1.3 Le climat du futur

• Mettre en évidence le rôle des différents paramètres de l’évolution climatique, en exploitant un logiciel de simulation de celle-ci, ou par la lecture de graphiques.

Météo et climat

La météo est chaotique : une toute petite différence dans les conditions de départ peut complètement changer la situation quelques jours plus tard (le fameux « effet papillon »). C’est pour ça qu’on ne sait pas prévoir précisément le temps qu’il fera dans 3 semaines.

Le climat, lui, ne cherche pas à prédire un jour précis, mais des grandes tendances qui dépendent de quantités physiques bien identifiées : l’énergie reçue du Soleil, la composition de l’atmosphère, les courants océaniques… Prédire une tendance statistique sur 30 ou 80 ans est un problème totalement différent de prédire un événement précis dans 15 jours.

Qu’est-ce qu’un modèle climatique ?

Un modèle climatique est un programme informatique qui simule le fonctionnement du système climatique (atmosphère, océans, glaces, surfaces continentales…) à partir des lois de la physique. Concrètement, sa construction repose sur deux ingrédients principaux.

1. La mise en équations des lois physiques connues

Les modèles n’inventent rien : ils utilisent des lois physiques déjà bien établies et vérifiées (rayonnement solaire, effet de serre, mécanique des fluides pour les mouvements de l’air et de l’eau, thermodynamique…). Ce sont les mêmes lois qui permettent, par exemple, de faire les prévisions météo à court terme.

2. Le découpage de la Terre en mailles

Les tout premiers modèles climatiques, dans les années 1970, utilisaient des mailles de plusieurs centaines de kilomètres de côté : la France entière tenait dans une poignée de mailles ! Avec l’augmentation de la puissance des ordinateurs, les mailles actuelles descendent à quelques dizaines de kilomètres, ce qui permet de représenter des phénomènes bien plus fins (reliefs, tempêtes, courants marins locaux…).

Comment sait-on qu’on peut faire confiance à un modèle ?

Avant d’utiliser un modèle pour se projeter vers le futur, il faut vérifier qu’il « fonctionne » ! C’est ce qu’on appelle l’évaluation (ou validation) d’un modèle : elle consiste à confronter ses résultats à des données qu’on connaît déjà.

• On fait « rejouer » au modèle le climat passé (XX^e siècle, par exemple), et on compare ce qu’il calcule aux mesures de température réellement enregistrées à cette époque.
• On confronte également le modèle aux données de paléoclimats (climats très anciens, reconstitués à partir de carottes de glace, de sédiments, de cernes d’arbres…), sur des échelles de temps beaucoup plus longues.

Un modèle jugé fiable est un modèle qui parvient à reproduire correctement ces observations passées. Si un modèle ne fonctionne pas, on le rejette ou on l’améliore.

Aujourd’hui, il existe une centaine de modèles climatiques différents, développés indépendamment par des équipes de recherche du monde entier (France, États-Unis, Royaume-Uni, Japon…).

Le fait que ces modèles, bien qu’indépendants, convergent tous vers les mêmes grandes tendances est un argument fort en faveur de leur fiabilité.

C’est d’ailleurs une caractéristique essentielle de la démarche scientifique : un résultat devient robuste lorsqu’il est retrouvé par plusieurs équipes, avec des méthodes différentes, de façon indépendante.

Lors des simulations, les modèles climatiques calculent un ajustement entre l'énergie reçue et perdue par la Terre. Si une erreur est commise (lors des mesures ou par les modèles), elle se traduit directement par un écart entre température calculée par le modèle et température mesurée sur le terrain.
Ces erreurs, fréquentes au XX^e siècle, rendaient nécessaire l'application de nombreuses corrections aux modèles climatiques. Les modèles actuels sont beaucoup plus performants et ne nécessitent plus (ou très peu) l'application de corrections. Ils sont donc d'excellents outils de modélisation et de prévision du climat.

• Expliquer, à partir de documents et de simulations, pourquoi l’augmentation de la température moyenne depuis le début de l’ère industrielle est liée aux activités humaines.
• Distinguer une corrélation d’une relation de causalité.
• Mettre en relation des observations, des mécanismes physiques et les résultats de modèles climatiques.

