Modéliser le climat d'hier et de demain

La recherche sur le climat à Météo-France

Météo-France Météo-France mène des recherches sur l'évolution passée et future du climat depuis les années 1980. Associé au Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (CERFACS), l'établissement participe notamment aux groupes de travail sur lesquels s'appuie le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) pour établir ses rapports d'évaluation du changement climatique

 

La recherche climatique à Météo-France

Les premières simulations d'évolution du climat effectuées par Météo-France visaient à évaluer les impacts de la diminution de la couche d'ozone. À titre expérimental, les chercheurs commençaient aussi à envisager des changements radicaux, comme la déforestation totale de l'Amazonie ou la disparition complète de la banquise.

Dès le début des années 1990, les scientifiques ont conclu que les activités humaines, notamment industrielles, étaient à l'origine de l'augmentation du CO2 atmosphérique et que cela avait une influence discernable sur le réchauffement climatique global observé. En 2001, le troisième rapport du GIEC conclut : « de nouvelles preuves plus solides indiquent que l'essentiel du réchauffement observé depuis 50 ans est attribuable aux activités humaines ».

Ce changement climatique en cours impose d'élaborer des diagnostics toujours plus précis sur l'évolution passée et future du climat. Le centre de recherche de Météo-France affine ses outils de modélisation et effectue régulièrement des simulations climatiques globales ou à l'échelle d'une région. Certaines d'entre elles sont utilisées pour les rapports du GIEC.

Météo-France Simulation de l'évolution de la température à l'échelle globale entre 2000 et 2100 pour le scénario RCP8.5
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Des outils pour simuler le climat à l'échelle du globe

Le centre de recherche de Météo-France développe ses propres outils pour simuler le climat passé et futur en collaboration avec le reste de la communauté de modélisation climatique nationale. Dans les années 1990, il a décliné son modèle d'atmosphère ARPEGE, utilisé au quotidien par les prévisionnistes de Météo-France, en une version décrivant mieux le climat sur le long terme: ARPEGE-Climat.  

Au fil du temps, les outils de modélisation climatique ont été perfectionnés et enrichis pour tenir compte finement des interactions entre les différentes composantes du système climatique : l'atmosphère bien sûr, mais aussi les surfaces continentales et leurs couvertures végétales et bassins hydrologiques, les océans, la banquise… C'est ainsi que le modèle de système climatique CNRM-CM s'est construit progressivement autour d'ARPEGE-Climat en s'appuyant pour partie sur des modèles développés dans d'autres laboratoires.

Grâce à son modèle de système climatique, le CNRM effectue régulièrement des projections du climat futur. Elles visent à déterminer l'impact du changement climatique à l'échelle du globe sur les températures et les précipitations à l'échelle planétaire, mais aussi sur des phénomènes comme la mousson, les cyclones tropicaux, le filtrage des rayons UV par la stratosphère ou encore la fonte de la banquise. Le système climatique CNRM-CM permet à la fois de reconstruire le climat d'il y a 130 000 ans et de se projeter jusqu'en 2300.

Une attention particulière portée à l'évolution des régions polaires

Les régions polaires sont au cœur du changement climatique qui touche l'ensemble de la planète. Elles sont les premières touchées par ce changement : les hautes latitudes se réchauffent près de deux fois plus vite que les régions tempérées. En retour, la fonte accélérée des calottes polaires a des effets importants sur l'évolution du système climatique dans son ensemble.

C'est pourquoi les régions polaires constituent des zones d'études privilégiées pour les climatologues du centre de recherche de Météo-France.

Ils simulent à la fois leur évolution passée et future. Ce travail est essentiel, par exemple, pour comprendre la vulnérabilité de la calotte du Groenland à un réchauffement et produire des chiffres réalistes d'augmentation future du niveau de l'océan.

Une contribution active aux exercices internationaux de simulations climatiques

De 2009 à 2012, les chercheurs de Météo-France, associés à ceux du CERFACS, ont participé pour la deuxième fois à un exercice international de simulations effectué notamment pour le compte du GIEC. Baptisé CMIP-5 (pour Coupled Model Intercomparison Project, c'est-à-dire Projet d'intercomparaison de modèles couplés), la nouvelle édition de cet exercice a associé près de 30 centres climatiques du monde entier.

