chaleur de l'été 2003 était un phénomène "annoncé". En effet, si l'on calcule, à partir des modèles climatiques, la probabilité de températures maximales supérieures à 35° C en France, elle se limite actuellement au sud-ouest de la France. Le même exercice réalisé entre 2070 et 2100 révèle que la probabilité atteint 20,30 et même 50 % sur la plus grande partie de la France. Ce type d'événement sera donc beaucoup plus fréquent dans le futur. Les modèles météorologiques, à deux jours ou cinq jours, ont permis de prévoir l'apparition, puis la disparition, de la vague de chaleur de l'été 2003. Ces informations ne permettent toutefois pas à un système de santé de se mettre en place dans les meilleures conditions. Le défi actuellement posé aux météo-climatologues est de savoir s'il est possible de prévoir ces événements extrêmes une saison à l'avance, et ceci de façon relativement précise.

Les climatologues sont capables d'effectuer des prévisions trois mois à l'avance pour les grandes oscillations climatiques du Pacifique. Dans certaines régions du monde, il est possible de prévoir un phénomène extrême particulier, comme par exemple le phénomène El Niño. Si cela est très profitable pour l'Amérique du Sud et l'Afrique du Sud, cela n'est en revanche pas très utile pour Europe, dans la mesure où le continent est très peu affecté par ce genre de phénomènes. Il n'est pas encore possible de faire une prévision une saison fiable à l'avance en Europe, comme en témoignent les prévisions réalisées en mai 2003 pour juin, juillet et août 2003. Les climatologues britanniques et américains ne prévoyaient aucun événement exceptionnel. Le centre météo-climatique européen basé en Grande-Bretagne prévoyait de fortes chaleurs, de même que Météo France. Ces prévisions étant effectuées tous les mois, les prévisions ont été revues en juin : aucun centre ne prévoyait plus la canicule.

En conclusion, il apparaît donc que le défi consiste à mettre en œuvre, pour nos pays, des méthodes de prévisions statistico-dynamiques permettant de prévoir les phénomènes à échéance relativement proche. Cela est d'autant plus important que les modèles climatiques prévoient une forte augmentation des températures à l'horizon 2100 : les températures de l'été 2003 deviendront la norme en 2080, et apparaîtront même comme peu élevées à l'horizon 2100 !

 


Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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