Dans l’activité précédente, nous avons comparé deux scénarios futurs. Nous avons vu que des émissions de CO₂ maintenues provoquent un réchauffement plus important que l’arrêt immédiat des émissions. Mais cette simulation ne répond pas encore complètement à la question suivante :

Pour répondre à cette question, il faut établir que :

• L’augmentation de la teneur en CO₂ de l’atmosphère est due aux rejets liés à l’activité humaine.
• C’est cette augmentation qui entraîne une élévation globale des températures.

Les activités humaines modifient l’atmosphère

Depuis le début de l’industrialisation, les activités humaines rejettent dans l’atmosphère de grandes quantités de gaz à effet de serre. Les principaux concernés sont le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O).

Le dioxyde de carbone

Le CO₂ est principalement rejeté par :

• la combustion du charbon, du pétrole et du gaz naturel ;
• la fabrication du ciment, notamment lors de la calcination des carbonates ;
• la déforestation et certains changements d’usage des sols.

Le carbone contenu dans les combustibles fossiles était initialement présent dans des êtres vivants. Il a été stocké dans les roches pendant des millions d’années, puis il est transféré très rapidement vers l’atmosphère par les activités humaines.

Le méthane

Le méthane est rejeté notamment par :

• les fuites lors de l’extraction et du transport du gaz naturel et du pétrole ;
• l’élevage des ruminants ;
• certaines rizières ;
• la fermentation de matières organiques dans les décharges.

Le CO₂ ne représente qu’une petite proportion de l’atmosphère. Cela ne signifie pas qu’il est sans effet : ses propriétés d’absorption du rayonnement infrarouge lui permettent de modifier le bilan énergétique de la Terre, même lorsqu’il est présent en faible quantité.

Corrélation et causalité

Une relation de causalité signifie qu’un phénomène contribue directement à produire une modification d’un autre phénomène. Pour établir une causalité, il faut donc rechercher plusieurs indices :

• un mécanisme physique connu ;
• une chronologie compatible avec ce mécanisme ;
• des observations indépendantes qui vont dans le même sens ;
• des modèles capables de reproduire les observations lorsque la cause supposée est prise en compte ;
• l’élimination des explications concurrentes.

Les simulations d’attribution

Pour déterminer la cause d’une évolution climatique, les scientifiques réalisent plusieurs ensembles de simulations. Ils utilisent les mêmes lois physiques et les mêmes méthodes générales, mais ne prennent pas en compte les mêmes facteurs.

Dans la première simulation, le modèle reçoit les variations naturelles connues : les éruptions volcaniques et les variations de l’activité solaire, par exemple. Dans la seconde, on ajoute les perturbations liées aux activités humaines : augmentation des gaz à effet de serre, émissions d’aérosols et changements d’occupation des sols.

La comparaison permet de raisonner par élimination :

• les facteurs naturels peuvent expliquer certaines fluctuations à court terme ;
• ils ne suffisent pas à reproduire la tendance générale du réchauffement récent ;
• la simulation qui prend en compte les facteurs naturels et anthropiques reproduit beaucoup mieux les observations.

On peut donc conclure que les activités humaines sont la cause principale du réchauffement observé depuis le milieu du XX^e siècle. Cela ne signifie pas que chaque variation annuelle de la température est due directement à l’activité humaine : la variabilité naturelle continue d’exister autour de la tendance générale.

Un faisceau d’indices indépendants

La conclusion scientifique ne repose pas sur un seul graphique. Elle s’appuie sur plusieurs observations et connaissances qui se renforcent mutuellement.

Un mécanisme physique connu

Les gaz à effet de serre absorbent une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre. Lorsque leur concentration augmente, le bilan énergétique de la Terre est modifié. Ce mécanisme est décrit par les lois de la physique et étudié expérimentalement.

Une chronologie cohérente

L’augmentation rapide de la concentration atmosphérique en CO₂ accompagne le développement de l’utilisation des combustibles fossiles et de certaines activités industrielles. La hausse des émissions humaines précède donc l’essentiel du réchauffement récent.