CMIP-5 prévoit que chaque centre travaille sur les climats passés et futurs avec ses propres modèles climatiques avec pour objectifs :
•    d'évaluer la vraisemblance des modèles de climat ;
•    de simuler les changements climatiques futurs année après année, de 1850 à 2300 ;
•    de comprendre les différences entre les projections climatiques issues des différents modèles.

Le projet CMIP-5 a retenu pour ces simulations quatre scénarios de référence d'évolution de concentration des gaz à effet de serre (en anglais " Representative Concentration Pathways ou RCP "). Pour le CO2, par exemple, les scénarios se distinguent de la manière suivante:
-    RCP 2.6, le plus modéré en émission, est sans équivalent par rapport aux anciens scénarios du GIEC. Il tient compte de l'application de politiques de réduction drastique des émissions de CO2, pour arriver à des émissions quasi-nulles à la fin du XXIe siècle.
-    RCP 4.5 : les émissions de CO2 dans l'atmosphère diminuent avant 2050, mais la concentration ne se stabilise qu'en 2100.
-    RCP 6.0 : les émissions de CO2 augmentent jusque vers 2080, mais la concentration de CO2 ne continue à augmenter qu'en 2150.
-    RCP 8.5, le plus fort en émissions : augmentation soutenue des émissions au cours du XXIe siècle.

Météo-France a consacré jusqu'à 10 % de sa puissance de calcul à ces recherches. 400 teraoctets (soit 400 000 milliards d'octets) de données ont été produits. Une partie de ces simulations ont été livrées au projet CMIP-5 pour alimenter le rapport du GIEC publié en 2013 et 2014.
 

Résultats des dernières simulations climatiques de la communauté française* (CMIP-5)

Les nouvelles simulations effectuées par la communauté climatique française dans le cadre de CMIP-5 confirment les résultats publiés en 2007 par le GIEC. Les activités humaines sont la principale cause de l'augmentation de la température moyenne globale de 0,6 °C constatée à partir de la seconde moitié du XXe siècle.

- Évolution des températures
Pour le scénario de concentration de gaz à effet de serre le plus modéré (RCP 2.6), les simulations françaises indiquent que le réchauffement planétaire se stabiliserait dès 2100 à une valeur voisine de 2°C par rapport à la période préindustrielle. Le scénario d'évolution de concentration des gaz à effet de serre le plus sévère (RCP 8.5, comparable à l'ancien scénario A2) correspond à une augmentation de 3,5 à 5°C sur l'ensemble de la planète entre 1990 et 2090, ce qui est cohérent avec les résultats du rapport du GIEC de 2007 pour le scénario A2. A l'horizon 2300, le climat se réchaufferait de 6 à 7°C supplémentaires.

- Évolution des précipitations
Les simulations françaises montrent que les précipitations vont également être affectées. Elles vont s'intensifier aux hautes latitudes et sur la plupart des régions équatoriales, tandis qu'elles devraient diminuer dans les latitudes subtropicales. Les résultats obtenus par région diffèrent cependant selon les modèles, notamment pour l'évolution de la mousson africaine ou indienne.

- Évolution de la banquise
Selon certains modèles, la banquise arctique pourrait disparaître en été dès 2030. Cependant, même si cela se produit, elle pourrait se reformer à la fin du siècle dans le cas du scénario le plus modéré. En Antarctique, la couverture de glace régresse jusqu'à la fin du XXIe siècle, et ce d'autant plus que le scénario conduit à des émissions plus élevées.


* La communauté de modélisation climatique française réunit principalement le Centre national de recherches météorologiques (CNRM)  sous la tutelle de Météo-France et du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (CERFACS), l'Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL) sous la tutelle notamment du CNRS, du Centre d'énergie atomique (CEA), de l'université Pierre et Marie Curie et et de l'université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines et le Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement (LGGE) unité mixte du CNRS et de l'Université Joseph Fourier à Grenoble.