Les incertitudes dans les projections climatiques

Les incertitudes dans les scénarios de changement climatique

Les scientifiques n'ont pas une approche unique du changement climatique. Ils utilisent plusieurs modèles de simulation du climat, envisagent différents scénarios socio-économiques d'évolution de notre planète, et tiennent aussi compte de la variabilité propre du climat qui ne peut être précisément anticipée. Les scénarios socio-économiques, les modèles et le climat lui-même sont les trois causes d'incertitudes de la simulation climatique.

Animation : Les incertitudes dans les scénarios de changement climatique
Météo-France
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Cette animation a été financée dans le cadre du projet CLIM-RUN coordonné par l'ENEA à travers le 7ème programme cadre (FP7) de la Commission européenne, et auquel Météo-France participe. Samuel Somot, chercheur à Météo-France, a coordonné la réalisation de cette animation.

L'incertitude des scénarios utilisés

Pour imaginer le climat du XXIe siècle, il faut se représenter les possibilités d'évolution de l'humanité. Va-t-elle ou non continuer à émettre des gaz à effet de serre en grandes quantités ? La réponse à cette question repose, entres autres, sur les changements démographiques à l'échelle mondiale, les choix énergétiques futurs, les développements économiques, l'application de politiques environnementales, etc.

Au fur et à mesure que l'on s'éloigne dans le temps, l'incertitude associée aux seuls scénarios socio-économiques grandit. Elle n'est pas très importante au cours de la première moitié de ce siècle mais devient prépondérante à la fin.

Les incertitudes structurelles des modèles numériques

Les simulations climatiques sont réalisées grâce à des outils mathématiques programmés sur de puissants ordinateurs : les modèles numériques. Ils se sont enrichis au fil du temps afin de représenter au plus près la complexité du système climatique. Ils comportent aujourd'hui des variables comme :
- la température de l'atmosphère, ses vents et l'eau qu'elle contient (vapeur, liquide et glace) ;
- la température de l'océan, ses courants et sa salinité ;
- la distribution géographique des continents et la végétation ou la neige qui les recouvre ;
- la température, l'étendue et l'épaisseur de la banquise ;
- le débit des fleuves

Ces variables doivent être calculées en tout point d'une grille qui découpe l'atmosphère, l'océan et la banquise en volumes élémentaires délimités par un maillage horizontal et des niveaux verticaux. Aux dizaines de millions de valeurs des variables qui doivent ainsi être calculées à chaque pas de temps de calcul (toutes les vingt à trente minutes) s'ajoutent un nombre très important de paramètres nécessaires pour décrire des phénomènes de petite échelle dans l'espace et dans le temps (comme les nuages orageux). La description de ces phénomènes et les paramètres correspondants sont les principales sources d'incertitude de la modélisation numérique du climat.

Un autre critère est à prendre en compte pour évaluer les incertitudes : la résolution des modèles. En 2013, la taille des mailles des projections climatiques globales est d'environ 150 km, mais elle était plutôt de l'ordre de 300 km pour les projections du rapport du GIEC de 2007. Plus cette taille est petite et plus les calculs sont précis en particulier parce que le relief peut être mieux décrit. C'est d'ailleurs ce qui motive la réalisation de simulations climatiques aux échelles régionales permettant d'atteindre des résolutions d'environ 10 km sur la région d'intérêt. Mais diviser par 2 la taille de la maille nécessite 8 à 16 fois plus de calculs, donc des ordinateurs 8 à 16 fois plus puissants.

Les incertitudes sur la variabilité interne du climat

Certains phénomènes climatiques se produisent de façon irrégulière, à l'instar d'El Niño ou la NAO (« North Atlantic Oscillation »). Ils participent aux grandes oscillations observées à l'échelle décennale. Le climat peut ainsi être plutôt chaud ou plutôt froid pendant dix années ou plus. Dans une simulation sur 100 ans, les modèles vont bien représenter ces grandes oscillations mais seront incapables de prévoir exactement leurs dates de début et de fin. Cette incertitude due à la variabilité intrinsèque du climat est imprévisible au-delà des dix prochaines années (la prévisibilité décennale fait actuellement l'objet de recherches).

Reprenant l'exemple de l'évolution de la température moyenne globale au XXIe siècle, l'incertitude associée à la variabilité interne du climat est prépondérante pour les toutes prochaines décennies. En revanche, au-delà, les incertitudes liées aux scénarios socio-économiques d'une part et aux incertitudes structurelles des modèles d'autre part reprennent le dessus.