Une origine identifiée du carbone

Les scientifiques mesurent non seulement la quantité de CO₂ présente dans l’atmosphère, mais aussi certaines caractéristiques du carbone qu’il contient. Ces mesures sont compatibles avec une contribution importante du carbone issu des combustibles fossiles.

Des résultats retrouvés par plusieurs équipes

Des modèles climatiques différents, développés indépendamment dans plusieurs laboratoires, aboutissent à une conclusion comparable lorsqu’ils utilisent les observations et les forçages connus. Cette convergence ne supprime pas toutes les incertitudes, mais elle rend la conclusion particulièrement robuste.

• Lire et interpréter des graphiques présentant plusieurs scénarios climatiques.
• Identifier une tendance, une fourchette d’évolution et une incertitude.
• Relier les projections climatiques à leurs conséquences sur les océans, les continents et les écosystèmes.

Le réchauffement observé depuis le début de l’ère industrielle est principalement lié aux activités humaines. Et ce n’est pas fini : quels climats les générations futures connaîtront-elles ? 😨

Pour répondre à cette question, les scientifiques utilisent les modèles climatiques. Mais ils ne peuvent pas connaître à l’avance la quantité exacte de gaz à effet de serre qui sera émise au cours des prochaines décennies et qui dépendra de l’(in-)action politique des dirigeants. Ils étudient donc plusieurs futurs possibles.

Des projections et non des prédictions

Une prédiction annonce ce qui va se produire, à partir d’informations connues et d’hypothèses supposées réalisées. Une projection décrit ce qui pourrait se produire en fonction de certaines hypothèses de départ (on réduit la quantité de CO₂ émis ou pas…).

Les projections climatiques ne disent donc pas : « voici exactement la température qu’il fera en 2100 ». Elles répondent plutôt à la question : « si les émissions de gaz à effet de serre suivent telle trajectoire, quelles évolutions du climat les modèles calculent-ils ? »

Des scénarios d’émissions différents

Un scénario climatique décrit un ensemble cohérent d’hypothèses concernant l’évolution de la population, de l’économie, des usages de l’énergie, des technologies et des émissions de gaz à effet de serre.

Dans un scénario de faibles émissions, les émissions diminuent rapidement au cours du siècle. Cela suppose des transformations importantes des systèmes énergétiques, des transports, de l’industrie et de l’agriculture.

Dans un scénario de fortes émissions, les émissions restent importantes ou continuent d’augmenter. La concentration atmosphérique en gaz à effet de serre augmente alors davantage, ce qui entraîne un réchauffement plus important.

Les scénarios ne sont donc pas des prophéties concurrentes. Ce sont des expériences numériques qui permettent d’examiner les conséquences de choix différents.

Lire une projection de température

En 2014, le GIEC a défini plusieurs scénarios d’émissions de gaz à effet de serre.

Une fourchette d’évolution des températures

Selon les scénarios étudiés, les modèles s’accordent à prévoir avec une forte probabilité d’occurrence une augmentation de la température moyenne mondiale comprise approximativement entre 1,5 et 5 °C entre 2017 et la fin du XXI^e siècle.

Cette fourchette ne correspond pas à une simple hésitation des scientifiques autour d’une valeur unique. Elle dépend des hypothèses concernant les émissions futures. Elle comprend aussi les incertitudes liées à la représentation de certains phénomènes complexes dans les modèles.

Les scénarios les plus favorables ne signifient pas que les conséquences du réchauffement disparaîtraient. Ils montrent que l’ampleur des changements peut encore être limitée par des réductions rapides et durables des émissions.

Des conséquences multiples

Une hausse de la température moyenne mondiale de quelques degrés peut sembler modeste. Elle correspond pourtant à une modification de l’équilibre énergétique de l’ensemble de la planète. Elle entraîne des conséquences sur les océans, les glaces, l’atmosphère, les continents et les êtres vivants.

L’élévation du niveau moyen des océans

Le niveau moyen des océans augmente principalement pour deux raisons :

• l’eau des océans se dilate lorsqu’elle se réchauffe ;
• la fonte des glaciers et des calottes glaciaires ajoute de l’eau aux océans.

Les modèles projettent une élévation du niveau moyen des océans pouvant atteindre environ un mètre entre le début et la fin du XXI^e siècle, selon les scénarios et les hypothèses retenus.

Cette élévation n’a pas les mêmes conséquences partout. Elle augmente les risques de submersion, d’érosion des littoraux et de salinisation des sols et des nappes d’eau douce. Les populations installées dans les zones côtières et les petites îles sont particulièrement vulnérables.

Les précipitations et les événements extrêmes

Le réchauffement modifie le cycle de l’eau. Une atmosphère plus chaude peut contenir davantage de vapeur d’eau, tandis que l’évaporation et les circulations atmosphériques se transforment.

Les conséquences ne sont pas identiques dans toutes les régions : certaines peuvent connaître des pluies plus intenses, d’autres des sécheresses plus fréquentes ou plus longues. Le réchauffement peut également modifier la probabilité et l’intensité de certains événements extrêmes, comme les vagues de chaleur et les pluies très abondantes.

Il faut rester précis : un événement météorologique particulier ne peut pas toujours être attribué à lui seul au changement climatique. En revanche, le changement climatique peut modifier la probabilité qu’un événement de ce type se produise.

L’acidification des océans

Une partie du CO₂ atmosphérique se dissout dans les océans. Il réagit avec l’eau et forme notamment de l’acide carbonique. Cette réaction entraîne une diminution du pH moyen de l’eau de mer : on parle d’acidification des océans.

Cette acidification ne signifie pas que l’océan devient globalement acide au sens courant du terme. Le pH de l’eau de mer reste supérieur à 7, mais il diminue. Cette variation peut perturber les organismes qui fabriquent des structures calcaires, comme certains coraux, mollusques et organismes planctoniques.

Les écosystèmes terrestres

Les êtres vivants dépendent de conditions de température, d’humidité et de disponibilité des ressources. Lorsque ces conditions changent rapidement, les espèces peuvent devoir se déplacer, modifier leur cycle de vie ou s’adapter.

Les activités humaines ajoutent d’autres perturbations : destruction des habitats, artificialisation des sols, pollution et surexploitation. Le changement climatique peut donc aggraver des difficultés déjà rencontrées par les écosystèmes terrestres.

Les écosystèmes marins

Les océans absorbent une grande partie de la chaleur supplémentaire et une partie du CO₂ émis par les activités humaines. Ils limitent ainsi temporairement l’augmentation de la température de l’atmosphère, mais ils subissent en retour un réchauffement et une acidification.

Ces changements peuvent modifier la répartition des espèces, perturber les chaînes alimentaires et fragiliser les écosystèmes marins. Les effets combinés du réchauffement, de l’acidification, de la surpêche et de la pollution sont particulièrement importants à prendre en compte.

Activité : Élévation du niveau des océans

Voici trois documents relatifs à l’élévation du niveau des océans.

Questions

1. Quelle grandeur ou quel phénomène est étudié ?
2. Quelle évolution est observée ou projetée ?
3. Quel mécanisme permet de l’expliquer ?
4. Quelles régions, populations ou espèces sont particulièrement vulnérables ?
5. Le document présente-t-il une observation actuelle, une projection future, ou les deux ?
6. Quelle incertitude ou quelle limite faut-il signaler ?

Des risques qui dépendent aussi de la vulnérabilité

Un aléa climatique ne produit pas les mêmes dommages partout. Le risque dépend de la combinaison de trois éléments :

• l’aléa, c’est-à-dire un phénomène susceptible de se produire, comme une submersion ou une vague de chaleur ;
• l’exposition, c’est-à-dire la présence de personnes, d’habitations ou d’activités dans la zone concernée ;
• la vulnérabilité, c’est-à-dire la capacité plus ou moins grande à résister et à se remettre du phénomène.

Les conséquences du changement climatique sont donc aussi une question de société. Les populations disposant de moins de ressources sont souvent davantage exposées ou moins capables de s’adapter, alors qu’elles ont le plus souvent moins contribué aux émissions historiques.

• Expliciter le rôle du GIEC dans l’évaluation collective, rigoureuse et indépendante des connaissances scientifiques sur le climat.
• Distinguer les stratégies d’atténuation (action sur les causes) et d’adaptation (action sur les conséquences).
• Analyser de manière critique les mécanismes de négociation internationale, les freins politiques et les risques de maladaptation.

Face à l’urgence climatique, la science produit des faits indiscutables et des alertes claires. Mais entre les conclusions des chercheurs et les actes des gouvernements, le chemin est semé de négociations diplomatiques, d’intérêts économiques et d’un certain décalage entre les discours et la réalité… 🤔

Le GIEC : une expertise scientifique mondiale

L'organisation en 3 groupes de travail

Les rapports du GIEC sont rédigés par des centaines de chercheurs bénévoles répartis en trois groupes complémentaires :

• Groupe 1 : Les bases physiques du climat (fonctionnement du climat, preuves du réchauffement, attribution anthropique, modèles numériques et projections).
• Groupe 2 : Impacts, vulnérabilité et adaptation (conséquences sur les écosystèmes, l’agriculture, la santé, les villes, et manières de s’adapter).
• Groupe 3 : Atténuation du changement climatique (solutions techniques, économiques et sociétales pour réduire les émissions de gaz à effet de serre).

Des constats scientifiques à la réalité politique : les COP

Si la science établit les faits et les risques, la décision d’agir appartient aux responsables politiques. C’est dans ce cadre que se réunissent chaque année les COP (Conférences des Parties, nées en 1992).

De beaux discours… face à la dure réalité des faits

Sur le papier, l’Accord de Paris a été salué comme un triomphe diplomatique. Mais dans les faits, l’examen lucide des années écoulées révèle un gouffre entre les promesses et les actes :

• Aucune sanction, aucun caractère contraignant : l’Accord de Paris repose sur des engagements nationaux volontaires (les NDC). Si un État ne tient pas ses promesses, il ne subit strictement aucune pénalité.
• Le problème du consensus : dans les COP, chaque décision finale doit être votée à l’unanimité. Il suffit d’un seul grand pays producteur de pétrole, de gaz ou de charbon pour bloquer une résolution ambitieuse. Les déclarations finales finissent presque toujours par refléter le plus petit dénominateur commun (on passe des nuits entières à négocier s’il faut écrire « sortie progressive » ou « réduction progressive » des énergies fossiles…).
• Des sommets sous influence : l’organisation de grandes COP climatiques au cœur même de pétromonarchies ou d’États pétrogaziers (comme la COP28 à Dubaï ou la COP29 à Bakou), avec la présence record de milliers de lobbyistes de l’industrie fossile, illustre les contradictions majeures de la gouvernance mondiale.
• Des émissions mondiales toujours record : pour stabiliser le réchauffement à 1,5 °C, la science indiquait qu’il fallait réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 45 % d’ici 2030. Dans la réalité, les émissions mondiales n’ont jamais cessé de grimper, battant record sur record.
• Le seuil des +1,5 °C déjà atteint : les années 2023 et 2024 ont déjà enregistré temporairement des températures moyennes mondiales dépassant de plus de 1,5 °C l’ère préindustrielle. L’objectif le plus ambitieux de l’Accord de Paris est donc déjà en train d'être dépassé.

Deux leviers d'action indispensables : atténuation et adaptation

Face à ce constat, les sociétés humaines n’ont d’autre choix que d’actionner simultanément deux leviers complémentaires :

Attention à la « maladaptation » !

On appelle maladaptation une mesure d'adaptation à court terme qui, mal pensée, aggrave le problème à long terme (souvent en augmentant les émissions de GES ou en déplaçant la vulnérabilité sur d’autres personnes).

Exemple typique : installer massivement des climatiseurs individuels dans des logements passoires thermiques. Cela rafraîchit la pièce sur le moment, mais rejette de la chaleur supplémentaire dans la rue (aggravant la canicule dehors) et fait exploser la consommation électrique (souvent produite avec des centrales à gaz ou à charbon).